Des chercheurs développent des réseaux d'antennes imprimés en 3D pour des systèmes sans fil flexibles
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Des chercheurs dirigés par l'Université d'État de Washington ont développé un processeur de la taille d'une puce et des réseaux d'antennes imprimés en 3D qui pourraient un jour conduire à des systèmes sans fil flexibles et portables et à des communications électroniques améliorées dans une grande variété d'applications dans les secteurs de l'automobile, de l'aviation et de l'espace.
Dans un article publié dans la revue Nature Communications , les chercheurs ont utilisé l'impression 3D, le processeur et une encre fabriquée à partir de nanoparticules de cuivre pour créer des réseaux d'antennes flexibles.
« Ce prototype de preuve de concept ouvre la voie aux futurs textiles intelligents, aux communications par drone ou par avion, à la détection de bord et à d'autres domaines en évolution rapide qui nécessitent des systèmes sans fil robustes, flexibles et performants », a déclaré Sreeni Poolakkal, co-premier auteur de l'article et doctorant à l'École de génie électrique et d'informatique de la WSU.
Des industries comme l'aéronautique et l'automobile souhaiteraient pouvoir utiliser des réseaux d'antennes flexibles, ou conformes, imprimés en 3D, car ils seraient plus légers, plus compacts et plus flexibles que les réseaux d'antennes traditionnels. Par exemple, un drone pourrait être équipé d'une couche d'antennes.
Cependant, en raison de leurs matériaux et de leur mode de fabrication, les systèmes sans fil flexibles étaient trop coûteux à fabriquer et n'offraient pas d'aussi bonnes performances que les réseaux d'antennes classiques. Lorsqu'elles bougent et se courbent, comme dans les appareils électroniques portables ou lorsque l'aile d'un avion vibre, les antennes se déforment, ce qui entraîne des erreurs dans leurs signaux.
L'équipe dirigée par la WSU a utilisé l'impression 3D et une encre à base de nanoparticules de cuivre pour créer des antennes stables même pliées ou exposées à une forte humidité, à des variations de température et au sel. Les collaborateurs de l'équipe, issus de l'Université du Maryland et de Boeing, ont développé cette encre à base de nanoparticules de cuivre.
« L'encre est un élément essentiel de l'impression additive, ou 3D », a déclaré Subhanshu Gupta, professeur associé à l'École de génie électrique et d'informatique de la WSU et co-auteur de l'étude. « L'encre à base de nanoparticules développée par nos collaborateurs est très efficace pour améliorer les performances des circuits de communication haut de gamme comme ceux que nous utilisons. »
Parce que la communication sans fil de précision nécessite une fidélité importante, les chercheurs ont également développé une puce de processeur capable de corriger les signaux erronés de l'antenne en temps réel.
« Nous avons utilisé ce processeur que nous avons développé pour corriger les déformations du matériau de l'antenne imprimée en 3D, ainsi que les vibrations que nous observons », a déclaré Gupta. « La possibilité de réaliser cette opération en temps réel est très intéressante. Nous avons pu obtenir une stabilisation fiable et en temps réel du faisceau des réseaux, ce qui était impossible auparavant. »
Les petites antennes sont légères, flexibles et peuvent être facilement mises à l'échelle, ce qui les rend idéales pour la mise en œuvre sur des appareils (photos avec l'aimable autorisation de WSU).
Les chercheurs ont construit et testé un réseau léger et flexible de quatre antennes capables d'envoyer et de recevoir des signaux avec succès, même en mouvement et en flexion. Ces petites antennes consomment peu d'énergie et sont facilement adaptables, ce qui les rend idéales pour une implémentation sur des appareils. Grâce à leur conception en tuiles, la conception du réseau permet de créer des réseaux plus grands, et les puces de chaque tuile fonctionnent indépendamment, a expliqué Gupta. Les chercheurs ont pu assembler quatre de ces réseaux d'antennes pour obtenir un total de 16 antennes.