Tự tay làm smartwatch T1D cho con trai

Bối cảnh

• Con trai 9 tuổi của tác giả mắc tiểu đường tuýp 1, nên tuyến tụy phải luôn hoạt động ở chế độ thủ công.
• Một tuyến tụy khỏe mạnh tạo ra insulin và glucagon để điều hòa đường huyết.
• Người mắc tiểu đường tuýp 1 phải tự quản lý đường huyết mà không có cơ chế điều hòa này, và hạ đường huyết có thể trở thành tình huống khẩn cấp nếu không được xử lý.
• Các công nghệ như CGM (máy theo dõi đường huyết liên tục) và bơm insulin vòng kín có thể hỗ trợ, nhưng có vấn đề là chuông cảnh báo kêu quá thường xuyên.
• Việc phải kiểm tra dữ liệu đường huyết liên tục là một gánh nặng, nên tác giả muốn tìm cách giảm bớt điều đó.

"Sao không mua Apple Watch?"

• Apple Watch cung cấp quá nhiều tính năng và thông báo cho một đứa trẻ, có thể làm xao nhãng việc tập trung ở trường.
• Nó không cung cấp khả năng hiển thị dữ liệu CGM một cách đáng tin cậy.
• Cần một thiết bị đơn giản và đáng tin cậy.
• Nhiều phụ huynh muốn một thiết bị có chức năng đơn giản thay vì Apple Watch.

Yêu cầu sản phẩm

• Thiết kế đơn giản, không làm phiền con trai ở trường.
• Độ bền đủ để chịu được các hoạt động ngoài sân chơi.
• Cung cấp dữ liệu CGM đáng tin cậy.
• Có phản hồi xúc giác vào những thời điểm quan trọng.

Quá trình

Breadboard và mô-đun ban đầu

• Tác giả từng thử dùng thiết bị M5Stick để hiển thị dữ liệu CGM, nhưng thời lượng pin ngắn và không có khả năng chống nước.
• Tác giả kết nối phần mềm Arduino và các linh kiện chính bằng các mô-đun từ Adafruit và Sparkfun.

Trở ngại lớn đầu tiên: kết nối BLE đáng tin cậy

• Việc xây dựng kết nối BLE đáng tin cậy với ứng dụng iOS lấy dữ liệu mới nhất từ Dexcom API là rất khó.
• Cuối cùng, tác giả giải quyết bằng cách để smartwatch kết nối với ứng dụng iOS mỗi 5 phút để thực hiện yêu cầu đọc BLE.

Bước nhảy sang PCB tùy chỉnh

• Tác giả học dựng mô hình 3D bằng Fusion 360 và thiết kế PCB tùy chỉnh.
• Tác giả học các kiến thức cơ bản về kỹ thuật điện và phần mềm thiết kế PCB bằng KiCad.

Bất ngờ! Mô-tơ xúc giác rất khó chiều

• Điện trở của mô-tơ xúc giác khác nhau nên hiệu năng không đồng đều.
• Tác giả dùng mô-tơ ERM để tạo cảnh báo gõ nhanh theo xu hướng đường huyết.

Tùy chọn màn hình

• Sử dụng màn hình TFT IPS 1,69 inch độ phân giải 240x280 pixel.
• Loại bỏ màn hình cảm ứng để đơn giản hóa dự án.

Chế tạo vỏ và hoàn thiện

• Vỏ được sản xuất thông qua Fictiv.
• Vỏ được làm bằng vật liệu nylon bền bằng quy trình MJF.

Lặp lại PCB

• Tác giả phát triển 9 phiên bản PCB và chuyển sang PCB 4 lớp để đáp ứng yêu cầu về không gian.
• Thêm cảm biến gia tốc BMA400 để theo dõi hoạt động và phát hiện thiết bị có đang được đeo hay không.

Làm kính tùy chỉnh

• Đặt làm kính tùy chỉnh số lượng nhỏ từ một nhà máy ở Trung Quốc.
• Dùng phim OCA để ghép kính với màn hình.

Vấn đề lắp ráp

• Việc lắp ráp khá khó do kích thước của vỏ và các yêu cầu sử dụng.
• Cần căn chỉnh chính xác để ngăn hiện tượng rò sáng của màn hình TFT.

Vấn đề bảo mật của Arduino

• Cần Flash Encryption và Secure Boot v2 để bảo vệ firmware dựa trên ESP32.
• Arduino IDE không hỗ trợ điều này.

Trận đấu trùm cuối: tối ưu thời lượng pin

• Phần lớn đồng hồ chỉ có thời lượng pin khoảng 3 ngày, nhưng chiếc đồng hồ mà con trai tác giả dùng đạt 6-7 ngày.
• Tác giả đã thử nhiều cách để tối ưu thời lượng pin nhưng chưa tìm ra lời giải rõ ràng.

Những điều rút ra

• Phát triển phần cứng rất thú vị nhưng cũng đầy thách thức.
• Chuyển từ prototype sang sản phẩm là một thử thách lớn.
• Thiết kế và sản xuất PCB là điều khả thi, và có thể làm với chi phí thấp qua JLCPCB.
• Giá bán lẻ của smartwatch hiện đại là rẻ so với lượng công nghệ và R&D phía sau.
• Muốn duy trì các dự án phần cứng thì cần liên tục cập nhật linh kiện.

Kết luận

• Tác giả và con trai đã dùng chiếc đồng hồ này trong 6 tháng, và nó giúp cải thiện nhận thức về đường huyết trong cuộc sống học đường của cậu bé.
• Tác giả học được rất nhiều về R&D phần cứng, và đây là một kiểu thử thách khác với phát triển phần mềm.
• Làm ra một prototype phần cứng đã khó, nhưng khó hơn nữa là sản xuất, xây dựng quan hệ kinh doanh, đưa sản phẩm ra thị trường và hỗ trợ lâu dài.
• Tác giả bày tỏ sự tôn trọng lớn với các nhà phát triển của Glowcose và SugarPixel.
• Tác giả đang cân nhắc khả năng tiếp tục dự án theo hướng mã nguồn mở.

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Đây là một công trình kỹ thuật đáng kinh ngạc

  • Vấn đề cắt nguồn hoàn toàn trong thời gian dài là vấn đề có thể giải quyết được
  • Vi điều khiển có thể ngắt hoàn toàn toàn bộ mạch, và gần như không tiêu thụ điện cho đến khi có thứ như nút bấm bật nguồn trở lại
  • Có những linh kiện thương mại sẵn có có thể dùng để giúp việc làm prototype dễ dàng hơn
  • Các mạch công tắc nguồn mềm cao cấp như công tắc của SparkFun còn có tính năng buộc tắt một thiết bị bị lỗi bằng cách nhấn nút
  • Thiết kế của công tắc SparkFun cho phép vi điều khiển biết được nút có bị nhấn khi thiết bị đang chạy hay không, nhờ đó có thể tái sử dụng chính nút đó để khôi phục nguồn khi thiết bị đang tắt
  • Thiết bị có thể tự động tắt khi ở trạng thái không hoạt động trong một khoảng thời gian nhất định hoặc khi pin quá yếu, hoặc người dùng có thể nhấn giữ nút vài giây để tắt hẳn thiết bị

• Trưởng nhóm phát triển chính của dự án xdrip đã phát hành một chiếc đồng hồ tùy biến

  • Có bài đăng của nhà phát triển trên Reddit, và chiếc đồng hồ này có thể mua được cũng như tích hợp với xdrip
  • Trước đây người ta phải thu thập mẫu nước tiểu và nhỏ thuốc thử hóa học để kiểm tra lượng glucose
  • Giờ đây họ đang xây dựng các giải pháp tùy biến, thật đáng khâm phục
  • Hy vọng những khám phá mới từ tín hiệu tổng hợp với insulin sẽ mang lại một giải pháp sinh học

• Nếu có quyền đẩy firmware riêng lên Apple Watch thì vấn đề này có thể đã được giải quyết bằng phần mềm

• Người bình luận cũng từng cố gắng đạt kết quả tương tự qua dự án của mình và đã viết blog về nó

  • Hy vọng có thể tìm ra con đường để đưa nó đến với nhiều người hơn
  • Nếu cần giúp đỡ thì hãy cho họ biết

• Không có máy ép OCA nhưng đã dùng một chiếc máy ép tortilla bằng gang

  • Mong việc theo dõi sức khỏe của con trai được chính xác và bền vững
  • Apple khiến việc làm điều mình muốn trở nên khó khăn để đổi lấy thời lượng pin và việc vận hành trơn tru của thiết bị

• Thật đáng kinh ngạc khi xây dựng mọi thứ từ con số không

  • Cũng có thể cân nhắc dùng những thiết bị dễ hack như PineTime hoặc hack các vòng đeo tay thể dục giá rẻ
  • Tự làm thiết bị từ đầu là một thành tựu lớn, nhưng với những người khác muốn thử thì có thể bắt đầu bằng những cách dễ hơn

• Chỉ đơn giản đặt kính trước màn hình TFT có thể khiến nó trông giống một chiếc điện thoại Android giá rẻ

  • Họ muốn biết thêm thông tin về cách DIY bằng máy ép tortilla

• Có sự gắn bó với kỹ thuật giúp cải thiện chăm sóc sức khỏe hoặc kết quả điều trị, và cảm thấy lĩnh vực này chưa được đầu tư đủ

  • Hy vọng dự án sẽ nhận được tài trợ