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Sono antenne “Nems”, dall’acronimo inglese “sistemi nanoelettromeccanici”, e promettono di abbattere uno fra i limiti che più condizionano i progettisti nel continuo processo di miniaturizzazione dei dispositivi elettronici: il rapporto fra dimensione dell’antenna, appunto, e lunghezza d’onda del segnale che devono ricevere o trasmettere. Rapporto che, anche per le antenne più compatte, difficilmente può scendere al di sotto di un decimo. Affidandosi a un sistema di concezione completamente diversa, descritto sull’ultimo numero di Nature Communications e basato su membrane risonanti a specifiche frequenze acustiche, un team di ricercatori della Northeastern University di Boston, nel Massachusetts, è invece riuscito a sviluppare antenne con dimensioni indipendenti dalla lunghezza d’onda.
Non più vincolate alla lunghezza d’onda del segnale che vogliono ricevere, le antenne si basano su membrane risonanti a frequenze acustiche specifiche.
Le dimensioni di queste antenne di nuova concezione sembrano essere uno o due ordini di grandezza inferiori a quelle delle attuali antenne compatte.
Le antenne tradizionali sono strutture metalliche dimensionate per essere risonanti a una specifica lunghezza d’onda della radiazione, e ovviamente questo vincolo progettuale limita moltissimo la loro miniaturizzazione. La nuova antenna progettata e sviluppata dal gruppo di Nian-Xiang Sun è una membrana risonante non a una lunghezza d’onda elettromagnetica specifica, bensì ad una frequenza acustica specifica. La membrana è composta da un film sottile di materiale magnetoelettrico che, vibrando, cambia le sue proprietà magnetiche, accoppiando la vibrazione acustica con la radiazione trasmessa o ricevuta. Gli autori hanno trovato che la frequenza acustica di risonanza della membrana può essere controllata dal disegno geometrico e hanno dimostrato il funzionamento di questa tecnologia con due diversi disegni che coprono le frequenze radio UHF e VHF.
“Questo concetto di antenna acustica cambia il principio fondamentale su cui le antenne sono state progettate per oltre un secolo e possono portare ad antenne drammaticamente compatte con prestazioni migliori“, afferma l’autore dello studio Nian-Xiang Sun, ingegnere elettrico e scienziato dei materiali alla Northeastern.
Per comprendere le potenzialità di questa nuova tecnologia, proviamo per esempio a considerare comuni dispositivi wifi: funzionando a frequenze attorno ai 2,4 GHz, dunque con una lunghezza d’onda di circa 12-13 cm, richiedono antenne di qualche centimetro (un valore tipico è un quarto della lunghezza d’onda, dunque circa 3 cm). Può sembrare poco, se ciò che abbiamo in mente è un telefonino o un tablet, ma se volessimo progettare dispositivi ingeribili, per esempio, chip sottopelle o sciami di microdroni grandi come moscerini, ecco che poter disporre di antenne miniaturizzate diventerebbe cruciale.
E le dimensioni non sono l’unico vantaggio: le nuove antenne sono completamente passive, ovvero non richiedono alimentazione, e sembrano funzionare addirittura meglio di quelle tradizionali.
Queste antenne potrebbero trovare uso in sistemi di comunicazione wireless portatili, Internet of Things, smartphone, sistemi bio-implantabili, antenne bio-iniettabili, antenne bio-ingeribili e così via, affermano i ricercatori.
