binder: il connettore, da elemento passivo a componente attivo del sistema
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Connettore ibrido con interfaccia NFC da binder

Le interfacce per la tecnologia applicata ai dispositivi medici richiedono di inserire un'enorme varietà di funzionalità in uno spazio IP protetto molto piccolo. I pin di segnale e dati, i contatti di terra e dell'alimentazione, nonché le misure di schermatura e protezione spesso pongono problemi di progettazione agli sviluppatori. L'elettronica ad alta frequenza integrata nel connettore circolare può aiutare a ridurre la densità delle funzioni elettromeccaniche all'interno dell'alloggiamento del componente, promuovere la miniaturizzazione e creare più spazio per una trasmissione di potenza ottimizzata

Pubblicato il 20 febbraio 2025

Le interfacce miniaturizzate per segnali, dati e potenza rappresentano di per sé una sfida a livello ingegneristico. Quando si tratta di componenti per l’ambito medicale, poi, gli sviluppatori devono soddisfare requisiti ancora più severi: protezione dai guasti, integrità del segnale, sicurezza funzionale dell’operatore e del paziente; tutto questo rende il loro compito di progettazione ancora più sfidante.

La crescente complessità funzionale pone stretti limiti fisici alla miniaturizzazione dei componenti dell’interfaccia. Nei più avanzati connettori circolari M12, ad esempio, conformi alla bozza di norma 63171-7, pin di alimentazione, contatti protettivi, schermatura e porte dati coesistono in uno spazio molto piccolo. Se, da un lato, ciò è appropriato e auspicabile per le funzionalità di base, dall’altro limita enormemente la libertà di progettazione delle singole funzioni. Nel caso dei dispositivi medici, ciò è particolarmente complicato. La compattezza dei connettori è quindi generalmente limitata e molte di queste interfacce hanno già raggiunto i limiti della fattibilità pratica.

Interrogare i contatti

Tradizionalmente, nei connettori, segnale, dati e alimentazione sono tutti collegati tramite contatti elettrici, le cui proprietà meccaniche e chimiche determinano fondamentalmente le prestazioni, la qualità e l’efficienza della trasmissione. Per ridurre al minimo le perdite, questo collegamento elettrico diretto è assolutamente essenziale per l’alimentazione, ma non lo è necessario per segnale e dati.

Nel mondo della trasmissione dati esistono standard comprovati sia per la comunicazione cablata che per quella wireless. L’utilizzo delle tecnologie corrispondenti dipende principalmente dal tipo e dalla quantità di dati da trasferire, ma anche dalle condizioni ambientali.

Mentre l’Ethernet cablato a banda larga si sta affermando sempre più nel campo della strumentazione e automazione, Zigbee a basso consumo energetico e Bluetooth LE o Wi-Fi ad alta velocità sono buoni esempi di standard molto diffusi per la comunicazione wireless. Per applicazioni che necessitano di una velocità di trasmissione dei dati superiore a questo spettro o in ambienti con interferenze elettromagnetiche vengono utilizzati anche metodi di trasmissione ottica, come la fibra ottica.

Connettori ibridi con NFC: gli sviluppatori possono utilizzare l’intero spazio di installazione all’interno del connettore per i pin di alimentazione, ampliando le opzioni di progettazione

Considerando questa varietà di opzioni, si pone la questione di quanto queste possano contribuire a risolvere il problema della miniaturizzazione limitata dei componenti di interfaccia nella trasmissione combinata di segnale, dati e potenza.

  • Cosa succederebbe, ad esempio, se fosse possibile trasmettere segnali e dati tra il connettore maschio e il dispositivo senza occupare spazio per i contatti elettrici?
  • Senza doverli schermare dai pin e dai cavi di alimentazione?
  • Cosa accadrebbe se in futuro lo spazio di installazione IP protetto all’interno della custodia del connettore potesse essere utilizzato esclusivamente, o almeno molto più di prima, per il trasferimento di potenza?
  • E se il connettore potesse ospitare una gamma ancora più ampia di funzioni?

Precedentemente un connettore, ora un microdispositivo

Con la dimostrazione della tecnologia NeaCo², binder ha esplorato questa questione e ha unito con successo i due mondi delle interfacce elettromeccaniche e wireless.

Utilizzando NeaCo², gli ingegneri di Neckarsulm (Germania) hanno dimostrato come l’elettromeccanica e l’elettronica a radiofrequenza (RF) possano essere combinate in un piccolo connettore ibrido. Mentre la potenza viene trasmessa tramite i pin tradizionali, hanno implementato la comunicazione wireless Near-Field (NFC).

L’NFC ha una portata significativamente più breve rispetto al Bluetooth o al Wi-Fi, ad esempio, ma consente al NeaCo² di essere utilizzato in numerose nuove applicazioni, come l’identificazione dei dispositivi, la manutenzione predittiva e la prevenzione dei guasti. In breve, binder ha utilizzato l’integrazione dell’elettronica RF per trasformare i connettori ibridi passivi in ​​componenti di sistema attivi, i cosiddetti microdispositivi.

Questi offrono enormi vantaggi

Gli sviluppatori possono utilizzare l’intero spazio di installazione all’interno del connettore per i pin di alimentazione, ampliando le loro opzioni di progettazione. E questo li aiuta a ottimizzare l’efficienza della porta di alimentazione, compatta e protetta. L’integrazione dell’elettronica aggiunge anche opzioni allo sviluppo di varianti di prodotto. Il rispettivo connettore stesso può essere dotato di funzionalità aggiuntive, ma può anche fungere da nodo di comunicazione, o addirittura da dispositivo di controllo.

Tra le possibili novità integrabili nel connettore ibrido grazie all’NFC figurano:
  • Identificazione dei dispositivi omologati: solo i dispositivi approvati ricevono alimentazione
  • Individuazione di dispositivi per un trasferimento di potenza ottimizzato
  • Conteggio dei cicli di accoppiamento e registrazione della resistenza elettrica per prevedere i guasti
  • Misurazione della potenza di trasmissione e della temperatura
  • La funzione come punto di accesso per il traffico dati in tempo reale
  • Spegnimento di sicurezza in caso di superamento dei limiti operativi
  • Ridotta sensibilità agli errori causati dalla contaminazione grazie alla trasmissione dati senza contatto
  • Utilizzo di un canale dati aggiuntivo per i sistemi di migrazione

Da connettore passivo a componente attivo del sistema

Integrando l’elettronica RF, gli ingegneri sono in grado di trasformare i connettori passivi in ​​componenti attivi del sistema. Pertanto, questi ricevono nuove caratteristiche e tratti distintivi. Le prestazioni e le capacità di comunicazione delle interfacce ibride potrebbero migliorare e potrebbero sorgere ulteriori scenari applicativi. I nuovi connettori possono essere utilizzati in tutti i settori oltre che nella tecnologia medicale, dall’automazione industriale alla mobilità elettrica.

Fonte: Photo binder

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