Drahtloser, tragbarer Sender

Die aktuelle Forschung zu flexibler Elektronik ebnet den Weg für drahtlose Sensoren, die am Körper getragen werden können und eine Vielzahl medizinischer Daten erfassen. Aber ohne ein ähnliches flexibles Übertragungsgerät würden diese Sensoren Kabelverbindungen benötigen, um Gesundheitsdaten zu übertragen.

Wie tragbare Sensoren muss ein tragbarer Sender für die Verwendung auf der menschlichen Haut sicher sein, bei Raumtemperatur funktionsfähig sein und Verdrehen, Zusammendrücken und Dehnen standhalten. Die Flexibilität des Senders stellt jedoch eine einzigartige Herausforderung dar:Wenn Antennen gestaucht oder gedehnt werden, ändert sich ihre Resonanzfrequenz (RF) und sie übertragen Funksignale mit Wellenlängen, die möglicherweise nicht mit denen der beabsichtigten Empfänger der Antenne übereinstimmen.

Forscher haben einen flexiblen, tragbaren Sender in Schichten entwickelt. Aufbauend auf früheren Arbeiten stellten sie ein Kupfernetz mit einem Muster aus sich überlappenden Wellenlinien her. Dieses Netz bildet die untere Schicht, die die Haut berührt, und die obere Schicht, die als strahlendes Element in der Antenne dient. Die oberste Schicht erzeugt beim Zusammendrücken einen Doppelbogen und dehnt sich beim Ziehen – und bewegt sich zwischen diesen Stufen in einer geordneten Reihe von Schritten. Der strukturierte Prozess, durch den sich das Antennennetz wölbt, abflacht und dehnt, verbessert die Gesamtflexibilität der Schicht und reduziert HF-Schwankungen zwischen den Zuständen der Antenne.

Die untere Netzschicht verhindert, dass Funksignale mit der Haut interagieren. Diese Implementierung vermeidet über das Verhindern von Gewebeschäden hinaus einen Energieverlust, der dadurch verursacht wird, dass Gewebe das Signal abbaut. Die Fähigkeit der Antenne, eine konstante HF aufrechtzuerhalten, ermöglicht es dem Sender auch, Energie aus Funkwellen zu sammeln, wodurch möglicherweise der Energieverbrauch von externen Quellen gesenkt wird.

Der Sender, der drahtlose Daten in einer Reichweite von fast 300 Fuß senden kann, kann problemlos eine Reihe von Computerchips oder Sensoren integrieren. Mit weiterer Forschung könnte es Anwendungen in der Gesundheitsüberwachung und klinischen Behandlungen sowie in der Energieerzeugung und -speicherung haben.

Nach der Entwicklung des dehnbaren Antennenprototyps analysierten die Forscher ihn, um neue grundlegende Wege zur Feinabstimmung eines solchen Geräts zu identifizieren, die für ähnliche zukünftige Forschungen angewendet werden könnten. Das Team stellte eine Antenne mit Schichten und einem Maschenmuster ähnlich ihrem vorherigen Prototyp her, der jedoch die Doppelbogen-Kompressionsstruktur fehlte. Sie maßen die Verformung der Antenne, wenn das Netz in verschiedenen Intervallen gedehnt wurde, und verwendeten dann Computersimulationen, um die Beziehung zwischen der Verformung und der Antennenleistung zu untersuchen.

Um die Analyse der Funksignalübertragung der Antenne zu vereinfachen, verwendeten die Forscher eine mathematische Technik, um bestimmte Messwerte – wie die Breite und den Winkel des sich wiederholenden Maschenmusters – in konstante Werte umzuwandeln. Mit diesem als Normalisierung bezeichneten Prozess können sich Forscher auf die Beziehung zwischen bestimmten Variablen konzentrieren, indem sie den Einfluss der normalisierten Variablen negieren.

Das Team stellte fest, dass die Normalisierung verschiedener Variablen mehrere Möglichkeiten zur Anpassung der Antennenleistung bot. Sie fanden auch heraus, dass die simulierte Geometrie des Netzes selbst mit demselben Satz normalisierter Variablen zu unterschiedlichen Ergebnissen führen kann.

Obwohl die Forscher die Eigenschaften von tragbaren Antennen analysierten, könnten die Methoden auf andere Hochfrequenzgeräte angewendet werden. Die Forschung könnte zu Netzwerken von Sensoren und Sendern führen, die am Körper getragen werden und alle miteinander und mit externen Geräten kommunizieren.

Sehen Sie sich hier ein Video auf Tech Briefs TV an. Wenden Sie sich für weitere Informationen an Megan Lakatos unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! JavaScript muss aktiviert werden, damit sie angezeigt werden kann.; 814-865-5544.