基于人体媒介信息与能量传输的无线体域网芯片关键技术

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61904104
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0402.集成电路设计
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The wireless body area network (WBAN) is an enabling technology for Internet of Things, especially for healthcare applications. It deploys around human body to capture vital signs and provides feedback for achieving better life quality. The WBAN-chip is the most critical component in a body area network that facilitates communications between the body and monitoring centre. The demand for information from different types of sensor calls for a WBAN with multiple nodes distributed over whole body, at the same time the sensor size has to be as compact as possible for better user acceptance. The existing WBAN-chip can hardly meet the new requirements, i.e. better wireless communication performance at low power. In recent years, body channel communications (BCC) that utilizes human body as medium to deliver information and energy has drawn significant research interests. BCC exhibits prominent advantages compared to conventional air-medium-based approaches both in transmission loss and stability. As a result, utilizing human body as medium will significantly improve the performance of the WBAN-chip. This project will investigate several areas related to BCC, ranging from fundamental theory, low power circuit design techniques and the core technologies in wireless energy delivery. A human medium based transmission model towards practical body-area environment will be established. The real-time compensation technique for transmission path loss in human medium will be investigated. High-efficiency high-reliability human-medium based information and energy transfer circuits will be developed. Finally, a fully body-medium linked WBAN-chip will be implemented, whose energy efficiency of both communication and power transfer will be improved by at least one order than the existing technologies.
无线体域网是物联网的关键技术之一,围绕人体部署并与人类生活、健康息息相关。无线体域网芯片是该技术的核心载体,可用于医疗诊断、健康监测以及神经接口等领域。随着体域网规模的扩大与节点尺寸的缩小、现有的无线体域网芯片面临通信能耗大与供电不足的矛盾,严重制约了其发展与应用。近年来,利用人体作为体域网传输媒介的研究取得了一系列进展,证实其相比空气媒介,在传输损耗及稳定性方面具有显著优势,利用人体媒介进行信息与能量传输有望大幅提升无线体域网芯片的性能。本项目拟以基于人体媒介的体域网芯片为研究对象,从基础理论、核心技术、关键电路以及系统芯片四个层次展开:拟建立面向实际体域环境的人体媒介传输路径模型,研究人体媒介路径损耗实时补偿技术,重点突破高能效、高可靠性的人体媒介无线通信与供能电路,最终实现一款基于人体媒介信息与能量传输的体域网芯片。相比现有技术在信息与能量的传输效率上,预期提升至少一个数量级。

结项摘要

人体信道通信技术有望实现穿戴式健康设备的低功耗组网互连,需研制具有高能量效率,且适应体表环境的专用集成收发器芯片。本项目依次研究了人体信道通信模型,实现了人体信道与集成电路互相兼容的仿真环境;研究了人体信道损耗自适应补偿技术,降低收发器芯片受环境、姿态等因素影响下的超额损耗;研究了人体信道数据能量传输电路,提出了高能效无线数据与能量收发方案,实现了高能效人体信道通信芯片。基于研究成果分别设计单模式、多模式人体信道通信收发器芯片两款,传输距离覆盖人体全身,单模式芯片达到4Mbps、15pJ/bit指标,多模式芯片达到10Mbps,119pJ/bit指标,峰值能量效率与蓝牙等传统体域网技术相比,降低1个数量级以上。该项目成果对于推动人体信道通信技术全面应用于消费电子、智慧医疗领域的可穿戴设备,提供了重要的理论、实验依据。在消费电子领域,人体信道通信收发器芯片可用于手机等终端设备到VR、AR头显、立体声耳机的通信。在智慧医疗领域,该技术可用于分布式、多模态体征数据监测、助听器、人工视网膜、义肢等假体的传感数据的回传与控制。还需进一步提升该技术在复杂环境中的可靠性、稳定性。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(2)
A Comprehensive Study on the Design Methodology of Level Shifter Circuits
电平转换电路设计方法的综合研究
  • DOI:
    10.1109/tcsi.2022.3213981
  • 发表时间:
    2023-01
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yongfu Li;Jian Zhao;Yan Liu;Guoxing Wang
  • 通讯作者:
    Guoxing Wang
Analysis of Using Negative Capacitance FETs to Optimize Linearity Performance for Voltage Reference Generators
使用负电容 FET 优化电压基准发生器线性性能的分析
  • DOI:
    10.1109/ted.2021.3108747
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Electron Devices
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Liu Hongyi;Zhao Jian;Zhang Yuhang;Xiao Fan;Liu Yaxin;Li Xueqing;Li Xiuyan;Li Yongfu
  • 通讯作者:
    Li Yongfu

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其他文献

Conditional Generative Adversarial Network based Training Sample Set Improvement Model for the Semantic Segmentation of High-resolution Remote Sensing Images
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  • DOI:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    潘欣;赵健;许骏
  • 通讯作者:
    许骏
猪肉蛋白酶解液中鲜味肽组分的分离
  • DOI:
    10.16429/j.1009-7848.2017.09.017
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    都荣强;肖群飞;范梦蝶;赵梦瑶;赵健;杜文斌;侯莉;章淼;谢建春
  • 通讯作者:
    谢建春
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基于卷积神经网络和限制条件随机场的高分辨率遥感图像分类方法
  • DOI:
    10.3390/rs10060920
  • 发表时间:
    2018-06
  • 期刊:
    remote sensing
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    潘欣;赵健
  • 通讯作者:
    赵健
共价功能化方法改善PS/MoS2 复合材料的性能
  • DOI:
    10.16351/j.1672-6987.2021.06.007
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李飞翔;郭付海;李果;王腾飞;郭红革;赵健
  • 通讯作者:
    赵健
K562细胞为基础的人工抗原提呈细胞用于过继性免疫治疗的研究进展_彭耀军
  • DOI:
    10.16343/j.cnki.issn.2095-512x.2017.02.021
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    内蒙古医科大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    彭耀军;危华锋;赵健
  • 通讯作者:
    赵健

其他文献

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赵健的其他基金

GLS2调控的谷氨酰胺代谢影响儿童非酒精性脂肪肝发病风险的出生队列及机制研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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