Los investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han desarrollado una antena reconfigurable que ajusta dinámicamente su rango de frecuencia cambiando su forma física, haciéndola más versátil para las comunicaciones y la detección que las antenas estáticas. Esta antena puede incorporarse en dispositivos inteligentes, incluyendo en cortinas que ajusta dinámicamente la iluminación del hogar o monitorización de temperatura, entre otros.
El usuario puede estirar, doblar o comprimir la antena para modificar sus propiedades de radiación, lo que permite que el dispositivo funcione en un rango de frecuencia más amplio sin necesidad de piezas móviles complejas. Con un rango de frecuencia ajustable, una antena reconfigurable podría adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes y reducir la necesidad de varias antenas.
El resultado es un diseño simplificado para una antena reconfigurable que podría usarse para aplicaciones como transferencia de energía en dispositivos portátiles, seguimiento y detección de movimiento para realidad aumentada o comunicación inalámbrica a través de una amplia gama de protocolos de red. Además, los investigadores desarrollaron una herramienta de edición para que los usuarios puedan generar antenas de metamateriales personalizadas, que pueden fabricarse utilizando un cortador láser.
Antenas fabricadas con metamateriales
El objetivo del equipo era desarrollar un elemento mecánico que también pudiera utilizarse como antena para la detección. Para ello, aprovecharon la frecuencia de resonancia de la antena, que es la frecuencia en la que la antena es más eficiente. La frecuencia de resonancia de una antena se desplazará debido a cambios en su forma.
Para diseñar una antena versátil y reconfigurable, los investigadores utilizaron metamateriales. Estos materiales de ingeniería, programables para adoptar diferentes formas, están compuestos por una disposición periódica de celdas unitarias que pueden rotarse, comprimirse, estirarse o doblarse. Al deformar la estructura metamaterial, se puede cambiar la frecuencia de resonancia de la antena.
El dispositivo, denominado metaantena, está compuesto por una capa de material dieléctrico intercalada entre dos capas conductoras. Para fabricar una metaantena, los investigadores cortaron el láser dieléctrico de una lámina de goma con una cortadora láser. Posteriormente, añadieron un parche sobre la capa dieléctrica con pintura conductora en aerosol, creando una antena de parche resonante.
Fabricación de antenas reconfigurable personalizadas
Por otro lado, los investigadores construyeron una herramienta que permite a los usuarios diseñar y producir antenas de metamateriales para aplicaciones específicas. El usuario puede definir el tamaño del parche de antena, elegir el grosor de la capa dieléctrica y establecer la relación longitud-anchura de las celdas unitarias del metamaterial. A continuación, el sistema simula automáticamente el rango de frecuencia de resonancia de la antena.
Utilizando la herramienta de diseño, los investigadores incorporaron metaantenas en varios dispositivos inteligentes, incluida una cortina que ajusta dinámicamente la iluminación del hogar y auriculares que cambian sin problemas entre los modos de cancelación de ruido y transparente. Los experimentos del equipo también demostraron que las estructuras de metaantena son lo suficientemente resistentes como para soportar más de 10.000 compresiones.
Dado que el parche de antena se puede adaptar a cualquier superficie, podría utilizarse con estructuras más complejas. Por ejemplo, podría incorporarse en textiles inteligentes que realizan detección biomédica no invasiva o monitorización de temperatura.
En el futuro, los investigadores buscan diseñar metaantenas tridimensionales para una gama más amplia de aplicaciones. También buscan añadir más funciones a la herramienta de diseño, mejorar la durabilidad y flexibilidad de la estructura del metamaterial, experimentar con diferentes patrones simétricos de metamateriales y optimizar algunos pasos de fabricación manual.