Simulação e desenvolvimento de antenas para transmissão transdérmica
Data
2020-01-16
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Resumo
Com o desenvolvimento dos processadores de baixo custo e os sistemas de comunicações sem fio vislumbram-se cada vez mais a utilização de dispositivos sofisticados para o controlo de sistemas de reabilitação, como próteses de membros, próteses neuronais, sistemas de controlo de libertação de fármacos ou de sinais elétricos de estimulação. No entanto essa tecnologia disponível continua a estar limitada pela dificuldade do desenvolvimento de sistemas de comunicação transdérmica de pequenas dimensões. Neste trabalho pretende-se utilizar a função de transmissão através de radiofrequência (MF e HF) entre dois sistemas separados (transmissor e recetor) para aperfeiçoar o desenho e funcionamento de uma antena plana subcutãnea. Com essa finalidade, foram desenvolvidos sistemas de bobinas acopladas por indução magnética, funcionando em regime ressonante. O estudo do sistema e funcionamento foi avaliado por simulação e modelação numérica com os programas Matblab e COMSOL Multiphysics. No final, o projeto permitiu delinear um protótipo de demonstração da eficácia da antena para ensaios in vitro. A otimização de tais antenas e a sua implementação com materiais biocompatíveis, poderá permitir a sua implantação sob a pele diminuindo o inc´omodo e limitações à mobilidade do utilizador. O desenvolvimento do protótipo implantável poderá constituir um novo programa de investigação a ser explorado no âmbito da Engenharia Biomédica ou Engenharia de Reabilitação.
With the development of low-cost processors and wireless communication systems, the use of sophisticated devices to control rehabilitation systems such as limb prostheses, drug release control systems or electrical signals of stimulation is becoming increasingly apparent. However, this available technology is still limited by the difficulty of small transdermal communication systems, especially in antenna design. In this work we intend to use the radio frequency transmission function (MF and HF) between two separate systems (transmitter and receiver) to improve the design and operation of a subcutaneous flat antenna. Resonant magnetic induction coupled coil systems have been developed and tested for this purpose. The study of the system and operation was evaluated by simulation and numerical modeling with the programs Matblab and COMSOL Multiphysics. In the end, the final design allowed us to outline a prototype demonstrating antenna efficacy for in vitro testing. The optimization of such antennas and their implementation with biocompatible materials may allow their implantation under the skin reducing the discomfort and limitations to the user’s mobility. The development of the implantable prototype may constitute a new research program to be explored within the scope of Biomedical Engineering or Rehabilitation Engineering.
With the development of low-cost processors and wireless communication systems, the use of sophisticated devices to control rehabilitation systems such as limb prostheses, drug release control systems or electrical signals of stimulation is becoming increasingly apparent. However, this available technology is still limited by the difficulty of small transdermal communication systems, especially in antenna design. In this work we intend to use the radio frequency transmission function (MF and HF) between two separate systems (transmitter and receiver) to improve the design and operation of a subcutaneous flat antenna. Resonant magnetic induction coupled coil systems have been developed and tested for this purpose. The study of the system and operation was evaluated by simulation and numerical modeling with the programs Matblab and COMSOL Multiphysics. In the end, the final design allowed us to outline a prototype demonstrating antenna efficacy for in vitro testing. The optimization of such antennas and their implementation with biocompatible materials may allow their implantation under the skin reducing the discomfort and limitations to the user’s mobility. The development of the implantable prototype may constitute a new research program to be explored within the scope of Biomedical Engineering or Rehabilitation Engineering.
Descrição
Dissertação de Mestrado em Engenharia Biomédica