Apple erfindet die Verwendung thermisch aktivierter Elektroden in tragbaren Geräten zur Verbesserung der Haut

Dec 23, 2023

Im Juni 2021 veröffentlichte Patently Apple einen Bericht mit dem Titel „Apples VP of Technology sprach in einem neuen Interview über Gesundheitssensoren auf der Apple Watch und möglicherweise künftigen AirPods.“ Im August 2021 berichteten wir dann über einen ausführlicheren Bericht mit dem Titel „Apples Forschungsteam für maschinelles Lernen hat einen Artikel über die Verwendung spezieller Gesundheitssensoren in zukünftigen AirPods veröffentlicht.“

Gestern veröffentlichte das US-Patent- und Markenamt eine Patentanmeldung von Apple, die die Enthüllungen über spezielle Gesundheitssensoren in AirPods, AirPods Max sowie anderen Geräten wie der Apple Watch und einem Körperanalyseinstrument wie einer intelligenten Waage, wie sie von Apple vorgestellt wurden, unterstützt Patentfiguren. 3A-C.

Das Patent von Apple offenbart Sensortechnologie und insbesondere thermisch aktivierte Elektroden für verbesserte physiologische Messungen bei Hautkontakt. wie in den Abbildungen des Apple-Patents dargestellt. 3A-D unten oder ein anderes tragbares Gerät.

Im Patenthintergrund von Apple wird darauf hingewiesen, dass physiologische Parameter üblicherweise mithilfe elektronischer Geräte mit analoger oder digitaler Anzeige gemessen werden, die Hautkontaktelektroden verwenden, um erkennbare elektrische Signale zu liefern. Die Elektroden bestehen aus einem leitfähigen Material, beispielsweise einem Metall. Beispiele für biologische Messungen, die auf Kontaktelektroden basieren, sind Elektromyographie (EMG), Elektrookulographie (EOG), Elektroenzephalogramm (EEG), Elektrokardiogramm (EKG), Körpertemperatur, Blutdruck, Herzfrequenzmessung und dergleichen.

Bei einer physiologischen Hautkontaktmessung kann die Qualität des Hautkontakts die Genauigkeit der Ergebnisse erheblich beeinflussen. Derzeit wird bei einigen physiologischen Hautkontaktmessungen ein elektrisch leitfähiges Gel auf die Elektrode aufgetragen, um die Impedanz zwischen Haut und Elektrode zu steuern, die auch als Haut-Elektroden-Kontaktimpedanz bezeichnet wird. Die Kontaktimpedanz kann mit elektrischen Elementen wie einem Kondensator und einem oder mehreren Widerständen modelliert werden.

Thermisch aktivierte Elektroden für verbesserte physiologische Messungen bei Hautkontakt

Die betreffende Technologie in Apples Patentanmeldung mit dem Titel „Thermisch betätigte Elektroden für verbesserte physiologische Messungen bei Hautkontakt“ bezieht sich im Allgemeinen auf ein neues Gerät zur biologischen Messung bei Hautkontakt.

In einigen Implementierungen umfasst das Gerät eine oder mehrere Elektroden, um die Signalübertragung über einen Hautkontakt zu ermöglichen, und einen Steuermechanismus, der mit den Elektroden gekoppelt ist, um eine Elektroden-Haut-Impedanz (ESI) anzupassen. Der Steuermechanismus kann eine elektrische Aktivierung anwenden, um die ESI-Anpassung umzusetzen.

In einer oder mehreren Implementierungen umfasst ein Gerät der betreffenden Technologie einen Prozessor und eine oder mehrere Elektroden, die auf einem Gerät montiert und mit einem Steuermechanismus gekoppelt sind. Der Steuermechanismus ist durch den Prozessor aktivierbar und kann den ESI anpassen, indem er einen gewünschten Elektroden-Haut-Druck bei unterschiedlichen Konturen einer lokalen Hautoberfläche aufrechterhält.

In einigen Implementierungen umfasst ein System gemäß der vorliegenden Technologie ein tragbares Kommunikationsgerät und ein Gerät, das kommunikativ mit dem tragbaren Kommunikationsgerät gekoppelt ist. Das Gerät umfasst eine oder mehrere Elektroden und einen Steuermechanismus, der mit der einen oder den mehreren Elektroden gekoppelt ist, um den ESI mithilfe eines thermischen Aktuators anzupassen, um einen gewünschten Elektroden-Haut-Druck bei unterschiedlichen Konturen der Hautoberfläche des Benutzers aufrechtzuerhalten.

In einigen Aspekten kann der thermische Aktuator thermische Energie durch thermische Ausdehnung und Kontraktion von Feststoffmaterial in mechanische Energie umwandeln. Beispiele für thermische Aktuatoren sind Aktuatoren aus Formgedächtnislegierungen (SMA), Heiß- und Kaltarm-Aktuatoren und Bimorph-Aktuatoren.

Die Formgedächtnislegierungen können beispielsweise aus einer Nickel-Titan-Legierung bestehen. Die Heiß- und Kaltarmaktoren basieren auf der asymmetrischen Wärmeausdehnung in der Mikrostruktur eines Materials.

Die bimorphen Aktuatoren können aus zwei oder mehr Schichten unterschiedlicher Materialien bestehen und funktionieren auf der Grundlage des Unterschieds im Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) der unterschiedlichen Materialien.

Apples Patent FIG. 1A und 1B unten sind Diagramme, die eine Struktur und Betriebszustände eines Beispiels eines Geräts mit einer aktivierten Elektrode für verbesserten Hautkontakt veranschaulichen.

Genauer gesagt, Apples Patent FIG. 1A und 1B sind Diagramme, die eine Struktur und Betriebszustände eines Beispiels eines Geräts Nr. 100 mit einer aktivierten Elektrode für verbesserten Hautkontakt veranschaulichen.

Das Gerät Nr. 100, wie in FIG. Die in 1A gezeigte Vorrichtung umfasst eine Elektrode #102, eine Feder #104, zwei starre Stangen #106 (106-1 und 106-2), die über einen Drehpunkt P miteinander verbunden sind, und einen thermischen Aktuator #110 (im Folgenden Aktuator 110). Der Aktuator ist an den Punkten A und B mit den starren Stangen gekoppelt, und die Feder ist an einem Punkt C mit der starren Stange 106-1 und an einer festen Stelle D gekoppelt.

Durch die Anwendung von Wärme kann die Länge des Aktuators verändert werden. Die Längenänderung des Aktuators kann zu einer Bewegung der Elektrode führen. Beispielsweise kann die Kontraktion des Aktuators, wie in FIG. 1B, kann die Elektrode in Richtung der Achse #112 ziehen. Dadurch kann ein gewünschter Druck zwischen der Elektrode und einer angrenzenden Oberfläche aufrechterhalten werden, beispielsweise einer Hautoberfläche, wenn die Elektrode Teil eines biologischen Messsystems ist.

Biologische Messungen wie die Messung des Elektroenzephalogramms (EEG) sind ein Bereich von wachsendem Interesse in tragbaren Technologiebereichen. Die Durchführung von Messungen mit trockenen Elektroden (ohne leitfähiges Gel) stellt zahlreiche Herausforderungen dar, die das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) des Messwerts beeinträchtigen. Ein wichtiges Ziel bei diesen Messungen ist es, den ESI so weit wie möglich zu reduzieren.

Für einen niedrigen ESI ist ein guter Anfangskontakt zwischen Haut und Elektrode erforderlich. Darüber hinaus sollte der gute Kontakt zwischen Elektrode und Haut aufrechterhalten werden, um eine Verschlechterung der Signalqualität aufgrund von Bewegungsartefakten zu vermeiden. Gemäß einigen Implementierungen der betreffenden Technologie kann der Aktuator im Gerät unter Verwendung einer Formgedächtnislegierung (SMA) oder anderer Aktuatoren realisiert werden, um die Kontaktkraft (oder den Druck) zwischen Elektrode und Haut zu erhöhen. Die erhöhte Kontaktkraft verringert die anfängliche ESI zwischen den komplexen und unterschiedlichen Hautkonturen, die in der gesamten menschlichen Bevölkerung auftreten können.

Darüber hinaus ermöglicht die erhöhte Kontaktkraft, dass der Kontakt während der Messung aufrechterhalten wird, da die Reibungskraft erhöht bleibt. Dadurch kann die Elektrode auch bei Bedarf ausgelöst werden, wodurch Hochdruckstellen vermieden werden, wenn keine Messungen durchgeführt werden.

Die SMA kann ein Nickel-Titan-Verbundwerkstoff sein und wirkt wie ein kontrahierender Muskel, wenn sie auf ihre Übergangstemperatur erhitzt wird. Diese Materialeigenschaft der SMA macht sie zu einem hervorragenden Kandidaten als Mikroaktuator. Der SMA-Aktuator verfügt über vorteilhafte Eigenschaften, zum Beispiel ist er flexibel (auf komplexen Oberflächen montierbar), einfach zu bedienen und hat ein geringes Volumen.

Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass der Zusatz von Hafnium (HF) und Zirkonium (Zr) einen breiteren Umwandlungstemperaturbereich und eine größere Dimensionsstabilität der SMA bieten kann.

Apples Patent FIG. 2A und 2B unten sind Diagramme, die eine Struktur und Betriebszustände eines Beispiels eines Geräts Nr. 200 mit einer aktivierten Elektrode für verbesserten Hautkontakt veranschaulichen.

FEIGE. 2A zeigt das Gerät Nr. 200, das versucht, mit einer Haut Nr. 220 in Kontakt zu kommen. Das Gerät verfügt über eine aktivierte Elektrode #202, die mit einem festen Arm #206 gekoppelt ist, der einen Drehpunkt P aufweist und an einem Punkt B mit einem thermischen Aktuator #214 (im Folgenden Aktuator 214) gekoppelt ist. Der Aktuator ist an den Punkten A und gekoppelt C, an Drähte Nr. 212, die den Aktuator mit einer Versorgungsspannung V+ und Erdpotential G verbinden. Der Aktuator kann unter Verwendung einer SMA oder anderer auf Wärmeausdehnung und Kontraktion basierender Materialien implementiert werden und ist in ein Trägermaterial Nr. 210 eingebettet, das einen Teil davon bildet den Aufbau des Gerätes. Beispiele für thermische Aktuatoren sind Heiß- und Kaltarm-Aktuatoren und Bimorph-Aktuatoren.

Die Versorgungsspannung V+ kann einen elektrischen Strom liefern, der durch den Aktuator 214 fließt und eine Kontraktion des Aktuators 214 bewirkt, was dazu führt, dass eine Kraft auf den festen Arm 206 ausgeübt wird, die wiederum dazu führt, dass die Elektrode 202 auf die Haut 220 gedrückt wird in Abb. gezeigt. 2B, um einen guten Kontakt zwischen Elektrode und Haut aufrechtzuerhalten.

Weitere Einzelheiten finden Sie in der Patentanmeldung von Apple mit der Nummer US 20220409137 A1.

Apple-Erfinder

Gepostet von Jack Purcher am 30. Dezember 2022 um 10:45 Uhr in 1A. Patentanmeldungen, Apple-Zubehör, Apple Watch, Smart Bands und Wearables, Audio, HomePod, AirPods, AirPods Max, Biometrie und Gesundheit | Permalink | Kommentare (0)