Engenharia mecânica une-se ao eletromagnetismo para criar antenas 6G

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/02/2023

O mecanismo ajusta a frequência de operação da antena sem precisar de dobradiças ou mecanismos similares.
[Imagem: Jeff Xu/Penn State]

Materiais de conformidade

Decididamente não há um caminho único para a tecnologia - ao menos não no caso das antenas.

Nos últimos anos, todos os esforços se voltaram para as antenas planas, graças às metassuperfícies, materiais "inteligentes" eles próprios formados por minúsculas antenas, em escala micro ou nano, que permitem dirigir as ondas de uma forma que não era possível uma década atrás.

Galestan Sengerdy e colegas da Universidade do Estado da Pensilvânia, nos EUA, também estão interessados em antenas reconfiguráveis, mas mecanicamente reconfiguráveis. Sempre houve projetos desse tipo, mas eles requerem muita manutenção, gastam energia para seu acionamento e não vão bem em climas muito frios ou muito quentes, não sendo portanto talhados para tecnologias futuras, como a 6G.

Para superar essas dificuldades, Sengerdy combinou um eletroímã com os chamados "materiais de conformidade", um nome chamativo para o que essencialmente é o mesmo conceito de engenharia mecânica por trás dos clipes de papel ou de um arco e flecha.

"Mecanismos de conformidade são projetos de engenharia que incorporam elementos dos próprios materiais para criar movimento quando se aplica uma força, em vez dos mecanismos tradicionais de corpo rígido, que requerem dobradiças para o movimento," explicou Sengerdy. "Objetos dirigidos por mecanismos de conformidade são projetados para dobrar repetidamente em uma determinada direção e para suportar ambientes hostis."

As antenas mecanicamente reconfiguráveis podem ter vários níveis de complexidade e virtualmente qualquer tamanho.
[Imagem: Galestan Mackertich-Sengerdy et al. - 10.1038/s41467-023-36143-6]

Antena reconfigurável mecânica

O protótipo da antena reconfigurável é circular, em forma de íris, e foi totalmente construído em uma impressora 3D. Os braços projetados pela equipe dobram-se de maneira previsível, o que, por sua vez, altera a frequência de operação da antena - sem o uso de dobradiças ou rolamentos.

"Assim como um camaleão aciona minúsculas protuberâncias em sua pele para mudar sua cor, uma antena reconfigurável pode mudar sua frequência de baixa para alta e vice-versa, apenas configurando suas propriedades mecânicas, habilitadas pelo mecanismo compatível," disse o professor Sawyer Campbell.

A antena reconfigurável passou nos testes de fadiga e de padrões de frequência e radiação, tudo dentro de uma câmara anecoica, uma sala isolada com material absorvedor de ondas eletromagnéticas, que evita que os sinais interfiram no teste da antena.

Embora o protótipo tenha sido projetado para atingir uma frequência específica para demonstração e seja apenas um pouco maior que a palma da mão humana, a tecnologia pode ser dimensionada para o nível de circuito integrado, para frequências mais altas, ou aumentada em tamanho para aplicações de frequência mais baixa, segundo a equipe.

Antenas de origami

A estrutura mecânica superou os projetos inspirados na técnica do origami, que também são reconfiguráveis, mas não oferecem robustez.

"Os projetos de antenas de origami são conhecidos por suas capacidades compactas de dobramento e armazenamento, que podem então ser desdobrados posteriormente ou no local de aplicação," compara Sengerdy. "Mas, uma vez que essas estruturas dobradas de origami são desdobradas, elas geralmente precisam de uma estrutura de reforço complexa, para que não entortem ou dobrem. Se não forem cuidadosamente projetados, esses tipos de dispositivos sofreriam limitações de tempo de vida operacional e ambiental no campo."

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