Wireless Power Transmission System for High-Throughput Behavioral Studies on Small Freely Moving Animal Subjects

用于小型自由移动动物受试者高通量行为研究的无线电力传输系统

基本信息

  • 批准号:
    10451284
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 7.47万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-03-01 至 2024-02-29
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary In behavioral neuroscience experiments on small freely moving animals, such as rodents, wireless cage systems have been widely used to enable wireless and battery-free operation of wearable/implantable devices (WIDs) attached to or implanted in the animal body. Typically, the neuroscience experiments need to run for extended periods in large enough subject populations to enhance the quality and statistical validity of the experiment results. Researchers need to transfer animals from their homecage to the experimental arena, one at a time, and return the animals back to the homecage and eventually to the animal facility after the experiments. This procedure is quite labor-intensive and inefficient for researchers, stressful for the animals, and costly. We have developed a rack-mountable wireless cage system, called EHC system. The EHC system is a resonance-based multi-coil inductive link system built around a standard-sized rodent homecage. Simultaneously operating multiple EHC systems can increase the data throughput in each experiment section. However, the challenge to do this is the severe cross-couplings among adjacent EHC systems, which would shift the system operating parameters, particularly the transmitter resonance frequency, and deteriorate the power transfer efficiency of the inductive link. The inductive link even enters the frequency-splitting zone when adjacent homecages are placed closer than a certain threshold. And the splitted resonance frequency cannot be converged by tuning the resonance capacitance. To address this challenge, we propose a multi-EHC system to empower the simultaneous operation of an array of EHC units placed right next to each other in the standard rack by adding resonant reactive shielding coils in between the adjacent EHC units and implementing triple-loop auto-tuning in each EHC unit for high throughput experiments. The shielding coil will reduce the undesired mutual coupling between adjacent EHC units to a certain threshold that the triple-loop auto-tuning technique can adjust each EHC unit at its optimal wireless power transmission condition on a continuous basis and over an extended period with minimal operator involvement.
项目摘要 在行为神经科学实验中,在小型移动的动物上,例如啮齿动物,无线笼系统 已被广泛用于实现可穿戴/可植入设备的无线和无电池操作(wids) 附着在动物体内或植入。通常,神经科学实验需要进行扩展 足够大的受试者人群的时期以提高实验的质量和统计有效性 结果。研究人员需要一次将动物从他们的归宿转移到实验领域,一次是一个 并在实验后将动物返回回家,并最终回到动物设施。这 对于研究人员而言,程序非常密集,效率低下,对动物的压力很大,而且昂贵。我们有 开发了一个可容纳机架的无线笼系统,称为EHC系统。 EHC系统是基于共振的 围绕标准尺寸的啮齿动物归还构建的多线圈电感链路系统。同时运行 多个EHC系统可以增加每个实验部分的数据吞吐量。但是,挑战 这样做是相邻EHC系统之间的严重跨耦合,这将改变系统的运行 参数,尤其是发射器共振频率,并恶化该的功率传递效率 电感链接。放置相邻的乡村 比某个阈值更接近。并且不能通过调整分裂的共振频率来融合 共振电容。为了应对这一挑战,我们提出了一个多EHC系统,以增强 通过添加在标准机架中彼此隔开的一系列EHC单元的同时操作 相邻EHC单元之间的共振反应性屏蔽线圈和实施三环自动调节 每个用于高通量实验的EHC单元。屏蔽线圈将减少不希望的相互耦合 在相邻的EHC单元之间达到三环自动调整技术可以调整每个阈值 EHC单元在其最佳的无线电力传输状态连续且长期内连续 随着操作员的最小参与。

项目成果

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