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Selbst Herstellen versus Kaufen beim Design von Wearables

wearables

Im PC‑Zeitalter standen die Computer, die wir am häufigsten benutzten, auf dem Schreibtisch. Inzwischen haben wir die meistgenutzten Computer einfach in der Tasche und nehmen sie überall hin mit, beispielsweise Smartphones. Bald wird es eine Vielzahl von getragenen Geräten geben, die über die heutigen Bluetooth-Headsets, Fitness‑Armbänder, Brustgurte und Smartwatches hinausgehen und andere Formen und Funktionen umfassen, einschliesslich Kleidung, in der Elektronik verbaut ist.

Gartner (1) prognostiziert, dass in diesem Jahr 74.6 Millionen Wearables verkauft werden, was einem Anstieg von 18.4 % gegenüber 2015 entspricht und einen Umsatz von 28.7 Milliarden US‑Dollar generiert. Hier gibt es also eine vielversprechende Chance für Unternehmen mit einer guten Idee, dem richtigen Design und der Fähigkeit, sie schnell auf den Markt zu bringen.

 Wearables Gartner


Weltweites Volumen von Wearables, in Mio. Geräten

Was ist für das richtige Design erforderlich? Die erste Anforderung besteht sicherlich in den richtigen Funktionen, wie z. B. eine geeignete Benutzeroberfläche für die Anwendung, die richtigen Sensoren zur Erfassung von Rohdaten, die richtigen Analysen, um Erkenntnisse aus diesen Daten zu gewinnen, und das richtige Ökosystem, um das Gerät und die Analyse zu einer überzeugenden Benutzererfahrung zusammenzuführen.

Versteht man, wie ein Wearable verwendet wird, beeinflusst das seine Grösse und damit seine wahrscheinliche Batteriekapazität, was sich wiederum darauf auswirkt, wie lange es zwischen den Ladezyklen laufen kann.

Systemarchitekten müssen auch entscheiden, ob die Firmware ihrer Wearables Over‑the‑Air aktualisierbar sein soll. Das beeinflusst die Wahl des Host‑Prozessors und der Speicherkapazität.

Wearables gehen per Definition dorthin, wo ihre Träger hingehen, also müssen sie auch das Design vor Regen, Staub und grossen Temperaturschwankungen schützen. Und dann spielt auch noch die Ergonomie eine Rolle: Ist ein Wearable unangenehm zu tragen, führt das ziemlich sicher zur Ablehnung auf dem Markt.

Die Konnektivität ist wichtig, und die Wahl von Wi‑Fi, Bluetooth, ZigBee, Mobilfunk oder anderen Ansätzen erfordert einen Kompromiss zwischen dem zu übertragenden Datenvolumen, wie häufig die Daten hochgeladen werden sollen und der Entfernung, über die sie gesendet werden sollen. Einige Wearables können eine Low Energy‑Lösung, wie beispielsweise Bluetooth Low Energy, verwenden, um kleine Datenmengen an ein Smartphone weiterzugeben, das als Gateway zu einem Cloud‑basierten Analysedienst dient. Andere, wie z. B. Überwachungsgeräte für Standorte, benötigen eine Mobilfunkverbindung.

Systemarchitekten müssen die potenziellen Vorteile der Entwicklung eigener Konnektivitätslösungen abwägen gegen die Zeit, die Unsicherheit und den damit verbundenen Verlust von Marktchancen.

Das Entwerfen, Testen und Qualifizieren einer Mobilfunkschnittstelle für den weltweiten Einsatz ist nicht gerade einfach. RF‑Design erfordert spezielle Fähigkeiten, Testgeräte und Einrichtungen. Die wochenlange Nachbearbeitung einer Leiterplatte (PCB) aufgrund von elektromagnetischen Störungen (EMI) kann die Kostenvorteile eines diskreten Designs leicht zunichte machen.

Es gibt in aller Regel einen Unterschied zwischen dem Preis der Materialkosten und den Projektkosten Ihrer Designentscheidungen. Es kann gut sein, dass Sie hierbei Lehrgeld zahlen müssen.

Es ist ja nicht so, dass Fertiglösungen unelegant wären. Unser Modul SARA‑U2 wird in einem 16 x 23 x 3 mm LGA‑Gehäuse angeboten und wiegt weniger als 3 g. Es bietet Hochgeschwindigkeits‑Datenraten von 5.76 Mbit/s (HSUPA) und 7.2 Mbit/s (HSDPA), wobei der Ruhestrom auf 0.9 mA abfällt.

Viele Wearables müssen auch ihren Standort verfolgen. Der offensichtlichste Weg dafür ist die Verwendung eines GNSS‑Empfängers (Global Navigation Satellite System). Auch hier müssen sich Systemarchitekten entscheiden, ob sie selbst eine Lösung herstellen oder diese kaufen wollen. Beispielsweise verkörpert unser Modul EVA‑M8M so viele Generationen der Produktoptimierung, dass diejenigen, die sich zu einer Eigenentwicklung entscheiden, die Latte ziemlich hochlegen. Das Modul ist in einem 7 x 7 x 1 mm LGA‑Gehäuse untergebracht, wiegt 0.13 g und verbraucht im Dauerbetrieb bis zu 25 mA und im Energiesparmodus, bei dem die GNSS‑Daten einmal pro Sekunde aktualisiert werden, gerade einmal 5.5 mA.

u‑blox EVA‑M8M

Blockschaltbild des GNSS‑Moduls EVA‑M8M

GNSS‑Systeme können an Orten, an denen der Empfänger Satellitensignale nur schwer empfangen kann, wie z. B. in dicht bebauten, städtischen Bereichen oder in Innenräumen, mit Hilfe eines Positionierungssystems verbessert werden, das auf den Standorten von Mobilfunk‑Basisstationen basiert. u‑blox CellLocate kann eine grobe Schätzung des Standorts eines Geräts liefern, basierend auf früheren Beobachtungen von anderen CellLocate‑fähigen Modulen.

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 Positionierung auf Basis eines Mobilfunknetzes: CellLocate

Energiemanagement ist ein wichtiger Bestandteil eines Wearable‑Designs, daher sollten Systemarchitekten auch nach Konnektivität und GNSS‑Modulen suchen, die den Energieverbrauch effektiv steuern, ohne die Reaktionsfähigkeit des Wearable auf Benutzereingaben zu beeinträchtigen.

Der Bereich Wearables bietet vielfältige Möglichkeiten für Produkt- und Dienstinnovationen. Systemarchitekten sollten eine klare Vorstellung davon haben, wie sich ihr Produkt hauptsächlich von anderen abhebt und welchen Wert das hat. Das hilft ihnen zu entscheiden, wo sie die Talente ihres Teams am wirkungsvollsten einsetzen und wo sie die Vorteile bereits vorhandener Lösungen nutzen können, um ihre Wearables schneller und mit geringerem Risiko auf den Markt zu bringen.

(1)    Gartner – Forecast: Wearable Electronic Devices – Worldwide – 2016