Los investigadores crean conjuntos de antenas impresas en 3D para sistemas inalámbricos flexibles

Investigadores dirigidos por la Universidad Estatal de Washington han desarrollado un procesador del tamaño de un chip y un conjunto de antenas impresas en 3D que algún día podrían conducir a sistemas inalámbricos flexibles y portátiles y comunicaciones electrónicas avanzadas en una variedad de aplicaciones de la industria automotriz, de la aviación y aeroespacial.

Informes de revistas comunicación de la naturalezaLos investigadores utilizaron impresión 3D, procesadores y una tinta hecha de nanopartículas de cobre para crear conjuntos de antenas flexibles.

“Este prototipo de prueba de concepto allana el camino para futuros textiles inteligentes, comunicaciones aéreas o con drones, detección de bordes y otros campos en rápida evolución que requieren sistemas inalámbricos robustos, flexibles y de alto rendimiento”, dijo Srini Pulakkal, coprimer autor y doctorado del artículo. estudiante de la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática de WSU.

Industrias como la aviación y la automoción quieren poder utilizar conjuntos de antenas flexibles o conformales impresos en 3D porque pueden ser más ligeros, más pequeños y más flexibles que los conjuntos de antenas tradicionales. Así, por ejemplo, un dron puede equiparse con una capa de antenas.

Sin embargo, debido a sus materiales y la forma en que están construidos, los sistemas inalámbricos flexibles son muy costosos de construir y no funcionan tan bien como los conjuntos de antenas estándar. Cuando se mueven y se doblan, como en los dispositivos electrónicos portátiles o cuando el ala de un avión vibra, las antenas cambian de forma, provocando errores en sus señales.

El equipo dirigido por WSU utilizó impresión 3D y una tinta hecha de nanopartículas de cobre para crear antenas que son estables cuando se doblan o se exponen a alta humedad, variaciones de temperatura y sal. Equipos de la Universidad de Maryland y Boeing han desarrollado una tinta basada en nanopartículas de cobre.

“La tinta es una parte muy importante de la fabricación aditiva o impresión 3D”, dijo Subhanshu Gupta, profesor asociado de la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática de WSU y coautor del trabajo.

“La tinta basada en nanopartículas desarrollada por nuestros colaboradores es realmente lo suficientemente potente como para mejorar el rendimiento de circuitos de comunicación de alta gama como el que estamos haciendo”.

Debido a que las comunicaciones inalámbricas precisas requieren una fidelidad significativa, los investigadores también desarrollaron un chip procesador que puede corregir señales erróneas de las antenas en tiempo real.

“Utilizamos este procesador que construimos para corregir las distorsiones de estos componentes en la antena impresa en 3D, y también corrige cualquier vibración que veamos”, dijo Gupta.

“La capacidad de hacer esto en tiempo real lo hace muy atractivo. Pudimos lograr una robusta estabilización del haz en tiempo real para los conjuntos, lo que antes no era posible”.

Los investigadores construyeron y probaron un conjunto liviano y flexible de cuatro antenas que pudo enviar y recibir señales con éxito mientras movían y doblaban las antenas.

Las antenas más pequeñas consumen menos energía y se pueden escalar fácilmente, lo que las hace ideales para su implementación en dispositivos. Debido a que están construidos como mosaicos, el diseño de la matriz permite construir matrices más grandes y los chips de procesador individuales en cada mosaico funcionan de forma independiente, dijo Gupta.

Los investigadores pudieron combinar cuatro conjuntos de antenas para crear un total de 16 antenas.