Raspberry Pi on alusta, jota asiakkaat kysyvät enemmän ja enemmän. Kontron Austia Electronicsin asiakkaat toteuttavat jopa tiukasti säädeltyjä lääketieteen laitteita korttimoduulin pohjalta.

Artikkelin on kirjoittanut Farnellin Saksan, Itävallan ja Sveitsin markkinoinnista vastaava Michael Starker.

Jo vuosien ajan lääketieteen laitteiden suunnitteluun erikoistunut Kontron Austria Electronics (aiemmin exceet electronics) on käyttänyt Raspberry Pi -kortteja antaakseen asiakkailleen eli suurille lääketieteen laitteiden OEM-valmistajille mahdollisuuden kehittää markkinoiden johtavia laitteita. Kontron Austria Electronics näyttää tietä lääketieteellisessä elektroniikassa ja niiden liittämiseen esineiden internetiin samalla kun laitteisiin on lisätty liitettävyyttä, tietoturvaa, skaalattavuutta ja kestävää kehitystä.

Työskentelemällä läheisesti asiakkaidensa kanssa yritys auttaa niitä lisäämään arvoa potilaiden hoitoon samalla, kun tämän hoidon kustannuksia pienennetään. Tässä artikkelissa katsotaan, miksi Kontron Austria Electronics ryhtyi tarjoamaan Raspberry Pi -pohjaisia ratkaisuja ja miten sen asiakkaat hyötyvät tästä lähestymistavasta.

Saksan Augsburgista tuleva, mutta globaalisti toimiva Kontron, johon Kontron Austria Electronics kuuluu, on osa S&T-teknologiaryhmää ja luonut maineen johtavana sulautetun tietotekniikan yrityksenä. Erityisesti Kontron on turvatun laitteiston, middleware-ohjelmiston tai IoT-palvelujen avulla vastannut OEM-valmistajien tarpeisiin eri teollisuudenaloilla tarjoamalla yhdistelmää standardituotteita ja räätälöityjä ratkaisuja, jotka perustuvat erittäin luotettaviin edistyneimpiin sulautettuihin teknologioihin.

Laajan Intelin ja AMD:n X86-prosessoreihin perustuvan ja NXP:n ja STMicroelectronicsin Arm-pohjaisten prosessorien tuotevalikoiman lisäksi Kontron täydentää nyt portfoliotaan Kontron Austria Electronicsin Raspberry Pi -pohjaisilla tuotteilla saavuttaakseen uudenlaisia asiakkaita ja sovelluksia. Tämä tarkoittaa, että asiakkaat, jotka haluavat kehittää standardiin Raspian OS -käyttöjärjestelmään perustuvia toimivia prototyyppejä tai investoida ohjelmistojen kehittämiseen tälle alustalla, voivat tehdä niin samalla kun voivat käyttää tehokkaita toimintoja, joita on vaikeampi toteuttaa esimerkiksi Yoctolla tai Linuxin avulla.

Kantava voima Kontronin lähestymistavan takana on ollut halu tarjota asiakkaille sellaisia kilpailuetuja kuin markkinoille pääsyn kiihdyttäminen, alemmat kokonaiskustannukset ja tuotteen pidempi elinikä, sekä täysin integroidut sovellukset. Yksi tärkeimpiä syitä, miksi OEM-yritykset ovat kääntyneet Kontronin puoleen ja pysyneet sen tuotekehityskumppaneina on yrityksen kyky tarjota sovellusvalmiita alustoja, joiden avulla ne voivat kehittää kestäviä ja uskottavia sulautettuja ja IoT-ratkaisuja nopealla aikataululla.

Yksi Kontron Austria Electronicsin keskeisiä tarjoamia OEM-yrityksille, jotka haluavat kehittää edistyneimpiä lääketieteen laitteita, on ollut ratkaisujen pohjaaminen Farnellin Raspberry Pin ympärille. Lyhentyneen markkinoille pääsyn ja siten lyhyempien kehitysaikojen lisäksi Kontronin Raspberry Pi-tuotteiden suurimpiin etuihin kuuluu pitkäaikainen käytettävyys ja valtavat tuki, joka on tarjolla alustan maailmanlaajuisen yhteisön kautta.

Kontron Austria Electronics voi siksi varmistaa laitteiden pitkäaikaisen saatavuuden laajennetun tuotteen elinkaaren hallinnan kautta, sekä korkean tason luotettavuuden ja laatuvarmistuksen, yksittäisiä sovelluksia varten optimoidut räätälöidyt ratkaisut, helpon pääsyn uusimpaan teknologiaan ja alentuneet tuotekehityskustannukset lisäarvoa tuottavan laitteiston ja ohjelmistopalvelujen kautta.

Miksi Raspberry Pi?

Miksi Kontron Austria Electronics sitten valitsi Raspberry Pi -aloituspaketin yhdeksi mahdolliseksi lääketieteen ratkaisujen perustaksi? Mitä sellaista alusta tuo Kontron Austria Electronicsin tarjontaan, johon muut alustat eivät pysty?

Kontron Austria Electronics operoi sekä teollisuuden (60 prosenttia) että lääketieteen (40 prosenttia) markkinoilla. 32 vuoden aikana erikoistuttuaan elektroniikkatuotteiden suunnitteluun, kehitykseen ja valmistukseen se on työskennellyt useiden eri alustojen ja ratkaisujen parissa, jotka perustuvat klassisiin sulautettuihin järjestelmiin. Näihin kuuluu Kontronin itse suunnittelemia CPU-piirejä, jotka ovat perustuneet Arm Cortex-M3- ja M4.prosessoreihin, I.MX6-prosessoreihin sekä Cortex-A8- ja A9-sovellusprosessoreihin.

Raspberry Pi on kuitenkin alusta, jota asiakkaat kysyvät enemmän ja enemmän. Asiakkaat ovat lähestyneet Kontron Austria Electronicsia Raspberry Pi Compute Module 3 -pohjaisilla toimivilla protoilla ilman halua siirtyä toisella alustalle tuotannossa. Tämän yhden kortin tietokoneen suosion takia Kontron Austria Electronics on lisännyt Raspberry Pin tarjontaansa, mikä on täydentänyt sen olemassa olevaa korttien ja tuotteiden valikoimaa.

Raspberry Pin suunnitteleminen sisään laitteisiin ja siinä pysyttäytyminen tuotannossa antaa Kontronin asiakkaille mahdollisuuden siirtyy tuotteensa eteenpäin ilman, että ohjelmistoon tarvitsee tehdä merkittäviä muutoksia. Samaan aikaan, koska lääketieteen laitteissa vaaditaan niin ankaria laitemäärityksiä, Raspberry Pi Moduulit 3 ja 3+ ovat paljon soveltuvampia tälle alueelle kuin alkuperäinen Raspberry Pi 3.

Ensimmäinen Raspberry Pi -tietokone luotiin auttamaan yliopistoon meneviä opiskelijoita opettelemaan tietotekniikkaa ja rakentamaan ymmärryksen laitteistosta. Muihin alustoihin verrattuna Raspberry Pitä arvostetaan erittäin suuresti yliopistoissa ja teknisissä korkeakouluissa ympäri maailmaa. Tämän seurauksena yhä useampi suunnittelija on halunnut viedä tutun Raspberry Pin koulutuksesta valitsemalleen ammattisektorille. Nämä nuoret suunnittelijat työskentelevät nyt yrityksissä, jotka lähestyvät Kontronia tuotetukea varten ja ovat luonnostaan turvanneet Raspberry Pi -korttiin protoa rakentaessaan. Raspberry Pi Foundation toi kortin opiskelijoille ja nyt nuo opiskelijat ovat ammattirooleissaan tuomassa Raspberry Pin teknisiin sovelluksiin eri teollisuudenaloilla.

Suurin yksittäinen etu Raspberry Pin käytössä ammattisovelluksissa on hinnan ja laskentatehon suhde, joka on selvästi muita alustoja parempi. Toinen Raspberry Pin ominaisuus, joka tekee sen ihanteelliseksi lääketieteen tuotteissa ja monissa teollisuuden tuotteissa, on korttimoduulin erinomainen EMC-yhteensopivuus, joka on elintärkeää lääketieteen laitteissa, joita käytetään kriittisissä ympäristöissä.

Yksi Kontron Austria Electronicsin Raspberry Pi 3:n pohjalta kehittämä lääketieteen tuote on laboratoriosovelluksiin tarkoitettu Bluetooth-yhdyskäytävä. Bluetooth-antureilla yksikkö kerää dataa laboratorion läpi kulkevista näytteistä analyysiä varten ja prosessoi tätä dataa sellaisella dokumentaatiolla, jota nykyaikaisessa laboratoriossa tarvitaan. Tämän tuotteen, joka tallentaa näytteiden tuottamia parametreja, kuten kosteutta, UV-arvoa ja lämpötilaa, ominaisuuksiin kuuluvat USBC-portti ja LAN-portti sekä kaksi standardia USB-porttia, langaton LAN-yhteys ja kaksi Bluetooth 5.0 -porttia.

Terveyden monitorointijärjestelmä Cubile

Kuitenkin ehkäpä paras esimerkki Raspberry Pi 3:n pohjalta kehitetystä markkinoiden johtavasta tuotteesta on jatkuvaan potilaan monitorointiin kehitetty Cubile-järjestelmä, jolla on täysi 2b-luokan lääketieteellinen sertifiointi.

Ballistokardiografialla Cubile kerää terveysdataa, kuten hengitys- ja sykedataa, sekä dataa sängystä noustessa, mikä auttaa estämään putoamisia ja nopeuttamaan toipumista. Kaikki data kerätään sänkyyn integroidulla anturityynyllä ja informaatio voidaan lähettää valikoimaan mobiililaitteita tai PC:lle. Jatkuvan syke- ja hengityksen monitorointi auttaa tunnistamaan kipua, kuumetta tai univaikeuksia samalla, kun yksikkö havaitsee myös vuoteen kosteudesta, josta se hälyttää välittömästi. Tänä vuonna lisätyt ominaisuudet mahdollistavat sen, että Cubile pystyy monitoroimaan munuaisten toimintaa, pidätyskykyä ja tekemään automaattisesti dokumentaatiota.

Tehokkaan CPU-prosessorin ja laajan integroitujen toimintojen valikoiman ansiosta Cubile käytännössä muodostaa älykkään sairaalasängyn, joka tukee hoitohenkilöstöä työssään samalla kun tuo potilaille turvallisen ympäristön, vähentää ahdistusta ja stressiä, sekä optimoi kalliiden resurssien käytön. Huomaamaton yksikkö säästää aikaa, lisää turvallisuutta, maksimoi henkilökohtaisen vapauden ja suojaa yksityisyyttä. Valmistajansa CubileHealthin mukaan edistyksellinen valvontajärjestelmä "tukee lääketieteellistä henkilöstöä, havaitsee terveysriskit ajoissa ja auttaa varmistamaan hoidon optimaalisen laadun". Se tekee tämän havaitsemalla vaaralliset tilanteet ennen niiden syntymistä ja siirtämällä ilmoitukset sairaanhoitajakutsujärjestelmään integroitu Compute Model 3:een.

Raspberry Pi Compute -moduulin ansiosta Cubile-yksikön lisäominaisuuksiin kuuluu toinen tiedonkeruun suoritin, 4 kV:n eristyksellä varustettu lähiverkkoliitäntä, erittäin nopea USB-liitäntä, langaton LAN ja Bluetooth-ominaisuudet ja sisäänrakennettu akku laturilla.

Pitkän ajan saatavuus

Kuten aiemmin mainittiin, monet Kontron Electronicin OEM-asiakkaat joutuvat miettimään käytetyn alustan saatavuutta pitkällä aikavälillä. Tämä johtuu siitä, että joidenkin heidän tarjoamiensa lääketieteellisten tekniikan tuotteiden käyttöikä on 10-15 vuotta. Vaikka Compute Module 3:n taattu käyttöikä on viisi vuotta, Compute Module 3+ tarjoaa jopa seitsemän vuoden elinkaaren. Tämä tarkoittaa, että asiakkaat voivat olla varmoja siitä, että he voivat ostaa Compute Module 3+:n ainakin vuoteen 2026 saakka käytettäväksi tuotteissaan. Kontron Austria Electronicsilla on myös huomattava suuri typellä täytetty varastotila, jonka avulla komponentteja voidaan pitää varastossa jopa seitsemän vuoden ajan ikääntymättä, jolloin asiakkaiden on helpompaa suunnitella ja toteuttaa tuotesukupolviaan.

Kaikki ratkaisut, joita Kontron Austria Electronics tarjoaa asiakkailleen markkinoiden johtavien lääkinnällisten laitteiden tuottamiseksi, räätälöidään erityisiin vaatimuksiin tuotteen loppukäytöstä riippuen. Esimerkiksi alkuperäisen testin suorittamiseksi Kontron Austria Electronics tarjoaa Farnellin tuella Raspberry Pi Compute Module 3 -teollisuuskäynnistyspakettia, jossa on enemmän lisärajapintoja kuin normaalisti. Näihin kuuluvat analogiset / digitaaliset tulo- ja lähtöportit, toinen 10/100 megabitin Ethernet-portti, 24 voltin virtalähde, CAN-väylä, yksijohdinliitäntä, RS485/RS232-sarjaliitännät ja Raspian OS ohjaimen ja demojen kanssa esiasennettuna.

Kaikilla näillä lisäominaisuuksilla asiakkaat voivat saada toiminnallisen prototyypin käyttönsä nopeasti käyttämällä samaa ohjelmistoa kuin tavallisessa 3-korttimoduulissa, mutta lisäksi heillä on mahdollisuus räätälöidä tuote tarjoamaan mitä tahansa asiakkaan etsimää ominaisuutta.

Vaikka Kontron on kehittänyt useita varastossa olevia kortteja, joissa on standardiliitännät ja jotka voidaan tilata luettelosta vastaamaan kasvavien IoT-markkinoiden vaatimuksia, suurin osa hankkeista, joiden parissa se on työskennellyt, on perustunut räätälöityjen tuotteiden ympärille. Kun Kontron Austria Electronics toimii aluksi konsulttina ja sitten suunnittelijana tai kehittäjänä, asiakkaat tulevat yritykseen spesifeillä vaatimuksilla, ja Kontronin insinöörit antavat panoksensa ja neuvojaan siitä, mikä olisi paras ratkaisu. Kumppanuus on osoittautunut erittäin tehokkaaksi ja sen myötä OEM-valmistajat hyötyvät erittäin tehokkaista ratkaisuista hintahaitarin eri päissä.

Tulevaisuus

Monet Kontron Austria Electronicsin lääketieteellisen tekniikan asiakkaista määrittelevät Raspberry Pi Compute Module -alustan, koska ne vaativat laitteilleen suoraviivaista kehityspolkua. Raspberry Pi täyttää tämän kriteerin tarjoamalla ohjelmistoyhteensopivan järjestelmän, joka toimii tehokkaasti ja täyttää kaikki lääketieteellisten laitteiden ympäristössä vaadittavat sertifikaatit. Lisäksi Raspberry Pi Compute Module 3/3+ tarjoaa laajasti tunnustetusti markkinoiden parhaan hinnan ja suorittimen suorituskyvyn suhteen. Samalla se tarjoaa elinkelpoisen, pitkäaikaisen ratkaisun, joka vastaa jatkuvasti vaatimuksiaan tiukentavan alan tarpeita.

Raspberry Pin käytön odotetaan kasvavan tasaisesti lääketieteen elektroniikan sovelluksissa. Kasvu ei tule olemaan kovin dramaattista, koska alusta on vakiinnuttanut asemansa tällä sektorilla. Kontronin mukaan Compute Module 3:n ja 3+:n käyttö todennäköisesti lisääntyy jatkossa teollisissa sovelluksissa, joissa moduulit ovat osoittautuneet erittäin monipuolisiksi ja tehokkaiksi vaihtoehdoiksi.

Raspberry Pi -alustalla koulutettujen insinöörien määrä kasvaa. Vaikka useimmilla nykyisillä tekniikan tutkinnon suorittaneilla on jonkin verran kokemusta Intelin, AMD:n, NXP:n ja vastaavien prosessoreista, suurin osa on työskennellyt erilaisissa projekteissa Raspberry Pin kanssa. Tämä tarkoittaa, että kun he alkavat työskennellä uuden projektin parissa, he hyvin todennäköisesti aloittavat joko 3- tai 3+-korttimoduulilla. Alusta toimii, suunnittelija tuntee alustan ja sen ominaisuudet ja haluaa pysyä alustalla, johon hän voi luottaa ja ota hän osaa käyttää.

Ei ole liioiteltua sanoa, että vuonna 2019 useimmat protoja kehittävät suunnittelijat – oli kyse sitten lääketieteellisestä elektroniikasta tai teollisuudesta – saavat positiivisia kokemuksia Raspberry Pistä ja tästä tulee yhä laajemmin käytetty tuotekehityksen alusta tulevaisuudessa.

Kontron uskoo, että Raspberry Pi täyttää jatkossa vuosien ajan sen tuotekehitystarpeet ja yritys odottaa muutoksia markkinoilla. Näihin muutoksiin kuuluvat Compute Module 3:n ja 3+:n valmistaminen suuremmissa volyymeissä ja Raspberry Pi Compute Module 4:n tulo markkinoille.