Contribuciones a la caracterización del cuerpo humano como medio de transmisión en las técnicas de comunicaciones intracorporales

Resumen

La necesidad de bio-dispositivos de reducido consumo, tamaño y costo ha motivado la investigación de nuevas tecnologías de comunicaciones inalámbricas de corto alcance, entre las que se encuentran las técnicas de comunicaciones intracorporales (IBC). Estas utilizan el cuerpo humano como medio de transmisión de señales eléctricas para la conexión de dispositivos colocados sobre la superficie corporal, cercanos a esta e implantados. Las ventajas de esta técnica residen en el uso de señales de baja frecuencia y amplitud que se acoplan mediante pequeños electrodos al cuerpo, favoreciendo la disminución del consumo y la minimización de las interferencias con otros dispositivos. Sin embargo, aún existen importantes retos científico-técnicos a solventar con el fin de obtener una metodología de diseño de los sistemas IBC sistemática y precisa. Para ello es fundamental avanzar en el conocimiento de los verdaderos mecanismos de transmisión del cuerpo humano como canal de comunicación. El objetivo de esta tesis doctoral es profundizar en la caracterización del cuerpo humano como medio de transmisión de señales tanto desde una perspectiva teórica como experimental. De esta forma, se han propuesto diferentes modelos de canal: un modelo de la piel como símil de línea de transmisión, un modelo computacional 3D del brazo humano y un modelo físico circuital phantom. También se han implementado montajes de medida armonizados para la determinación de la atenuación corporal para ambos tipos de acoplamiento galvánico y capacitivo, así como para analizar diferentes cuestiones técnicas de interés como estrategias de aislamiento de tierras, influencia de la resistencia de carga y efectos de cables y conectores. Los resultados abarcan la simulación y validación de los modelos propuestos, incluyendo atenuación, dispersión, tasa binaria y de error para diferentes esquemas de modulación digitales. Se han simulado también variables eléctricas como bioimpedancia, campo eléctrico y corriente a través de los tejidos. Por último, se ha realizado un conjunto exhaustivo de medidas de atenuación estudiándose variables como longitud de canal, distancia inter-electrodo, tipo de electrodo, diferentes partes del cuerpo, etc. Como principales conclusiones, se ha avanzado en el entendimiento de algunos de los mecanismos de transmisión a través del cuerpo humano y la piel, lo que a su vez nos ha permitido identificar el rango de operación de cada uno de los tipos de acoplamiento, así como definir un conjunto de especificaciones prácticas para la implementación de esquemas de medida IBC más precisos.