Инженеры создали «живую» антенну, которая меняет форму и настраивается сама
Исследователи Массачусетского технологического института (MIT) представили антенну нового типа, способную менять форму и тем самым адаптироваться к разным частотам. В отличие от привычных статических антенн, эта «мета-антенна» может растягиваться, изгибаться и сжиматься, работая в широком диапазоне без сложных приводов и переключателей. Об этом сообщает MIT News.
Как это работает?
Антенна сделана из метаматериалов — инженерных структур, чьи свойства определяются геометрией, а не только составом. Изменяя рисунок и форму такой решетки, можно «на лету» менять радиочастотные характеристики.
У любой антенны есть резонансная частота — «любимая нота», на которой она работает максимально эффективно. Если менять ее форму, эта нота немного сдвигается. Команда MIT научилась управляемо растягивать и сгибать структуру, чтобы точно подстраивать частотный отклик. Этот же эффект можно использовать как датчик: к примеру, мета-антенна улавливает микродвижения грудной клетки и по сдвигу частоты определяет дыхание.
«Обычно антенны статичны: их изготавливают с фиксированными свойствами. Но используя ауксетические метаматериалы, мы можем изменять свойства, просто меняя геометрию. Это также дает нам новый метод зондирования», — говорит ведущий автор Марва Аль-Алави, аспирант MIT.
Конструкция и производство
Прототип состоит из диэлектрического (непроводящего) слоя из эластичного материала, зажатого между двумя проводящими слоями. Паттерн токопроводящих дорожек формируют аэрозольной проводящей краской, создавая «патч-антенну». Заготовку вырезают лазером; чтобы петли рисунка не рвались при многократных деформациях, сверху наносят гибкое акриловое покрытие. Такая защита позволила выдержать свыше 10 тысяч циклов сжатия и растяжения без деградации.
Чем технология отличается от стандартных антен?
В традиционных системах под разные диапазоны частот приходится использовать несколько антенн или сложные коммутаторы. Мета-антенна меняет эффективную длину проводящих элементов и вводит «щели» геометрией самой решетки, поэтому один и тот же физический модуль перекрывает сразу несколько режимов. Это упрощает конструкцию и снижает стоимость.
Инструмент проектирования. Исследователи создали софт, который позволяет задать ключевые параметры — размер антенного «патча», толщину диэлектрика, соотношение сторон ячеек метаматериала — и автоматически просчитать диапазон резонансных частот. Файлы можно сразу отправлять на лазерный резак, что облегчает кастомизацию под конкретное устройство.
Что показали тесты
В умных наушниках мета-антенна при изгибе меняет частоту примерно на 2,6%, и устройство автоматически переключается между режимом шумоподавления и режимом, когда слышны внешние звуки.
Еще один прототип — интерьерные занавески: встроенная решетка-антенна может участвовать в беспроводной связи устройств дома и одновременно служить интерфейсом для управления освещением. Потенциальные применения включают отслеживание движений в AR/VR, энергетические каналы для носимой электроники и совместимость с широким спектром сетевых протоколов.
Универсальная, прочная и недорогая антенна, которая подстраивается к среде и задачам, уменьшает количество радиомодулей в гаджетах, экономит энергию и место, а также открывает новые сценарии «умного» текстиля — от медицинского мониторинга до спортивной аналитики.
