Антенны в 10 раз тоньше человеческого волоса сделают смартфоны более мощными

Смартфоны и "умные" устройства следующего поколения будут нуждаться в мощных антеннах для доступа к более высоким частотным диапазонам — в десятки гигагерц. Это сделает возможным связь 5G и выше. Однако антенны должны быть не просто супермощными, но и супертонкими — диаметром в 1 микрометр. Современные технологии, применяемые в промышленном производстве не работают со столь тонкими материалами, но, похоже, решение проблемы найдено.

Ученые из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) разработали простой аппарат, использующий поверхностное натяжение воды для захвата и управления микроскопическими объектами. На основе данной технологии исследователи надеются создать инструмент для наноскопического производства, сообщает techxplore.com.

Как заявили инженеры, они придумали дешевый способ производства микроструктурированных и, в дальнейшем, наноструктурных материалов. По их словам, данный аппарат намного проще по конструкции, чем, к примеру, лазерный пинцет. Ученые использовали резервуар с водой и обычный 3D-принтер, чтобы напечатать свое изобретение в виде пластикового прямоугольника размером 200 мм х 72 мм х 242 мм. Внутренняя часть устройства вырезана с пересекающимися каналами, каждый из которых имеет широкие и узкие участки, подобно руслам рек. Стенки каналов гидрофильны, то есть притягивают воду.

Когда исследователи погрузили устройство в воду и поместили в один из каналов пластиковый поплавок миллиметрового размера, поверхностное натяжение воды заставило поплавок отталкиваться. Если поплавок находился в узком участке канала, он перемещался в широкий участок, где мог плавать как можно дальше от стенок. Оказавшись в широком участке канала, поплавок задержался бы в центре, удерживаемый силами отталкивания между им самим и стенками канала. Когда устройство вынули из воды, силы отталкивания менялись по мере изменения формы канала. Если бы поплавок с самого начала находился в широком канале, он мог бы оказаться в узком канале при падении уровня воды, и ему нужно было бы двигаться влево или вправо, чтобы переместиться в более широкое место.

"Момент озарения наступил, когда мы обнаружили, что можем перемещать объекты, изменяя поперечное сечение наших улавливающих каналов", — сказала Майя Фааборг, сотрудник SEAS и соавтор исследования.

Затем исследователи прикрепили микроскопические волокна к поплавкам. При изменении уровня воды и перемещении поплавков влево или вправо в каналах нановолокна скручивались, обвивая друг друга. Потом ученые добавили третий поплавок с волокном и смогли сплести в косичку кевларовые волокна микрометрового размера (в 10 раз тоньше, чем человеческий волос).

На основе данной усовершенствованной технологии, используя натяжение воды, команда исследователей намерена разработать устройства, которые могут одновременно манипулировать множеством наночастиц и нановолокон, создавая тем самым высокочастотные проводники. Они также планируют разработать машины для микропроизводства материалов для оптических устройств.