Адаптивная 3D-печатная антенна из нитинола открывает возможности для военных и космических исследований

Антенны необходимы для беспроводной связи, навигации, радаров, радиосвязи и науки. Их основная функция – принимать или передавать электромагнитные волны. До сих пор антенны были жесткими и негибкими, что скоро изменится благодаря проекту исследователей из Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса (APL) в Балтиморе. Проект начался в 2019 году, и целью было разработать 3D технологии и сплавы с памятью формы для антенн, которые могут деформироваться независимо от температуры. Эти напечатанные на 3D антенны могут внести вклад в будущее военных и космических исследований.

Инновационная 3D-печатная антенна разработана для динамической адаптации к более широкому диапазону радиочастот и заменяет традиционные антенны благодаря своей большей гибкости. Идея проекта возникла у Дженнифер Холленбек, вдохновленной научно-фантастическим сериалом The Expanse. В этой серии инопланетяне используют органические технологии для изменения формы. Она объясняет: «Я провела свою карьеру, работая с антеннами и борясь с ограничениями, налагаемыми их фиксированной формой. Я знала, что APL имеет возможность создать что-то другое».

Антенна была напечатана на 3D-принтере из никель-титанового сплава, также известного как нитинол, одного из самых популярных сплавов с памятью формы. Это означает, что сплав может восстанавливать свою начальную форму после деформации при нагревании до определенной температуры, идеально подходящей для применений, где материалы должны адаптироваться к изменяющимся условиям. Однако 3D-печать вызывала определенные трудности, например печать сплава в сложных структурах, поскольку она деформировалась при изготовлении и реагировала на нагревание. Холленбек подчеркнула: "Это оказалось действительно сложным дизайном, и он работал не так хорошо, как я хотела бы".

Проблема была решена с помощью нескольких экспериментов и оптимизации, что привело к созданию первой спиральной планарной антенны, которая при нагревании принимает коническую форму. Кроме того, был использован новый проводник, чтобы привести антенну до требуемой температуры без ущерба для ее работы. «У нас большой опыт оптимизации параметров обработки и конструкций для сплавов, но это был шаг дальше», — объясняет Сэмюэль Гонзалес, инженер по аддитивному производству. «Немногие люди печатают этот материал, поэтому нет рецепта, как его обрабатывать».

"Мы несколько раз делали шрапнель в принтере, потому что антенна пытается изменить форму во время печати из-за жары", - сказала коллега Мэри Дафрон. "Он хочет отслоиться".

В будущем гибкая антенна должна предложить новую возможность для военных операций, поскольку обеспечивает динамическую связь в поле. Антенна также может охватывать многие мобильные сети в сфере телекоммуникаций и промышленности благодаря своей адаптивности, особенно потому, что переключение между связью малого радиуса действия и связью дальнего радиуса действия может быть лучше адаптировано.