وتتحول أجهزة التصفيف الهوائي المستقرة إلى كيفية تواصل الأفراد ورصد الصحة والتفاعل مع بيئتهم، ومن خلال إدماج عناصر متعددة مشعة في الملابس أو الوصلات أو حتى مباشرة إلى الجلد، تتيح هذه النظم التواصل اللاسلكي السلكي السلكي السلس مع الحفاظ على راحة المستخدمين وتنقلهم، غير أن تصميم صفائف الهوائيات الفعالة القابلة للارتداء يشكل تحديات متميزة تتطلب مواد مبتكرة، وتقنيات محاكاة متقدمة، وتكاملا دقيقا في النظام.

التحديات الرئيسية في مجال التصميم بالنسبة للأشعة المميتة القابلة للزراعة

التصغير والتقلبات الميكانيكية

(ب) أن تكون الهوائيات القابلة للزراعة مدمجة بما يكفي لتلائم عوامل صغيرة مثل اللصائح على الملابس أو الأصفاد أو الرأس، وفي الوقت نفسه، تحتاج إلى الرف والنحاس بشكل متكرر دون كسر أو فقدان أداء كهربائي، وتكون الخلايا المضغوطة التقليدية غير مناسبة بالنسبة لأكثر التطبيقات التي يمكن ارتداؤها، لأنها لا يمكن أن تتوافق مع أسطح الجسم المكشوفة وتحتمل أن تكون متداخلة مع المقاييس المقياس المقياس المضغوطة.

Proximity to Lossy Biological Tissue

وتحتاج الأنسجة الجسدية إلى مستويات عالية من المقاييس الغذائية (الحركة الميكانيكية للكيمياء، وحسابات التراكم (FLT: 1)) إلى درجة حرارة أكبر من حيث القدرة على إحداث التحولات في الجسم (30 في المائة)

استهلاك الطاقة والإدارة الحرارية

كما أن مكونات الصفائف النشطة مثل المتحولين إلى مراحل، والمضخمات، وشبكات التزييف تستهلك الطاقة التي يجب أن توفرها البطاريات الصغيرة والخفيفة الوزن، وأجهزة الطاقة القابلة للزراعة محدودة، وغالبا ما تكون أقل من 1 عجلات للاستخدام في اليوم، كما أن كفاءة تصميم الهوائيات التي تحقق مكاسبها وتخفف من خسائر الأورامية إلى الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لميزانية وصلة معينة.

دال - مدى الحياة البيئية وغسل الأموال

ويجب أن تظل الأجهزة القابلة للزراعة المستخدمة يومياً على قيد الحياة، وأن تُستخدم في غسلها، والتعرض للأشعة فوق البنفسجية، والرطوبة، والتعرّض للرق، والنسيج الميكانيكي، ويمكن أن تتحلل الآثار المطبوعة على المنسوجات بعد دورات غسيل متكررة ما لم تكن مكتظة في طبقات مائية أو مُستنزِفة باستخدام الخيوط المقاوم للتآكلة مثل النيلون الفضي.

الابتكارات المادية والتقنيات التكاثرية

المنسوجات الفرعية المرنة: المنسوجات والبوليمرات

To address flexibility and comfort, researchers have turned to fabric-based substrates such as felt, denim, polyester, and cotton. these materials allow antennas to be sewn, embroidered, or laminated directly into clothing. Common flexible polymer movies include polyimide, polydimethylsiloxane (PDMS), and liquid-crystal polymer (LCP).

Inks and Embroidery

يمكن إيداع أنماط السلوك في مصانع فرعية مرنة باستخدام الطباعة الشاشة، أو طباعة القاحلة، أو الطباعة الهباءية للطائرات الفضية أو الأكواب النحاسية، ومقاومة الأثار المطبوعة عادة 0.1 إلى 0.5 درجة مئوية من السكك الحديدية، وهي مقبولة بالنسبة للأجهزة التي تعمل تحت 6 جيهرتز.

Metamaterials for Performance Enhancement

Metamaterial-inspired structures, such as artificial magnetic conductors (AMCs) and electromagnetic bandgap (EBGG21), can be integrated into wearable antenthphas to improve isolation, reduce backward radiation into the body, and increase bandwidth. For instance, a flexible AMC layer placed between a patch antenna and the body creates highimpedance surface

استراتيجيات التصميم الكهرومغناطيسي

On-Body Impedance Matching and Ground Plane Design

وللتخفيف من حدة الانهيار الناجم عن الجسم، كثيرا ما يدمج المصممون طائرة أرضية جزئية أو طائرة أرضية كاملة على الجانب الخلفي من الهوائي، كما أن طائرة أرضية تدر الهوائي من الجسم، وتخفض الاستيعاب وتحول الترددات، ولكنها تضيف السميك وتخفض المرونة، وبالنسبة للصفائف، فإن كل عنصر قد يكون له خط أرضي خاص به، أو يمكن استخدام طائرة أرضية مشتركة مع عناصر متخلفة.

تقنيات التصويب والتصوير التدريجي

وبالإضافة إلى ذلك، فإن التخزين يتيح للمجموعات القابلة للارتداء توجيه نمط إشعاعها نحو محطة قاعدية أو ساتل، وتحسين هامش الرابط، والحد من تعرض رئيس المستخدم والجرس، فعلى سبيل المثال، يمكن لمجموعة من العناصر الأربعة التي تعمل في 28 جيهرتز (ميغاهيرتز) أن تُحوّل إلى صفائف الشعاع البلاستيكي 360 درجة باستخدام متحولين في إطار معيار فرعي مرن.

فتقنيات متعددة النواتج تستخدم التنوع المكاني لمكافحة التلاشي في قنوات الجسد، إذ يمكن أن يؤدي وضع عنصرين أو أكثر من عناصر الهوائي في نقاط مختلفة على الجسم )مثل الصدر والكتف( إلى تزيين الإشارات الواردة، وكثيرا ما يكون معامل الترميز بين هذه الظواهر العمودية أقل من ٥,٥ في المائة بالنسبة لعنصر التنوع الأفقي ذي الازدياد.

تحديات التكامل

المشاركة مع أجهزة الاستشعار والبطاريات

ونادراً ما توجد صفائف هوائيات قابلة للزراعة؛ فهي جزء من نظام أكبر يمكن أن يشمل أجهزة الاستشعار الفيزيائية، وأجهزة التحكم الدقيقة، وأجهزة إدارة الطاقة، ومنتجات الطاقة؛ وشركة التصميم المشتركة تضمن عدم تداخل الهوائي مع أجهزة الاستشعار الفضائية (مثلاً، أجهزة الإصدار الكهربائي التابعة للشركة الأوروبية، التي تلتقط ضوضاء من طراز FT) وأن المسكنات ذات البطاريات المعدنية لا تشوه الإشعاعية.

شبكات الاتصال والتغذية

كما أن ربط عناصر الهوائي المرنة بالأجهزة الإلكترونية الصلبة (مثل وحدة مرسلة) يشكل تحديا آليا مستمرا، كما أن الكابلات الدقيقة، والدوائر المطبوعة المرنة، والصور السلوكية ذات الموجات المتناهية الصغر، هي حلول مشتركة، وبالنسبة للصفائف، يجب على شبكة التغذية أن توزع الطاقة مع تأخيرات في المرحلة الصحيحة مع تحمل الإقراض المتكرر للإشعاع.

منهجيات المحاكاة والاختبار

نماذج الجسم البشري المحوسب

ويقتضي المحاكاة الدقيقة نماذج الجسم البشري الرقمية التي لها خصائص من الأنسجة غير المتجانسة، وكثيرا ما تستخدم نماذج موحدة مثل الدوق واليلا والهوغو من الأسرة الافتراضية على نطاق واسع، ويجب أن يراعى في المحاكاة تشوهات طبقة التكتل التي تستخدم في إطار مختلف المواقع - مثل مجموعة من الوصلات على اللؤلؤ عندما تكون النسيجات متعددة الفيزياء

"الاختبارات في "الفانتوم

وينبغي أن يُحدث الاختبار المادي تحميلاً واقعياً للجسد، فالثدييات السائلة (مثل خلائط المياه والسكر والملح) التي تُملأ فيها الخواص الديموغرافية للأنسجة الميكومة في شكل عظام أو رذاذ، وتُوضع صفيفة الأنتينا على الشبح، وتُقاس ملامحها الخاصة بالنحاس، وأنماط الكسب، والكفاءة في غرفة متداخلة مع الأشعة.

الاتجاهات المستقبلية والتطبيقات الناشئة

إن التقدم في علوم المواد، والتصنيع الإضافي، والإلكترونيات القابلة لإعادة التشكيل، يتغلب باستمرار على العقبات المبينة أعلاه، ونحن نقترب من نقطة يمكن فيها لصفائف الهوائيات أن تدعم تطبيقات عالية الجودة تتجاوز نطاقات البلوتوث البسيطة، وفي مجال الرصد الصحي، يمكن أن تؤدي الصفوف المدمجة في رقائق الصدر أو القمصان الذكية إلى استمرار تيار النظارات الكهربائية - القلبية (ECGAR) وبيانات استخدام الأكسجين.

ومن المتوقع أن تدمج شبكات من الشبكات العامة، في المستقبل، قدرات الاستشعار والاتصال - الاتصالات والاستشعار المشتركين - على منابر قابلة للارتداء، ويمكن أن تتبع مجموعة قابلة للارتداء في نفس الوقت لفتات يد المستخدم وتتواصل مع نقطة وصول ثابتة.

وفي الختام، وفي حين أن تصميم صفائف الهوائيات القابلة للارتداء ينطوي على تخطي عقبات كبيرة تتصل بالمواد، والتفاعل الكهرومغناطيسي مع الجسم، والقيود على الطاقة، والموثوقية الميكانيكية، فإن سرعة الابتكار في الإلكترونيات المرنة، والميثامترات، وأدوات المحاكاة توفر حلولاً قوية، وستكون النتيجة جيلاً جديداً من الأجهزة القابلة للذوبان التي لا تعمل فحسب بل أيضاً على نحو مريح ودائم وغير متجانس في كل يوم.