Battery-free sensors with wireless capabilities for soft and biocompatible monitoring

Abstract

Atualmente, existe uma necessidade crescente na utilização de sensores com capacidade de comunicação sem fios para recolha e transmissão de dados, bem como de dispositivos leves e ultra-pequenos que consigam operar na ausência de baterias. Dada a elevada aplicabilidade destes sensores em sistemas biológicos, a biocompatibilidade e flexibilidade são, também, propriedades fundamentais, permitindo a utilização dos mesmos (sensores) em diversas superfícies do corpo humano (tanto a nível interno como externo). Apesar das inúmeras soluções apresentadas, existem ainda limitações relacionadas com o elevado volume dos dispositivos, dificultando a sua utilização. De modo a dar resposta a esta necessidade, este trabalho propõe um sistema passivo (sem bateria) e biocompatível baseado em RFID (identificação por radio frequência) que opera na banda de UHF. Inicialmente, irá ser concebido e montado um circuito explorando as menores dimensões possíveis, tendo em conta os componentes eletrónicos que serão usados. Uma vez montado o sensor, irão ser feitos testes e os dados recolhidos serão comparados com um aparelho comercial que irá servir de controlo. Quando o protótipo se comportar de acordo com os parâmetros industriais, deverão ser assegurados o protocolo de comunicação e a alimentação do circuito. O sistema irá incluir funcionalidades optoelectrónicas de modo a recolher informação acerca da oxigenação sanguínea e do ciclo cardíaco, combinando as propriedades electromagnéticas para os objetivos supramencionados.

Currently, the interest in ultraminiaturized, lightweight and battery-free sensors is growing fast, while devices with wireless capabilities for data collection and transmission are required. Moreover, they need to be soft and biocompatible regarding their usage on various surfaces of the body (either in internal surfaces or external surfaces). In general, current devices are yet too bulky and do not facilitate the movement of the subjects whose wear them. Nevertheless, the current communication protocols do not allow great operating range since NFC is the protocol normally used. This work proposes a passive (battery-free) and biocompatible device based on radio frequency identification (RFID), operating at ultra high frequencies, (UHF), to solve this problem. So, in the beginning, it will be conceived and assembled a circuit targeting the smallest dimensions possible considering the electronic components to be used. Following, an algorithm will be developed in order to properly analise the data collected by the sensor assembled. Then, it will be performed and the data collected will be analysed and compared against a control device commercially available. When the prototype circuit starts to perform accordingly to the industry specifications, further efforts will be taken in action towards proper communication protocol and power supply stability. The final system will incorporate optoelectronics functionalities to collect information of blood oxygenation and heart rate, while matching the electromagnetic properties for the above mentioned goals.