Ученые из Северо-Восточного университета в Бостоне (США), под руководством инженера и материаловеда Няна Сана (Nian Sun) создали микроантенны, которые на несколько порядков миниатюрнее и эффективнее традиционных антенн. Статья об этом достижении опубликована в журнале Nature Communications, вкратце ее пересказывает сайт журнала Science.
Антенны получают информацию в виде электромагнитных волн, которые они преобразуют в переменное электрическое напряжение. Согласно законам физики, для этого размер антенны должен примерно соответствовать длине электромагнитной волны — иными словами они должны быть довольно большими. С другой стороны, антенна может резонировать также и в ответ на акустические волны той же частоты, длина которых гораздо меньше. Именно эту «лазейку» использовали Сан с коллегами.
Изобретенная ими антенна покрыта снаружи слоем пьезомагнитного материала, который расширяется и сокращается в зависимости от состояния магнитного поля. Таким образом он переводит электромагнитные колебания в звуковые. Затем следующий слой пьезоэлектрического материала переводит эти колебания в переменный электрический ток. При отправке сигнала все происходит в обратном порядке. Таким образом, антенна фактически воспринимает и отправляет звуковые колебания — и поэтому может иметь примерно в 1000 раз меньшие размеры, чем традиционная.
Авторы статьи создали два типа антенн, основанных на этом принципе. Первый, с круглой мембраной, работает в гигагерцовом диапазоне, которым пользуется, в том числе, технология Wi-Fi. Второй, с прямоугольной мембраной — для мегагерцового диапазона, используемого ТВ и радио. В экспериментах с новыми антеннами, они принимали и отправляли сигнал частотой 2,5 гГц примерно в 100 тыс. раз эффективнее обычных антенн.
По словам ведущего автора исследования, главной трудностью при конструировании было найти пьезомагнитный материал с нужными характеристиками — в итоге был выбран набор из железа, галлия и бора — и произвести его в нужном качестве.
Разработка как минимум может открыть дорогу к созданию более компактных и мощных приборов — от мобильных телефонов до спутников. В перспективе возможно также использование новых миниатюрных передатчиков в бурно развивающемся «интернете вещей». Широкие перспективы открываются для медицины — миниатюрные передатчики смогут проникнуть в любую ткань или сосуд, чтобы снять данные на месте и отправить их врачу. Теоретически возможны также мозговые импланты для создания интерфейса «мозг-компьютер» — чтобы мы смогли управлять вещами силой мысли напрямую.
