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GN⁺: 아들을 위한 T1D 스마트워치 직접 제작

 (andrewchilds.com)
8P by neo 21일전 | ★ favorite | 댓글 1개

배경

  • 9살 아들이 1형 당뇨병을 앓고 있어, 췌장이 항상 수동 모드로 작동해야 하는 상황임.
  • 건강한 췌장은 인슐린과 글루카곤을 생성하여 혈당을 조절함.
  • 1형 당뇨병 환자는 이러한 조절 장치 없이 혈당을 관리해야 하며, 저혈당은 치료하지 않으면 응급 상황이 될 수 있음.
  • CGM(연속 혈당 모니터링)과 폐쇄 루프 인슐린 펌프 같은 기술이 도움이 되지만, 경고음이 자주 울리는 문제가 있음.
  • 혈당 데이터를 자주 확인해야 하는 부담이 있으며, 이를 줄이기 위한 방법을 찾고자 함.

"왜 Apple Watch를 사지 않나요?"

  • Apple Watch는 아이에게 너무 많은 기능과 알림을 제공하여 학교에서 집중을 방해할 수 있음.
  • CGM 데이터의 신뢰할 수 있는 표시를 제공하지 않음.
  • 단순하고 신뢰할 수 있는 장치가 필요함.
  • 많은 부모들이 Apple Watch 대신 단순한 기능의 장치를 원함.

제품 요구사항

  • 학교에서 아들을 방해하지 않는 단순한 디자인.
  • 운동장에서의 활동을 견딜 수 있는 내구성.
  • 신뢰할 수 있는 CGM 데이터 제공.
  • 중요한 순간에 촉각 피드백 제공.

과정

초기 브레드보드와 모듈

  • M5Stick 장치를 사용하여 CGM 데이터를 표시하는 시도를 했으나, 배터리 수명이 짧고 방수 기능이 부족했음.
  • Adafruit와 Sparkfun의 모듈을 사용하여 아두이노 소프트웨어와 주요 부품을 연결함.

첫 번째 큰 장애물: 신뢰할 수 있는 BLE 연결

  • Dexcom API에서 최신 데이터를 가져오는 iOS 앱과의 신뢰할 수 있는 BLE 연결을 구축하는 것이 어려웠음.
  • 스마트워치가 5분마다 iOS 앱에 연결하여 BLE 읽기 요청을 수행하는 방식으로 해결함.

커스텀 PCB로의 도약

  • Fusion 360을 사용하여 3D 모델링을 배우고, 커스텀 PCB를 설계함.
  • KiCad를 사용하여 전기 공학 기초와 PCB 설계 소프트웨어를 학습함.

놀라움! 촉각 모터는 까다로움

  • 촉각 모터의 저항이 달라 성능이 일정하지 않음.
  • ERM 모터를 사용하여 혈당 추세에 따라 빠르게 탭하는 알림을 구현함.

디스플레이 옵션

  • 1.69인치 240x280 픽셀 TFT IPS 디스플레이를 사용함.
  • 터치스크린을 포함하지 않음으로써 프로젝트를 단순화함.

케이스 제작 및 마감

  • Fictiv를 통해 케이스를 제작함.
  • MJF 공정을 통해 내구성 있는 나일론 소재로 제작함.

PCB 반복

  • 9개의 PCB 버전을 개발하며, 4층 PCB로 전환하여 공간 요구 사항을 충족함.
  • BMA400 가속도계를 추가하여 활동 추적 및 장치 착용 여부를 감지함.

맞춤형 유리 제작

  • 중국 공장에서 맞춤형 유리를 소량 제작함.
  • OCA 필름을 사용하여 유리와 디스플레이를 결합함.

조립 문제

  • 케이스의 크기와 사용 요구 사항으로 인해 조립이 까다로웠음.
  • TFT 디스플레이의 빛 누출을 방지하기 위해 정확한 정렬이 필요했음.

Arduino의 보안 문제

  • ESP32 기반 펌웨어를 보호하기 위해 Flash Encryption과 Secure Boot v2가 필요함.
  • Arduino IDE에서는 이를 지원하지 않음.

최종 보스 전투: 배터리 수명 최적화

  • 대부분의 시계가 약 3일의 배터리 수명을 가졌으나, 아들이 사용하는 시계는 6-7일의 배터리 수명을 가짐.
  • 배터리 수명을 최적화하기 위해 다양한 방법을 시도했으나, 명확한 해결책을 찾지 못함.

배운 점

  • 하드웨어 개발은 재미있지만 도전적임.
  • 프로토타입에서 제품으로의 전환은 큰 도전임.
  • PCB 설계와 제작은 가능하며, JLCPCB를 통해 저렴하게 제작할 수 있음.
  • 현대 스마트워치의 소매 가격은 기술과 연구 개발에 비해 저렴함.
  • 하드웨어 프로젝트를 지속하려면 부품 업데이트가 필요함.

결론

  • 아들과 함께 6개월 동안 시계를 사용하며, 그의 학교 생활에서 혈당 인식을 개선함.
  • 하드웨어 R&D에 대해 많은 것을 배웠으며, 이는 소프트웨어 개발과는 다른 도전임.
  • 하드웨어 프로토타입을 만드는 것은 어렵지만, 실제 어려움은 제조, 비즈니스 관계 구축, 시장 출시 및 장기 지원임.
  • Glowcose와 SugarPixel의 개발자들에게 많은 존경을 표함.
  • 오픈 소스 경로로 프로젝트를 진행할 가능성을 고려 중임.
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neo 21일전  [-]
Hacker News 의견

  • 놀라운 엔지니어링 작업임

    • 장기간 전원을 완전히 차단하는 문제는 해결 가능한 문제임
    • 마이크로컨트롤러가 전체 회로를 완전히 차단할 수 있으며, 버튼과 같은 것이 전원을 다시 켤 때까지 거의 전력이 소모되지 않음
    • 프로토타입 제작을 쉽게 하기 위해 사용할 수 있는 기성품이 있음
    • SparkFun 스위치와 같은 고급 소프트 전원 스위치 회로는 버튼을 눌러 오작동하는 장치를 강제로 종료할 수 있는 기능을 포함함
    • SparkFun 스위치의 설계는 장치가 실행 중일 때 버튼이 눌렸는지 마이크로컨트롤러가 알 수 있도록 하여, 기존 버튼을 재사용하여 장치가 꺼져 있을 때 전원을 복원할 수 있음
    • 장치는 비활성 상태가 일정 시간 지속되거나 배터리가 너무 낮을 때 자동으로 꺼지거나, 사용자가 버튼을 몇 초 동안 눌러 장치를 완전히 끌 수 있음

  • xdrip 프로젝트의 주요 개발자가 맞춤형 시계를 출시했음

    • Reddit에 개발자의 게시물이 있으며, 시계는 구매 가능하고 xdrip과 통합 가능함
    • 과거에는 소변 샘플을 수집하고 화학 약품을 떨어뜨려 포도당 양을 확인했음
    • 이제 맞춤형 솔루션을 구축하고 있어 감탄스러움
    • 인슐린과의 합성 신호에서 새로운 발견이 생물학적 해결책을 제공하기를 바람

  • Apple Watch에 자체 펌웨어를 푸시할 수 있는 권한이 있었다면 소프트웨어로 해결할 수 있었음

  • 자신의 프로젝트를 통해 비슷한 결과를 얻으려 했으며, 관련 내용을 블로그에 작성했음

    • 더 많은 사람들에게 제공할 수 있는 경로를 찾기를 바람
    • 도움이 필요하면 알려주기를 바람

  • OCA 라미네이터가 없었지만 주철 토르티야 프레스를 사용했음

    • 아들의 건강을 정확히 추적하고 지속되기를 바람
    • Apple은 배터리 수명과 장치의 원활한 작동을 위해 원하는 작업을 수행하기 어렵게 만듦

  • 처음부터 모든 것을 구축한 놀라운 작업임

    • PineTime과 같은 해킹 가능한 장치를 사용하거나 저렴한 피트니스 트래커를 해킹하는 방법도 고려할 수 있음
    • 처음부터 장치를 만드는 것은 대단한 성취이지만, 다른 사람들이 시도할 때는 더 쉬운 방법으로 시작할 수 있음

  • TFT 디스플레이 앞에 유리를 단순히 놓으면 저예산 Android 폰처럼 보일 수 있음

    • 토르티야 프레스 DIY 방법에 대한 더 많은 정보를 요청함

  • 건강 관리나 결과를 개선하는 엔지니어링에 애착이 있으며, 충분한 투자가 이루어지지 않는다고 느낌

    • 자금 지원을 받기를 바람
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