پژوهش‌های فعلی در زمینه الکترونیک انعطاف‌پذیر زمینه‌ساز حسگرهایی است که روی بدن قرار می‌گیرند و داده‌های مختلف پزشکی را جمع‌آوری می‌کنند. اما داده‌ها کجا می‌روند؟ بدون وجود یک دستگاه انتقال دهنده منعطف، این حسگرها برای انتقال داده‌ها به اتصالات سیمی نیاز دارند. حسگرها و دستگاه‌های پوشیدنی زمانی واقعا کاربردی هستند که با فرستنده‌های منعطف برای انتقال داده‌ها ادغام شوند. با مجله فناوریهای توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.
Huanyu Larry Cheng استادیار علوم مهندسی و مکانیک در کالج مهندسی دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا و دو گروه بین‌المللی از پژوهشگران به دنبال توسعه و کشف امکانات آنتن‌های پوشیدنی و انعطاف‌پذیر هستند.
ویژگی فرستنده های پوشیدنی
همانند حسگرهای پوشیدنی، یک فرستنده پوشیدنی باید برای استفاده روی پوست انسان ایمن باشد، در دمای اتاق کار کند و در برابر تا شدن، فشرده شدن و کشیدن مقاوم باشد. انعطاف‌پذیری فرستنده چالشی منحصر به فرد ایجاد میکند: وقتی آنتن‌ها فشرده یا کشیده می‌شوند، فرکانس تشدید آنها (RF) تغییر میکند و سیگنال‌های رادیویی را منتقل میکند که ممکن است با گیرنده‌های مورد نظر آنتن مطابقت نداشته باشد.
Cheng می‌گوید: «تغییر هندسه آنتن عملکرد آن را تغییر می‌دهد. ما می‌خواستیم یک ساختار هندسی را هدف قرار دهیم که امکان حرکت داشته باشد در حالی که فرکانس انتقال را تغییر ندهد».
روش ساخت
این گروه پژوهشی فرستنده منعطف را به صورت لایه لایه ایجاد کردند. با توجه به پژوهش‌های پیشین، آنها یک شبکه مسی با الگوی خطوط موج‌دار و دارای همپوشانی ساختند. این شبکه یک لایه زیرین دارد که پوست را لمس میکند و لایه بالایی که به عنوان عنصر تابشی در آنتن عمل میکند. لایه بالایی هنگام فشرده یا کشیده شدن، یک قوس دوتایی ایجاد میکند و بین آنها حرکت میکند. بنابر گفته Cheng، این فرآیند ساختاری انعطاف‌پذیری کلی لایه را بهبود می‌بخشد و نوسانات فرکانس تشدید در حالت‌های مختلف آنتن را کاهش می‌دهد.
بهره‌وری انرژی اولویت دیگر بود. لایه مش زیرین موجب می‌شود سیگنال‌های رادیویی با پوست ارتباط برقرار نکنند. این افزون بر جلوگیری از آسیب بافتی، از اتلاف انرژی ناشی از تخریب سیگنال در بافت جلوگیری میکند. توانایی آنتن در حفظ یک فرکانس تشدید ثابت نیز به فرستنده اجازه می‌دهد تا انرژی امواج رادیویی را جمع کند و به طور بالقوه موجب کاهش مصرف انرژی از منابع خارجی شود.
Cheng گفت: فرستنده، که داده‌های بی‌سیم را حدود ۳۰۰ فوت ارسال میکند، می‌تواند به راحتی با تراشه‌های رایانه‌ای یا حسگرها ادغام شود. با پژوهش‌های بیشتر، این فناوری می‌تواند در نظارت بر سلامت و درمان‌های بالینی و همچنین تولید و ذخیره انرژی کاربرد داشته باشد.
Cheng گفت: «ما ارتباط قوی بی‌سیم را در یک فرستنده کشسان نشان داده‌ایم. از نظر ما، این نخستین آنتن پوشیدنی است که فرکانس رزونانس بدون تغییر را در طیف وسیعی از کشش به نمایش می‌گذارد».
امکان سفارشی سازی بیشتر آنتن با متغیرهای ثابت
پس از تولید نمونه اولیه آنتن منعطف، Cheng آن را با یک گروه پژوهشی دیگر تجزیه و تحلیل کرد. هدف این پژوهشگران شناسایی مسیرهای اساسی جدید برای تنظیم دقیق چنین دستگاهی است تا در پژوهش‌های مشابه آینده بکار گرفته شود.
این گروه یک آنتن با لایه‌ها و الگوی مشابه نمونه پیشین خود ساخته اما فاقد ساختار فشاری دو قوسی است. آنها تغییر شکل آنتن را هنگامی که شبکه در فواصل مختلف کشیده شده بود اندازه گرفتند، سپس از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای برای بررسی رابطه تغییر شکل و عملکرد آنتن استفاده کردند.
برای ساده‌سازی تجزیه و تحلیل انتقال سیگنال رادیویی آنتن، پژوهشگران از یک روش ریاضی برای تبدیل اندازه‌گیری‌های خاص، مانند عرض و زاویه الگوی تکرار شبکه، به مقادیر ثابت استفاده کردند. با استفاده از این فرآیند پژوهشگران می‌توانند با حذف تأثیر متغیرهای نرمال شده، بر رابطه بین متغیرهای خاص تمرکز کنند.
اگرچه پژوهشگران ویژگی‌های آنتن پوشیدنی را تجزیه و تحلیل کردند، اما Cheng تأکید کرد که روش‌های آنها می‌تواند در سایر دستگاه‌های فرکانس رادیویی نیز به کار رود.
Cheng گفت: «ما نشان دادیم که شما مجبور نیستید محدود به بررسی اثرات یک متغیر نرمال شوید. با استفاده از این روش، می‌توانیم خواص سایر آنتن‌ها یا دستگاه‌هایی را که با استفاده از مایکروویو ارتباط برقرار می‌کنند، تنظیم کنیم».
نگاهی به آینده
Cheng و همکارانش به پژوهش در مورد راه‌های توسعه این دستگاه‌ها و همچنین اکتشافات اساسی بیشتر برای بهینه‌سازی روند طراحی ادامه خواهند داد.
Cheng گفت: «ما واقعاً هیجان زده هستیم که این پژوهش‌ها روزی می‌تواند منجر به شبکه‌‌ای از حسگرها و فرستنده‌های پوشیدنی شود که همه با یکدیگر و دستگاه‌های خارجی ارتباط برقرار می‌کنند. آنچه ما در حال تصور آن هستیم در حال حاضر تخیلی است، اما در تلاش هستیم که این اتفاق رخ دهد».
بیشتر بخوانیم:
>> حسگری شبیه پوست برای کنترل دقیق پروتزهای دست
>> کاربرد فناوری های نوآورانه پوشیدنی در زندگی
منبع: techxplore.com
«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان‌افزا و پوشیدنی) مجاز است»
