Ta antena wygina się, ale nie pęka

Inżynierowie z North Carolina State University stworzyli wysoce wydajną, elastyczną i samonaprawiającą się antenę, używając stopu metalu, który jest płynny w temperaturze pokojowej.

Zakasać: Antena działa nawet po złożeniu.

Większość materiałów stosowanych w urządzeniach elektronicznych jest krucha, nieelastyczna i podatna na uszkodzenia, w tym miedź najczęściej używana do produkcji anten. Nowa antena z ciekłego metalu może ułatwić wysyłanie i odbieranie danych z elastycznej elektroniki. Możliwe zastosowania obejmują czujniki wbudowane w odzież lub inne tekstylia, podatny papier elektroniczny lub wszczepialne urządzenia biomedyczne.

Michael Dickey , adiunkt inżynierii chemicznej i biomolekularnej w NC State, pracował ze stopem galowo-indowym, który jest płynny w temperaturze pokojowej, badając jego zachowanie w mikrokanałach pod kątem zastosowań w produkcji elektroniki. Poszukując innych możliwych zastosowań, wpadł na pomysł stworzenia elastycznej anteny. We współpracy z inżynierem elektrykiem Gianluca Lazzi –wtedy w NC State, obecnie przewodniczący wydziału inżynierii elektrycznej i komputerowej na Uniwersytecie w Utah – Dickey i jego studenci wykorzystali stop i powszechny elastyczny polimer zwany polidimetylosiloksanem (PDMS) do zbudowania prostej anteny dipolowej – w zasadzie prosty pręt , jak staromodne anteny na uszy królika używane w telewizji analogowej.

Naukowcy wlali płynny PDMS do formy, która po utwardzeniu pozostawiła ją z jednym kanałem wewnętrznym. Następnie wstrzyknęli płynną mieszaninę galu i indu do kanału i uszczelnili go. To wszystko jest całkiem proste, mówi Dickey.

Naukowcy z laboratorium Lazzi przetestowali działanie anteny i odkryli, że mogą stworzyć kontakt elektryczny z urządzeniem, po prostu wbijając przewód w płyn, eliminując potrzebę lutowania. W laboratorium antena emitowała promieniowanie w szerokim zakresie częstotliwości z około 90% wydajnością, co odpowiada wydajności podobnej anteny wykonanej z miedzi. To pierwsza rzecz, która nas zaskoczyła, mówi Lazzi. Antena również działała, podczas gdy inżynierowie zginali, skręcali i składali ją na pół; rozciągnęli go nawet o dodatkowe 40 procent poza normalną długość. Kiedy naprężenie zostało zwolnione, PDMS powrócił do swojego pierwotnego kształtu.

Jednak przy zmianie długości anteny poprzez jej rozciąganie urządzenie reaguje na różne częstotliwości fal radiowych. Rozciągnięcie urządzenia o osiem milimetrów przesunęło jego szczytową odpowiedź o ponad 200 megaherców. Lazzi mówi, że może to być nowatorski sposób na dostrojenie anteny lub stworzenie połączonego czujnika antenowego. Wbudowana w maszynę lub w betonową konstrukcję, taką jak most, antena może z czasem monitorować ją pod kątem naprężeń.

Zmieniacz kształtu: Elastyczna antena składa się z ciekłego metalu wtryskiwanego do mikrokanalików w rozciągliwym polimerze.

Antena z ciekłego metalu może się również zagoić po uszkodzeniu. Pod wpływem powietrza stop tworzy cienką utlenioną powłokę, która uniemożliwia swobodny przepływ. Wiedząc o tym, Dickey przeciął antenę żyletką, aby przetestować jej zdolność do leczenia. Warstwa tlenku utrzymywała ciekły metal w PDMS, a po usunięciu maszynki do golenia w wielu przypadkach oba końce spontanicznie przekształcały się w pojedynczy, przewodzący drut. W innych przypadkach naukowcy musieli ścisnąć odcięte końce, aby ponownie nawiązać połączenie.

Dickey mówi, że taka antena byłaby łatwa do masowej produkcji: cały arkusz formularzy PDMS można by wykonać na raz, a następnie pociąć na pojedyncze urządzenia. Naukowcy oceniają również inne polimery, ponieważ PDMS może zakłócać wydajność niektórych form anten, takich jak pętle, helisy lub łaty używane częściej w urządzeniach komunikacyjnych, takich jak telefony komórkowe oraz nadajniki-odbiorniki radiowe lub telewizyjne. Ponadto, jak mówi Dickey, inne polimery mogą pozwolić antenom rozciągać się jeszcze bardziej niż PDMS przed rozerwaniem.

Badacze, którzy opracowują elastyczną elektronikę, są zainteresowani możliwościami, jakie otwiera nowa antena. To naprawdę sprytny sposób na rozwiązanie ważnego problemu, powiedzmy John Rogers , profesor inżynierii na Uniwersytecie Illinois w Urabana-Champaign, który opracowuje miękkie materiały dla elastycznej i rozciągliwej elektroniki.

Juan Hinestroza , adiunkt nauk o włóknach na Cornell University, wnosi ideę włączenia do odzieży anten Bluetooth lub anten do telefonów komórkowych. Ze względu na elastyczność wpływ na właściwości drapowania materiału będzie nieistotny, a antena może pozostać niezauważona dla obserwatorów i użytkownika, mówi.

ukryć