Metapinnoilla langattomat terahertsialueille

Ohjelmoitava metapinta antaa insinööreille mahdollisuuden ohjata ja kohdistaa lähetyksiä sähkömagneettisen spektrin terahertsialueella.

Metapintoja, jotka koostuvat aliaallonpituuden sirottimien ryhmistä, voidaan käyttää ohjaamaan tarkasti tulevia sähkömagneettisia kenttiä, mutta niitä ei tyypillisesti muuteta valmistuksen jälkeen.

Princetonin yliopiston tutkijat ovat koonneet pienet sirut ohjelmoitaviksi pinnoiksi, ja siten luoneet avainkomponentin kohti tiedonsiirtokaistan laventamista terahertsien alueelle.

Terahertsit toimivat parhaiten suhteellisen selkeällä näköyhteydellä. Metapintarakenne, jolla on kyky hallita ja kohdistaa tulevia terahertsiaaltoja, voi suunnata lähetykset mihin tahansa haluttuun suuntaan. Tämä voi paitsi mahdollistaa dynaamisesti uudelleen konfiguroitavat langattomat verkot, myös avata uusia korkean resoluution tunnistus- ja kuvantamistekniikoita robotiikan, kyberfysikaalisten järjestelmien ja teollisuuden automaation seuraavalle sukupolvelle.

Koska metapinta on rakennettu tavallisilla piisiruelementtejä käyttäen, se on edullinen ja se voidaan valmistaa massatuotantona rakennuksien, katukylttien ja muille pinnoille sijoittamiseksi.

Tutkimuksessaan Kaushik Sengupta kuvaa metapintaa, jossa on satoja ohjelmoitavia terahertsistä elementtiä, joista kukin on vähemmän kuin 100 mikrometriä halkaisijaltaan ja vain 3,4 mikrometriä pitkä, valmistettu kuparikerroksista ja yhdistettynä aktiiviseen elektroniikkaan, joka resonoi yhdessä rakenteen kanssa.

Tämä mahdollistaa niiden geometrian säätämisen gigahertsien nopeuksilla. Nämä muutokset, jotka ovat ohjelmoitavia ja perustuvat haluttuun sovellukseen, jakavat yhden tulevan terahertsisäteen useiksi dynaamisiksi, ohjattaviksi terahertsisäteiksi, jotka pystyvät ylläpitämään näköyhteyttä vastaanottimien kanssa.

Brownin yliopiston tekniikan professori Daniel Mittleman, joka ei ollut mukana tutkimuksessa, kommentoi, että tutkimus on merkittävä askel kohti terahertsistä viestintää.

"Tämä uusi työ osoittaa kiehtovan lähestymistavan, joka, toisin kuin useimmat aiemmat ponnistelut, on skaalautuva terahertsin alueelle", toteaa Mittleman. "Tärkein takeaway on, että saamme nyt käsityksen käytännön menetelmistä aaltorintaman, säteen koon, säteen suunnan ja muiden terahertsisäteiden ominaisuuksien aktiiviseen ohjaamiseen."

Lukuisia muita tekniikan sovelluksia ovat eleiden tunnistaminen ja kuvantaminen sekä teollisuusautomaatio ja turvallisuus. Toinen mahdollinen sovellus on autonomiset tai itse ajavat autot.

Tulevaisuudessa ohjelmoitavia metapintoja on kehitettävä edelleen, Sengupta sanoi, että ne voidaan integroida komponentteina innovatiivisiin, seuraavan sukupolven verkkoihin.

"On niin monia asioita, joita ihmiset haluaisivat tehdä, jotka eivät ole mahdollisia nykyisellä langattomalla tekniikalla", Sengupta visioi. "Näiden uusien terahertsitaajuuksien metapintojen avulla olemme pääsemässä paljon lähemmäksi näiden asioiden toteuttamista."

Aiheesta aiemmin:

Näppärä terahertsinen tekniikka

Langattoman viestinnän tulevaisuus on terahertseissä