Un laboratorio di Princeton ha progettato una nuova antenna che funziona “come un robot trasformatore”

Sofisticati array di antenne abbinati a chip wireless ad alta frequenza agiscono come superpoteri per l'elettronica moderna, potenziando tutto, dal rilevamento alla sicurezza all'elaborazione dei dati. Nel suo laboratorio a Princeton, Kaushik Sengupta sta lavorando per espandere ulteriormente questi poteri.

Negli ultimi anni, il laboratorio di Sengupta ha progettato schiere di antenne che aiutano gli ingegneri a fare passi da gigante nello scrutare la materia, potenziando le comunicazioni nei canyon dei grattacieli, inserendo un laboratorio medico su uno smartphone e crittografando dati critici con onde elettromagnetiche invece che con software.

In un nuovo articolo su Advanced Science, il gruppo di ricerca di Sengupta ha presentato un nuovo tipo di array di antenne basato sull'arte di piegare la carta degli origami. La matrice mutaforma, progettata come una scatola di carta piegata chiamata bomba ad acqua, consente agli ingegneri di creare una superficie di imaging radar riconfigurabile e adattabile. Per costruire il sistema, il team ha installato una nuova classe di antenne metasuperficiali a banda larga su pannelli piatti standard. Quindi hanno collegato alcuni pannelli dell'antenna su una superficie origami progettata con precisione con un motivo a scacchiera sfalsato. Attraverso la corretta sequenza di piegatura e apertura dei pannelli, la matrice assume una varietà di forme diverse come curve, selle e sfere.

Grazie a questa capacità di spostamento ed espansione, il sistema offre una risoluzione più ampia e ha la capacità di catturare scene tridimensionali complesse oltre la capacità di un array di antenne standard. L'antenna della bomba ad acqua può anche modificare la sua forma per manipolare le onde elettromagnetiche in modi attentamente calibrati. Combinato con algoritmi avanzati, il sistema waterbomb può elaborare efficacemente le informazioni provenienti da un’ampia gamma di campi elettromagnetici. Questa capacità di mutaforma consente agli ingegneri di espandere le capacità dei dispositivi utilizzati per il rilevamento e l'imaging.

"Per la maggior parte delle applicazioni, i sistemi planari o piatti sono preferiti perché sono più semplici e facili da progettare", ha affermato Sengupta, professore associato di ingegneria elettrica e informatica. "Ma i sistemi riconfigurabili ci consentono di espandere sostanzialmente la nostra capacità nell'imaging computerizzato. Usando gli origami, siamo in grado di combinare la semplicità degli array planari con la capacità estesa dei sistemi riconfigurabili. È come un robot trasformatore in azione."

Sengupta ha affermato che gli array basati su origami potrebbero migliorare notevolmente la tecnologia di rilevamento necessaria per veicoli autonomi, robot e sistemi ciberfisici. La relativa semplicità dei singoli sistemi di antenne significa anche che gli array di rilevamento possono essere leggeri ed economici, rendendoli più facili da produrre e distribuire su larga scala.

Mentre i rapidi sviluppi nel campo dell’energia e dell’informatica di solito attirano l’attenzione del pubblico, Sengupta e i suoi colleghi della Princeton Engineering si concentrano sulle reti wireless invisibili che consentono a queste scoperte di dare potere alla società.

"Puoi pensare a tutte queste applicazioni davvero complesse che stanno emergendo: robotica, auto a guida autonoma, città intelligenti, applicazioni sanitarie intelligenti, realtà artificiale, realtà virtuale", ha affermato. "Tutte queste cose si trovano su quella rete di comunicazioni wireless."

Ognuna di queste applicazioni rappresenterebbe un notevole aumento della domanda di reti wireless. Insieme, richiedono un ripensamento fondamentale del modo in cui spostiamo i dati attraverso le onde radio, sia in termini di microchip progettati per gestire il traffico che di segnali trasmessi da tali chip. In breve, dobbiamo racchiudere molte più informazioni nei segnali e costruire sistemi informatici in grado di elaborare le informazioni in modo rapido, accurato e sicuro.

Negli ultimi anni la ricerca di Sengupta ha ricevuto riconoscimenti su entrambi i fronti. Nel 2021, è stato nominato Outstanding Young Engineer dalla Microwave Theory and Techniques Society (MTT-S), una società scientifica leader per le comunicazioni wireless. L'anno scorso ha ricevuto il New Frontier Award per il suo lavoro sui microchip dall'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), la più grande società di ingegneria elettrica del mondo.