Лаборатория Принстона разработала новую антенну, которая работает «как робот-трансформер»

Сложные антенные решетки в сочетании с высокочастотными беспроводными чипами действуют как сверхспособности современной электроники, улучшая все — от зондирования до безопасности и обработки данных. В своей лаборатории в Принстоне Кошик Сенгупта работает над еще большим расширением этих возможностей.

В последние годы лаборатория Сенгупты разработала антенные решетки, которые помогают инженерам добиться успехов в изучении материи, улучшить связь в каньонах небоскребов, разместить медицинскую лабораторию на смартфоне и шифровать важные данные с помощью электромагнитных волн вместо программного обеспечения.

В новой статье в журнале Advanced Science исследовательская группа Сенгупты представила новый тип антенной решетки, основанный на искусстве складывания бумаги — оригами. Изменяющий форму массив, выполненный в виде сложенной бумажной коробки, называемой водяной бомбой, позволяет инженерам создавать реконфигурируемую и адаптируемую поверхность радиолокационного изображения. Для создания системы команда установила новый класс широкополосных метаповерхностных антенн на стандартные плоские панели. Затем они соединили несколько антенных панелей в точно спроектированную поверхность оригами со смещенным шахматным узором. Благодаря правильной последовательности складывания и раскладывания панелей массив принимает самые разные формы, такие как кривые, седла и сферы.

Благодаря этой способности перемещаться и расширяться система обеспечивает более широкое разрешение и возможность захвата сложных трехмерных сцен, превосходящих возможности стандартной антенной решетки. Антенна водяной бомбы также может изменять свою форму, чтобы манипулировать электромагнитными волнами тщательно калиброванными способами. В сочетании с передовыми алгоритмами система водяной бомбы может эффективно обрабатывать информацию от широкого спектра электромагнитных полей. Эта способность изменения формы позволяет инженерам расширять возможности устройств, используемых для зондирования и визуализации.

«Для большинства приложений предпочтительны плоские или плоские системы, потому что их проще и легче проектировать», — сказал Сенгупта, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники. «Но реконфигурируемые системы позволяют нам существенно расширить наши возможности в области компьютерной визуализации. Используя оригами, мы можем объединить простоту плоских массивов с расширенными возможностями реконфигурируемых систем. Это похоже на робота-трансформера в действии».

Сенгупта сказал, что массивы на основе оригами могут значительно улучшить сенсорные технологии, необходимые для автономных транспортных средств, роботов и киберфизических систем. Относительная простота отдельных антенных систем также означает, что сенсорные матрицы могут быть легкими и недорогими, что упрощает их производство и широкомасштабное развертывание.

В то время как быстрое развитие энергетики и вычислений обычно привлекает наибольшее внимание общественности, Сенгупта и его коллеги из Princeton Engineering сосредотачиваются на невидимых беспроводных сетях, которые позволяют этим прорывам расширять возможности общества.

«Вы можете подумать обо всех этих действительно сложных приложениях, которые появляются — робототехника, беспилотные автомобили, умные города, приложения для умного здравоохранения, искусственная реальность, виртуальная реальность», — сказал он. «Все эти вещи находятся в сети беспроводной связи».

Любое из этих приложений приведет к значительному увеличению спроса на беспроводные сети. Вместе они требуют фундаментального переосмысления того, как мы передаем данные по радиоволнам, как с точки зрения микрочипов, предназначенных для обработки трафика, так и сигналов, передаваемых этими чипами. Короче говоря, нам необходимо упаковать гораздо больше информации в сигналы и создать компьютерные системы, которые смогут обрабатывать информацию быстро, точно и безопасно.

За последние несколько лет исследования Сенгупты получили признание на обоих фронтах. В 2021 году Общество теории и техники микроволнового излучения (MTT-S), ведущее научное общество в области беспроводной связи, назвало его выдающимся молодым инженером. В прошлом году он получил премию New Frontier Award за свою работу над микрочипами от Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), крупнейшего в мире общества электротехников.