Claire Swedberg
As empresas começaram a construir pequenos dispositivos médicos portáteis, eletrônicos vestíveis, rastreadores de ativos e sensores domésticos que aproveitam Silicon Labs‘ família lançada recentemente de produtos de sistema em chip (SoC) de dispositivos sem fio da Internet das Coisas (IoT). A família xG27 inclui o BG27, que oferece funcionalidade Bluetooth, bem como o MG27, que suporta Zigbee, Bluetooth e conectividade sem fio proprietária. As empresas também estão usando o BB50 MCU da Silicon Labs para aplicações como higiene pessoal, motores DC sem escova e iluminação LED.
O objetivo da Silicon Labs é permitir que as empresas ofereçam flexibilidade em seu portfólio de produtos, como a venda de uma versão de um dispositivo que fornece Bluetooth ou Zigbee, e uma versão não conectada que pode ter um custo menor, tudo usando o mesmo sistema em chip e unidade microcontroladora (MCU). Um SoC é um único chip que contém um MCU e outros componentes. No caso da família xG27, os chips incluem conectividade sem fio. O MCU fornece o poder de processamento para capturar e gerenciar dados no chip, e os usuários podem selecionar uma funcionalidade sem fio, se necessário.
Por exemplo, uma escova de dentes inteligente pode rastrear o tempo de escovação de um indivíduo. Uma versão poderia simplesmente exibir os resultados para o usuário via MCU, enquanto o BG27 poderia fornecer conectividade por meio de uma conexão Bluetooth com o smartphone dessa pessoa, permitindo o gerenciamento de dados sobre o uso da escova de dentes na nuvem. A funcionalidade Zigbee do MG27 será usada com mais frequência em aplicações baseadas em iluminação inteligente ou monitoramento de equipamentos em um ambiente industrial ou sensores em um caso de uso agrícola.
Ambos os produtos SoC são projetados para exigir apenas baixo consumo de energia, com a capacidade de permanecer em uma prateleira por um longo período de tempo sem perder a vida útil da bateria. Eles também apresentam alta segurança, custo relativamente baixo e tamanho pequeno, de acordo com Dhiraj Sogani, diretor sênior de marketing de produtos sem fio da Silicon Labs. Ambos os chips têm um pacote que mede 2,3 milímetros por 2,6 milímetros (0,09 a 0,1 polegada), dimensionado para uso em patches médicos compactos, monitores contínuos de glicose, eletrocardiogramas vestíveis e etiquetas de ativos em várias configurações.
Os dispositivos são construídos para reduzir o consumo de bateria, informa a empresa. Ambos incluem um reforço DC/DC integrado (um conversor de modo de comutação que aumenta a tensão de entrada) e um contador coulomb integrado para monitoramento do nível da bateria para evitar o esgotamento da bateria conforme os produtos são usados. Além disso, diz Sogani, o modo de prateleira do dispositivo ajuda a reduzir o consumo de energia para menos de 20 nanoamperes, de modo que ele possa manter a vida útil da bateria quando o dispositivo não estiver em uso.
A segurança de ambos os SoCs envolve o Secure Vault da Silicon Labs para inicialização e depuração seguras, para evitar ataques de falha e proteger contra adulteração ou ameaças cibernéticas remotas. Várias empresas agora estão usando os SoCs para uma ampla variedade de aplicações, relata Sogani, incluindo rastreamento de ativos, casas inteligentes, gerenciamento de equipamentos industriais e monitores de saúde vestíveis.
Tradicionalmente, diz Sogani, o foco da Silicon Labs tem sido em soluções de conectividade sem fio, juntamente com produtos complementares, como MCUs. A empresa constrói seus produtos em torno de quatro pilares fundamentais, diz ele, sendo os três primeiros baixo consumo de energia, segurança e usabilidade. No último cenário, a experiência do usuário nem sempre é enfatizada em novas tecnologias, observa ele, acrescentando que a nova família de SoC visa permitir que “os designers garantam que os usuários tenham uma experiência unificada”.
O quarto pilar é o aprendizado de máquina, diz Sogani, embora os novos SoCs e MCU atualmente não venham com essa função, mantendo assim o consumo de energia baixo. Como os dispositivos vestíveis e outros dispositivos IoT oferecem maior funcionalidade, geralmente coletando dados do sensor e transmitindo uma quantidade crescente de dados, tanto o tamanho quanto o uso de energia estão se tornando mais desafiadores para a tecnologia e seus usuários, explica a empresa. “Se você olhar para os dispositivos IoT hoje”, afirma ele, “o consumo de energia está se tornando cada vez mais importante”, embora muitas vezes não haja como os usuários trocarem as baterias regularmente.
Um exemplo são os dispositivos médicos, diz Sogani. O fabricante de sensores de diagnóstico salivar Lura Health desenvolveu um sensor de saúde preventiva que pode ser usado dentro da boca de uma pessoa. O dispositivo é tão pequeno que pode ser anexado a um dente individual. O sensor é usado continuamente por meses, enviando dados para um smartphone via Bluetooth. Com o dispositivo, dentistas e outros médicos podem coletar dados que podem ser usados para testar as condições de saúde, incluindo acidez do pH, que pode causar cárie dentária, bem como níveis de glicose e doença renal crônica.
Os desenvolvedores desses produtos, diz Sogani, exigem um fator de forma ultrapequeno e um consumo de energia ultrabaixo para que os dispositivos possam permanecer na boca sem a necessidade de carregamento. O SoC foi projetado para oferecer aos desenvolvedores várias opções com um único chip. Sogani aponta alguns fabricantes de dispositivos que podem vender duas versões de um produto que pode funcionar com ou sem conectividade.
Além do exemplo da escova de dentes conectada, as duas versões poderiam ser oferecidas para brinquedos inteligentes ou produtos que podem não exigir conectividade, mas simplesmente a inteligência fornecida pelo MCU, como controlar um interruptor para ligá-lo ou desligá-lo com base em condições específicas. O MG24 está sendo incorporado a produtos como os usados em aplicações de residências inteligentes. A iluminação, por exemplo, pode aproveitar a conectividade Zigbee para criar uma rede mesh sem fio dentro de uma casa, fornecendo conectividade remota para que os usuários possam gerenciar as condições usando essa rede. Um gateway pode capturar e encaminhar os dados baseados em Zigbee.
Com a funcionalidade BLE também, no entanto, os usuários podem aproveitar seu smartphone quando estiverem dentro do alcance de um dispositivo como uma luz LED, permitindo que eles ajustem as configurações. A empresa está fornecendo a tecnologia para trocar de fabricante para tais aplicações, por exemplo. Os SoCs também podem ser usados em tags ou crachás para rastreamento de ativos ou pessoal, com a tecnologia e a conectividade integradas em dispositivos muito pequenos. Um exemplo de rastreamento de ativos pode ser um ambiente industrial, com tags anexadas a equipamentos e um sistema de gerenciamento de manutenção preditiva.
A Silicon Labs prevê que novos produtos serão lançados ainda este ano com esses dispositivos SoC integrados, produzidos em produção de grande volume. A empresa já foca em tecnologia de baixo consumo, diz Sogani, assim como em segurança. Com a família de chips xG27, ele acrescenta: “Estamos desenvolvendo esses pontos fortes e adicionando produtos para permanecer na vanguarda da conectividade sem fio”.