Thesis (M.S.)--University of Michigan, 1967.

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The work reported in this thesis is motivated by the need for wireless powering of a miniaturized implantable device for neurophysiological research and possible clinical applications. The antenna used in such applications must be studied in the context of biological tissue media. In this thesis, we perform a preliminary study of antenna behaviour in the complex tissue environment. Our test cases are the wire dipole antenna chosen for its structural simplicity and the spiral antenna, selected for its wide bandwidth. The simulation tool SEMCAD-X, is based on the Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method and is used throughout this work. To have an in-depth understanding of the characteristics of different solvers implemented in SEMCAD-X and relevant for our applications, we first simulate the antenna structures in the free-space region using both SEMCAD-X and HFSS (a Finite-Element Method (FEM) simulation software). The cross-platform comparison between these two simulation tools helps us identify the advantages of using conformal FDTD solver over the conventional staircase FDTD solver in SEMCAD-X. We then embed the antennas in tissue-like non-homogeneous lossy media to observe the terminal voltages induced by an impinging plane-wave. These numerical experiments will help us with the assessment of the following: variations of antenna properties with the in-tissue locations, and more importantly the dependence of the induced voltage on the depth of the implant.

Ce travail traite des aides optroniques aux déplacements des non-voyants. Préalablement à ce travail, deux « détecteurs de passage » ont été développés au Laboratoire Aimé Cotton le « Tom Pouce » et le « Télétact ». Le « Tom Pouce » est simple d’utilisation mais présente des limitations pour détecter les passages étroits à des distances supérieures à trois mètres ainsi que pour éviter les poteaux fins. Le « Télétact » permet de gérer l’ensemble des situations mais le nombre d’utilisateurs est limité par l’effort cognitif important que demande son utilisation ainsi que sa fragilité.Le but principal de cette thèse est d’améliorer les capteurs ainsi que leur façon de représenter l’espace afin d’avoir un dispositif facile d’utilisation détectant tous les passages.Dans un premier temps, l’hypothèse que la forme de la zone de protection idéale devrait être d’aspect cylindrique est émise. La réalisation approchée de cette forme à partir de capteurs infrarouges est analysée théoriquement et validée expérimentalement. Deux dispositifs le « Tom Pouce II » et le « Minitact » utilisant ce concept ont été proposés à des non-voyants et ont reçu un accueil favorable. Dans un second temps, les capteurs laser télémétriques du « Télétact » ont été revus afin d’améliorer leurs performances permettant entre autres une moindre sensibilité aux contraintes mécaniques. Une nouvelle forme d’association des capteurs infrarouges et laser permet de gérer l’ensemble des configurations de passages, y compris en chicane, avec une interface tactile ayant seulement trois niveaux d’alerte correspondant à trois zones de protection (moins de 2 mètres de profondeur sur 10 cm de large, entre 2 et 6 mètres sur plus de 50 cm de large, plus de 6m de profondeur et 1m de large ) avec un effort cognitif très réduit par rapport au « Télétact » initial utilisant 32 sons différents. Des outils pour pouvoir analyser objectivement les performances des dispositifs dans des environnements contrôlés ont été mis au point afin de pouvoir ajuster finement les formes des zones de protection. Un dernier point concerne les possibilités d’identification des obstacles, l’imagerie est explorée mais s’avère immature, actuellement seules les « astuces d’utilisation » des capteurs sont opérationnelles. / This work deals with optical electronic travel aids for visually impaired people. Initially, two devices allowing the detection of an unrestricted path were developed at the Aime Cotton Laboratory: the "Tom Pouce" and the "Télétact". The "Tom Pouce" is simple to use but presents limitations for detecting narrow passages at distances over three meters as well as avoiding fine posts. The "Télétact" allows users to manage every situation but the number of users is restricted due to the cognitive effort required.The main purpose of this thesis is to improve the sensors as well as the way the spatial information is transmitted to the user to allow the safe detection of all passages with reduced cognitive effort.First, the hypothesis is that the ideal protection zone could be a cylindrical shape. The approached realization of the cylindrical shape with infrared sensors is theoretically analyzed and experimentally tested. Two devices,"Tom Pouce II" and "Minitact”, using this concept were proposed to visually impaired people already using the “Tom Pouce I”. They greatly appreciated the improvement.Second, the laser telemetric laser sensors of the «Télétact» were modified to improve their performance and to reduce the sensitivity of mechanical constraints during daily use. The association of infrared sensors and laser telemetric sensors allowed the management of all kinds of passages, including chicanes, with a tactile interface having only three levels of alert corresponding to three zones of protection (less than 2 meters deep and 10 cm wide, between 2 and 6 meters deep and about 50 cm wide, and more than 6m deep and 1m wide). The cognitive effort is greatly reduced compared to the initial "Télétact" , which used 32 different sounds.Third, tools to objectively analyze the performance of the implemented devices in controlled environments were developed to finely adjust the shape of the protection zones.The last point dealt with the possibilities of identification of obstacles, imagery is explored but it is proved to be premature. Nowadays only tricks of the trade are effectively working.