يدمج الهوائي القابل لإعادة التشكيل بين الهندسة الميكانيكية والكهرومغناطيسية لتكنولوجيا الجيل التالي
قام الباحثون بتوضيح وتصميم نموذج أولي لهوائي دائري على شكل قزحية باستخدام برنامج محاكاة كهرومغناطيسي تجاري. على الرغم من أن النموذج الأولي أكبر بقليل من راحة اليد البشرية، إلا أنه يمكن توسيع نطاق التكنولوجيا إلى مستوى الدائرة المتكاملة للحصول على ترددات أعلى أو زيادة حجمها لتطبيقات التردد المنخفض، وفقًا للباحثين. الائتمان: جيف شو / ولاية بنسلفانيا
ينشئ الباحثون هوائيًا متوافقًا مع تمكين الآلية وقابل لإعادة التشكيل.
الهوائيات القابلة لإعادة التشكيل – تلك التي يمكنها ضبط خصائص مثل التردد أو حزم الإشعاع في الوقت الفعلي، من بعيد – جزء لا يتجزأ من أنظمة شبكات الاتصالات المستقبلية، مثل 6G. لكن العديد من تصميمات الهوائيات الحالية القابلة لإعادة التشكيل يمكن أن تقصر: فهي تعاني من خلل في درجات الحرارة المرتفعة أو المنخفضة، أو لديها قيود على الطاقة، أو تتطلب خدمة منتظمة.
لمعالجة هذه القيود، قام مهندسو الكهرباء في كلية ولاية بنسلفانيا للهندسة بدمج المغناطيسات الكهربائية بآلية متوافقة، وهو نفس مفهوم الهندسة الميكانيكية وراء مشابك الربط أو القوس والسهم. لقد نشروا اليوم (13 فبراير 2023) هوائي التصحيح القابل لإعادة التشكيل المتوافق مع آلية إثبات المفهوم في مجلة Nature Communications .
“الآليات المتوافقة هي تصميمات هندسية تتضمن عناصر من المواد نفسها لإنشاء حركة عند تطبيق القوة، بدلاً من آليات الجسم الصلبة التقليدية التي تتطلب مفصلات للحركة”، كما قال المؤلف المقابل جالستان ماكرتيتش سنجردي ، وهو طالب دكتوراه وباحث متفرغ في كلية الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر بالكلية (EECS). “تم تصميم الكائنات الممكّنة بآلية متوافقة بحيث تنحني بشكل متكرر في اتجاه معين وتتحمل البيئات القاسية.”
عند تطبيقه على هوائي قابل لإعادة التشكيل، تنحني أذرعه التي تدعم آلية الشكوى بطريقة يمكن التنبؤ بها، والتي بدورها تغير ترددات التشغيل – دون استخدام المفصلات أو المحامل.
“تمامًا مثل الحرباء التي تطلق النتوءات الصغيرة على جلدها لتحرك، مما يغير لونها، يمكن للهوائي القابل لإعادة التشكيل أن يغير تردده من منخفض إلى مرتفع ومن الخلف، فقط من خلال تكوين خصائصه الميكانيكية، التي يتم تمكينها من خلال الآلية المتوافقة،” – المؤلف سوير كامبل، أستاذ باحث مشارك في EECS.
تحل التصميمات المتوافقة مع الآلية محل تقنيات تصميم الأوريغامي الحالية، والتي سميت على اسم الفن الياباني لطي الورق، والتي يمكن إعادة تشكيلها ولكنها لا تتمتع بنفس المزايا في المتانة والموثوقية طويلة المدى والقدرة على التعامل مع الطاقة العالية.
قال Mackertich-Sengerdy: “تُعرف تصميمات الهوائي من نوع Origami بقدراتها القابلة للطي والتخزين المدمجة التي يمكن نشرها لاحقًا في التطبيق”. “ولكن بمجرد نشر هذه الهياكل المطوية بالأوريغامي ، فإنها عادة ما تحتاج إلى بنية تقوية معقدة، بحيث لا تلتوي أو تنحني. إذا لم يتم تصميم هذه الأنواع من الأجهزة بعناية، فإنها ستعاني من قيود العمر التشغيلي والبيئي في هذا المجال. “
قام الفريق بتوضيح وتصميم نموذج أولي لهوائي دائري على شكل قزحية باستخدام برنامج محاكاة كهرومغناطيسي تجاري. ثم قاموا بطباعتها ثلاثية الأبعاد واختبارها بحثًا عن حالات فشل التعب وكذلك دقة نمط التردد والإشعاع في غرفة عديمة الصدى في ولاية بنسلفانيا، وهي غرفة معزولة بمواد ممتصة للموجات الكهرومغناطيسية تمنع الإشارات من التدخل في اختبار الهوائي.
على الرغم من أن النموذج الأولي – المصمم لاستهداف تردد معين للعرض التوضيحي – أكبر بقليل من راحة اليد البشرية، إلا أنه يمكن توسيع نطاق التكنولوجيا إلى مستوى الدائرة المتكاملة للحصول على ترددات أعلى أو زيادة حجمها لتطبيقات التردد المنخفض، وفقًا للباحثين.
ازدادت شعبية أبحاث الآليات المتوافقة نظرًا لارتفاع الطباعة ثلاثية الأبعاد، وفقًا للباحثين، مما يتيح اختلافات لا حصر لها في التصميم. كانت خلفية Mackertich-Sengerdy في الهندسة الميكانيكية هي التي أعطته فكرة تطبيق هذه الفئة المحددة من الآليات المتوافقة على الكهرومغناطيسية.
قال المؤلف المشارك دوجلاس ويرنر ، جون ل. وجنيفيف إتش. “يمكن أن تكون نقطة التفرع لمجال جديد تمامًا من التصاميم مع تطبيقات مثيرة لم نحلم بها بعد.”
المصدر: scitechdaily
قد يهمك:
