Εύκαμπτες ηλεκτρονικές δομές για την ανίχνευση βιοσημάτων σε πραγματικό χρόνο μέσω βιοαισθητήρων

Πικάσης, Παναγιώτης

Flexible electronic structures for real time vital signs monitoring via biosensors

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία

Author

Πικάσης, Παναγιώτης

Date

2022-04-18

Advisor

Kaltsas, Grigoris

Διπλωμματική Εργασία προς ΗΑ_Final_signed_sv_ez.pdf (2.361Mb)

Η υπογεγραμμένη δήλωση συγγραφέα όπως ζητήθηκε (146.7Kb)

Keywords

Βιοαισθητήρες ; Διαδίκτυο πραγμάτων ; Φροντίδα ηλικιωμένων ; Αισθητήρες ; Βιοσήματα ; Φορετά συστήματα ; Biosensors ; IoT ; Internet of things ; Elderly care ; Vital signs ; Wearables

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία εστιάζει στο πεδίο των φορετών συστημάτων και ειδικότερα στην κατασκευή ενός φορετού συστήματος με σκοπό την ανίχνευση βιοσημάτων σε πραγματικό χρόνο μέσω βιοαισθητήρων. Την τελευταία δεκαετία, οι τεχνολογικές εξελίξεις τόσο στον τομέα των ηλεκτρονικών, των αισθητήρων, και των υλικών επέφεραν μια ραγδαία ανάπτυξη φορετών συστημάτων Το επιστημονικό ενδιαφέρον είναι έντονο γύρω από την δημιουργία φορετών συστημάτων για την παρακολούθηση των βιοσημάτων του ανθρώπινου σώματος σε ιατρικές, εμπορικές αλλά και αθλητικές εφαρμογές. Στο πρώτο κεφάλαιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας θα γίνει αναφορά στην ιστορία των φορετών συσκευών και την διαχρονική εξέλιξη τους καθώς και σε όλες τις βασικές και εισαγωγικές έννοιες που συνδέονται με αυτά. Στη συνέχεια, στο επόμενο κεφάλαιο θα παρουσιαστεί η πορεία και τα στάδια της κατασκευής της διάταξης. Θα παρουσιαστούν οι μέθοδοι και οι τεχνικές κατασκευής των εύκαμπτων υποστρωμάτων, η σύνδεσή τους με τα διακριτά ηλεκτρονικά και η υλοποίηση του συστήματος στο επίπεδο κατασκευής. Το τρίτο κεφάλαιο απαρτίζεται από όλα τα στοιχεία και μέρη που συνδέονται με την συσκευή και τις τεχνικές λεπτομέρειες τους. Θα γίνει αναφορά στα αισθητήρια όργανα που χρησιμοποιήθηκαν για τις μετρήσεις, στα μέσα υπολογισμού και διαχείρισης (μικροελεγκτής) όπως και στα συστήματα επικοινωνίας με εξωτερικές διατάξεις (Η/Υ).. Επιπρόσθετα, θα παρουσιαστεί ο κώδικας προγραμματισμού του μικροελεγκτή και θα γίνουν οι σχετικές επεξηγήσεις και αναφορές στην λειτουργία του. Τέλος, θα παρουσιαστεί μια συνολική αποτίμηση της κατασκευής, των μετρήσεων και των εφαρμογών καθώς και μελλοντικές δυνατότητες και επεκτάσεις του συστήματος. Επιπλέον, θα αναλυθεί το ερευνητικό αντίκτυπο του έργου στην επιστημονική κοινότητα και θα παρουσιαστούν οι άμεσοι μελλοντικοί ερευνητικοί στόχοι.

Abstract

This master thesis is focused in the field of wearables and especially in the fabrication and evaluation of a wearable device able to detect vital signs in real time via biosensors. Recent advances in technological sectors such as electronics, sensors and materials enhanced the development of wearables, thus scientific research is focused in development of wearables for vital sign monitoring for medical, commercial and sport applications. A historical reference on wearables and on the relevant key concepts will be presented in the first chapter. Various scientific wearables in the area of vital sign monitoring will also be also presented. The second chapter includes the process steps and the fabrication parameters of the proposed wearable device. Additionally, the fabrication methodology will be presented along with the approach to the interface with the electronics and the final integration of the device. The third chapter consists of all the elements and parts connected to the device and their technical details. Reference will be made to the sensor devices used for the measurements, to the means of calculation and management (microcontroller) as well as to the communication systems with external devices (PC). In addition, the programming code of the microcontroller will be presented and relevant explanations and references to its operation will be made. Finally, an overall assessment of the fabrication and evaluation will be presented as well as future capabilities and extensions of the system will be presented. In addition, the research impact of the project on the scientific community will be analyzed and the immediate future research objectives will be presented.