Tatuaggio conforme compatto

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9678 (2023) Citare questo articolo

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Dettagli sulle metriche

Questo documento presenta un'antenna indossabile compatta, a basso profilo e leggera da 35,0 × 35,0 × 2,7 mm3 per il trasferimento di energia wireless sul corpo. L'antenna proposta può essere facilmente stampata su un pezzo di carta per tatuaggi flessibile e trasformata su un substrato PDMS, rendendo l'intera struttura dell'antenna conforme al corpo umano per ottenere una migliore esperienza utente. Qui, uno strato di superficie selettiva in frequenza (FSS) viene inserito tra l'antenna e il tessuto umano, che ha ridotto con successo gli effetti di carico del tessuto, con un miglioramento di 13,8 dB sul guadagno dell'antenna. Inoltre, la frequenza operativa della rectenna non è influenzata molto dalla deformazione. Per massimizzare l'efficienza di conversione RF-CC, un anello di adattamento, uno stub di adattamento e due linee accoppiate sono integrati con l'antenna per sintonizzare la rectenna in modo da poter ottenere un'ampia larghezza di banda (~ 24%) senza l'uso di alcun adattamento esterno reti. I risultati delle misurazioni mostrano che la rectenna proposta può raggiungere un'efficienza di conversione massima del 59,0% con una potenza in ingresso di 5,75 μW/cm2 e può anche superare il 40% per una potenza in ingresso bassa di 1,0 μW/cm2 con un carico resistivo di 20 kΩ, mentre molti altre rectenne segnalate possono raggiungere un PCE elevato solo a un livello di densità di potenza elevato, il che non è sempre pratico per un'antenna indossabile.

L’elettronica indossabile ha suscitato molto interesse negli ultimi anni grazie alle sue ampie applicazioni nella nostra vita quotidiana. Possono essere applicati in molti luoghi come smartwatch, abbigliamento intelligente e dispositivi di monitoraggio sanitario in tempo reale1. Tuttavia, uno dei principali fattori limitanti della maggior parte dei dispositivi elettronici indossabili commercializzati è l'alimentazione2. La maggior parte di questi dispositivi elettronici funziona a batteria, ma sfortunatamente la batteria stessa ha una durata limitata e le sue dimensioni non si riducono tanto velocemente quanto quelle elettroniche3. Al giorno d'oggi, con il rapido sviluppo della tecnologia 5G, dove le tecniche di beamforming sono utilizzate in modo massiccio, il trasferimento di potenza wireless a microonde (WPT) è diventato una soluzione interessante per risolvere il problema della ricarica di potenza4.

Negli ultimi anni sono state ampiamente segnalate antenne a microonde flessibili realizzate con materiali tessili per applicazioni indossabili5,6. L'antenna indossabile può anche essere realizzata mediante elettrodeposizione di sottili lamine metalliche come rame7 e oro8 su substrati dielettrici elastici, nonché inchiostri nanoparticellari conduttivi per stampa a getto d'inchiostro9 su substrati flessibili. I tessuti morbidi vengono scelti per le antenne indossabili per la loro buona conformità, flessibilità e basso costo10. Nonostante queste eccellenti caratteristiche, il tessuto può avere una perdita dielettrica fino a 8,5 dB/m11. Inoltre, è stata osservata una riduzione del guadagno nell'antenna da ricamo riportata nel Rif.5 a causa della maggiore resistenza del filo conduttivo. Anche le antenne stampate a getto d'inchiostro generate utilizzando l'inchiostro conduttivo di nanoparticelle su substrati flessibili, come Kapton e PET, sono riportate nei Rif. 9,12. Nonostante questi inchiostri conduttivi a nanoparticelle possano fornire un'elevata conduttività, possono essere stampati solo su substrati e mezzi di trasporto specifici13. Ad esempio, l’inchiostro argento autosinterizzato riportato nel Rif.12 può raggiungere solo una bassa resistenza con l’uso di fogli di stampa commerciali. Ciò limiterà sicuramente la compatibilità dell’inchiostro conduttivo a nanoparticelle poiché l’efficienza della radiazione dell’antenna è molto influenzata dalla perdita dielettrica del substrato e dalla conduttività della traccia di inchiostro conduttivo14. Inoltre, la deposizione precisa dell'inchiostro conduttivo sul substrato richiede un processo complesso, rendendo la fabbricazione un processo lento e non scalabile15. Nei Rif.7,8 è stata riportata anche un'antenna indossabile fabbricata utilizzando la galvanica di sottili lamine metalliche come rame e oro su substrati dielettrici elastici. Tuttavia, queste antenne non sono in grado di sopportare sollecitazioni di trazione16. Pertanto, esiste il desiderio di avere un'antenna a microonde compatta, flessibile, stabile, conforme e facile da realizzare per applicazioni indossabili.