ワイヤレス、ウェアラブル送信機

フレキシブルエレクトロニクスに関する現在の研究は、身体に装着してさまざまな医療データを収集できるワイヤレスセンサーへの道を開いています。しかし、同様の柔軟な送信デバイスがなければ、これらのセンサーは健康データを送信するために有線接続を必要とします。

ウェアラブルセンサーと同様に、ウェアラブルトランスミッターは、人間の皮膚で安全に使用でき、室温で機能し、ねじれ、圧縮、伸縮に耐えられる必要があります。ただし、送信機の柔軟性には固有の課題があります。アンテナを圧縮または伸ばすと、アンテナの共振周波数（RF）が変化し、アンテナの目的の受信機の波長と一致しない可能性のある波長で無線信号を送信します。

研究者は、柔軟でウェアラブルな送信機をレイヤーで作成しました。以前の作業に基づいて、重なり合う波線のパターンを持つ銅メッシュを作成しました。このメッシュは、皮膚に接触する最下層と、アンテナの放射要素として機能する最上層を構成します。最上層は、圧縮すると二重のアーチを作成し、引っ張ると伸びます—そしてこれらのステージ間を順序付けられた一連のステップで移動します。アンテナメッシュがアーチ状になり、平らになり、伸びる構造化されたプロセスにより、レイヤーの全体的な柔軟性が向上し、アンテナの状態間のRF変動が減少します。

下部のメッシュ層は、無線信号が皮膚と相互作用するのを防ぎます。この実装は、組織の損傷を防ぐだけでなく、組織が信号を劣化させることによって引き起こされるエネルギーの損失を回避します。安定したRFを維持するアンテナの機能により、送信機は電波からエネルギーを収集することもでき、外部ソースからのエネルギー消費を削減できる可能性があります。

約300フィートの範囲でワイヤレスデータを送信できる送信機は、多数のコンピューターチップまたはセンサーを簡単に統合できます。さらなる研究により、エネルギーの生成と貯蔵だけでなく、健康の監視と臨床治療にも応用できる可能性があります。

伸縮性アンテナのプロトタイプを開発した後、研究者はそれを分析して、同様の将来の研究に適用できるようなデバイスを微調整するための新しい基本的な経路を特定しました。チームは、以前のプロトタイプと同様のレイヤーとメッシュパターンを備えたアンテナを製造しましたが、二重アーチ圧縮構造がありませんでした。彼らは、メッシュがさまざまな間隔で引き伸ばされたときのアンテナの変形を測定し、コンピューターシミュレーションを使用して、変形とアンテナの性能との関係を調べました。

アンテナの無線信号伝送の分析を簡素化するために、研究者は数学的な手法を使用して、繰り返しメッシュパターンの幅や角度などの特定の測定値を一定の値に変換しました。正規化と呼ばれるこのプロセスでは、研究者は正規化された変数の影響を否定することにより、特定の変数間の関係に焦点を当てることができます。

チームは、さまざまな変数の正規化により、アンテナのパフォーマンスをカスタマイズするためのいくつかの手段が提供されることを発見しました。彼らはまた、メッシュのシミュレートされたジオメトリが、同じ正規化された変数のセットを使用しても、異なる結果を生成する可能性があることを発見しました。

研究者はウェアラブルアンテナの特性を分析しましたが、この方法は他の無線周波数デバイスにも適用できます。この研究は、身体に装着されたセンサーと送信機のネットワークにつながる可能性があり、すべてが相互に通信し、外部デバイスと通信します。

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