Capteurs à ondes élastiques confinées, sans fil et étirables : application à l'électronique imperceptible sur peau

Wireless, stretchable and packageless acoustic wave sensors : application to imperceptible on-skin electronics

• Auteur / Autrice : Cécile Floer
• Direction : Omar Elmazria, Sami Hage-Ali
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 20/11/2019
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale C2MP - Chimie mécanique matériaux physique (Lorraine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz)
• Jury : Président / Présidente : Abdelkrim Talbi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Omar Elmazria, Sami Hage-Ali, Corinne Déjous, Thérèse Leblois, Sergeï Zhgoon, Rose-Marie Sauvage
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Corinne Déjous, Thérèse Leblois

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermométrie -- Instruments

Antennes (électronique)

Dispositifs à ondes acoustiques de surface

Ondes élastiques

Capteurs (technologie)

Mots clés libres

Capteur

Température

Dispositif SAW

Passif

Principe WLAW

Sans boîtier

Antenne

Étirable

Sensor

Temperature

SAW device

Batteryless

WLAW principle

Packageless

Antenna

Stretchable

Résumé

Avec le développement des objets connectés et de l’IoT (Internet of Things), le suivi en continu des paramètres corporels et la miniaturisation extrême des équipements de mesures deviennent de réels enjeux de société. Parallèlement, les dispositifs à ondes élastiques de surface (dispositifs SAW), largement utilisés dans les télécommunications pour leur propriété de filtrage, connaissent aujourd’hui un essor pour leur fonction de capteur. C’est précisément dans ce contexte, à l’interface entre l’électronique sur peau et la micro-acoustique que se situe ce sujet de thèse. L’objectif est de développer un capteur de température sans fil qui associe un dispositif basé sur la technologie des ondes élastiques à des antennes étirables. L’utilisation d’une structure à ondes confinées (WLAW) et un choix de matériaux appropriés permettent ensuite de supprimer le besoin d’encapsulation du dispositif. Au format ultrafin et ultrasouple, l’ensemble peut être « tatoué » harmonieusement sur la peau. Une grande partie du travail est consacrée à l’élaboration de dispositifs autoprotégés et à leur optimisation par le biais de différentes stratégies (développement de matériaux en couches minces, designs). L’interrogation à distance est démontrée en utilisant des antennes étirables réalisées par transfer printing.

With the development of Internet of Things (IoT), the continuous monitoring of the human body parameters and the extreme miniaturization of devices are becoming major societal challenges. At the same time, surface acoustic wave devices (SAW devices) who are widely used in telecommunications for filtering are booming for their sensor function. It is precisely in this context, between the field of epidermal electronics and micro-acoustics that lies this thesis project. The goal is to develop a wireless temperature sensor that combines a device based on the acoustic wave technology with stretchable antennas. The use of a confined wave structure (WLAW) and a choice of suitable materials remove the need for encapsulation in the device. In the ultrathin and ultra-soft flexible format, the device can be harmoniously “tattooed” on the skin. A significant part of the work is focused on the development of the packageless devices and their optimization through different strategies (development of thin-film materials, designs). The remote interrogation is demonstrated using stretchable antennas made by transfer printing.