Mikroelektronikkprisen 2019: Trådløse sensorer - Elektronikknett
biology-room-medicine-hospital-surgery-pacemaker-594119-pxhere.com
Illustrasjonsfoto: PxHere

Mikroelektronikkprisen 2019: Trådløse sensorer

Hvert år mottar en verdig vinner pris for beste masteroppgave innen mikroelektronikkonstruksjon ved Institutt for elektroniske systemer (IES), Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU). For 2019 heter vinneren Fredrik Flornes Ellertsen med oppgaven «Real-time synchronization of data streams in low-power ECG and PPG sensors».

Bak prisen står bladet Elektronikk og norsk mikroelektronikkindustri, representert i Nettverket elektronikk og kybernetikk ved NTNU. Prisvinneren ble kunngjort i begynnelsen av 2020.

MEP måling Måling av Pulsatile Transit Time som tiden fra en EKG-sensor på brystet detekterer et hjerteslag til en PPG-sensor detekterer maks blodvolum i en blodåre, for eksempel ved håndleddet. Illustrasjon: Fredrik Flornes Ellertsen

De siste årenes nyvinninger innen innvevde systemer og kretsteknologi har banet vei for energieffektive trådløse sensornettverk. Innen helseteknologi har dette blitt utnyttet i innovative metoder for pasientovervåkning. Høyt blodtrykk, som er en av de mest utbredte og dødelige lidelsene i dagens samfunn, kan for eksempel måles og diagnostiseres ved hjelp av synkroniserte EKG- og PPG-sensorer (elektrokardiogram og fotopletysmografi). Ved hjelp av sensorer måles da tidsforsinkelsen fra hjertet slår og til blodstrømmen når et perifert område på kroppen (Pulsatile Transit Time, PTT) og dette brukes til å beregne blodtrykket.

Arbeidet
Ellertsens arbeid har skjedd i samarbeid med oppstartsselskapet Moon Labs med fokus på utvikling av en algoritme for trådløs synkronisering mellom deres EKG- og PPG-sensorer slik at datastrømmene fra dem kan sammenstilles i tid. På grunn av ulike krav til systemet må dette skje med et gjennomsnittlig strømtrekk under 100uA og uten at makstrekket overskrider 10mA. Han har utviklet en spesialtilpasset radioprotokoll for Nordic Semiconductor sin nRF52-serie SoC og kombinert dette med en tilpasset implementasjon av synkroniseringsprotokollen TTS og ved det oppnådd mer robust og energieffektiv kommunikasjon enn det som er mulig med eksisterende teknologi. Ved å eliminere behovet for vindusutvidelse i forbindelse med søk etter synkroniseringspakker oppnås inntil 10 ganger kortere tidsluker for kommunikasjon. Ellertsens løsning gir en gjennomsnittlig feil i synkronisering på 12us med et standardavvik på 21,2us. Dette er godt under kravet på 2ms samtidig som spesifikasjonene for strømtrekk oppfylles.

MEP oppsett Fysisk testoppsett med nRF52832-utviklingskort og logikkanalysator. Foto: Fredrik Flornes Ellertsen.
MEP Fredrik Flornes Ellertsen Prisvinner Fredrik Flornes Ellertsen. Foto: Sofie Mæland Tykvenko.

Vurderingen
Ifølge juryen er oppgaven meget ryddig og velskrevet med en klar fremstilling. Problemstillingen og teorien er godt beskrevet med god formulering og forklaring. Arbeidet har resultert i en innovativ og anvendelig løsning på et utfordrende synkroniseringsproblem, hvor den utmerker seg i ytelse sammenlignet med andre publiserte løsninger. Fredrik Flornes Ellertsen er dermed en meget verdig vinner av Mikroelektronikkprisen 2019.

Veiledere og jury
Prisen ble delt ut under Elektronikk- og teknologidagen som tredjeklassingene ved NTNUs studieprogram for Elektronisk systemdesign og innovasjon arrangerte 13. februar i år. I tillegg til et diplom, består prisen av en sjekk på 15.000 kroner. Faglærer på oppgaven har vært Professor Per Gunnar Kjeldsberg ved IES mens Julian Veisdal ved Moon Labs AS har vært veileder. Juryen har bestått av Knut Grythe (Sintef Digital) og Bjørn B. Larsen (NTNU). Fredrik Flornes Ellertsen leder i dag firmwareutviklingen hos Moon Labs.

Prisgivere
Bladet Elektronikk er naturligvis kjent for alle dets lesere. Den andre prisgiveren, Nettverket elektronikk og kybernetikk ved NTNU, er et samarbeidsforum for næringslivet og Institutt for teknisk kybernetikk og Institutt for elektroniske systemer ved Fakultet for informasjonsteknologi og elektroteknikk. Formålet med nettverket er å bidra til å styrke nasjonal rekruttering og kompetanse innen teknisk kybernetikk og elektronikk som grunnleggende vesentlige fagfelt for samfunnsutviklingen.

Kommentarer