T1D-Smartwatch für den Sohn selbst gebaut

Hintergrund

• Der 9-jährige Sohn hat Typ-1-Diabetes, daher muss seine Bauchspeicheldrüse praktisch ständig im manuellen Modus arbeiten.
• Eine gesunde Bauchspeicheldrüse produziert Insulin und Glukagon, um den Blutzucker zu regulieren.
• Menschen mit Typ-1-Diabetes müssen ihren Blutzucker ohne diesen Regelmechanismus kontrollieren, und Unterzuckerung kann unbehandelt zu einem Notfall werden.
• Technologien wie CGM (kontinuierliches Glukosemonitoring) und Closed-Loop-Insulinpumpen helfen, haben aber das Problem häufiger Warnsignale.
• Es ist belastend, die Glukosedaten ständig prüfen zu müssen, daher wurde nach einer Möglichkeit gesucht, diese Last zu verringern.

„Warum nicht einfach eine Apple Watch kaufen?“

• Eine Apple Watch bietet dem Kind zu viele Funktionen und Benachrichtigungen, was in der Schule die Konzentration stören kann.
• Sie liefert keine zuverlässige Anzeige der CGM-Daten.
• Benötigt wird ein einfaches und zuverlässiges Gerät.
• Viele Eltern wünschen sich statt einer Apple Watch ein Gerät mit einfachen Funktionen.

Produktanforderungen

• Ein schlichtes Design, das den Sohn in der Schule nicht stört.
• Robustheit, die Aktivitäten auf dem Spielplatz standhält.
• Zuverlässige Bereitstellung von CGM-Daten.
• Haptisches Feedback in wichtigen Momenten.

Prozess

Frühes Breadboard und Module

• Es wurde versucht, mit einem M5Stick-Gerät CGM-Daten anzuzeigen, aber die Akkulaufzeit war kurz und Wasserschutz fehlte.
• Mit Modulen von Adafruit und Sparkfun wurden die Arduino-Software und die Hauptkomponenten verbunden.

Erste große Hürde: zuverlässige BLE-Verbindung

• Es war schwierig, eine zuverlässige BLE-Verbindung mit einer iOS-App aufzubauen, die die neuesten Daten aus der Dexcom API abruft.
• Gelöst wurde dies dadurch, dass sich die Smartwatch alle 5 Minuten mit der iOS-App verbindet und eine BLE-Leseanforderung ausführt.

Der Sprung zu einer Custom-PCB

• Mit Fusion 360 wurde 3D-Modellierung erlernt und eine Custom-PCB entworfen.
• Mit KiCad wurden Grundlagen der Elektrotechnik und die PCB-Design-Software gelernt.

Überraschung! Haptikmotoren sind knifflig

• Der Widerstand der Haptikmotoren variiert, daher ist die Leistung nicht konstant.
• Mit einem ERM-Motor wurden schnelle Tipp-Alarmierungen abhängig vom Glukosetrend umgesetzt.

Display-Optionen

• Verwendet wurde ein 1,69-Zoll-TFT-IPS-Display mit 240x280 Pixeln.
• Durch den Verzicht auf einen Touchscreen wurde das Projekt vereinfacht.

Gehäusefertigung und Finish

• Das Gehäuse wurde über Fictiv gefertigt.
• Es wurde im MJF-Verfahren aus strapazierfähigem Nylon hergestellt.

PCB-Iterationen

• Es wurden 9 PCB-Versionen entwickelt, wobei auf eine 4-Lagen-PCB umgestellt wurde, um die Platzanforderungen zu erfüllen.
• Ein BMA400-Beschleunigungssensor wurde hinzugefügt, um Aktivität zu verfolgen und zu erkennen, ob das Gerät getragen wird.

Maßgefertigtes Glas

• In einer chinesischen Fabrik wurde kundenspezifisches Glas in kleiner Stückzahl hergestellt.
• Mit OCA-Film wurden Glas und Display verbunden.

Probleme bei der Montage

• Wegen der Größe des Gehäuses und der Nutzungsanforderungen war die Montage schwierig.
• Um Lichtleckagen des TFT-Displays zu verhindern, war eine präzise Ausrichtung nötig.

Sicherheitsprobleme bei Arduino

• Zum Schutz der ESP32-basierten Firmware waren Flash Encryption und Secure Boot v2 erforderlich.
• Die Arduino IDE unterstützt dies nicht.

Der Endgegner: Optimierung der Akkulaufzeit

• Die meisten Uhren erreichten etwa 3 Tage Akkulaufzeit, die vom Sohn genutzte Uhr jedoch 6–7 Tage.
• Es wurden verschiedene Methoden zur Optimierung der Akkulaufzeit ausprobiert, aber keine klare Lösung gefunden.

Erkenntnisse

• Hardwareentwicklung ist spannend, aber herausfordernd.
• Der Übergang vom Prototyp zum Produkt ist eine große Herausforderung.
• PCB-Design und -Fertigung sind machbar und können über JLCPCB günstig umgesetzt werden.
• Die Verkaufspreise moderner Smartwatches sind gemessen an Technik sowie Forschung und Entwicklung günstig.
• Um ein Hardwareprojekt fortzuführen, sind laufende Komponenten-Updates nötig.

Fazit

• Die Uhr wurde 6 Monate lang zusammen mit dem Sohn genutzt und verbesserte in seinem Schulalltag das Bewusstsein für den Blutzucker.
• Dabei wurde viel über Hardware-R&D gelernt, die andere Herausforderungen als Softwareentwicklung mit sich bringt.
• Einen Hardware-Prototyp zu bauen ist schwierig, aber die eigentlichen Herausforderungen liegen in Fertigung, dem Aufbau geschäftlicher Beziehungen, dem Go-to-Market und dem langfristigen Support.
• Den Entwicklern von Glowcose und SugarPixel wird großer Respekt gezollt.
• Es wird erwogen, das Projekt als Open-Source-Weg weiterzuverfolgen.

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• Erstaunliche Ingenieursarbeit

  • Das Problem, die Stromversorgung über längere Zeit vollständig abzuschalten, ist lösbar
  • Ein Mikrocontroller kann die gesamte Schaltung komplett abschalten, und bis etwas wie ein Knopf die Stromversorgung wieder einschaltet, wird fast keine Energie verbraucht
  • Es gibt fertige Bauteile, die sich nutzen lassen, um die Prototypenentwicklung zu vereinfachen
  • Ausgereifte Soft-Power-Switch-Schaltungen wie der SparkFun Switch enthalten eine Funktion, mit der sich ein fehlfunktionierendes Gerät durch Drücken einer Taste zwangsweise ausschalten lässt
  • Das Design des SparkFun Switch ermöglicht es dem Mikrocontroller zu erkennen, ob während des Betriebs des Geräts eine Taste gedrückt wurde, sodass derselbe Knopf wiederverwendet werden kann, um die Stromversorgung wiederherzustellen, wenn das Gerät ausgeschaltet ist
  • Das Gerät kann sich automatisch ausschalten, wenn es eine bestimmte Zeit inaktiv war oder der Akkustand zu niedrig ist, oder der Nutzer kann das Gerät vollständig ausschalten, indem er den Knopf einige Sekunden lang gedrückt hält

• Der Hauptentwickler des xdrip-Projekts hat eine angepasste Uhr veröffentlicht

  • Es gibt einen Beitrag des Entwicklers auf Reddit, und die Uhr ist erhältlich und kann mit xdrip integriert werden
  • Früher wurden Urinproben gesammelt und Chemikalien darauf getropft, um die Glukosemenge zu prüfen
  • Dass wir jetzt maßgeschneiderte Lösungen bauen, ist beeindruckend
  • Hoffentlich führen neue Entdeckungen bei den zusammengesetzten Signalen mit Insulin zu einer biologischen Lösung

• Wenn man die Berechtigung hätte, eigene Firmware auf die Apple Watch zu pushen, hätte sich das per Software lösen lassen

• Jemand hat versucht, über ein eigenes Projekt ähnliche Ergebnisse zu erzielen, und darüber in einem Blog geschrieben

  • Hoffentlich findet sich ein Weg, das mehr Menschen zugänglich zu machen
  • Wenn Hilfe benötigt wird, solle man Bescheid geben

• Es gab keinen OCA-Laminator, daher wurde eine Tortilla-Presse aus Gusseisen verwendet

  • Hoffentlich lässt sich die Gesundheit des Sohnes damit genau verfolgen und die Lösung bleibt dauerhaft im Einsatz
  • Apple macht es schwer, das Gewünschte umzusetzen, um Akkulaufzeit und reibungslosen Betrieb des Geräts sicherzustellen

• Erstaunliche Arbeit, alles von Grund auf aufgebaut zu haben

  • Man könnte auch in Betracht ziehen, hackbare Geräte wie PineTime zu verwenden oder günstige Fitness-Tracker zu hacken
  • Ein Gerät von Grund auf zu bauen ist eine große Leistung, aber wenn andere es versuchen, könnten sie mit einem einfacheren Weg anfangen

• Wenn man einfach Glas vor ein TFT-Display legt, kann es wie ein günstiges Android-Smartphone aussehen

  • Es wird um mehr Informationen zur DIY-Methode mit der Tortilla-Presse gebeten

• Es gibt eine starke Verbundenheit mit Engineering, das Gesundheitsversorgung oder Ergebnisse verbessert, und das Gefühl, dass nicht genug investiert wird

  • Hoffentlich erhält das Projekt finanzielle Unterstützung