MetamaterialAlăturarea şi orientarea specială a 4000 de unităţi în formă de S formează o lentilă de „metamaterial” care focalizează undele radio cu o precizie extremă şi o pierdere foarte mică de energie. Dispozitivul ar putea îmbunătăţi imagistica satelitară şi moleculară.

 




Din multe puncte de vedere, metamaterialele sunt supranaturale. Aceste materiale, făcute de mâna omului, cu structura lor încâlcită, „curbează” undele electromagnetice într-un mod care nu poate fi realizat de materialele naturale. Cercetătorii studiază metamaterialele pentru potenţialul lor de a produce învelişuri invizibile – materiale ce refractă lumina pentru a masca obiecte aflate în plină vedere – şi „super lentilele”, care focalizează lumina dincolo de intervalul în care microscoapele optice pot forma imagini detaliate la nanoscară.

Cercetătorii de la MIT au fabricat o lentilă din metamaterial uşor, tridimensional, care focalizează undele radio cu o precizie extremă. Lentilele concave prezintă o proprietate numita refracţie negativă, curbând undele electromagnetice – în  acest caz undele radio – în exact sensul opus celui în care ar focaliza în mod normal lentilele concave respectivele unde.

 

Lentila din metamaterial
Credit imagine: Dylan Erb


În mod normal lentilele concave împrăştie undele radio sub forma spiţelor unei roţi. Totuşi, lentilele fabricate din acest nou metamaterial determină convergenţa undelor radio, focalizându-le într-un punct unic, precis – o proprietate imposibil de reprodus cu materiale naturale.

Lui Isaac Ehrenberg, absolvent al MIT şi care urmează studiile postuniversitare în inginerie mecanică, dispozitivul îi aminteşte de filmul „Războiul Stelelor”: Steaua Morţii, o staţie spaţială care trage cu raze laser emise de o „farfurie” concavă, razele laser focalizând într-un punct pentru a distruge planetele învecinate. Deşi lentilele fabricate de cercetători nu vor arunca în aer nici o planetă în viitorul apropiat, Ehrenberg spune că există alte potenţiale aplicaţii pentru dispozitiv, cum ar fi formarea de imagini la nivel molecular sau din spaţiul cosmic îndepărtat.



„Nu există niciun material în tabelul periodic al elementelor care să genereze acest efect”, spune Ehrenberg. „Acest dispozitiv refractă undele radio într-un mod unic, neîntâlnit la niciun material găsit în natură.”

Ehrenberg a publicat rezultatele cercetărilor sale în Revista de Fizică Aplicată. Coautori au fost Sanjay Sarma, profesor de Inginerie Mecanică la MIT şi Bae-Ian Wu, cercetător la Laboratorul de Cercetări al Forţelor Aeriene.


Dând formă unei celule

Extraordinarele proprietăţi ale metamaterialului sunt determinate în mare măsură de structura sa – similar felului în  care structura cristalină a unui diamant determină duritatea sa. Un material poate refracta lumina în  mod diferit, în funcţie de forma unităţilor individuale din material, şi aranjamentul acestor unităţi ca întreg.

Înainte de a face aceste cercetări, Wu şi ceilalţi au studiat felul în care anumite forme ale metamaterialelor pot afecta propagarea undelor electromagnetice. Echipa a propus o „unitate de celule” în  formă de S, a cărui formă refractă undele radio într-o direcţie anume. Ehrenberg a folosit forma unităţii ca bază pentru lentilele sale concave, creând forma brută din peste 4000 de unităţi de celule, fiecare de numai câţiva milimetri lăţime.

Pentru a-şi fabrica proiectul, Ehrenberg a folosit imprimarea în 3D, construind un strat al lentilei prin turnarea într-o matriţă complicată a unei soluţii de polimer. Apoi a îndepărtat toate reziduurile cu un jet de apă de mare presiune şi a acoperit fiecare strat cu o peliculă fină de cupru pulverizat pentru a conferi lentilei o suprafaţă conductivă.

Pentru a testa lentila, cercetătorii au plasat dispozitivul între două antene radio şi au măsurat energia transmisă prin intermediul său. Ehrenberg a descoperit că cea mai mare parte a energiei a traversat lentila, cu o pierdere foarte mică în metamaterial – o îmbunătăţire semnificativă a eficienţei energetice în comparaţie cu proiectele anterioare. Echipa a descoperit, de asemenea, că undele radio converg în faţa lentilei într-un punct bine determinat, creând o rază concentrată compactă.


Vizualizarea spaţiului cosmic şi mai mult decât atât

Sarma spune că asocierea dintre caracteristicile „pierdere joasă” şi focalizare compactă ale dispozitivului reprezintă un pas promiţător către producerea de lentile din metamaterial cu utilitate practică.

”Există nenumărate fenomene în lume care pot fi demonstrate, dar obţinerea lor la scară reprezintă adevărata problemă”, spune Sarma. „Am preluat conceptul de refracţie negativă din zona dovedirii funcţionalităţii şi l-am mutat în domeniul practic.”

Dispozitivul, care cântăreşte mai puţin de 450 grame, poate fi folosit pentru focalizarea undelor radio exact pe molecule pentru a crea imagini de înaltă rezoluţie – imagini ce sunt produse în prezent cu ajutorul unor lentile mari, voluminoase şi scumpe. Ehrenberg spune că un astfel de dispozitiv foarte uşor poate fi, de asemenea, montat pe sateliţi pentru a se obţine imagini ale stelelor şi ale altor corpuri din spaţiu, „acolo unde nu vrei să transporţi o lentilă voluminoasă.”

Cheng Sun, profesor asistent la Catedra de Inginerie Mecanică a Universităţii Northwestern, spune că acest design de metamaterialul reprezintă o demonstraţie promiţătoare care poate conduce către telecomunicaţii mai rapide şi mai puternice.

”Designul ce prezintă o pierdere mică de energie poate fi considerat un pas important către aplicaţii practice în zona microundelor şi a frecvenţelor radio”, spune Sun.

Dincolo de aplicaţiile lentilelor, Ehrenberg spune că fabricarea acestora este simplă şi poate fi uşor reprodusă, permiţând şi altor savanţi să cerceteze designul 3D al metamaterialelor.

”Spaţiul metamaterialelor poate fi explorat în  totalitate”, spune Ehrenberg. „Există o întreagă altă dimensiune în care oamenii pot privi acum.”




Traducere realizată de Alina Grad după new-metamaterial-lens-focuses-radio-waves.

Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Fii primul care comentează.

Spune-ne care-i părerea ta...
caractere rămase.
Ești „vizitator” ( Fă-ți un cont! )
ori scrie un comentariu ca „vizitator”

 



Ar fi util dacă ne-ai sprijini cu o donație!
Donează
prin PayPal ori
Patron


Contact
| T&C | © 2021 Scientia.ro