Potremmo non pensarci molto, ma le antenne sono ovunque. Nei nostri telefoni, nelle nostre auto, nei tag antifurto sui vestiti che acquistiamo e, mentre l'Internet delle cose diventa una realtà sempre più presente, si presentano in posti nuovi, come microonde e lampade. Gli ingegneri hanno quindi cercato metodi per rendere le antenne più piccole, più leggere e più facili da applicare.
Ora, i ricercatori della Drexel University hanno sviluppato un metodo per creare antenne quasi invisibili su quasi tutte le superfici spruzzandole letteralmente come vernice. Le antenne sono realizzate con uno speciale materiale metallico bidimensionale chiamato MXene. La polvere di MXene può essere sciolta in acqua per creare una vernice che viene poi aerografata. Nei test, anche uno strato sottile come appena 62 nanometri - migliaia di volte più sottile di un foglio di carta - potrebbe comunicare in modo efficace. Le prestazioni hanno raggiunto il massimo a soli 8 micron, un punto in cui le antenne spray-on hanno funzionato esattamente come quelle attualmente utilizzate nei dispositivi mobili e nei router wireless.
Le antenne sono così sottili che possono essere spruzzate senza aggiungere peso o ingombro, anche su piccoli dispositivi come i sensori medici. E sono anche flessibili, il che significa che possono andare su superfici non piane, come tende. I ricercatori affermano che le antenne potrebbero apportare enormi miglioramenti ai dispositivi wireless e all'Internet of Things, specialmente quando si tratta di dispositivi indossabili: potresti persino spruzzare un'antenna sulle calze per tenerne traccia.
"Ciò consentirà una comunicazione davvero wireless con qualsiasi oggetto", afferma Yury Gogotsi, professore di scienza dei materiali e ingegneria che ha guidato la ricerca. "Questo potrebbe fare davvero la differenza perché stiamo andando verso un mondo in cui tutto sarà collegato."
Immagina di poter applicare istantaneamente un'antenna a qualsiasi oggetto che possiedi e renderlo un dispositivo di comunicazione. Potresti mettere un'antenna sul collare del tuo cane per impedirgli di perdersi. Mettine uno sul tuo frigorifero in modo che possa comunicare con i tuoi telefoni. Mettili sulle tue palline da tennis per monitorare la velocità dei tuoi servizi.
La ricerca è stata pubblicata di recente sulla rivista Science Advances .
MXene, un materiale in carburo di titanio bidimensionale, è stato scoperto dai ricercatori Drexel nel 2011 e brevettato nel 2015. Ultra-forte e conduttivo, ha mostrato il potenziale per essere utilizzato in dispositivi di accumulo di energia, come elettrodi a batteria che potrebbero caricare i telefoni in pochi secondi; prevenire le interferenze elettromagnetiche tra i dispositivi; rilevare sostanze chimiche pericolose nell'aria e altro ancora. Nello studio, le antenne MXene hanno funzionato 50 volte meglio di quelle fatte di grafene, l'attuale nanomateriale "caldo".
A differenza di altri nanomateriali, MXene non richiede alcun legante o riscaldamento per far aderire insieme le nanoparticelle. Tutto ciò di cui ha bisogno è di essere miscelato con acqua e spruzzato con un aerografo. Le antenne risultanti possono persino lavorare su materiali che si muovono e si flettono, come i tessuti, sebbene influenzino la ricezione, allo stesso modo in cui ha fatto spostare l'antenna su un vecchio televisore.
Spruzzare antenne è "un approccio interessante", afferma Josep Jornet, professore di ingegneria elettrica all'Università di Buffalo che lavora su reti di comunicazione e Internet delle cose.
La maggior parte delle ricerche sulle antenne flessibili sottili ha riguardato la stampa, afferma Jornet. Ma la spruzzatura ha il potenziale per essere più veloce.
Ma mentre le prestazioni dell'antenna, come mostrato nella carta, sono "molto buone", dice Jornet, "un'antenna da sola non è altro che un pezzo di metallo".
Per rendere le antenne estremamente utili, spiega, sarebbero abbinate a tipi di elettronica flessibile - pensate a telefoni estensibili o tablet roll-up - che non esistono ancora. Questo è qualcosa su cui molti ricercatori stanno lavorando, ma deve ancora realizzarsi.
Il team Drexel ha testato le antenne spray su un materiale ruvido, carta di cellulosa e una liscia, fogli di polietilene tereftalato. Ora hanno in programma di testarlo su altre superfici, tra cui vetro, filo e pelle - le antenne di filo potrebbero creare tessuti collegati, mentre la pelle potrebbe avere applicazioni per la medicina veterinaria o umana. Sperano di collaborare con investitori o partner commerciali interessati allo sviluppo di prodotti che potrebbero beneficiare delle antenne.
Mentre le antenne hanno il potenziale per essere utilizzate per dispositivi indossabili o monitor di salute spruzzati direttamente sulla pelle, Gogotsi consiglia cautela, poiché MXene ha pochi record di essere utilizzato sull'uomo.
"Siamo sempre un po 'preoccupati per i nuovi materiali", afferma. “È biocompatibile? Ci sono conseguenze a lungo termine? Suggerirei di aspettare prima di metterlo direttamente sulla pelle. "
Il team sta anche studiando come ottimizzare il materiale in termini di conduttività e resistenza, potenzialmente rendendolo ancora più sottile e più facile da spruzzare in forme più precise, oltre a farlo funzionare a frequenze diverse.
"Vi è ampio margine di miglioramento", afferma Gogotsi. "Il primo non è mai il migliore."
