무선, 웨어러블 송신기

플렉서블 전자 장치에 대한 현재 연구는 신체에 착용할 수 있고 다양한 의료 데이터를 수집할 수 있는 무선 센서의 기반을 마련하고 있습니다. 그러나 이와 유사한 유연한 전송 장치가 없다면 이러한 센서는 건강 데이터를 전송하기 위해 유선 연결이 필요합니다.

웨어러블 센서와 마찬가지로 웨어러블 트랜스미터는 인간의 피부에 사용하기에 안전해야 하고 실온에서 작동하며 비틀림, 압축 및 스트레칭을 견딜 수 있어야 합니다. 그러나 송신기의 유연성은 고유한 문제를 제기합니다. 안테나가 압축되거나 늘어나면 안테나의 공진 주파수(RF)가 변경되고 안테나가 의도한 수신기의 파장과 일치하지 않을 수 있는 파장에서 무선 신호를 전송합니다.

연구원들은 유연하고 착용할 수 있는 송신기를 레이어로 만들었습니다. 이전 작업을 바탕으로 그들은 물결 모양의 선이 겹치는 패턴으로 구리 메쉬를 제작했습니다. 이 메쉬는 피부에 닿는 하단 레이어와 안테나의 방사 요소 역할을 하는 상단 레이어를 구성합니다. 맨 위 레이어는 압축될 때 이중 아치를 만들고 당기면 늘어나며 정렬된 일련의 단계에서 이러한 단계 사이를 이동합니다. 안테나 메시가 아치형, 평평해짐 및 늘어나는 구조화된 프로세스는 레이어의 전반적인 유연성을 개선하고 안테나 상태 간의 RF 변동을 줄입니다.

하단 메쉬 레이어는 무선 신호가 피부와 상호 작용하는 것을 방지합니다. 이러한 구현은 조직 손상을 방지하는 것 이상으로 신호를 분해하는 조직으로 인한 에너지 손실을 방지합니다. 안정적인 RF를 유지하는 안테나의 능력은 또한 송신기가 전파로부터 에너지를 수집할 수 있도록 하여 잠재적으로 외부 소스의 에너지 소비를 낮춥니다.

거의 300피트 범위에서 무선 데이터를 보낼 수 있는 송신기는 여러 컴퓨터 칩 또는 센서를 쉽게 통합할 수 있습니다. 추가 연구를 통해 건강 모니터링 및 임상 치료, 에너지 생성 및 저장에 응용할 수 있습니다.

신축성 있는 안테나 프로토타입을 개발한 후, 연구원들은 유사한 미래 연구에 적용될 수 있는 그러한 장치를 미세 조정하기 위한 새로운 기본 경로를 식별하기 위해 이를 분석했습니다. 팀은 이전 프로토타입과 유사하지만 이중 아치 압축 구조가 없는 레이어와 메쉬 패턴으로 안테나를 제작했습니다. 메쉬가 다른 간격으로 늘어나면서 안테나의 변형을 측정한 다음 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 변형과 안테나 성능 간의 관계를 조사했습니다.

안테나의 무선 신호 전송 분석을 단순화하기 위해 연구원들은 수학적 기술을 사용하여 반복되는 메쉬 패턴의 너비 및 각도와 같은 특정 측정값을 일정한 값으로 변환했습니다. 정규화라고 하는 이 프로세스를 통해 연구자는 정규화된 변수의 영향을 무효화하여 특정 변수 간의 관계에 집중할 수 있습니다.

팀은 다양한 변수의 정규화가 안테나 성능을 맞춤화하기 위한 여러 가지 방법을 제공한다는 것을 발견했습니다. 그들은 또한 동일한 정규화된 변수 세트를 사용하더라도 메시의 시뮬레이션된 지오메트리가 다른 결과를 생성할 수 있음을 발견했습니다.

연구원들은 웨어러블 안테나의 특성을 분석했지만 다른 무선 주파수 장치에도 이 방법을 적용할 수 있습니다. 이 연구는 신체에 착용하는 센서 및 송신기 네트워크로 이어질 수 있으며, 모두 서로 및 외부 장치와 통신합니다.

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