Στο Washington State University, μια ομάδα μηχανικών κατάφερε κάτι που μέχρι πρότινος θεωρούνταν σχεδόν αδύνατο: την κατασκευή μιας εύκαμπτης κεραίας μέσω 3D printing, ικανής να διατηρεί το σήμα της σταθερό ακόμη και όταν λυγίζει ή δονείται.
Η εξέλιξη αυτή θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο επικοινωνούν μεταξύ τους drones, αεροσκάφη, αυτοκίνητα, αλλά και φορετές συσκευές, αντιμετωπίζοντας ένα από τα πιο γνωστά μειονεκτήματα των εύκαμπτων κεραιών, την απώλεια σήματος λόγω κίνησης ή παραμόρφωσης.
Το project παρουσιάστηκε στις 20 Οκτωβρίου και δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications, σηματοδοτώντας μια νέα γενιά κεραιών που συνδυάζουν πρωτοποριακά υλικά με εξαιρετικά ελαφρύ και προσαρμόσιμο σχεδιασμό. Η ομάδα του WSU συνεργάστηκε με το University of Maryland και τη Boeing για να αναπτύξει μια ειδική «μελάνη» εκτύπωσης βασισμένη σε νανοσωματίδια χαλκού. Το υλικό αυτό επιτρέπει υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα ακόμη και όταν η επιφάνεια της κεραίας παραμορφώνεται, στοιχείο κρίσιμο για εφαρμογές σε αεροδιαστημικά και αυτοκινητοβιομηχανικά περιβάλλοντα.
Υπεύθυνοι της έρευνας είναι οι Sreeni Poolakkal και Subhanshu Gupta, οι οποίοι σχεδίασαν ένα σύστημα που αποτελείται από τέσσερις μικρές 3D printed κεραίες συνδεδεμένες σε διάταξη (array) και έναν ειδικό ελεγκτή-τσιπ. Ο ρόλος του επεξεργαστή είναι να ανιχνεύει και να διορθώνει σε πραγματικό χρόνο τις παραμορφώσεις που προκαλούνται από κάμψη ή δόνηση, εξασφαλίζοντας έτσι σταθερότητα σήματος ακόμα και κάτω από δύσκολες συνθήκες, όπως υψηλή υγρασία, έντονες μεταβολές θερμοκρασίας ή μηχανική πίεση.
Στα πειράματα, ο πρωτότυπος μηχανισμός διατήρησε αξιόπιστη επικοινωνία ενώ βρισκόταν σε κίνηση, καταναλώνοντας ελάχιστη ενέργεια. Αυτή η ενεργειακή αποδοτικότητα τον καθιστά ιδανικό για αυτόνομα ή φορητά συστήματα, όπου το χαμηλό βάρος και η περιορισμένη κατανάλωση αποτελούν κρίσιμες προϋποθέσεις.
Το μυστικό βρίσκεται στη δομή των ίδιων των κεραιών: ένα είδος «υφής» που θυμίζει πλέξη, επιτρέποντας την ευκαμψία χωρίς να χάνεται η αγωγιμότητα. Χάρη σε αυτόν τον σχεδιασμό, οι κεραίες μπορούν να συναρμολογούνται εύκολα σε μεγαλύτερες μονάδες, δημιουργώντας πολύπλοκα συστήματα επικοινωνίας με υψηλές επιδόσεις. Η ερευνητική ομάδα έχει ήδη αποδείξει στην πράξη τη λειτουργικότητα ενός συστήματος 16 κεραιών, το οποίο δημιουργήθηκε συνδυάζοντας τέσσερα βασικά modules.
Η δυνατότητα κλιμάκωσης αυτής της τεχνολογίας ανοίγει τον δρόμο για πλήθος εφαρμογών πέρα από τον χώρο της αεροναυπηγικής. Οι ερευνητές προβλέπουν ότι οι εύκαμπτες κεραίες θα μπορούσαν να ενσωματωθούν σε ηλεκτρικά οχήματα, δορυφόρους, δίκτυα αισθητήρων ή ακόμη και σε έξυπνα υφάσματα. Φανταστείτε ένα drone με φτερά που επικοινωνούν αυτόνομα με το έδαφος, ένα αυτοκίνητο του μέλλοντος του οποίου το αμάξωμα λειτουργεί και ως κεραία, ή ένα τεχνικό ρούχο ικανό να συνδέεται απευθείας με δίκτυα δεδομένων.
Η ευελιξία αυτή στη σχεδίαση είναι και το μεγαλύτερο πλεονέκτημα του συστήματος. Οι κεραίες μπορούν να προσαρμοστούν πάνω σε επιφάνειες με καμπύλες, να «αγκαλιάσουν» το σχήμα ενός φτερού αεροσκάφους ή να τοποθετηθούν σε περιοχές όπου οι συμβατικές κεραίες θα έσπαζαν ή θα έχαναν σήμα. Επιπλέον, η χαμηλή θερμοκρασία εκτύπωσης και η χρήση ελαφριών υλικών μειώνουν σημαντικά το κόστος παραγωγής, καθιστώντας την τεχνολογία ελκυστική για μαζική εφαρμογή.
Η συνεργασία με τη Boeing δεν είναι τυχαία. Η εταιρεία ενδιαφέρεται εδώ και χρόνια για λύσεις που βελτιώνουν την αξιοπιστία των ασύρματων συστημάτων στα αεροσκάφη της, καθώς οι μεταλλικές επιφάνειες και οι δονήσεις εν πτήσει προκαλούν συχνά παρεμβολές στο σήμα. Οι κεραίες του WSU θα μπορούσαν, σε επόμενη φάση, να ενσωματωθούν κατευθείαν στο υλικό του αεροσκάφους, μετατρέποντας το ίδιο το σώμα του σε ενεργό στοιχείο επικοινωνίας.
Πέρα από την αεροπορική βιομηχανία, η ομάδα βλέπει προοπτικές και στον χώρο των δικτύων 5G και 6G, όπου απαιτείται τεράστιος αριθμός μικρών, ευέλικτων και ενεργειακά αποδοτικών κεραιών. Τα συστήματα αυτά θα μπορούσαν να συνδεθούν σε «έξυπνες» επιφάνειες — από το εξωτερικό ενός κτιρίου μέχρι τα ρούχα ενός αθλητή — δημιουργώντας ένα περιβάλλον συνεχούς επικοινωνίας.
Όπως σχολιάζει ο Subhanshu Gupta,
Η πρόκληση ήταν πάντα να διατηρήσουμε την απόδοση μιας κεραίας ακόμα και όταν αυτή λυγίζει ή στρεβλώνεται. Με αυτή τη νέα μελάνη και τη δυνατότητα 3D εκτύπωσης, πλέον μπορούμε να το πετύχουμε.
Η ανάπτυξη εύκαμπτων, ελαφριών και «έξυπνων» κεραιών δεν είναι απλώς μια τεχνική βελτίωση. Αν η τεχνολογία του WSU περάσει σε εμπορική παραγωγή, θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια νέα εποχή όπου οι ίδιες οι επιφάνειες των οχημάτων, των συσκευών ή ακόμη και των ρούχων θα αποτελούν αναπόσπαστο μέρος του ψηφιακού οικοσυστήματος.
[source]
