توسعه پردازنده و آرایه‌های آنتن چاپ سه‌بعدی انعطاف‌پذیر برای صنایع خودرو و هوافضا

فناوری ساخت و مواد نانوذرات مس

تیم تحقیقاتی WSU برای ساخت این آرایه‌های آنتن انعطاف‌پذیر، از فناوری چاپ سه‌بعدی و جوهری خاص استفاده کرده‌اند. این جوهر از نانوذرات مس ساخته شده و با همکاری محققانی از دانشگاه مریلند و شرکت بوئینگ توسعه یافته است.

سرینی پولاکال، دانشجوی دکترا در WSU، اظهار داشت: «این نمونه‌ی اولیه‌ی اثبات مفهوم، راه را برای منسوجات هوشمند آینده، ارتباطات پهپاد یا هواپیما، حسگر لبه و سایر زمینه‌های به سرعت در حال تحول که نیاز به سیستم‌های بی‌سیم قوی، انعطاف‌پذیر و با کارایی بالا دارند، هموار می‌کند.»

صنایعی مانند هوانوردی و خودروسازی به دنبال استفاده از آرایه‌های آنتن انعطاف‌پذیر یا همدیس چاپ سه‌بعدی هستند، زیرا این آنتن‌ها می‌توانند سبک‌تر، کوچک‌تر و انعطاف‌پذیرتر از نمونه‌های سنتی باشند. به عنوان مثال، می‌توان یک پهپاد را با لایه‌ای از این آنتن‌ها مجهز کرد.

چالش‌های پایداری و راه‌حل نوآورانه

یکی از چالش‌های اصلی در ساخت سیستم‌های بی‌سیم انعطاف‌پذیر، هزینه بالا و عملکرد ضعیف آن‌ها در مقایسه با آرایه‌های استاندارد بوده است. هنگامی که این آنتن‌ها حرکت می‌کنند یا خم می‌شوند (مانند الکترونیک پوشیدنی یا لرزش بال هواپیما)، تغییر شکل داده و باعث ایجاد خطا در سیگنال‌ها می‌شوند.

تیم WSU با استفاده از جوهر نانوذرات مس، آنتن‌هایی ساختند که در شرایط سخت محیطی زیر پایدار باقی می‌مانند:

• خم شدن و حرکت
• رطوبت بالا
• تغییرات دما
• قرار گرفتن در معرض نمک

سوبهانشو گوپتا، دانشیار WSU، تأکید کرد که جوهر مبتنی بر نانوذرات در بهبود عملکرد مدارهای ارتباطی پیشرفته بسیار قدرتمند است و بخش حیاتی در فرآیند چاپ سه‌بعدی محسوب می‌شود.

پردازنده اصلاح‌کننده سیگنال در زمان واقعی

از آنجا که ارتباط بی‌سیم دقیق نیازمند دقت قابل توجهی است، محققان یک تراشه پردازنده توسعه داده‌اند که می‌تواند سیگنال‌های اشتباه آنتن را در زمان واقعی اصلاح کند. این پردازنده برای مقابله با ناهنجاری‌های مواد در آنتن چاپ سه‌بعدی و همچنین اصلاح هرگونه ارتعاش طراحی شده است.

گوپتا افزود: «توانایی انجام این کار در زمان واقعی، آن را بسیار جذاب می‌کند. ما توانستیم به تثبیت پرتو قوی و در زمان واقعی برای آرایه‌ها دست یابیم، چیزی که قبلاً امکان‌پذیر نبود.»

محققان یک آرایه سبک و انعطاف‌پذیر از چهار آنتن ساختند و آزمایش کردند که این آرایه قادر بود هنگام حرکت و خم شدن، سیگنال‌ها را با موفقیت ارسال و دریافت کند.

قابلیت مقیاس‌پذیری و کاربردها

این آنتن‌های کوچک با مصرف توان کم، به راحتی قابل تغییر مقیاس هستند و برای پیاده‌سازی روی دستگاه‌های مختلف ایده‌آل می‌باشند. طراحی آرایه به صورت کاشی‌وار امکان ساخت آرایه‌های بزرگتر را فراهم می‌کند، به طوری که تراشه‌های پردازنده جداگانه روی هر کاشی به طور مستقل عمل می‌کنند.

در آزمایش‌ها، محققان توانستند چهار آرایه آنتن را کنار هم قرار دهند و در مجموع یک آرایه با ۱۶ آنتن بسازند که نشان‌دهنده قابلیت مقیاس‌پذیری بالای این فناوری است.