Έλληνας ερευνητής δημιούργησε υλικό που ενισχύει το Wi-Fi

Έλληνας ερευνητής δημιούργησε υλικό που ενισχύει το Wi-Fi

Ο τοίχος του γραφείου σας ενδέχεται να διαδραματίσει ρόλο στην επόμενη γενιά ασύρματων επικοινωνιών. Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Τορόντο, καθηγητής Γιώργος Ελευθεριάδης και ο μεταδιδακτορικός συνεργάτης Sajjad Taravati, έχουν δείξει πώς οι ανακλαστήρες από μεταϋλικά μπορούν να διοχετεύσουν το φως για να επιτρέψουν τη μετάδοση περισσότερων ασύρματων δεδομένων σε μία μόνο συχνότητα, κάτι το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ενίσχυση του σήματος του Wi-Fi.

Υποστηρίζουν ότι αυτή η νεοσυσταθείσα ιδιότητα -που ονομάζεται «full-duplex nonreciprocity»- θα μπορούσε να διπλασιάσει τη χωρητικότητα των υφιστάμενων δικτύων, όπως αυτό του Wi-Fi. Η διανοητική ιδιοκτησία για την απόδειξη της ιδέας της ομάδας μεταφέρθηκε πρόσφατα στην νεοσύστατη εταιρεία LATYS Intelligence Inc., που εδρεύει στο Μόντρεαλ, η οποία συγχρηματοδοτήθηκε από τον Gursimran Singh Sethi.

Τα μεταϋλικά είναι συνθετικές δομές που αποτελούνται από δομικά στοιχεία που είναι μικρότερα από τα μήκη κύματος φωτός που έχουν σχεδιαστεί για να χειρίζονται.

Το υλικό που χρησιμοποιήθηκε από την ομάδα αποτελείται από επαναλαμβανόμενες κυψέλες μεγέθους περίπου 20 χιλιοστών. Αυτό σημαίνει ότι σε μήκη κύματος φωτός μεγαλύτερου από αυτό, όπως τα μικροκύματα – ο τύπος φωτός που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά σημάτων κινητού τηλεφώνου και με μήκη κύματος στην περιοχή αρκετών εκατοστών – φαίνεται να σχηματίζουν ένα ομοιογενές αντικείμενο, μια μεταεπιφάνεια.

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΑΚΟΜΑ

Τα μικροκύματα αντανακλούν τη μεταεπιφάνεια, αλλά το κάνουν με ασυνήθιστο τρόπο, εμφανίζοντας μια ιδιότητα γνωστή ως μη ανταπόδοση.

Όταν οδηγείτε και κοιτάτε στον καθρέφτη, βλέπετε τον οδηγό πίσω σας. Αυτός ο οδηγός μπορεί επίσης να σας δει επειδή το φως αναπηδά από τον καθρέφτη και ακολουθεί την ίδια πορεία προς τα πίσω“, λέει ο Ελευθεριάδης.

Αυτό που είναι ασυνήθιστο στη μη ανταπόδοση είναι ότι η γωνία πρόσπτωσης και η ανακλώμενη γωνία δεν είναι ίσες. Για να είμαστε συγκεκριμένοι, η πορεία προς τα πίσω για το κύμα είναι διαφορετική. Βασικά, μπορείς να δεις κάποιον, αλλά δεν μπορείς να το δεις.

Εκτός από αυτή τη λειτουργικότητα, αυτά τα μεταϋλικά σάς επιτρέπουν να κατευθύνετε και να ενισχύετε τις εισερχόμενες δέσμες, κάτι που είναι χρήσιμο σε πολλές εφαρμογές, από την ιατρική απεικόνιση και τους ηλιακούς συλλέκτες έως τις δορυφορικές επικοινωνίες, ακόμη και σε νέα τεχνολογία κάλυψης. Με μια πρόσθετη δυνατότητα καθοδήγησης της ανακλαστικής δέσμης, οι νέες ευφυείς μεταεπιφάνειες θα μπορούσαν να αφήσουν ένα σημαντικό σημάδι στις ασύρματες επικοινωνίες.

Το σημερινό 5G διαθέτει μόνο συνδέσμους «half-duplex». Ουσιαστικά, το Wi-Fi σήμα 5G χρησιμοποιεί ελαφρώς διαφορετικές συχνότητες ή την ίδια συχνότητα αλλά σε ελαφρώς διαφορετικό χρόνο, για να αποφύγει τις παρεμβολές. Η χρονική καθυστέρηση είναι ανεπαίσθητη για τον χρήστη.

Η full-duplex αρχιτεκτονική που αναπτύχθηκε από τους Ελευθεριάδη και Taravati σημαίνει ότι μπορεί κανείς να μιλάει και να ακούει στο ίδιο κανάλι ταυτόχρονα. Σε αντίθεση με άλλες τεχνολογίες μεταϋλικών, χωρίζει χωρικά τα εμπρός και πίσω μονοπάτια μέσα σε μία συχνότητα – διπλασιάζοντας τη χωρητικότητα του συστήματος. Η έρευνά τους παρουσιάζεται σε μια εργασία στο Nature Communications.

Ενώ η λειτουργία πλήρους διπλής όψης υπάρχει σε περιορισμένη χωρητικότητα σε στρατιωτικά ραντάρ, στον τρέχοντα σχεδιασμό της δεν είναι κατάλληλη για εφαρμογές καταναλωτών, όπως κινητές συσκευές. Αυτό συμβαίνει επειδή οι τρέχοντες πομποδέκτες πλήρους διπλής όψης είναι κατασκευασμένοι από ογκώδεις και ακριβές δομές που περιλαμβάνουν υλικά φερρίτη και μαγνήτες πόλωσης για τον χειρισμό της δέσμης.

Προτείνουμε έναν εντελώς διαφορετικό μηχανισμό. Χωρίς μαγνήτες ή φερρίτες. Όλα γίνονται χρησιμοποιώντας πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων και ηλεκτρονικά εξαρτήματα πυριτίου όπως τα τρανζίστορ“, λέει ο Ελευθεραριάδης.

Η ευρεία εφαρμογή αυτών των έξυπνων μεταεπιφανειών είναι αυτό που ενθουσίασε την ομάδα ανάπτυξης της LATYS, με μια από αυτές τις εφαρμογές να αφορά στο Wi-Fi.

Οι συντονιζόμενες, ασύμμετρες δέσμες ακτινοβολίας τόσο στην κατάσταση λήψης όσο και στη μετάδοση έχουν απίστευτη δυνατότητα να αντιμετωπίσουν μερικές από τις πιο πιεστικές και μεγάλες προκλήσεις στη βιομηχανία ασύρματων επικοινωνιών“, λέει ο Sethi. “Αποσυνδέοντας χωρικά τις διαδρομές λήψης και μετάδοσης, μπορούμε να δημιουργήσουμε πραγματικά πλήρως διπλά συστήματα που μπορούν να υποστηρίξουν αμφίδρομη επικοινωνία ταυτόχρονα και την ίδια συχνότητα. Αυτό θα επιτρέψει στα προϊόντα και τα πρωτότυπα LATYS να αποκτήσουν πλεονέκτημα έναντι του ανταγωνισμού και μεγάλη έλξη , ειδικά σε ραδιοεχθρικά περιβάλλοντα, όπως βιομηχανικός αυτοματισμός, εφαρμογές IIOT και 5G“.

Επιστημονικό Άρθρο:

Sajjad Taravati, George V. Eleftheriades. Full-duplex reflective beamsteering metasurface featuring magnetless nonreciprocal amplificationNature Communications, 2021.


Λίγα λόγια για τον συντάκτη

Δημοσθένης Γκερλιώτης

Σπούδασα Ιστορία και Φιλοσοφία της Επιστήμης (Ε.Κ.Π.Α.) με μεταπτυχιακή ειδίκευση στις σπουδές Επιστήμης και Τεχνολογίας (STS), τα ενδιαφέροντα μου είναι τα θέματα Βιοεπιστημών, Τεχνολογίας, Επιστημολογίας.

Εβδομαδιαία ενημέρωση απο το maxmag στο email σου

Η ενημέρωση σου, για όλα τα θέματα, επί παντός επιστητού, είναι προτεραιότητα για μας στο MAXMAG. Αυτός είναι κ ο λόγος, για τον οποίο κάθε εβδομάδα οι συντάκτες μας θα επιλέγουν τα 15 σημαντικότερα άρθρα, από όλες τις στήλες του περιοδικού και θα φροντίζουμε να τα λαμβάνεις απευθείας στο email σου. Όλες οι σημαντικές ειδήσεις θα σε περιμένουν να τις ανοίξεις. Το μόνο που χρειάζεται να κάνεις είναι μια εγγραφή στο Newsletter μας. Τι περιμένεις λοιπόν;