Ciertos avances tecnológicos son factibles en la práctica, aunque inviables comercialmente. Un equipo de la Universidad Estatal de Washington (WSU, por sus siglas en inglés) abordó esa problemática aplicada a las antenas flexibles, componentes con un gran potencial para mejorar la conectividad.
Si bien en la actualidad es posible fabricarlas, los costos de producción impidieron su despliegue a nivel masivo. Además, los modelos existentes no funcionaron con eficiencia. Esto ocurre porque, al doblarse, las señales pierden su apuntamiento.
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Los investigadores usaron impresoras 3D y un tipo de tinta hecha de nanopartículas de cobre para crear las antenas flexibles.
En un informe recientemente publicado en la revista Nature Communications, detallaron el proceso de fabricación y funcionamiento de un prototipo que podría encabezar una revolución en diversos sectores. Desde la industria automotriz y espacial, el ámbito de las comunicaciones e incluso en la ropa futurista.
“Este invento sienta las bases del futuro”
En los componentes electrónicos, la flexibilidad trasciende el carácter excéntrico. Del mismo modo que ocurre en los teléfonos que se doblan, esa característica se traduce en más ligereza y portabilidad. Además, permite incluir componentes allí donde antes no cabían o en dispositivos que no soportarían el peso de un desarrollo tradicional.
Si bien ya hubo intentos para crear antes flexibles, los resultados fueron costosos de fabricar y tuvieron un rendimiento inferior en comparación con los dispositivos clásicos. Siguiendo a la publicación Eureka Alert, al moverse y doblarse, como en dispositivos electrónicos portátiles o cuando el ala de un avión vibra, las antenas cambian de forma, lo que provoca errores en sus señales.
“Este prototipo sienta las bases del futuro para textiles inteligentes, comunicaciones con drones o aeronaves, y otros campos en rápida evolución que requieren sistemas inalámbricos robustos, flexibles y de alto rendimiento”, señaló al respecto Sreeni Poolakkal, coautor del artículo y estudiante de doctorado en la Facultad de Ingeniería Eléctrica e Informática de la WSU.
Antenas flexibles y eficientes: ¿cómo las crearon?
En su artículo, los investigadores detallan el proceso empleado para el desarrollo de este tipo especial de antena. La clave es la combinación de impresión 3D con la mencionada tinta de nanopartículas de cobre, que fue diseñada en colaboración con especialistas de la Universidad de Maryland e integrantes de la empresa aeronáutica Boeing.
El resultado es una antena que se mantiene estable al doblarse, e incluso al exponerse a variaciones de temperatura, humedad alta y a la salinidad.
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“La tinta es un componente muy importante en la impresión 3D”, comentó Subhanshu Gupta, profesor de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación de la WSU y coautor del trabajo. “La tinta a base de nanopartículas desarrollada por nuestros colaboradores es realmente muy eficaz para mejorar el rendimiento de circuitos de comunicación de alta gama como el que estamos desarrollando”.
El círculo del sistema se completa con un procesador pequeño que corrige las señales erráticas de la antena, en tiempo real. “Utilizamos el chip para solucionar estas deformidades del material en la antena impresa en 3D, que también corrige cualquier vibración”, explicó Gupta. “Logramos una estabilización robusta del haz en tiempo real, algo que antes no era posible”, remarcó.
En las pruebas del modelo conceptual, lograron que cuatro antenas flexibles envíe y reciba señales con éxito, incluso cuando se movían y doblaban. Además, consiguieron ensamblar cuatro conjuntos para formar un total con 16 componentes funcionando al unísono.
Además de Poolakkal y Gupta, entre los coautores del artículo se encuentran Shrestha Bansal y Arpit Rao, de la WSU; Abdullah Islam, Zhongxuan Wang y Shenqiang Ren, de la Universidad de Maryland; Ted Dabrowski, Kalsi Kwan, Julio Navarro y John Williams, de Boeing Research and Technology; y Amit Mishra y Sudip Shekhar, de la Universidad de Columbia Británica.
Más allá del laboratorio: ¿cuáles son las aplicaciones para este invento?
En el mundo real, un dispositivo de esta especie promete beneficios para una multiplicidad de sectores. Poolakkal mencionó el despliegue de textiles inteligentes que, en criollo, es ropa con funciones tecnológicas. También se mencionan avances para en el uso de antenas en satélites, además de desarrollos en la industria automotriz y en la marítima, considerando en este punto que la tinta desarrollada no sufre oxidación.
En una de las imágenes incluidas en el artículo se muestra la posibilidad de incluir esta variante de antenas en las alas de los aviones.
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“Demostramos una corrección de la deformación física y de los materiales, que tiene bajo consumo de energía, área reducida y que es fácilmente escalable gracias a su arquitectura basada en mosaicos, por lo que es ideal para implementaciones en dispositivos”, concluyen los científicos en Nature Communications.
“Nuestro método corrige errores en tiempo real”
¿Qué tipo de conexiones ofrecerá el componente? “Este prototipo es una prueba de concepto de propósito general”, remarca Poolakkal en diálogo con TN Tecno. “Sin embargo, su amplia capacidad de ancho de banda permite un funcionamiento fluido en múltiples estándares, incluyendo datos móviles y bandas Wi-Fi”, detalla.
- En la investigación publicada, mencionan que las antenas flexibles podrían usarse en ropa con conectividad, drones, aviones, etcétera. ¿También serán útiles en dispositivos como smartphones, computadoras, tablets y wearables?
- Sí, esta tecnología también se puede aplicar en esos equipos, donde la ligereza de la impresión aditiva ofrece claras ventajas en cuanto a formato e integración. Sin embargo, dado que estos dispositivos suelen tener superficies rígidas, no experimentan deformación dinámica y, por lo tanto, no están sujetos a errores de apuntamiento del haz tanto como la forma aerodinámica y la vibración del ala.
Por lo tanto, los dispositivos wearables, como los integrados en textiles, experimentan un movimiento continuo a medida que el usuario se mueve, lo que puede inducir errores de apuntamiento y alineación del haz. La técnica de estabilización de haz propuesta puede corregir eficazmente estos errores en tiempo real.
Si bien la mayoría de los wearables actuales funcionan con enlaces de antena única y baja velocidad de datos, los futuros sistemas de comunicación de AR/VR y de alta velocidad para wearables requerirán redes de antenas que admitan enlaces direccionales y de mayor rendimiento. En tales escenarios, este enfoque desempeñará un papel crucial para mantener la fiabilidad del enlace y la calidad de la comunicación.
- Finalmente, ¿qué se necesita para que este desarrollo llegue a productos comerciales?
- Para la transición de esta tecnología a productos comerciales, aún se requieren varios desarrollos clave. El sistema completo debe diseñarse conjuntamente para garantizar la integración fluida de los diversos subsistemas. En particular, es necesario optimizar la gestión de la energía junto con la arquitectura central, lo cual es especialmente crítico para aplicaciones wearables y textiles.
Se requieren estudios exhaustivos de gestión térmica para garantizar un funcionamiento estable, la seguridad del usuario y la fiabilidad a largo plazo en diversas condiciones ambientales y de uso.
