Orvostechnikai fejlesztések Raspberry Pi-platformon
A tegnap diákjaiból a ma mérnökei lettek, és imádják a Raspberry Pi3-at
Az orvostechnikai szakértő Kontron Austria Electronics (korábbi nevén exceet electronics) már több éve a Raspberry Pi eszközt használja arra, hogy ügyfelei – nagyobb orvostechnikai eredetiberendezés-gyártók (OEM-ek) – számára lehetővé tegye piacvezető orvosi eszközök fejlesztését. A Kontron Austria Electronics vezető szerepet tölt be a dolgok internetének (IoT) orvosi elektronikai eszközei és interfészei tekintetében, miközben csatlakoztatási, biztonsági, bővíthetőségi és fenntarthatósági megoldásokat is kínál. A vállalat szorosan együttműködik ügyfeleivel, így segít nekik, hogy a gondozás költségeinek csökkentése mellett értéknövelt beteggondozást nyújthassanak pácienseiknek. Ez a cikk áttekinti, hogy a Kontron Austria Electronics miért döntött a Raspberry Pi alapú megoldások mellett, és ez milyen előnyökkel járt ügyfelei számára.
A németországi Augsburgban székhellyel, világszerte pedig fiókirodákkal rendelkező Kontron (amelyhez a Kontron Austria Electronics is tartozik) – az S&T technológiai csoport részeként – a világ minden részén hírnevet szerzett a beágyazott számítástechnika (ECT) vezető szereplőjeként. Legyen szó akár a biztonságos hardverekről, köztes szoftverekről vagy a dolgok internetéről (IoT), a Kontron minden ágazat eredetieszköz-gyártóinak (OEM-jeinek) kínál kielégítő, a szabványos termékek és testre szabott megoldások kombinációján alapuló megoldásokat a megbízható, csúcstechnológiájú beágyazott rendszerekre alapozva.
Az Intel és az AMD x86, valamint az NXP és ST Microelectronics ARM-alapú processzorarchitektúráin alapuló termékek széles választéka mellett a Kontron mostantól a Kontron Austria Electronics Raspberry Pi alapú termékeivel is kiegészíti a termékválasztékát, hogy új ügyfeleket és újabb alkalmazástípusokat célozzon meg. Ez azt jelenti, hogy az ügyfelek működőképes prototípusokat hozhatnak létre vagy akár a szabványos Raspbian operációs rendszeren történő szoftverkészítésbe is fektethetnek, de számos nagy teljesítményű funkcióhoz is hozzáférhetnek, amelyek a Yocto vagy a Linux rendszereken nehezebben telepíthetők.
A Kontron megközelítése hátterében az a szándék áll, hogy ügyfeleiket olyan versenyelőnyökhöz juttassák, mint például a rövidebb piacra kerülési idő, az alacsonyabb üzemeltetési összköltség, a termékek hosszú élettartama, valamint a teljes mértékben integrált alkalmazások. Annak, hogy az OEM-ek a Kontron szolgáltatásait veszik igénybe (és természetesen mellettük is maradnak hosszú távú termék- és szolgáltatásfejlesztési partnerként) egyik oka az, hogy a vállalat olyan alkalmazásra kész platformokat kínál, amelyek segítségével fenntartható és életképes beágyazott/IoT megoldások alkothatók meg rövid idő alatt.
A Kontron Austria Electronics által a csúcstechnológiájú orvosi eszközöket fejleszteni szándékozó OEM-ek számára kínált választék egyik kulcsfontosságú eleme az, hogy a megoldásait a Farnell Raspberry Pi eszköze köré építi. A rövidebb piacra kerülési idő, és ezáltal a rövidebb fejlesztési ciklusok mellett a Raspberry Pi fő vonzereje – a Kontron számára – többek között az, hogy a megoldás hosszú távon elérhető, és a platformnak szentelt globális közösségen keresztül hatalmas mennyiségű támogatás áll rendelkezésre.
Ennek köszönhetően a Kontron Austria Electronics a kiterjesztett termékéletciklus-kezelésen, valamint a magas szintű megbízhatóságon és minőségbiztosításon, az egyedi alkalmazásokra optimalizált testre szabott megoldásokon, a legújabb technológiák egyszerű elérésén, illetve az értéknövelt hardver- és szoftverszolgáltatások révén lecsökkent kutatási és fejlesztési költségeken kívül a berendezések hosszú távú rendelkezésre állását is képes biztosítani.
A „dobozos” Raspberry Pi Compute Module 3+
Miért a Raspberry Pi?
Mi az oka annak, hogy a Kontron Austria Electronics a Raspberry Pi kezdőkészletet választotta az orvosi megoldásai egyik lehetséges alapjaként? Mi az a többlet, amit ez a készlet biztosítani tud a Kontron Austria Electronics eredetieszköz-gyártóknak nyújtott kínálatához, amivel más platformok nem rendelkeznek?
A Kontron Austria Electronics jelenleg az ipari (60%) és az orvosi (40%) piacokon is jelen van, a világ minden országában való használatra szánt elektronikai termékek tervezése, fejlesztése és gyártása terén eltöltött 32 éve során a klasszikus beágyazott rendszerek számos különböző megoldáscsomagjával dolgozott. Ide tartozik a Kontron saját, az ARM Cortex-M3 és M4 processzorain, az I.MX 6 processzorokon és a Cortex-A8 és A9 alkalmazásprocesszorokon alapuló CPU-ival végzett hardvertervezés is.
Azonban egyre több és több ügyfél kéri a Raspberry Pi platformot is. Számos ügyfél kereste meg a Kontron Austria Electronics vállalatot a saját, Raspberry Pi Compute Module 3 alapú megoldásainak működő prototípusaival, és azzal, hogy a termelésben sem kívánnak másik platformra áttérni. Felismerve, hogy milyen népszerű az egykártyás számítógép egy olyan új generáció körében, amelyet a fejlesztőkészletként való használata is bizonyít, a Kontron Austria Electronics úgy döntött, hogy a Raspberry Pi eszközt felveszi a saját kínálatába, kiegészítve ezzel a vállalat egyéb modulokból és termékekből álló, meglévő választékát.
A Raspberry Pi Compute Module használatával végzett tervezés és a modul termeléshez való felhasználása lehetővé teszi a Kontron ügyfelei számára, hogy a termékeiket zökkenőmentesen vigyék tovább, hogy ne legyen szükség jelentős változtatásokra a szoftverekben. Ugyanakkor az orvosi használatra szánt berendezésekkel szembeni szigorú kiviteli szabályok miatt a Raspberry Pi Compute Module 3 és 3+ sokkal alkalmasabb az orvostechnikai ágazat számára, mint az eredeti Raspberry Pi 3.
Az első Raspberry Pi számítógépet azzal a céllal alkották meg, hogy segítse a számítástechnikát tanuló egyetemi diákokat a hardverek megértésében és alaposabb megismerésében. Egyéb platformokkal összehasonlítva a Raspberry Pi különösen népszerű az egyetemeken és műszaki főiskolákon világszerte. Ennek eredményeképpen egyre több és több mérnök kerül ki úgy az oktatásból, hogy ismeri a Raspberry Pi eszközt és annak előnyeit, és szeretné azokat a saját szakterületén felhasználni. Ezek a fiatal mérnökök mára azoknál a vállalatoknál dolgoznak, amelyek terméktámogatást kérnek a Kontrontól, és természetes számukra, hogy a Raspberry Pi eszközt használják a prototípusuk megalkotásához. Ez összhangban van azzal a ténnyel, hogy a Raspberry Pi Foundation a diákok rendelkezésére bocsátotta a Raspberry Pi eszközt, és mára ezek a diákok már képesített szakemberként dolgoznak. Ezáltal a Raspberry Pi számos ágazat „éles” műszaki alkalmazásaiba beágyazva is megjelenik.
A Raspberry Pi professzionális alkalmazásokban való használatának egyik legnagyobb előnye az ár-CPU-teljesítmény arány, amely sokkal jobb a többi platform által kínáltnál. A Raspberry Pi egy másik remek tulajdonsága, amely az orvosi termékekben (és ipari termékekben) való használatra ideálissá teszi, hogy a Raspberry Pi Compute Module kiváló EMC-t és csatlakoztathatóságot kínál, ami létfontosságú a kritikus környezetekben használt orvosi termékeknél.
A Kontron Austria Electronics által a közelmúltban a Raspberry Pi Compute Module 3 használatával fejlesztett egyik orvosi termék egy Bluetooth-átjáró laboratóriumi alkalmazásokhoz. Ez az eszköz Bluetooth-érzékelők használatával gyűjti össze az áthaladó minták adatait és feldolgozza azokat a modern laboratóriumokban szükséges dokumentációkban való felhasználáshoz. A minták paramétereit – mint például a nedvességtartalmukat, UV-fluoreszcenciájuk mértékét és hőmérsékletét – rögzítő termék rendelkezik többek között egy USB-C és egy LAN-porttal, valamint két normál USB, egy vezeték nélküli LAN és két Bluetooth 5.0 porttal.
Raspberry Pi Compute Module 3+ elölnézet
A Cubile egészségügyi megfigyelőrendszer
A Raspberry Pi Compute Module 3 használatával fejlesztett piacvezető termékre a legjobb példa talán a Cubile folyamatos betegmegfigyelő rendszer, amely teljes értékű, 2B-osztályú orvosi tanúsítvánnyal rendelkezik.
A ballisztokardiográfiát alkalmazó Cubile olyan egészségügyi adatokat gyűjt, mint például a légzésszám és a pulzus, valamint az „ágy elhagyására” vonatkozó adatok, amelyek segítenek megelőzni az eleséseket és felfekvéses sebeket. Minden adatot az ágyban elhelyezett érzékelőpanel szerez be, és az információkat különböző mobileszközökre vagy személyi számítógépre továbbítja. A folyamatos pulzus- és légzésszám-figyelés segít a fájdalom, a láz vagy az alvási rendellenességek észlelésében, miközben az egység érzékeli az ágy nedvességét is, és azonnali riasztással figyelmeztet arra. A 2019-ben bevezetett kiegészítőknek köszönhetően a megfigyelőrendszerrel kezelhető a vesefunkciók felügyelete, az inkontinencia és azok automatikus dokumentálása.
Nagy teljesítményű CPU-ja és az integrált funkciók kiterjedt köre révén a Cubile valójában egy intelligens kórházi ágyat hoz létre, amely segíti az egészségügyi dolgozókat, miközben biztonságos környezetet teremt a betegek számára, csökkentve a szorongást és a stresszt, illetve optimalizálva a költséges erőforrások felhasználását. Ez az „észrevétlenül maradó” eszköz időt takarít meg, javítja a biztonságot, maximalizálja a személyes szabadságot és biztosítja a személyes adatok védelmét. A gyártó, a CubileHealth szerint ez a kifinomult megfigyelőrendszer „segíti az egészségügyi személyzetet, időben észleli az egészségügyi kockázatokat és segít az optimális ápolási minőség biztosításában”. Ezt azzal biztosítja, hogy a veszélyes helyzeteket még azok bekövetkezte előtt észleli, és értesítést küld a Compute Module 3 eszközbe beépített nővérhívó rendszerbe.
A Raspberry Pi Compute Module megoldásnak hála a Cubile egységben elérhető plusz szolgáltatások közé tartozik többek között egy második CPU az adatok beszerzéséhez, egy 4 kV-os szigetelt LAN, egy ultragyors USB mérlegcella-interfész, vezetékmentes LAN- és Bluetooth-képességek, valamint beépített akkumulátortöltő.
Hosszú távú rendelkezésre állás
Az említettek szerint a Kontron Electronic OEM-ügyfelei közül sokuk legfontosabb szempontja az alkalmazott platform hosszú távú rendelkezésre állása. Ennek oka az, hogy az általuk kínált orvostechnikai termékek némelyikét 10–15 éves üzemi élettartamra tervezik. Míg a Compute Module 3 garantált elérhetőségi ideje öt év, a Compute Module 3+ akár hét évig is beszerezhető, ami azt jelenti, hogy az ügyfelek biztosak lehetnek abban, hogy a Compute Module 3+ eszközt legalább 2026-ig megvásárolhatják a termékeikben való használatra. A Kontron Austria Electronics ezenkívül egy jelentős méretű, nitrogénnel feltöltött raktárlétesítményt is üzemeltet, hogy az alkatrészeket akár hét éven át is raktáron tarthassák azok öregedése nélkül, egyszerűbbé téve az ügyfelek számára az áttérési folyamatuk megtervezését és végrehajtását.
A Kontron Austria Electronics a piacvezető orvosi eszközök előállításához kínált minden megoldását személyre szabja az ügyfelei számára a termék végső felhasználása szerinti speciális követelményeknek megfelelően. A kezdeti tesztek végrehajtásához például a Kontron Austria Electronics, a Farnell támogatásával, a Raspberry Pi Compute Module 3 ipari kezdőkészletét bocsátja rendelkezésre, amely a megszokottnál több kiegészítő interfésszel rendelkezik. Ezek többek között az alábbiak: analóg/digitális bemeneti és kimeneti portok, egy második 10/100 Mbit-es Ethernet port, egy 24 V-os tápegység, egy CAN-szabványú busz, egy egyvezetékes interfész, RS485/RS232 soros eszközcsatlakozások, a Raspbian operációs rendszer, valamint előre telepített bemutatóalkalmazások.
Mindezen extra funkciókkal az ügyfelek gyorsan működésbe állíthatnak egy működő prototípust a Compute Module 3 eszközön használt szoftverekkel, de még több testreszabási képességgel, biztosítva ezáltal az ügyfelek igényeinek teljes körű kielégítését.
Bár a Kontron számos azonnal használható, szabványos interfészeket tartalmazó kártyát is kifejlesztett, amelyek katalógusból rendelhetők a virágzó IoT (Internet of Things, dolgok internete) piac igényeinek megfelelve, a projektek többsége testre szabott termékeken alapul. A Kontron Austria Electronics kezdetben tanácsadóként, majd ezt követően tervezőként vagy fejlesztőként nyújt segítséget. Az ügyfelek speciális kérésekkel keresik meg a Kontron Austria Electronics vállalatot, amelynek mérnökei tájékoztatást és tanácsokat adnak az optimális megoldást illetően. Ez a fajta együttműködés igen hatékonynak bizonyult, így az eredetiberendezés-gyártók az alsóbb kategóriás termékek ártartományának felső részére jellemző árakon élvezhetik a kivételesen nagy teljesítményű megoldásokat.
Raspberry Pi Compute Module 3+ hátulnézet
A jövő
A Kontron Austria Electronics orvostechnikai ügyfelei közül sokan a Raspberry Pi Compute Module platform használatát kérik, mivel egyszerű átállási folyamatra van szükségük a prototípusokról a gyártásba került berendezéseikre. A Raspberry Pi tökéletesen megfelel ennek a kritériumnak, és olyan szoftverkompatibilis rendszert biztosít, amely hatékonyan működik és megfelel az orvostechnikai környezetek minden érvényes tanúsítványának. Továbbá a Compute Module 3/3+ széles körben elismerten az egyik legjobb ár-CPU-teljesítmény arányt kínálja a piacon, miközben életképes, hosszú távú megoldást nyújt, amely megfelel az egyre komolyabb elvárásokat támasztó ágazatok igényeinek.
Noha a Raspberry Pi használata az orvosi elektronikus alkalmazásokban várhatóan stabilan növekedni fog, nem valószínű, hogy ez drámai mértéket ölt, mivel ez a platform már eddig is jelen volt ebben az ágazatban. Azonban a Kontron a tapasztalatai alapján úgy véli, hogy az elkövetkező 12 hónapban a Compute Module 3 és a Compute Module 3+ használata még több ipari alkalmazásban jelenik meg, ahol a Compute Module különösen sokoldalú és nagy teljesítményű alternatívaként bizonyít.
Napjainkban egyre több olyan mérnök dolgozik a különböző iparágakban, akik már iskolai szinten elsajátították a Raspberry Pi platform használatát. Bár a frissen diplomát szerzett mérnökök rendelkeznek majd némi tapasztalattal az Intel, AMD vagy NXP CPU-jait illetően is, a többségük már dolgozott Raspberry Pi projekteken. Ezt azt jelenti, hogy amikor munkába állnak, valószínűleg szívesen választják majd a Compute Module 3 vagy 3+ eszközt. A platform működik, közkedvelt, és a mérnökök ismerik a képességeit, és szeretnének egy olyan megoldás mellett maradni, amelyben megbíznak, és amelynek a használata „a kisujjukban van”.
Nem túlzás azt állítani, hogy 2019-ben a legtöbb mérnök, aki szeretne prototípusokat fejleszteni (legyen szó akár orvostechnikai, akár ipari ágazatról), már rendelkezik pozitív tapasztalatokkal a Raspberry Pi platformot illetően, és a közeljövőben ez még inkább előmozdítja majd a termék szélesebb körű elterjedését.
A Kontron úgy véli, hogy a Raspberry Pi még sok éven keresztül megfelel a vállalat termékfejlesztési igényeinek, és izgatottan várja a piaci változásokat – úgy mint a Compute Module 3 és 3+ nagyobb mennyiségben történő előállítását, valamint a Raspberry Pi Compute Module 4 esetleges bevezetését is.
Szerző: Michael Starker – marketingmenedzser, Farnell
Farnell
Ingyenesen hívható telefonszám: 06 80 016 413
Műszaki támogatás e-mailben:
http://hu.farnell.com
www.element14.com
még több Farnell
