Analog artificial mechanoreceptor

Abstract

A amputação traumática de membros superiores, especialmente a perda de mãos e dedos, resulta em deficiências severas para suas vítimas, incluso a manipulação de objetos em tarefas do dia-a-dia. Essa partes do corpo podem ser substituídas por próteses, e avanços tecnológicos recentes, dentro de suas limitações, podem até mesmo recuperar o sentido de tato, posição e movimento das mãos. A interface eletrônica entre a prótese e seu usuário pode ser melhorada através da emulação de sensores mecânicos biológicos localizados na pele da ponta dos dedos: os mecanoreceptores. Esta tese propõe e discute o desenvolvimento de mecanoreceptores analógicos artificiais para circuitos integrados, com o objetivo de miniaturizar e aprimorar as interfaces eletrônicas de próteses. Além disso, várias técnicas de circuitos analógicos utilizadas no projeto são propostas, como topologias de amplificadores de ultra baixa transcondutância e tensão de alimentação baseados em inversores.

Abstract: Upper limb amputation, in special hand and finger amputations, results in severe disabilities to its victims, including the manipulation of delicate objects in everyday tasks. Those missing body parts can be replaced by prosthesis, and recent advances in technology, within its limitations, can even restore the sense of touch and tactile feedback. The electronic interface between prosthesis and user can be improved by mimicking actual biological mechanical sensors located in the fingertip skin: the mechanoreceptors. This thesis proposes and explains the design of analog artificial mechanoreceptors for integrated circuits aimed at the miniaturization and improvement of prosthesis electronic interfaces. Additionally, several analog circuit techniques needed for its design are proposed, such as ultra-low-transconductance, ultra-low-voltage and inverter-based amplifiers.