به گزارش خبرگزاری علم و فناوری از اردبیل و به نقل از تک اکسپلور؛ تحقیقات فعلی در مورد الکترونیک انعطاف پذیر زمینه ساز حسگرهای بی سیم است که می توانند روی بدن استفاده شوند و داده های پزشکی مختلفی را جمع آوری کنند. اما داده ها کجا می روند؟ بدون وجود یک دستگاه انتقال دهنده انعطاف پذیر مشابه ، این سنسورها برای انتقال داده های سلامت به اتصالات سیمی نیاز دارند.

Huanyu "Larry" Cheng ، استادیار توسعه شغلی، Dorothy Quiggle استادیار علوم مهندسی و مکانیک در کالج مهندسی ایالتی پن ، و دو تیم بین المللی از محققان در حال تولید دستگاه هایی برای کشف امکانات آنتن های قابل پوشیدنی و انعطاف پذیر هستند. آنها دو مقاله در آوریل در نامه های نانو و خرد و مواد و طراحی منتشر کردند.

آنتن پوشیدنی بدون خدشه در عملکرد خم می شود ، کش می خورد ، فشرده می شود.

مانند سنسورهای پوشیدنی ، یک فرستنده پوشیدنی باید برای استفاده روی پوست انسان ایمن باشد ، در دمای اتاق کار کند و در برابر تاب خوردن ، فشرده سازی و کشش مقاومت کند. انعطاف پذیری فرستنده چالشی منحصر به فرد ایجاد می کند: وقتی آنتن ها فشرده یا کشیده می شوند ، فرکانس تشدید آنها (RF) تغییر می کند و سیگنال های رادیویی را در طول موج منتقل می کنند که ممکن است با گیرنده های در نظر گرفته شده آنتن مطابقت نداشته باشد.

چنگ گفت: تغییر هندسه آنتن عملکرد آن را تغییر می دهد. ما می خواستیم یک ساختار هندسی را هدف قرار دهیم که امکان حرکت را داشته باشد در حالی که فرکانس انتقال را بدون تغییر می گذارد.

تیم تحقیقاتی فرستنده انعطاف پذیر را به صورت لایه لایه ایجاد کردند. با توجه به تحقیقات قبلی ، آنها یک مش مسی با الگوی همپوشانی و خطوط موج دار ساختند. این مش لایه زیرین را که پوست را لمس می کند و لایه بالایی را تشکیل می دهد که به عنوان عنصر تابشی در آنتن عمل می کند. لایه بالایی هنگام فشرده سازی ، یک قوس دوتایی ایجاد می کند و هنگام کشیدن کشیده می شود - و در یک مرحله مرتب بین این مراحل حرکت می کند. طبق گفته چنگ ، ​​فرایند ساختاری که از طریق آن قوس شبکه ، صاف و کشیده می شود ، انعطاف پذیری کلی لایه را بهبود می بخشد و نوسانات RF بین حالت های آنتن را کاهش می دهد.

بهره وری انرژی اولویت دیگر بود. لایه مش پایین باعث می شود سیگنال های رادیویی با پوست ارتباط برقرار نکنند. این اجرا ، فراتر از جلوگیری از آسیب بافتی ، از اتلاف انرژی ناشی از تخریب سیگنال در بافت جلوگیری می کند. چنگ گفت ، توانایی آنتن در حفظ یک RF ثابت نیز به فرستنده اجازه می دهد تا انرژی را از امواج رادیویی جمع کند ، به طور بالقوه باعث کاهش مصرف انرژی از منابع خارجی می شود.

چنگ گفت: این فرستنده که می تواند داده های بی سیم را در محدوده نزدیک به 300 فوت ارسال کند ، می تواند به راحتی تعدادی تراشه یا حسگر رایانه را ادغام کند. با تحقیقات بیشتر ، می تواند در نظارت بر سلامت و درمان های بالینی ، همچنین تولید و ذخیره انرژی کاربرد داشته باشد.

وی افزود: ما ارتباط بی سیم قوی را در یک فرستنده قابل کشش نشان داده ایم. از نظر ما ، این اولین آنتن پوشیدنی است که فرکانس رزونانس تقریباً بدون تغییر را در یک طیف نسبتاً وسیع از کشش به نمایش می گذارد.

امکان سفارشی سازی بیشتر آنتن با متغیرهای ثابت

پس از تولید نمونه اولیه آنتن قابل انعطاف ، چنگ آن را با یک تیم تحقیقاتی دیگر تجزیه و تحلیل کرد. هدف این محققان شناسایی مسیرهای اساسی جدید برای تنظیم دقیق چنین دستگاهی است که می تواند برای تحقیقات مشابه آینده انجام شود.

چنگ گفت: ما می خواستیم با بررسی ارتباط بین خواص مکانیکی و رفتار الکترومغناطیسی مسئله را بررسی کنیم. برجسته سازی این رابطه می تواند بینش در مورد تأثیر پارامترهای مختلف بر عملکرد آنتن را نشان دهد.

این تیم یک آنتن با لایه ها و الگوی مش شبیه نمونه اولیه قبلی خود ساخته اما فاقد ساختار فشاری دو قوس ساخته شده است. آنها تغییر شکل آنتن را هنگامی که مش در فواصل مختلف کشیده شده بود اندازه گیری کردند ، سپس از شبیه سازی های رایانه ای برای بررسی رابطه تغییر شکل و عملکرد آنتن استفاده کردند.

برای ساده سازی تجزیه و تحلیل انتقال سیگنال رادیویی آنتن ، محققان از یک روش ریاضی برای تبدیل اندازه گیری های خاص - مانند عرض و زاویه الگوی تکرار مش - به مقادیر ثابت استفاده کردند. با استفاده از این فرآیند ، به نام عادی سازی ، محققان می توانند با نفی تأثیر متغیرهای نرمال شده ، بر رابطه بین متغیرهای خاص تمرکز کنند.

این تیم دریافت که عادی سازی متغیرهای مختلف چندین راه برای شخصی سازی عملکرد آنتن فراهم می کند. آنها همچنین دریافتند که هندسه شبیه سازی شده مش می تواند نتایج مختلفی تولید کند ، حتی با همان مجموعه متغیرهای نرمال شده.

اگرچه محققان ویژگی های آنتن پوشیدنی را تجزیه و تحلیل کردند ، اما چنگ تأکید کرد که روش های آنها می تواند در سایر دستگاه های فرکانس رادیویی نیز اعمال شود.

چنگ گفت: ما نشان داده ایم که شما مجبور نیستید محدود به بررسی اثرات یک متغیر نرمال شوید. با استفاده از این روش ، می توانیم خواص سایر آنتن ها یا دستگاه هایی را که با استفاده از مایکروویو ارتباط برقرار می کنند ، تنظیم کنیم.

نگاه به آینده

چنگ و همکارانش به تحقیق در مورد راه های تسهیل توسعه این دستگاه ها از طریق مطالعات مبتنی بر برنامه و همچنین اکتشافات اساسی بیشتر برای بهینه سازی روند طراحی ادامه خواهند داد.

چنگ گفت: ما واقعاً هیجان زده هستیم که این تحقیقات می تواند روزی منجر به شبکه هایی از حسگرها و فرستنده های پوشیده شده بر روی بدن شود که همه با یکدیگر و دستگاه های خارجی ارتباط برقرار می کنند. آنچه ما در حال تصور هستیم علمی تخیلی در حال حاضر است ، اما ما در تلاش هستیم که این اتفاق بیفتد.