Гибкий беспроводной передатчик для носимых медицинских сенсоров

Текущие исследования гибкой электроники прокладывают путь к беспроводным сенсорам, которые можно носить на теле и собирать различные медицинские данные. Но без аналогичного гибкого передающего устройства эти сенсоры потребовали бы проводных соединений для передачи данных о здоровье.

Как и носимые сенсоры, носимый передатчик должен быть безопасным для использования на человеческой коже, функциональным при комнатной температуре и способным выдерживать скручивание, сжатие и растяжение. Гибкость передатчика, однако, создает уникальную проблему: когда антенны сжимаются или растягиваются, их резонансная частота (RF) меняется, и они передают радиосигналы на длинах волн, которые могут не соответствовать предполагаемым приемникам антенны.

Исследователи создали гибкий носимый передатчик в слоях. Опираясь на предыдущую работу, они изготовили медную сетку с узором перекрывающихся волнистых линий. Эта сетка составляет нижний слой, касающийся кожи, и верхний слой, служащий излучающим элементом антенны. Верхний слой создает двойную дугу при сжатии и растягивается при тяге — и переходит между этими стадиями в упорядоченном наборе шагов. Структурированный процесс, через который антенная сетка дугается, выпрямляется и растягивается, улучшает общую гибкость слоя и снижает RF-флуктуации между состояниями антенны.

Нижний сетевой слой предотвращает взаимодействие радиосигналов с кожей. Эта реализация, помимо предотвращения повреждения тканей, избегает потери энергии, вызванной деградацией сигнала тканью. Способность антенны поддерживать стабильную RF также позволяет передатчику собирать энергию от радиоволн, потенциально снижая энергопотребление от внешних источников.

Передатчик, способный передавать беспроводные данные на расстоянии почти 300 футов, может легко интегрировать ряд компьютерных чипов или сенсоров. С дальнейшими исследованиями он может найти применение в мониторинге здоровья и клиническом лечении, а также в генерации и накоплении энергии.

После разработки прототипа растяжной антенны исследователи проанализировали её для выявления новых фундаментальных путей тонкой настройки такого устройства, применимых к похожим будущим исследованиям. Команда изготовила антенну со слоями и узором сетки, похожими на предыдущий прототип, но лишенную структуры двойной дуги при сжатии. Они измерили деформацию антенны при растяжении сетки на разных интервалах, затем использовали компьютерные симуляции для изучения взаимосвязи между деформацией и производительностью антенны.

Для упрощения анализа радиопередачи антенны исследователи использовали математический метод для преобразования определенных измерений — таких как ширина и угол повторяющегося узора сетки — в постоянные значения. С этим процессом, называемым нормализацией, исследователи могут сосредоточиться на взаимосвязи между конкретными переменными, отрицая влияние нормированных переменных.

Команда обнаружила, что нормализация разных переменных предоставляет несколько путей для настройки производительности антенны. Они также обнаружили, что смоделированная геометрия сетки может давать разные результаты даже при одном наборе нормированных переменных.

Хотя исследователи анализировали свойства носимых антенн, методы могут быть применены к другим радиочастотным устройствам. Исследование может привести к сетям сенсоров и передатчиков, носимых на теле, все взаимодействующих друг с другом и внешними устройствами.

Смотрите видео на Tech Briefs TV здесь. Для получения информации свяжитесь с Меган Лакатос по адресу This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.; 814-865-5544.