Tryckta, töjbara NFC-system för kroppsnära tillämpningar
- Diarienummer
- FID20-0052
- Projektledare
- Herlogsson, Lars
- Start- och slutdatum
- 220601-270531
- Beviljat belopp
- 2 500 000 kr
- Förvaltande organisation
- RISE Research Institutes of Sweden AB, Borås
- Forskningsområde
- Bioteknik, medicinsk teknik och teknik för livsvetenskaperna
Summary
Närfältskommunikation (NFC) är en utbredd teknik för trådlös kommunikation som är attraktiv för kroppsnära och biomedicinska tillämpningar. Den begränsade räckvidden (upp till tiotals cm) förebygger avlyssning och möjliggör trådlös energiöverföring, vilket tillåter förenklade och säkra batterifria lösningar. Dock så krävs töjbara NFC etiketter för dessa applikationer, men dessa lider av ett grundläggande problem, eftersom antennens induktans förändras när den sträcks ut. Detta leder till en förändring av resonansfrekvensen, med följd att läsavståndet minskar eller, i värsta fall, helt avbruten kommunikation. I detta projekt ämnar vi lösa detta fundamentala problem genom att utveckla tryckta, självkompenserande NFC-system för kroppsnära och biomedicinska implantat. Nyckelkonceptet utgörs av utvecklandet av tryckta kondensatorer med inverterat töjnings-kapacitansförhållande som kan användas för att kompensera för förändringen i antennspolens induktans vid töjning och därigenom bibehålla för NFC-systemets resonansfrekvens även vid kraftig töjning. Töjbara antenner kommer att studeras i detalj och nya kondensatorer kommer att utvecklas. Baserat på denna unika teknologi kommer vi utveckla två applikationer: kroppsnära, tryckta NFC-taggar för tillämningar på hud eller i kläder, samt batteri-fria töjbara NFC nervstimulatorer för att påskynda läkning vid nervskador. Projektet förväntas generera ny kunskap och tekniska lösningar för töjbar elektronik inom kroppsnära tillämpningar.
Populärvetenskaplig beskrivning
Närfältskommunikation (NFC) är en vida använd teknologi som möjliggör trådlös kommunikation inom en rad olika områden, till exempel för kroppsnära sensorer och sakernas internet. Tryckta NFC kretsar som fungerar vid 13.56 MHz är attraktiva för kroppsnära elektronik och biomedicinska implantat eftersom de är svåra at avlyssna samt tillåter trådlös energiöverföring. Detta möjliggör batteri-fria system, vilket är en fördel då batterier utgör en potentiell säkerhetsrisk och måste därför paketeras i kraftiga och stora inneslutningar. Ett batteri-fritt NFC system består av ett mikrochip, en antennspole samt en kondensator. Kondensatorn måste anpassas efter spolens induktans för att NFC kretsen ska få rätt resonansfrekvens. Nuvarande flexibla NFC etiketter kan böjas en del och ger därmed en viss konformabilitet. För kroppsnära och implanterbar elektronik är detta dock oftast inte tillräckligt, då systemen behöver vara mjuka och töjbara för att omärkbart kunna följa med kroppens rörelser. Töjbara NFC system är behäftade med ett fundamentalt problem: om antennens geometri ändras vid töjning så ändras även antennens induktans. Detta leder till att resonansfrekvensen ändras, vilket leder till minskat läsavstånd eller helt avbruten kommunikation. I detta projekt ämnar vi lösa detta fundamentala problem genom att utveckla tryckta töjbara NFC-kretsar med självanpassad resonansfrekvens. Nyckelkonceptet utgörs av utvecklandet av tryckta kondensatorer vars kapacitans skalar omvänt mot töjning. Sådana kondensatorer kan användas för att kompensera för antennspolens ökade induktans vid töjning och därmed stabilisera kretsens resonansfrekvens. Vi utvecklar två tillämpningar baserat på denna unika teknologi: kroppsnära NFC kretsar för tillämpningar på hud eller i kläder, samt batteri-fria töjbara NFC nervstimulatorer för att påskynda läkning vid nervskador. Projektet sker i samarbete mellan forskare på RISE, Laboratoriet för Organisk Elektronik på Linköpings universitet, samt kliniska forskare på Linköpings universitetssjukhus.