Transmisor inalámbrico flexible para sensores médicos wearables

La investigación actual en electrónica flexible está allanando el camino para sensores inalámbricos que pueden usarse en el cuerpo y recopilar una variedad de datos médicos. Pero sin un dispositivo de transmisión flexible similar, estos sensores requerirían conexiones cableadas para transmitir datos de salud.

Como los sensores wearables, un transmisor wearable necesita ser seguro para usar en la piel humana, funcional a temperatura ambiente y capaz de soportar torsión, compresión y estiramiento. La flexibilidad del transmisor, sin embargo, plantea un desafío único: cuando las antenas se comprimen o estiran, su frecuencia de resonancia (RF) cambia y transmiten señales de radio en longitudes de onda que pueden no coincidir con las de los receptores previstos de la antena.

Los investigadores han creado un transmisor wearable flexible en capas. Basándose en trabajos previos, fabricaron una malla de cobre con un patrón de líneas onduladas superpuestas. Esta malla constituye la capa inferior, que toca la piel, y la capa superior, que sirve como elemento radiante en la antena. La capa superior crea un doble arco cuando se comprime y se estira cuando se tira —y se mueve entre estas etapas en un conjunto ordenado de pasos. El proceso estructurado a través del cual la malla de la antena se arquea, se aplana y se estira mejora la flexibilidad general de la capa y reduce las fluctuaciones de RF entre los estados de la antena.

La capa inferior de malla evita que las señales de radio interactúen con la piel. Esta implementación, más allá de prevenir daño tisular, evita una pérdida de energía causada por la degradación de la señal por el tejido. La capacidad de la antena para mantener una RF estable también permite al transmisor recolectar energía de ondas de radio, potencialmente reduciendo el consumo de energía de fuentes externas.

El transmisor, que puede enviar datos inalámbricos a un rango de casi 300 pies, puede integrar fácilmente una serie de chips de computadora o sensores. Con más investigación, podría tener aplicaciones en monitorización de salud y tratamientos clínicos, así como en generación y almacenamiento de energía.

Después de desarrollar el prototipo de antena elástica, los investigadores la analizaron para identificar nuevas vías fundamentales para ajustar fino tal dispositivo que podrían aplicarse a investigaciones futuras similares. El equipo fabricó una antena con capas y un patrón de malla similar a su prototipo anterior pero sin la estructura de compresión de doble arco. Midieron la deformación de la antena mientras la malla se estiraba en diferentes intervalos, luego usaron simulaciones por computadora para examinar la relación entre la deformación y el rendimiento de la antena.

Para simplificar el análisis de la transmisión de señal de radio de la antena, los investigadores usaron una técnica matemática para convertir ciertas mediciones —como el ancho y el ángulo del patrón de malla repetitivo— en valores constantes. Con este proceso, llamado normalización, los investigadores pueden enfocarse en la relación entre variables específicas al negar la influencia de las variables normalizadas.

El equipo encontró que la normalización de diferentes variables proporcionaba varias vías para personalizar el rendimiento de la antena. También encontraron que la geometría simulada de la malla podía producir diferentes resultados, incluso con el mismo conjunto de variables normalizadas.

Aunque los investigadores analizaron propiedades de antenas wearables, los métodos podrían aplicarse a otros dispositivos de radiofrecuencia. La investigación podría conducir a redes de sensores y transmisores usados en el cuerpo, todos comunicándose entre sí y con dispositivos externos.

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