Väitös mikro- ja nanoelektroniikkasuunnittelun alalta, M.Sc. Muhammad Tanweer

Väitöskirjan nimi: Eco-friendly disposable sensor node for smart diaper applications

Väittelijä: Muhammad Tanweer
Vastaväittäjä: Prof. Leena Ukkonen, Tampereen yliopisto
Kustos: Prof. Kari Halonen, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu

Ikääntyvän väestön kasvu tuo uusia haasteita inkontinenssin hoitoon. Monet iäkkäät henkilöt, erityisesti muistisairaat tai liikuntarajoitteiset, eivät voi ilmoittaa vaipan kostumisesta, mikä johtaa pitkittyneeseen altistumiseen, ihon ärsytykseen ja virtsatieinfektioihin. Nykyiset älyvaippajärjestelmät voivat auttaa, mutta ne sisältävät usein kookkaita elektroniikkakomponentteja ja paristoja, jotka lisäävät kustannuksia, vaativat huoltoa ja aiheuttavat ympäristöhaittoja hävityksen yhteydessä. 

Tässä väitöskirjatutkimuksessa on kehitetty edullinen, paristoton, kertakäyttöinen ja joustava anturisolmu älyvaippoihin, joka toimii kokonaan virtsasta kerätyllä energialla. Järjestelmä sisältää kaksi painettua elementtiä: kapasitiiviset anturit joustavalla alustalla virtsaamistapahtumien havaitsemiseen ja imeytyneen nesteen määrän mittaamiseen sekä virtsalla aktivoituvat energiankeruu-elektrodit, jotka tuottavat virran anturielektroniikalle. Kapasitiiviset anturit havaitsevat nesteen määrän muutokset mittaamalla dielektrisyysominaisuuksien vaihtelua vaipan imukerroksessa. Energiankeruu-elektrodit muodostavat galvaanisen kennon käyttäen virtsaa elektrolyyttinä ja tuottavat riittävästi energiaa erittäin vähän virtaa kuluttaville sovelluskohtaisille integroiduille piireille (ASIC), joihin kuuluu muun muassa kapasitanssi-taajuus-muunnin, taajuus-digitaali-muunnin ja tehonhallintayksikkö. 

Laboratorio- ja vaippatestit osoittivat järjestelmän pystyvän havaitsemaan luotettavasti useita virtsaamistapahtumia, mittaamaan nesteen määrän 30 millilitrasta alkaen ja toimimaan yhtäjaksoisesti kuusi tuntia vähintään 90 ml:n virtsaerityksellä. Tämä innovaatio poistaa paristojen huoltotarpeen, vähentää elektroniikkajätettä ja mahdollistaa mukavat, edulliset ja kertakäyttöiset seurantatuotteet. Tulokset tarjoavat skaalautuvan ratkaisun ympäristöystävällisiin kertakäyttöisiin lääkinnällisiin laitteisiin, joita voidaan soveltaa myös muihin terveydenhuollon ja ympäristön seurannan käyttötarkoituksiin.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aaltodoc