پژوهشگران دانشگاه ایالتی واشنگتن (WSU) موفق به توسعه نوعی از آنتن‌های چاپ سه‌بعدی پیشرفته شده‌اند که می‌تواند سیگنال‌های بی‌سیم را در شرایط حرکت و خم‌شدگی پایدار نگه دارند.
به گزارش تکناک، این آنتن‌های چاپ سه‌بعدی، گامی بزرگ در مسیر تولید الکترونیک‌های انعطاف‌پذیر و هوشمند محسوب می‌شوند، که در حوزه‌هایی مانند: پهپادها، هواپیماها، منسوجات هوشمند و سامانه‌های حسگر، کاربرد خواهند داشت.
تاکنون یکی از چالش‌های اصلی در توسعه دستگاه‌های بی‌سیم انعطاف‌پذیر، ناپایداری سیگنال در اثر خم شدن یا حرکت بود. هنگامی که آنتن در معرض ارتعاش یا تغییر شکل فیزیکی قرار می‌گیرد، سیگنال دچار خطا می‌شود و ارتباط بی‌سیم ناپایدار می‌گردد. این مشکل در الکترونیک‌های پوشیدنی و اجزای لرزان وسایل نقلیه، مثل بال‌های هواپیما مشهود است.
اکنون پژوهشگران WSU با بهره‌گیری از فناوری چاپ سه‌بعدی، راه‌حلی ارائه کرده‌اند که این چالش را برطرف می‌کند. آنان آرایه‌ای متشکل از چهار آنتن سبک و انعطاف‌پذیر ساخته‌اند که عملکردی پایدار حتی در شرایط خم‌شدگی، رطوبت بالا، تغییرات دمایی و محیط‌های خورنده از خود نشان می‌دهد.
تیم تحقیقاتی برای ساخت این آنتن‌های چاپ سه‌بعدی، از جوهری ویژه بر پایه نانوذرات مس استفاده کرده است که توسط همکاران آنها در دانشگاه مریلند و شرکت بویینگ طراحی شده است. سوبهانشو گوپتا (Subhanshu Gupta)، دانشیار مهندسی برق و یکی از نویسندگان پژوهش گفت: «جوهر مبتنی بر نانوذرات، توانایی بالایی در بهبود عملکرد مدارهای ارتباطی پیشرفته دارد. این فناوری به ما اجازه می‌دهد سامانه‌هایی بسازیم که هم انعطاف‌پذیر و هم کارآمد باشند.»
به گفته پژوهشگران، این روش می‌تواند مسیر را برای ادغام کامل سامانه‌های ارتباطی در ساختارهای فیزیکی هموار کند. برای مثال، بال‌های پهپاد یا سطح پارچه می‌توانند به آرایه‌های الکترونیکی با قابلیت انتقال داده پرسرعت تبدیل شوند.
یکی از بخش‌های کلیدی این پروژه، طراحی تراشه پردازنده‌ای ویژه است که به طور هم‌زمان با آنتن‌ها کار می‌کند تا دقت و پایداری ارتباطات را به حداکثر برساند. این پردازنده توانایی اصلاح خطاهای سیگنال ناشی از لرزش‌ها و تغییرشکل‌های مکانیکی را در زمان واقعی (Real Time) دارد.
گوپتا در این باره توضیح داد:
«ما از این تراشه برای اصلاح تغییرشکل‌های مواد در آنتن چاپ‌شده استفاده کردیم و توانستیم پایداری پرتو را در لحظه حفظ کنیم؛ قابلیتی که پیش از این در سامانه‌های مشابه ممکن نبود.»
به گفته تیم تحقیقاتی، این ویژگی سبب شده است تا آنتن‌ها حتی هنگام حرکت یا ارتعاش، سیگنال‌ها را بدون افت کیفیت ارسال و دریافت کنند.
نمونه اولیه آنتن‌های چاپ سه‌بعدی بسیار سبک است و مصرف انرژی پایینی دارد. طراحی آن به صورت کاشی‌های کوچک (Modular Tiles) انجام شده است تا امکان توسعه سریع آرایه‌های بزرگ‌تر فراهم شود. پژوهشگران برای نمایش مقیاس‌پذیری این فناوری، چهار آرایه کوچک را به‌صورت یکپارچه ترکیب کردند و سامانه‌ای با ۱۶ آنتن فعال ساختند.
نتایج آزمایش‌ها نشان داد که آنتن‌های جدید حتی در شرایط نامتعادل محیطی و فیزیکی نیز پایداری خود را حفظ می‌کنند.
پژوهشگران معتقد هستند که این فناوری می‌تواند انقلابی در طراحی سامانه‌های ارتباطی ایجاد کند. در صورت تجاری‌سازی، آنتن‌های چاپ سه‌بعدی انعطاف‌پذیر می‌توانند در صنایع هوانوردی، خودروسازی و فضایی نقش کلیدی ایفا کنند.
سرینی پولاکال (Sreeni Poolakkal)، نویسنده همکار و دانشجوی دکترا در WSU بیان کرد:
«این نمونه اولیه، راه را برای آینده‌ای باز می‌کند که در آن منسوجات هوشمند، پهپادها و هواپیماها می‌توانند از سامانه‌های بی‌سیم انعطاف‌پذیر، سبک و با کارایی بالا بهره‌مند شوند.»
با توسعه این آنتن چاپ سه‌بعدی، گامی مهم در مسیر تولید الکترونیک‌های سازگار با حرکت و خم‌شدگی برداشته شده است. ترکیب فناوری نانو، طراحی انعطاف‌پذیر و پردازش بلادرنگ، می‌تواند شکل آینده ارتباطات بی‌سیم را در وسایل نقلیه هوشمند، فضاپیماها و تجهیزات پوشیدنی تغییر دهد. این فناوری نه‌تنها سرعت و پایداری ارتباطات را افزایش می‌دهد، بلکه مسیر ساخت سامانه‌های سبک‌تر، هوشمندتر و کارآمدتر را برای صنایع پیشرفته هموار می‌کند.
