Um laboratório de Princeton projetou uma nova antena que funciona 'como um robô transformador'

Matrizes de antenas sofisticadas combinadas com chips sem fio de alta frequência atuam como superpotências para a eletrônica moderna, aprimorando tudo, desde a detecção até a segurança e o processamento de dados. Em seu laboratório em Princeton, Kaushik Sengupta está trabalhando para expandir ainda mais esses poderes.

Nos últimos anos, o laboratório de Sengupta projetou arranjos de antenas que ajudam os engenheiros a avançar na observação da matéria, aumentando as comunicações em desfiladeiros de arranha-céus, colocando um laboratório médico em um smartphone e criptografando dados críticos com ondas eletromagnéticas em vez de software.

Em um novo artigo na Advanced Science, a equipe de pesquisa de Sengupta apresentou um novo tipo de arranjo de antenas baseado na arte de dobrar papel do origami. A matriz que muda de forma, projetada como uma caixa de papel dobrada chamada bomba d'água, permite que os engenheiros criem uma superfície de imagem de radar reconfigurável e adaptável. Para construir o sistema, a equipe instalou uma nova classe de antenas de metasuperfície de banda larga em painéis planos padrão. Em seguida, eles conectaram vários painéis de antena em uma superfície de origami projetada com precisão com um padrão quadriculado de deslocamento. Através de uma sequência adequada de dobrar e desdobrar os painéis, a matriz assume uma variedade de formas diferentes, como curvas, selas e esferas.

Com essa capacidade de deslocamento e expansão, o sistema oferece uma resolução mais ampla e tem a capacidade de capturar cenas tridimensionais complexas além da capacidade de um conjunto de antenas padrão. A antena da bomba d'água também pode mudar sua forma para manipular ondas eletromagnéticas de maneiras cuidadosamente calibradas. Combinado com algoritmos avançados, o sistema de bomba d'água pode efetivamente processar informações de uma ampla gama de campos eletromagnéticos. Essa capacidade de metamorfose permite que os engenheiros expandam as capacidades dos dispositivos usados ​​para detecção e geração de imagens.

"Para a maioria das aplicações, os sistemas planares ou planos são preferidos porque são mais simples e fáceis de projetar", disse Sengupta, professor associado de engenharia elétrica e de computação. "Mas os sistemas reconfiguráveis ​​nos permitem expandir substancialmente nossa capacidade de geração de imagens por computador. Usando o origami, somos capazes de combinar a simplicidade das matrizes planares com a capacidade expandida dos sistemas reconfiguráveis. É como um robô transformador em ação."

Sengupta disse que as matrizes baseadas em origami podem melhorar muito a tecnologia de detecção necessária para veículos autônomos, robôs e sistemas ciberfísicos. A relativa simplicidade dos sistemas de antenas individuais também significa que as matrizes de detecção podem ser leves e de baixo custo, tornando-as mais fáceis de fabricar e implantar em larga escala.

Embora os rápidos desenvolvimentos em energia e computação geralmente chamem a atenção do público, Sengupta e seus colegas da Princeton Engineering se concentram nas redes sem fio invisíveis que permitem que esses avanços capacitem a sociedade.

"Você pode pensar em todos esses aplicativos realmente complexos que estão surgindo - robótica, carros autônomos, cidades inteligentes, aplicativos de saúde inteligentes, realidade artificial, realidade virtual", disse ele. "Todas essas coisas estão nessa teia de comunicações sem fio."

Qualquer uma dessas aplicações representaria um grande aumento na demanda por redes sem fio. Juntos, eles exigem um repensar fundamental de como movemos os dados pelas ondas de rádio, tanto em termos de microchips projetados para lidar com o tráfego quanto nos sinais transmitidos por esses chips. Em resumo, precisamos agrupar muito mais informações em sinais e construir sistemas de computador que possam processar as informações com rapidez, precisão e segurança.

Nos últimos anos, a pesquisa de Sengupta foi reconhecida em ambas as frentes. Em 2021, ele foi nomeado Outstanding Young Engineer pela Microwave Theory and Techniques Society (MTT-S), uma sociedade científica líder em comunicações sem fio. No ano passado, ele recebeu o Prêmio New Frontier por seu trabalho em microchips do Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE), a maior sociedade de engenharia elétrica do mundo.