مهندسان موفق شدند با استفاده از روش‌های رایج بافندگی، آنتن‌های ارتباطی فرکانس رادیویی را به شکل یک پتو ببافند.
به گزارش خبرگزاری آنا به نقل از تک اکسپلور، تصور کنید از ویژگی‌های فرکانس رادیویی دیش‌های آنتن‌های ماهواره‌ای روی پشت بام‌ها استفاده کنید و آنها را در یک لباس پوشیدنی ببافید؛ ژاکت یا پتویی که بسیار سبک و قابل حمل است و به راحتی جمع می‌شود.
عدم نیاز به استفاده از آنتن‌های سنگین و حجیم ماهواره ای، ارتباطات را برای کسانی که در مکان‌های دوردست زندگی می‌کنند یا در سفر هستند بسیار آسان‌تر می‌کند. یک آنتن سبک وزن و انعطاف پذیر که می‌تواند اطلاعات را در فواصل طولانی ارسال کند، ابزار مفیدی برای بخش عمومی و خصوصی خواهد بود.
اکنون گروهی از مهندسان دانشگاه کلمبیا در امریکا می‌گویند از تخصص خود در فراسطح‌ها (اجزای نوری بسیار نازک که می‌توانند انتشار نور را کنترل کنند) و یک سکوی بافندگی مسطح کم هزینه و بسیار مقیاس پذیر، برای ساخت آنتن‌های ارتباطی فرکانس رادیویی (RF) استفاده کرده اند که حمل و استقرار آسانی دارد.
چرا بافندن؟
بیشتر آنتن‌های RF، به ویژه آنتن‌های آرایه‌ای بسیار جهت دار مانند آرایه‌های بازتابی، دستگاه‌های مسطح و سفت و سختی هستند. اگرچه این دستگاه‌ها احتمالا همیشه از نظر معیار‌های عملکرد خالص، پیشرفته‌تر خواهند بود، اما اغلب بزرگ، سنگین و غیرقابل حمل هستند و ساخت گرانی دارند.
محققان روش‌هایی را برای تولید آنتن‌های کوچک‌تر و انعطاف پذیرتر، از جمله استفاده از چاپ جوهر افشان یا چاپ شابلونی مستقیم روی پارچه و سوزن دوزی بررسی کرده اند. اما این روش ها، رویکرد‌های شبه افزودنی هستند که در آنها یک ماده رسانا به جای ادغام در منسوجات در طول فرآیند تولید، به خود پارچه موجود اضافه می‌شود و مشکلاتی مانند لایه لایه شدن، لغزش، یا ترک خوردگی ناحیه فلزی و همچنین مسائل مربوط به مقیاس پذیری تولید را ایجاد می‌کند.
«نانفانگ یو» «Nanfang Yu» دانشیار فیزیک و ریاضی کاربردی در دانشگاه کلمبیا و همکارانش دریافتند چیزی که برای ایجاد آن نیاز دارند، روشی با توان عملیاتی بالا و ارزان است که به طور مستقیم آنتن‌های آرایه مسطح را به پارچه ادغام می‌کند. از این رو تصمیم گرفتند بافندگی را بررسی کنند که اگرچه رایج‌ترین رویکرد برای ساخت منسوجات طرح دار است، اما به عنوان راهی برای تولید آنتن‌های آرایه‌ای پیچیده با پاسخ‌های الکترومغناطیسی مهندسی شده، مورد بررسی قرار نگرفته.
رویکرد لباس بافتنی
این محققان رویکرد جدیدی را برای ساخت فراسطح‌های انعطاف پذیر و سبک با طول موج سانتیمتری اتخاذ کردند. آنها از استفاده از روش بافتن رنگی قدیمی به نام بافندگی ژاکارد شناور (همان ژاکت‌های بافتنی طرح دار)، از نخ‌های فلزی و دی‌الکتریک و ماشین‌های بافندگی موجود در بازار برای تولید دو نمونه اولیه از دستگاه بازتابنده، یک عدسی فراسطحی (متالنز) و یک دستگاه تولید کننده پرتو گردابی استفاده کردند.
در روش بافندگی ژاکارد شناور، از دو یا چند نوع نخ برای تولید یک الگو استفاده می‌شود: یک نخ در زمانی که استفاده نمی‌شود، در زیر پارچه شناور می‌شود و در صورت نیاز برای ایجاد الگوی مورد نظر، به قسمت جلو منتقل می‌شود.
مهندسان با ادغام ساخت منسوجات و الگودهی آنتن در یک فرآیند واحد، فرآیند ساخت را ساده و عیوب رایج در آنتن‌های پارچه‌ای را کاهش داد. این گروه اولین گروهی است که روش‌های بافندگی تخت را برای ترکیب مستقیم آنتن‌ها در طول فرآیند تولید پارچه – تولید یکپارچه – به کار می‌برد و توانسته آن با هزینه کم و بازده بالا در مقیاس صنعتی انجام دهد.
به عنوان مثال، هر یک از نمونه اولیه از این فراسطح، در اندازه تقریبا یک متر مربع در مدت ۴۵ دقیقه بافته شد. علاوه بر این، دستگاه‌های پارچه‌ای مسطح در برابر شستشو و کشش مکرر روی یک قاب مقاومت می‌کنند.
یو اظهار داشت: «این آنتن‌های پیچیده RF را می‌توان به راحتی توسط زیرساخت‌های موجود تولید کرد. می‌توانیم از صنعت بافندگی بسیار قدیمی و بسیار جاافتاده برای برآوردن برخی از نیاز‌های مخابراتی مدرن بهره‌مند شویم. ماهیت آسان و مقیاس پذیر رویکرد ساخت به این معنی است که این دستگاه‌ها می‌توانند آنتن‌های پیچیده ارتباطات فرکانس رادیویی ارزان، بسیار سبک و انعطاف پذیری باشند.»
گام‌های بعدی
این مهندسان قصد دارند در آینده با بررسی دیگر روش‌ها و ماشین الات بافندگی مدرن، تولید طرح‌های پیچیده‌تر چند منظوره و پارچه‌هایی با واکنش‌های ترکیبی الکترومغناطیسی، الکترونیکی و مکانیکی را مطالعه کنند.
این شیوه می‌تواند برای مهندسی کردن نقاط یا چین‌های لولا و مدار‌های الکترونیکی در پارچه مورد استفاده قرار گیرد، که برای تسهیل انبار کردن، استقرار یا حتی جابجایی بین عملکرد‌های مختلف الکترومغناطیسی کاربرد دارد.
از بین تمام روش‌های مورد استفاده برای تولید فراسطح‌ها و آرایه‌های بازتابی RF انعطاف پذیر یا سفت و سخت، مقیاس پذیری بافندگی مسطح از همه بیشتر است: ماشین‌های بافندگی تخت تجاری قادر به تولید منسوجات تا عرض دو متر و بدون محدودیت در جهت طول هستند.
اکنون محققان قصد دارند برای برقراری ارتباط در فواصل بسیار زیاد، این مزیت را برای ساخت آنتن‌های بهره بالا با دیافراگم‌هایی به قطر چند متر و در عین حال سبک وزن و قابل ذخیره سازی به منظور استفاده در ماهواره‌ها، بررسی کنند.
یو گفت: «مهم است تاکید کنیم این دستگاه‌ها با استفاده از نخ‌های تجاری موجود و با استفاده از روش‌های تولید رایج، ساخته شده اند. تقریبا مطمئن هستم که صنعت بافندگی می‌تواند راه‌های مبتکرانه‌ای برای ادغام زیبایی و عملکرد در یک ژاکت بیابند – ژاکتی که می‌تواند به عنوان تقویت کننده سیگنال وای فای عمل کند.»
نتایج این تحقیقات در نشریه Advanced Materials منتشر شده است.