Me ei pruugi nende peale palju mõelda, kuid antenne on igal pool. Telefonides, autodes, ostetud rõivaste vargusvastastes siltides ja kuna asjade Internet muutub üha ilusamaks reaalsuseks, kuvatakse neid uutes kohtades, näiteks mikrolaineahjudes ja lampides. Insenerid on seetõttu otsinud meetodeid, kuidas muuta antennid väiksemaks, kergemaks ja hõlpsamini kasutatavaks.
Nüüd on Drexeli ülikooli teadlased välja töötanud meetodi peaaegu nähtamatute antennide loomiseks peaaegu igale pinnale, pihustades neid sõna otseses mõttes nagu värvi. Antennid on valmistatud spetsiaalsest kahemõõtmelisest metallmaterjalist nimega MXene. MXene pulbri võib lahustada vees, et saada värv, millele seejärel pintseldatakse. Testides saaks isegi õhuke, kõigest 62 nanomeetri paksune kiht - tuhandeid kordi õhem kui paberileht - suhelda tõhusalt. Jõudlus oli maksimaalselt 8 mikronit - punkt, kus pihustatud antennid töötasid täpselt sama hästi kui need, mida praegu kasutatakse mobiilseadmetes ja traadita ruuterites.
Antennid on nii õhukesed, et neile saab pihustada ilma raskust või mahtu lisamata isegi pisikestele seadmetele, näiteks meditsiinilistele anduritele. Ja nad on ka elastsed, mis tähendab, et nad võivad käia ka mitte tasastel pindadel, nagu kardinad. Teadlaste sõnul võiksid antennid tohutult parandada raadiosideseadmeid ja asjade Internetti, eriti kui tegemist on kantavate esemetega - nende jälgimiseks võiksite isegi sokkidele antenni pritsida.
"See võimaldab tõeliselt juhtmevabalt suhelda mis tahes esemega, " ütleb uurimist juhtinud materjaliteaduse ja tehnikateaduste professor Juri Gogotsi. "See võib muuta tõeliselt, sest me liigume maailma, kus kõik on ühendatud."
Kujutage ette, et saaksite antenni koheselt rakendada mis tahes teile kuuluvale esemele ja muuta see kommunikatsiooniseadmeks. Võiksite koera kaelarihma külge panna antenni, et ta ei eksiks. Pange üks oma külmkappi, et see saaks teie telefonidega suhelda. Pange need oma tennisepallidele, et jälgida serveerimiste kiirust.
Uurimistöö avaldati hiljuti ajakirjas Science Advances .
Kahemõõtmelise titaankarbiidmaterjali MXene avastasid Drexeli teadlased 2011. aastal ja patentisid selle 2015. aastal. Ülitugev ja juhtiv seade on näidanud potentsiaali selle kasutamiseks energiasalvestusseadmetes, näiteks akuelektroodid, mis suudavad telefone sekunditega laadida; elektromagnetiliste häirete ennetamine seadmete vahel; õhus ohtlike kemikaalide tunnetamine ja palju muud. Uuringus näitasid MXene-antennid 50 korda paremat tulemust kui need, mis olid valmistatud grafeenist, praegusest "kuumast" nanomaterjalist.
Erinevalt teistest nanomaterjalidest ei vaja MXene nanoosakeste omavaheliseks kleepumiseks sideaineid ega kuumutamist. Kõik, mis ta vajab, tuleb segada veega ja pihustada õhuharjaga. Saadud antennid võivad töötada isegi liikuvate ja painduvate materjalide, näiteks tekstiilide puhul, ehkki see mõjutab vastuvõttu, samamoodi tegi antenni liigutamine vanas teleris.
Antennide pihustamine on "huvitav lähenemisviis, " ütleb Buffalo ülikooli elektrotehnika professor Josep Jornet, kes töötab sidevõrkude ja asjade interneti kaudu.
Enamik õhukeste painduvate antennidega seotud uuringuid on hõlmanud printimist, ütles Jornet. Kuid pihustamine võib olla kiirem.
Kuid kuigi paberil näidatud antenni jõudlus on "väga hea", ütleb Jornet, "antenn iseenesest pole midagi muud kui metallitükk."
Antennide maksimaalse kasulikkuse tagamiseks tuleks tema sõnul siduda need elastse elektroonikatüübiga - mõelge näiteks venitatavatele telefonidele või kokkupandavatele tahvelarvutitele -, mida veel pole. See on asi, millega paljud teadlased töötavad, kuid see pole veel vilja kandnud.
Drexeli meeskond testis pihustusantenne töötlemata materjalil, tselluloospaberil ja siledal polüetüleentereftalaadilehel. Nüüd plaanivad nad seda katsetada teistel pindadel, sealhulgas klaasil, lõngal ja nahal - lõndantennid võiksid olla ühendatud tekstiilide jaoks, samal ajal kui nahal võiksid olla rakendused veterinaar- või inimtervishoius. Nad loodavad teha koostööd investorite või äripartneritega, kes on huvitatud selliste toodete väljatöötamisest, millest antennid võiksid kasu tuua.
Kuigi antenne on võimalik kasutada otse nahale pihustatavate kantavate materjalide või tervisekontrollide jaoks, soovitab Gogotsi olla ettevaatlik, kuna MXene'i kasutamisel inimestel on vähe andmeid.
"Oleme alati pisut huvitatud uudsetest materjalidest, " ütleb ta. “Kas see on biosobiv? Kas sellel on pikaajalisi tagajärgi? Pakun, et peaksime ootama enne selle otse nahale panemist. ”
Meeskond otsib ka seda, kuidas optimeerida materjali juhtivuse ja tugevuse osas, muutes selle potentsiaalselt veelgi õhemaks ja hõlpsamaks täpsemate kujundite pritsimiseks, samuti pannes selle töötama erinevatel sagedustel.
“Paranemisruumi on palju, ” sõnab Gogotsi. "Esimene pole kunagi parim."
