Tvarovo prispôsobiteľná anténa dokáže meniť frekvenčný rozsah jednoduchým natiahnutím alebo stlačením.
Metaanténu možno zakomponovať do závesu, ktorý dynamicky upravuje osvetlenie domácnosti. Tu je vidieť prototyp zasunutý (vľavo hore), roztiahnutý (dole) a vedľa západkového mechanizmu (vpravo hore). Zdroj: s láskavým dovolením výskumníkov MIT
Výskumníci z Massachusettského technologického inštitútu (MIT) vyvinuli anténu, ktorá dokáže upraviť frekvenčný rozsah fyzickou zmenou svojho tvaru. To ju robí v porovnaní so statickými anténami všestrannejšou v oblasti komunikácie a senzoriky.
Technológia budúcnosti
Nové rekonfigurovateľné anténne zariadenie dostalo názov metaanténa. Namiesto štandardnej, statickej kovovej tyče určenej na príjem a prenos rádiových signálov je anténa vyrobená z auxentických metamateriálov – špeciálnych inžiniersky navrhnutých materiálov, ktorých vlastnosti sú založené na ich geometrickom usporiadaní.
Odborníci z MIT sa však na anténu pozerajú inak – menia ju z pevného, nemenného kusa hardvéru na flexibilné zariadenie, ktoré možno prispôsobiť rôznym účelom. Používateľ môže anténu natiahnuť, ohnúť alebo stlačiť, čím reverzibilne mení jej radiačné vlastnosti. Vďaka tomu dokáže jedno zariadenie fungovať v oveľa širšom frekvenčnom rozsahu bez potreby zložitých mechanických súčiastok. Takáto anténa sa môže prispôsobiť meniacim sa podmienkam prostredia a znižuje nutnosť používania viacerých typov antén.
Pozrite si
V posledných rokoch prekročili metamateriálové antény teoretickú fázu a už dnes nachádzajú uplatnenie pri riešení reálnych problémov, najmä v oblastiach ako 5G siete, satelitná komunikácia či biomedicínske senzory. Zmenou tvaru antény sa mení jej rezonančná frekvencia, teda frekvencia, pri ktorej pracuje najefektívnejšie. Vďaka tomu dokáže jedno zariadenie spracovať viacero rôznych bezdrôtových protokolov.
„Aby sme spustili zmeny rezonančnej frekvencie, musíme buď zmeniť efektívnu dĺžku antény, alebo do nej zaviesť štrbiny a otvory. Metamateriály nám umožňujú získať tieto rôzne stavy iba z jednej štruktúry,“ dodala Marwa AlAlawiová, vedúca autorka a doktorandka v odbore strojárstvo na MIT.
Od prototypu po praktické využitie
Výskumníci skonštruovali metaanténu z nevodivej (dielektrickej) vrstvy vloženej medzi dve vodivé vrstvy tak, že vyrezali gumovú dielektrickú vrstvu laserom, nastriekali na ňu vodivú vrstvu a pridali ochranný akrylový povlak, aby štruktúra odolala tisícom deformácií. Takto vznikla anténa, ktorá zvládne viac než 10-tisíc stlačení a natiahnutí bez straty funkčnosti.
Okrem samotnej antény vyvinuli aj softvérový nástroj, ktorý umožní používateľom navrhovať vlastné metamateriálové antény na mieru. Systém automaticky vypočíta rozsah rezonančných frekvencií podľa parametrov, ktoré zadáte.
Táto odolná a cenovo dostupná technológia by mohla nájsť uplatnenie pri prenose energie do nositeľných elektronických zariadení (chytré hodinky, fitnesové náramky, športové testery a pod.), sledovaní a snímaní pohybu pri využívaní rozšírenej reality či pri bezdrôtovej komunikácii.
Doposiaľ vyskúšali autori výskumu prototyp na inteligentnom závese, ktorý sa prispôsobuje osvetleniu v domácnosti, tiež na slúchadlách, ktoré pri rozťahovaní a ohýbaní antény zmenia rezonančnú frekvenciu o 2,6 percenta a tým plynule prepínajú medzi režimom potláčania hluku a priepustnosti zvuku, ale aj na textíliách, ktoré by mohli neinvazívne monitorovať dych, telesnú teplotu či iné vitálne funkcie ľudí.
Mechanicky rekonfigurovateľné metamateriálové antény môžu znamenať prelom vo viacerých technológiách. Zdroj: Youtube/MIT CSAIL HCI Engineering Group
„Keďže ide o prepojený systém väzieb, ich geometrická štruktúra nám umožňuje zjednodušiť zložité mechanické systémy, v čom spočíva čaro metamateriálov,“ uviedla v tlačovej správe AlAlawiová.
Tím plánuje rozšíriť koncept o trojrozmerné metaantény pre ešte širšiu škálu aplikácií, zvýšiť flexibilitu a odolnosť materiálov a pridať nové funkcie do softvéru navrhovania antén.
Zdroj: MIT
(RR)
