[发明专利]用于无线传感器联网的超材料织物的无线电波限制

说明书

提供了一种用于提供无线传感器网络的超材料织物及其设计方法。该超材料织物包括被切割成梳形形状的一片超材料织物，其包括长的基部，该基部具有沿着该基部并且从该基部延伸的多个超材料织物齿，其中每两个相邻的齿之间存在间隙，由此，该超材料织物被配置为使无线电表面等离激元波沿着超材料织物传播，从而提供无线传感器网络。超材料织物被配置为通过改变超材料织物齿的数量，改变超材料织物齿的尺寸和改变间隙的尺寸来控制无线电表面等离激元波的高度。

技术领域

本发明总体上涉及用于无线传感器联网的织物图案上的无线电波限制，并且更具体地涉及一种将无线电波限制到用导电织物(超材料织物)图案化的衣服上的系统和方法。

背景技术

在过去的十年中，与身体无缝集成的传感器、显示器和智能设备的开发取得了迅速的进展。人体上的传感器、显示器和智能设备的无线网络为健康监控、人机界面和其他新兴技术应用提供了强大的功能。

例如，传感器节点之间的直接布线在临床和研究环境中被广泛使用，但是这种方法破坏了身体活动并且与连续使用不兼容。柔性电子技术的最新进展使分布式传感器可以集成到衣服中或皮肤上，但不能解决离散设备的互连问题。

同时，迄今为止，可穿戴设备的无线网络受到辐射损耗、干扰和数据安全性方面的挑战的限制，这些限制是向周围空间使用无线电波辐射所固有的。尽管在先进的通信电路和协议方面取得了令人鼓舞的进步，但是这种无线网络主要由于能量限制和有限的传感器寿命而尚未被广泛采用。

因此，需要这样的系统和方法，该系统和方法能够在佩戴或植入用户体内的设备(例如，传感器、医疗植入物、耳机、显示器和智能设备)之间高效且安全地传输无线信号，或者能够使电力传输到用户身体周围的设备。

发明内容

根据本公开的实施方式，提供了一种有效且安全的方法，用于将无线电波限制在以导电织物图案化的衣服上。在这些织物图案(称为“超材料织物”)附近传输的无线信号会通过等离子体现象沿织物表面传播，而不是进入周围空间。可以修改超材料织物的几何形状，以引导无线电波的传播并实现用于能量传输、传感和信号处理的无源设备。

根据本公开的实施方式，本公开的超材料织物可以使能够在穿戴在用户身体上或植入用户身体内的设备之间高效且安全地传输无线信号。基于超材料织物的此类设备的无线网络可用于安全地传输信息或将功率传输到用户身体周围的设备。通过经由几何和环境变量的改变实现其无线传输特性的改变，超材料织物还可以用作感测元件。

根据一些实施方式，被称为超材料织物的这些织物图案可以将传输效率提高许多数量级，并且能够将功率无线传输到用户身体上的传感器。赋予衣服如此空前的电磁性能可能为可穿戴技术带来新的机遇。

根据本公开的实施方式，提供了一种超材料织物，所述超材料织物包括被切成梳形形状的一片超材料织物，所述一片超材料织物包括长的基部，所述基部具有沿所述基部并从所述基部延伸的多个超材料织物齿，其中每两个相邻的齿之间存在间隙。

所述超材料织物被配置为使无线电表面等离激元波能够沿所述超材料织物传播以提供无线传感器网络。

所述超材料织物被配置为通过改变所述超材料织物齿的数量以及改变所述超材料织物齿的尺寸和改变所述间隙的尺寸来控制所述无线电表面等离激元波的高度。

根据一些实施方式，提供了一种用于提供无线传感器网络的超材料织物。所述超材料织物可以包括被切成梳形形状的一片超材料织物，所述一片超材料织物包括长的基部，所述基部具有沿所述基部并从所述基部延伸的多个超材料织物齿，其中每两个相邻的齿之间存在间隙。根据一些实施方式，超材料织物可以被配置为使无线电表面等离激元波能够沿所述超材料织物传播以提供无线传感器网络，所述无线电表面等离激元波包括高度。在一些实施方式中，超材料织物可以被配置为通过改变所述超材料织物齿的数量以及改变所述超材料织物齿的尺寸和改变所述间隙的尺寸来控制所述无线电表面等离激元波的高度。