Tatuagem conformada compacta

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 9678 (2023) Citar este artigo

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Este artigo apresenta uma antena vestível compacta, de baixo perfil e leve de 35,0 × 35,0 × 2,7 mm3 para transferência de energia sem fio no corpo. A antena proposta pode ser facilmente impressa em um pedaço de papel de tatuagem flexível e transformada em um substrato PDMS, fazendo com que toda a estrutura da antena se adapte ao corpo humano para proporcionar uma melhor experiência ao usuário. Aqui, uma camada de superfície seletiva de frequência (FSS) é inserida entre a antena e o tecido humano, o que reduziu com sucesso os efeitos de carga do tecido, com melhoria de 13,8 dB no ganho da antena. Além disso, a frequência operacional da retena não é muito afetada pela deformação. Para maximizar a eficiência de conversão RF-DC, um loop correspondente, um stub correspondente e duas linhas acopladas são integrados à antena para sintonizar a retena, de modo que uma ampla largura de banda (~ 24%) possa ser alcançada sem o uso de qualquer correspondência externa. redes. Os resultados da medição mostram que a rectena proposta pode atingir uma eficiência de conversão máxima de 59,0% com uma potência de entrada de 5,75 μW/cm2 e pode até exceder 40% para uma baixa potência de entrada de 1,0 μW/cm2 com uma carga resistiva de 20 kΩ, enquanto muitos outras retenas relatadas só podem atingir um alto PCE em um alto nível de densidade de potência, o que nem sempre é prático para uma antena vestível.

A eletrônica vestível tem atraído muito interesse nos últimos anos devido às suas amplas aplicações em nossa vida diária. Eles podem ser aplicados em vários locais, como smartwatches, roupas inteligentes e dispositivos de monitoramento de saúde em tempo real1. No entanto, um principal fator limitante da maioria dos eletrônicos vestíveis comercializados são suas fontes de alimentação2. A maioria destes dispositivos eletrónicos funciona a bateria, mas, infelizmente, a própria bateria tem uma vida útil limitada e o seu tamanho não diminui tão rapidamente como a eletrónica3. Hoje em dia, com o rápido desenvolvimento da tecnologia 5G, onde as técnicas de formação de feixe são massivamente utilizadas, a transferência de energia sem fio por microondas (WPT) tornou-se uma solução atraente para resolver o problema de carregamento de energia4.

Antenas de micro-ondas flexíveis feitas de materiais de tecido têm sido amplamente relatadas para aplicações vestíveis nos últimos anos5,6. A antena vestível também pode ser feita galvanizando folhas metálicas finas, como cobre7 e ouro8, em substratos dielétricos elásticos, bem como tintas de nanopartículas condutoras para impressão a jato de tinta9 em substratos flexíveis. Tecidos macios são escolhidos para antenas vestíveis devido à sua boa conformidade, flexibilidade e baixo custo . Apesar destas excelentes características, o tecido pode ter uma perda dielétrica de até 8,5 dB/m11. Além disso, foi observada redução de ganho na antena de bordado relatada na Ref.5 devido à maior resistência do fio condutor. Antenas impressas a jato de tinta que são geradas usando tinta de nanopartículas condutoras em substratos flexíveis, como Kapton e PET, também são relatadas nas Refs.9,12. Apesar dessas tintas de nanopartículas condutoras poderem fornecer alta condutividade, elas só podem ser impressas em substratos e meios de transporte específicos13. Por exemplo, a tinta prateada autosinterizada relatada na Ref.12 só pode atingir uma baixa resistência com o uso de folhas de impressão comerciais. Isto certamente limitará a compatibilidade da tinta de nanopartículas condutoras, uma vez que a eficiência da radiação da antena é muito afetada pela perda dielétrica do substrato e pela condutividade do traço de tinta condutora . Além disso, a deposição precisa da tinta condutora no substrato requer um processo complexo, tornando a fabricação um processo lento e não escalável15. Uma antena vestível que foi fabricada usando folhas metálicas finas de galvanoplastia, como cobre e ouro, em substratos dielétricos elásticos, também foi relatada nas Refs.7,8. No entanto, essas antenas não são capazes de resistir à tensão de tração16. Portanto, existe o desejo de ter uma antena de micro-ondas compacta, flexível, estável, conformada e fácil de fabricar para aplicações vestíveis.