Noile antene sunt de până la o sutime din dimensiunea dispozitivelor de astăzi

Antenele au devenit mult mai mici.

Cipurile mici care comunică prin unde radio au o zecime până la o sutime din lungimea antenelor compacte de ultimă generație. La doar câteva sute de micrometri diametru – comparabil cu grosimea unei bucăți de hârtie – aceste antene de ultimă generație pot transmite aceleași tipuri de semnale ca cele utilizate de televizoare, telefoane mobile și radiouri, au raportat cercetătorii pe 22 august în Comunicarea naturii. Progresul tehnologic ar putea deschide calea pentru a crea electronice purtabile sau chiar injectabile, spune coautorul studiului, Nian Sun, inginer electric și computer la Universitatea Northeastern din Boston.

Miniaturizarea antenei a fost blocată de zeci de ani, așa că aceste dispozitive minuscule sunt „o afacere uriașă”, spune John Domann, care nu a fost implicat în lucrare.

O antenă tradițională preia semnale atunci când undele electromagnetice care se deplasează prin aerul se spală peste ea, determinând ca electronii antenei să treacă prin ea într-un curent electric. Acest curent creează o tensiune electrică, în esență o citire a oricărui mesaj transmis de acele unde electromagnetice.

Dar cu cât lungimea de undă este mai mare, cu atât o antenă trebuie să fie mai lungă pentru a genera o tensiune suficient de mare pentru a transmite clar acel mesaj, explică Domann, inginer biomedical la Virginia Tech din Blacksburg. O antenă convențională trebuie de obicei să aibă cel puțin o zecime din lungimea undelor electromagnetice pe care le captează. De exemplu, telefoanele mobile reglate pe unde radio lungi de 11 până la 15 centimetri trebuie să conțină antene lungi de cel puțin câțiva centimetri pentru a obține o recepție bună.

În noul studiu, cercetătorii au depășit această limită de dimensiune de lungă durată, modelând antene care folosesc o metodă diferită pentru a traduce semnalele. Când undele electromagnetice trec peste una dintre aceste antene cu cip, undele activează atomii dintr-un strat de material magnetic. Similar cu modul în care spectatorii de sport stau și stau pentru a crea valuri care se unduiesc pe un stadion, atomii își schimbă alinierea magnetică înainte și înapoi pentru a crea un curent magnetic care trece prin cip.

Acel curent magnetic vibrează un strat subiacent de material piezoelectric – un fel de material care generează tensiune atunci când este îndoit sau stors (SN Online: 9/1/15). Deoarece vibrațiile creează unde mult mai scurte decât cele provenite de la semnalele electromagnetice transmise în aer, o antenă poate fi mult mai mică și încă funcționează.

Cercetătorii au construit antene minuscule care puteau comunica la intervalele de frecvență radio utilizate de GPS, Wi-Fi, radio FM și TV. Aceste antene noi au „un potențial enorm”, spune Sun. El își imaginează atașându-le de dispozitive care ar putea fi încorporate în hainele oamenilor sau chiar în corpul lor (SN: 9/10/11 p. 10). „De asemenea, puteți proiecta receptoare GPS foarte, foarte compacte”, adaugă el, care ar putea ajuta la urmărirea tuturor, de la articole de uz casnic ușor deplasate până la echipamente militare.

Domann spune că este cel mai încântat de potențialele utilizări biomedicale pentru aceste antene. „V-ați putea imagina un fel de dispozitiv în care aveți un laborator implantabil pe un cip, în care aveți ceva în interiorul unui pacient care îl poate monitoriza activ și apoi transmite informații medicului său în timp real.”