Хотя эта работа все еще является демонстрацией концепции, исследователи предполагают превратить ее в беспроводную систему со сверхнизким энергопотреблением, которая может легко передавать информацию по всему человеческому телу. Применение этой технологии может быть беспроводной сенсорной сетью для мониторинга здоровья всего тела.«В будущем люди будут носить больше электроники, такой как умные часы, фитнес-трекеры и мониторы здоровья. Все эти устройства должны будут обмениваться информацией друг с другом.
В настоящее время эти устройства передают информацию с помощью радиомодулей Bluetooth, которые используют много энергии для общения. Мы пытаемся найти новые способы передачи информации вокруг человеческого тела, которые потребляют гораздо меньше энергии », — сказал Патрик Мерсье, профессор кафедры электротехники и компьютерной инженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего, который руководил учиться. Мерсье также является содиректором Центра носимых датчиков Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Передача магнитных сигналов через тело человекаНовое исследование представляет решение некоторых из основных барьеров других систем беспроводной связи: для снижения энергопотребления при передаче и приеме информации беспроводным системам необходимо посылать сигналы, которые могут легко перемещаться от одной стороны человеческого тела к другой. Технология Bluetooth использует электромагнитное излучение для передачи данных, однако эти радиосигналы нелегко проходят через человеческое тело и поэтому требуют повышения мощности, чтобы помочь преодолеть это препятствие для сигнала или «потерю пути».В этом исследовании инженеры-электрики продемонстрировали метод, называемый коммуникацией с человеческим телом с помощью магнитного поля, при котором тело используется в качестве средства передачи магнитной энергии между электронными устройствами.
Преимущество этой системы состоит в том, что магнитные поля могут свободно проходить через биологические ткани, поэтому сигналы передаются с гораздо меньшими потерями на пути и, возможно, с гораздо меньшим потреблением энергии. В своих экспериментах исследователи продемонстрировали, что магнитная связь хорошо работает на теле, но они не проверяли энергопотребление этой техники.
Исследователи показали, что потери на пути, связанные с коммуникацией человеческого тела с помощью магнитного поля, более чем в 10 миллионов раз ниже, чем потери, связанные с радиомодулями Bluetooth.«Насколько нам известно, этот метод обеспечивает самые низкие потери в тракте передачи из всех продемонстрированных до сих пор беспроводных систем связи с человеческим телом. Этот метод позволит нам создавать носимые устройства с гораздо меньшим энергопотреблением», — сказал Мерсье.Более низкое энергопотребление также увеличивает срок службы батареи. «Проблема с носимыми устройствами, такими как умные часы, заключается в том, что они имеют короткое время работы, потому что они ограничиваются использованием небольших батарей.
С помощью этой системы связи с человеческим телом с магнитным полем мы надеемся значительно снизить энергопотребление, а также частоту подзарядки. свои устройства », — сказал Дживун Пак, аспирант лаборатории энергоэффективных микросистем Мерсье при инженерной школе Калифорнийского университета в Сан-Диего Джейкобс и первый автор исследования.Исследователи также отметили, что этот метод не представляет серьезного риска для здоровья. Поскольку этот метод предназначен для применения в системах связи со сверхнизким энергопотреблением, ожидается, что мощность передачи магнитных сигналов, посылаемых через тело, будет во много раз ниже, чем у МРТ-сканеров и беспроводных устройств имплантации.
Еще одно потенциальное преимущество связи с человеческим телом с помощью магнитного поля заключается в том, что она может обеспечить большую безопасность, чем сети Bluetooth. Поскольку радиомодуль Bluetooth передает данные по воздуху, любой, кто находится в пределах 30 футов, потенциально может подслушать этот канал связи. С другой стороны, при общении с человеческим телом с помощью магнитного поля человеческое тело используется в качестве средства связи, что делает канал связи менее уязвимым для подслушивания.
С помощью этой техники исследователи продемонстрировали, что магнитная коммуникация сильна на теле, но резко ослабевает за пределами тела. Если рассматривать это в контексте персональной сети беспроводной связи всего тела, информация не будет ни излучаться от тела, ни передаваться от одного человека к другому.«Повышенная конфиденциальность желательна, когда вы используете свои носимые устройства для передачи информации о своем здоровье», — сказал Парк.Демонстрация магнитной связи с помощью экспериментального прототипа
Исследователи построили прототип, чтобы продемонстрировать технику связи человеческого тела с помощью магнитного поля. Прототип состоит из медных проводов, изолированных трубками из ПВХ.
На одном конце медные провода подсоединены к внешнему анализатору, а на другом конце провода намотаны катушками вокруг трех частей тела: головы, рук и ног. Эти катушки служат источниками магнитных полей и могут посылать магнитные сигналы от одной части тела к другой, используя тело в качестве ориентира. С помощью этого прототипа исследователи смогли продемонстрировать и измерить связь с низкими потерями пути от руки к руке, от руки к голове и от руки к ноге.Исследователи отметили, что ограничением этого метода является то, что магнитным полям требуется круговая геометрия для распространения через человеческое тело.
Такие устройства, как умные часы, повязки на голову и ремни, будут хорошо работать, используя связь с человеческим телом с помощью магнитного поля, но не маленькую заплатку, которая прикреплена к груди и используется, например, для измерения частоты сердечных сокращений. Исследователи объяснили, что до тех пор, пока носимое приложение может оборачиваться вокруг части тела, оно должно отлично работать с этой техникой.