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Questa antenna si piega ma non si rompe
Gli ingegneri della North Carolina State University hanno creato un'antenna altamente efficiente, flessibile e autoriparante utilizzando una lega metallica che è un liquido a temperatura ambiente.
Arrotola: L'antenna continua a funzionare anche quando è ripiegata.
La maggior parte dei materiali che entrano nei dispositivi elettronici sono fragili, inflessibili e soggetti a danni, incluso il rame utilizzato più frequentemente per realizzare antenne. La nuova antenna in metallo liquido potrebbe facilitare l'invio e la ricezione di dati dall'elettronica flessibile. I possibili usi includono sensori incorporati in indumenti o altri tessuti, carta elettronica flessibile o dispositivi biomedici impiantabili.
Michael Dickey , un assistente professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso la NC State, stava lavorando con una lega di gallio-indio, che è liquida a temperatura ambiente, ricercando come si comporta nei microcanali in vista di applicazioni di fabbricazione elettronica. A caccia di altri possibili usi, gli venne l'idea di realizzare un'antenna flessibile. In collaborazione con ingegnere elettrico Gianluca Lazzi –allora alla NC State, ora presidente del dipartimento di ingegneria elettrica e informatica presso l'Università dello Utah–Dickey e i suoi studenti usarono la lega e un comune polimero flessibile chiamato polidimetilsilossano (PDMS) per realizzare una semplice antenna a dipolo–essenzialmente un'asta diritta , come le vecchie antenne per orecchie da coniglio usate per la TV analogica.
I ricercatori hanno versato il PDMS liquido in uno stampo che lo ha lasciato con un singolo canale interno una volta polimerizzato. Hanno quindi iniettato la miscela liquida di gallio-indio nel canale e lo hanno sigillato. È tutto piuttosto semplice, dice Dickey.
I ricercatori del laboratorio di Lazzi hanno testato le prestazioni dell'antenna e hanno scoperto che potevano creare un contatto elettrico con il dispositivo semplicemente inserendo un filo nel liquido, eliminando la necessità di saldature. In laboratorio, l'antenna irradiava su un'ampia gamma di frequenze con un'efficienza di circa il 90%, equivalente all'efficienza di un'antenna simile in rame. Questa è la prima cosa che ci ha sorpreso, dice Lazzi. Anche l'antenna è rimasta funzionante mentre gli ingegneri l'hanno piegata, attorcigliata e piegata a metà; l'hanno persino allungato di un ulteriore 40 percento oltre la sua lunghezza normale. Quando lo stress è stato rilasciato, il PDMS è tornato alla sua forma originale.
Quando la lunghezza dell'antenna viene modificata allungandola, invece, il dispositivo risponde a diverse frequenze di onde radio. Allungando il dispositivo di otto millimetri, la sua risposta massima è stata spostata di oltre 200 megahertz. Lazzi dice che questo potrebbe essere un nuovo modo per sintonizzare l'antenna o per creare un sensore combinato antenna. Incorporata in un macchinario o in una struttura in cemento come un ponte, l'antenna potrebbe monitorarne le sollecitazioni nel tempo.
Mutaforma: Un'antenna flessibile è costituita da metallo liquido iniettato in microcanali in un polimero elastico.
L'antenna in metallo liquido potrebbe anche guarire se danneggiata. Quando esposta all'aria, la lega forma un sottile strato ossidato che le impedisce di fluire liberamente. Sapendo questo, Dickey tagliò l'antenna con una lama di rasoio per testare la sua capacità di guarire. Lo strato di ossido conservava il metallo liquido all'interno del PDMS e, una volta rimosso il rasoio, in molti casi le due estremità riformavano spontaneamente un unico filo conduttore. Negli altri casi, i ricercatori hanno dovuto premere insieme le estremità recise per ristabilire una connessione.
Dickey dice che sarebbe facile produrre in serie questo tipo di antenna: un intero foglio di moduli PDMS potrebbe essere realizzato in una volta e poi tagliato in singoli dispositivi. I ricercatori stanno anche valutando altri polimeri, poiché il PDMS potrebbe interferire con l'efficienza di alcune forme di antenne, come i loop, le eliche o le patch utilizzate più comunemente nei dispositivi di comunicazione come telefoni cellulari e ricetrasmettitori radio o TV. Inoltre, afferma Dickey, altri polimeri potrebbero consentire alle antenne di allungarsi ancora di più del PDMS prima di lacerarsi.
I ricercatori che stanno sviluppando un'elettronica flessibile sono interessati alle possibilità aperte dalla nuova antenna. È un modo davvero intelligente per affrontare un problema importante, diciamo John Rogers , professore di ingegneria all'Università dell'Illinois a Urabana-Champaign che sta sviluppando materiali morbidi per l'elettronica flessibile ed estensibile.
Juan Hinestroza , un assistente professore di scienza delle fibre presso la Cornell University, solleva l'idea di incorporare antenne Bluetooth o per telefoni cellulari nei vestiti. A causa della flessibilità, ci saranno effetti trascurabili sulle proprietà di drappeggio del materiale e l'antenna può passare inosservata agli osservatori e a chi la indossa, dice.