Исследователи под руководством Университета штата Вашингтон разработали процессор размером с чип и напечатанные на 3D-принтере антенные решетки, которые в будущем могут привести к созданию гибких и носимых беспроводных систем и улучшению электронных коммуникаций в самых разных областях автомобильной, авиационной и космической промышленности.
В отчете журнала Nature Communications говорится, что исследователи использовали 3D-печать, процессор и чернила из медных наночастиц для создания гибких антенных решеток.
«Этот прототип, демонстрирующий концепцию, открывает путь для будущего интеллектуального текстиля, связи с беспилотниками и самолетами, периферийного зондирования и других быстро развивающихся областей, требующих надежных, гибких и высокопроизводительных беспроводных систем», — сказал Шрини Пулаккал, соавтор статьи и аспирант Школы электротехники и компьютерных наук Университета штата Вашингтон.
Такие отрасли, как авиация и автомобилестроение, хотели бы использовать гибкие, или конформные, антенные решётки, напечатанные на 3D-принтере, поскольку они могут быть легче, компактнее и гибче традиционных антенных решёток. Например, дрон можно оснастить слоем антенн.
Однако из-за материалов и способа изготовления гибкие беспроводные системы оказались слишком дорогими в производстве и не смогли достичь таких же высоких характеристик, как стандартные антенные решётки. При движении и изгибе, например, в носимой электронике или при вибрации крыла самолёта, антенны меняют форму, что приводит к ошибкам в сигналах.
Команда под руководством WSU использовала 3D-печать и чернила из наночастиц меди для создания антенн, которые сохраняют устойчивость при изгибе, высокой влажности , перепадах температур и воздействии соли. Сотрудники команды из Мэрилендского университета и компании Boeing разработали чернила на основе наночастиц меди.
«Чернила играют очень важную роль в аддитивной, или 3D-печати», — сказал Субханшу Гупта, доцент Школы электротехники и компьютерных наук Университета штата Вашингтон и соавтор работы.
«Чернила на основе наночастиц, разработанные нашими коллегами, на самом деле очень эффективны для повышения производительности высокотехнологичных коммуникационных схем, подобных тем, что делаем мы».
Поскольку для точной беспроводной связи требуется значительная точность, исследователи также разработали процессорный чип, который может корректировать ошибочные сигналы от антенны в режиме реального времени.
«Мы использовали этот разработанный нами процессор для коррекции деформаций материала в напечатанной на 3D-принтере антенне, и он также корректирует любые вибрации, которые мы видим», — сказал Гупта.
«Возможность делать это в режиме реального времени делает этот метод очень привлекательным. Нам удалось добиться надёжной стабилизации лучей в режиме реального времени для антенных решёток, что раньше было невозможно».
Исследователи построили и испытали легкую, гибкую решетку из четырех антенн, способную успешно отправлять и принимать сигналы при движении и изгибе антенн.
Небольшие антенны потребляют мало энергии и легко масштабируются, что делает их идеальными для внедрения в устройства. Благодаря тому, что они построены в виде плиток, конструкция антенной решетки позволяет создавать более крупные массивы, а отдельные процессорные чипы на каждой плитке работают независимо, сказал Гупта.
Исследователям удалось собрать четыре антенные решетки, получив в общей сложности 16 антенн.
