Radar do tamanho de cartão de crédito criado com antena eletrônica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/02/2022

As matrizes de antenas foram fabricadas pela Intel.
[Imagem: Terahertz Integrated Electronics Group/MIT]

Antena terahertz

Pesquisadores criaram uma antena que permite direcionar e focar eletronicamente, com extrema precisão, um feixe de energia eletromagnética na faixa dos terahertz.

Isso abre as portas para dispositivos de imagem em tempo real de alta resolução centenas de vezes menores do que os atuais sistemas de radar e mais robustos do que os sistemas ópticos.

As ondas terahertz (THz) - também conhecidas como raios T - ficam entre as micro-ondas e a luz infravermelha no espectro eletromagnético, uma faixa que nem a eletrônica clássica e nem os aparelhos ópticos conseguem manipular efetivamente.

Mas essas ondas de rádio de alta frequência têm muitas propriedades únicas, como a capacidade de passar por certos materiais sólidos, como o corpo humano, sem os efeitos danosos dos raios X na saúde ou ver a composição química dos objetos. Eles também podem permitir comunicações de alta velocidade ou sistemas de visão artificial que podem ver através de ambientes nebulosos ou empoeirados.

Como o progresso nesse campo tem sido lento, a criação de Nathan Monroe e seus colegas da Intel e do MIT, nos EUA, causou surpresa, sobretudo pelo seu nível de prontidão tecnológica.

Matriz de antenas sem partes móveis

Mais do que uma antena, Monroe criou um conjunto integrado de microantenas terahertz, que ele chama de "matriz refletora" (reflectarray), que opera de forma semelhante aos múltiplos espelhos de um telescópio, com sua reflexão controlada por computador.

A matriz refletora THz, que reúne cerca de 10.000 microantenas em um dispositivo do tamanho de um cartão de crédito, pode focar com precisão um feixe de energia terahertz em uma área minúscula e controlá-lo rapidamente, sem a necessidade de partes móveis.

Os pesquisadores demonstraram o funcionamento de sua antena múltipla gerando imagens de cenas em profundidade em 3D. As imagens são semelhantes às geradas por um LiDAR, ou radar de luz. Contudo, como as antenas trabalham com ondas THz em vez de luz, o sistema pode funcionar na chuva, neblina ou neve.

A matriz de antenas guia os feixes THz com precisão de 1º.
[Imagem: N. M. Monroe et al. (2022)]

"Os arranjos de antenas são muito interessantes porque, apenas alterando os retardos de tempo que são enviados a cada antena, você pode alterar a direção em que a energia está sendo focada, e é completamente eletrônico," disse Monroe. "Então, é uma alternativa para aqueles grandes pratos de radar que você vê no aeroporto, que se movem com motores. Podemos fazer a mesma coisa, mas não precisamos de peças móveis porque estamos apenas alterando alguns bits em um computador."

O pequeno conjunto refletor foi capaz de gerar imagens de radar com resolução angular duas vezes maior do que as produzidas pelo radar Cape Cod, que é um edifício tão grande que é visível do espaço. Embora esses radares imensos sejam capazes de cobrir uma área muito maior, o novo conjunto de antenas refletoras alcançou a resolução hoje só utilizada em radares de nível militar.

Radar THz e muito mais

A matriz de antenas THz consegue focar a energia com muita precisão: A equipe gerou feixes com apenas um grau de largura, e conseguiu direcionar esse feixe em etapas de um grau.

Para funcionar como um gerador de imagens, o feixe de um grau de largura é movimentado em um padrão de ziguezague sobre cada ponto em uma cena, criando uma imagem com profundidade (3D). Ao contrário de outros experimentos na faixa dos terahertz, que podem levar horas ou até dias para criar uma imagem, o novo equipamento funciona em tempo real.

Como é muito compacto e rápido, o dispositivo poderá funcionar como gerador de imagens para carros autônomos, especialmente porque as ondas terahertz podem ver através do mau tempo, disse Monroe.

O dispositivo também pode ser adequado para drones, porque é leve e não possui partes móveis, ou em aplicações de segurança e imageamento médico, provendo imagens instantâneas.

Os protótipos da matriz de antenas THz foram fabricados pela Intel, mostrando que o dispositivo está virtualmente pronto para ir ao mercado.

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