O njima možda ne razmišljamo puno, ali antene su svugdje. Na našim telefonima, u našim automobilima, u krađama protiv krađe na odjeći koju kupujemo, a kako Internet stvari postaje sve prisutnija stvarnost, pojavljuju se na novim mjestima, poput mikrovalnih pećnica i svjetiljki. Inženjeri su stoga tražili metode da se antene učine manje i lakšim.
Sada su istraživači sa Sveučilišta Drexel razvili metodu za stvaranje gotovo nevidljivih antena na gotovo bilo kojoj površini tako da ih doslovno prskaju poput boje. Antene su izrađene od posebnog dvodimenzionalnog metalnog materijala nazvanog MXene. MXene prah se može otopiti u vodi da bi se stvorila boja koja se zatim nanosi zrakom. U testovima je čak i tanak sloj od samo 62 nanometra - tisuće puta tanji od papira - mogao učinkovito komunicirati. Učinak se sastojao od samo 8 mikrona, što je točka u kojoj su antene sa raspršivanjem radile jednako dobro kao i one koje se trenutno koriste u mobilnim uređajima i bežičnim usmjerivačima.
Antene su toliko tanke da se na njih mogu prskati bez dodavanja težine ili mase, čak i na sićušne uređaje poput medicinskih senzora. I oni su fleksibilni, što znači da mogu ići na neravne površine, poput zavjesa. Istraživači kažu da bi antene mogle donijeti ogromna poboljšanja u bežičnim uređajima i Internetu stvari, posebno kada je riječ o nosivim materijalima - čak možete antenu raspršiti i na čarapama kako biste ih pratili.
"To će omogućiti stvarno bežičnu komunikaciju s bilo kojim predmetom", kaže Yury Gogotsi, profesor znanosti o materijalima i inženjerstvu koji je vodio istraživanje. "To bi moglo doista značiti jer idemo prema svijetu u kojem će sve biti povezano."
Zamislite da možete trenutno primijeniti antenu na bilo koji predmet koji posjedujete i učiniti ga komunikacijskim uređajem. Možete staviti antenu na okovratnik vašeg psa kako se ne bi izgubio. Stavite ga u svoj hladnjak kako bi mogao komunicirati s vašim telefonima. Stavite ih na svoje teniske loptice da prate brzinu vaših serviranja.
Istraživanje je nedavno objavljeno u časopisu Science Advances .
MXene, dvodimenzionalni materijal od titanijum-karbida, istraživači tvrtke Drexel otkrili su 2011. godine, a patentirali 2015. godine. Izuzetno jak i provodljiv, pokazao se potencijal da se koristi u uređajima za pohranu energije, poput baterija elektroda koje bi mogle puniti telefone u sekundi; sprečavanje elektromagnetskih smetnji između uređaja; osjetiti opasne kemikalije u zraku i još mnogo toga. U studiji su MXene antene imale 50 puta bolje rezultate od one izrađene od grafena, trenutno "vrućeg" nanomaterijala.
Za razliku od drugih nanomaterijala, za MXene nisu potrebna nikakva veziva ili grijanje da bi nanočestice bile zajedno. Sve što trebate je pomiješati s vodom i raspršiti zračnom četkom. Dobivene antene mogu raditi čak i na materijalima koji se kreću i savijaju, poput tekstila, mada će to utjecati na prijem, slično kao što je to i kretanje antene na starom televizoru učinilo.
Prskanje antena je "zanimljiv pristup", kaže Josep Jornet, profesor elektrotehnike na Sveučilištu u Buffalu, koji radi na komunikacijskim mrežama i Internetu stvari.
Jornet kaže da je većina istraživanja tankih fleksibilnih antena uključivala ispis. Ali prskanje ima potencijal bržeg.
No, iako su performanse antene prikazane u radu "vrlo dobre", kaže Jornet, "antena sama po sebi nije ništa drugo nego komad metala."
Kako bi antene bile maksimalno korisne, objašnjava on, one bi bile uparene s vrstama fleksibilne elektronike - misle rastezljivi telefoni ili roll-up tableti - koji još ne postoje. Mnogi istraživači rade na tome, ali još uvijek nisu urodili plodom.
Drexel tim testirao je antene za prskanje na hrapavom materijalu, celuloznom papiru i glatkom limu od polietilen tereftalata. Sada ih planiraju testirati na drugim površinama, uključujući staklo, pređu i kožu - antene prediva mogu napraviti za povezani tekstil, dok koža može imati primjenu u veterinarskoj ili humanoj medicini. Nadaju se partnerima s investitorima ili komercijalnim partnerima zainteresiranim za razvoj proizvoda koji bi mogli imati koristi od antena.
Iako se antene mogu koristiti za nošenje ili zdravstveni nadzor koji se prskaju izravno na kožu, Gogotsi savjetuje oprez, budući da MXene ima malo podataka o upotrebi na ljudima.
"Uvijek nas pomalo zanimaju novi materijali, " kaže on. "Je li biokompatibilna? Postoje li dugoročne posljedice? Preporučio bih pričekati prije nego što ga nanesemo izravno na kožu. "
Tim također gleda kako optimizirati materijal u smislu vodljivosti i čvrstoće, što ga čini još tanjim i lakšim za raspršivanje u preciznijim oblicima, kao i čineći ga da radi na različitim frekvencijama.
"Ima puno prostora za napredak", kaže Gogotsi. "Prvi nikada nije najbolji."
