Нетривиальное решение для носимых антенн
выводит нательную электронику
на новый уровень.
Успехи в гибкой электронике открыли возможность получать медицинские данные пациента с помощью беспроводных датчиков, установленных непосредственно на его теле. Но это работало не так, как ожидалось или хотелось: данные считывались сенсорами прикреплённых или вводимых пациенту устройств, но, чтобы собрать эти показатели всё равно нужны провода.
Сделать же гибкую носимую антенну для беспроводной передачи данных тоже оказывается не так просто: вследствие миниатюризации размеров и рабочих токов очень возрастает требование к точности соблюдения частотного диапазона приёма-передачи сигналов. А в рамках парадигмы назначения и использования устройств эту и без того непростую задачу усложняют законы физики.
Всё дело в том, что, как и сами носимые датчики, их передатчик должен работать при комнатной температуре, быть безопасным для человека и способным выдерживать различные деформации. В этом последнем пункте и кроется главное препятствие: сжатие и растяжение антенны меняет её резонансную частоту. Следствием этого становится несовпадение длин волн передаваемого радиосигнала с резонансными частотами антенн приёмников, что приводит к снижению качества, прерыванию или полной потере сигнала.
«Изменение геометрии антенны приведёт к изменению её характеристик , – говорит Хуанью «Ларри» Ченг , доцент кафедры развития карьеры Дороти Квиггл отделения инженерных наук и механики инженерного колледжа штата Пенсильвания . – Мы хотели создать геометрическую структуру, которая допускала бы движение, не изменяя при этом частоту передачи ».
Учёные изготовили медную сетку с рисунком перекрывающихся волнистых линий, которая образует два слоя устройства: нижний касается кожи, а верхний служит излучающим сигнал элементом. Интересно, что при сжатии верхний слой способен создавать двойную дугу, а при вытягивании – растягиваться. Но главное здесь в том, что он способен работать в диапазоне между этими состояниями с упорядоченным набором шагов . Благодаря этому упорядочиванию антенная сетка не только может изгибаться, сглаживаться и растягиваться, но и – по словам Ченга – корректно снижать радиочастотные разночтения между состояниями антенны.
Но нижний слой сетки тоже имеет свои нюансы – он повышает энергоэффективность антенны, препятствуя взаимодействию радиосигналов с кожей. Это лишает пациента возможного дискомфорта и позволяет избежать прямых потерь энергии посредством поглощения полезного сигнала тканями пациента. По словам исследователей, способность антенны поддерживать стабильность не только радиочастот, но и амплитуды сигнала улучшает общую гибкость технологии во всех отношениях: и геометрически, и функционально.
Ченг говорит, что в принципе передатчик, который будет в силах передавать данные по беспроводной сети на расстоянии почти 90 метров, может легко содержать несколько компьютерных микросхем или датчиков. При условии дальнейших исследований и некоторых специфических модернизаций он может найти применение не только в мониторинге здоровья и клиническом лечении, но также и в производстве и хранении энергии.
«Мы очень рады, что это исследование может однажды привести к созданию сетей датчиков и передатчиков, которые будут носить на теле, и все они будут взаимодействовать друг с другом и внешними устройствами , – говорит автор. – То, что мы себе воображаем, в настоящий момент является научной фантастикой, но мы работаем над тем, чтобы это произошло ».
По материалам АРМК
