راهکارهای محققان برای نسل بعدی تلفن‌ها و دستگاه‌های بی‌سیم مورد نیاز دستگاه‌های ۵G و بالاتر

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، آنتن‌های جدیدی برای دسترسی به محدوده‌های فرکانس بالاتر و بالاتر برای نسل بعدی تلفن‌ها و دستگاه‌های بی‌سیم مورد نیاز خواهد بود. یکی از راه‌های ساخت آنتن‌هایی که در ده‌ها گیگاهرتز کار می‌کنند - فرکانس‌های مورد نیاز برای دستگاه‌های ۵G و بالاتر - این است که رشته‌هایی به قطر حدود ۱ میکرومتر را ببافید. با این حال، تکنیک‌های ساخت صنعتی امروزی روی الیاف کوچک کار نمی‌کنند.

مایا فابورگ می‌گوید: زمانی که - در اولین تلاشمان - فقط با استفاده از یک تکه پلاستیک، یک مخزن آب و یک مرحله که بالا و پایین حرکت می‌کند، دو الیاف را با هم رد کردیم، لحظه‌ای پر از شادی بود.

اکنون تیمی از مهندسان و دانشمندان از دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد جان A. Paulson (SEAS) یک ماشین ساده ساخته اند که از کشش سطحی آب برای گرفتن و دستکاری اشیاء میکروسکوپی استفاده می‌کند. این نوآوری قابل توجه یک ابزار بالقوه قدرتمند برای تولید نانوسکوپی ارائه می‌دهد.

وینوتان منوهاران، پروفسور مهندسی شیمی خانواده واگنر و پروفسور فیزیک در SEAS و نویسنده ارشد مقاله، گفت: کار ما یک راه بالقوه ارزان برای تولید مواد ریزساختار و احتمالاً نانوساختار ارائه می‌کند. برخلاف سایر روش‌های ریز دستکاری، مانند موچین‌های لیزری، ماشین‌های ما به راحتی ساخته می‌شوند. ما از یک مخزن آب و یک چاپگر سه بعدی استفاده می‌کنیم، مانند نمونه‌هایی که در بسیاری از کتابخانه‌های عمومی یافت می‌شود.

این دستگاه یک مستطیل پلاستیکی با چاپ سه بعدی است که به اندازه یک کارتریج قدیمی نینتندو است. فضای داخلی دستگاه با کانال‌هایی حک شده است که به هم می‌رسند. هر کانال دارای بخش‌های وسیع و باریکی است که شبیه رودخانه‌ای است که در برخی قسمت‌ها گسترش می‌یابد و در برخی دیگر باریک می‌شود. دیواره‌های کانال آبدوست هستند، به این معنی که آب را جذب می‌کنند.

از طریق یک سری شبیه سازی و آزمایش، دانشمندان دریافتند که وقتی دستگاه را در آب غوطه ور کردند و یک شناور پلاستیکی به اندازه میلی متر در کانال قرار دادند، کشش سطحی آب باعث شد که دیواره شناور را دفع کند. اگر شناور در قسمت باریکی از کانال قرار داشت، به قسمت وسیعی منتقل می‌شد، جایی که می‌توانست تا حد امکان از دیوار‌ها شناور شود.

هنگامی که در بخش وسیعی از کانال قرار می‌گیرد، شناور در مرکز محبوس می‌شود و توسط نیرو‌های دافعه بین دیوار‌ها و شناور در جای خود نگه داشته می‌شود. هنگامی که دستگاه از آب بلند می‌شود، نیرو‌های دافعه با تغییر شکل کانال تغییر می‌کنند. اگر شناور برای شروع در یک کانال عریض بود، ممکن است با پایین آمدن سطح آب خود را در یک کانال باریک بیابد و برای یافتن یک نقطه عریض‌تر باید به سمت چپ یا راست حرکت کند.

مایا فابورگ، یکی از همکاران SEAS و نویسنده اول مقاله، می‌گوید: لحظه یورکا زمانی فرا رسید که متوجه شدیم می‌توانیم اجسام را با تغییر سطح مقطع کانال‌های به دام انداختن خود حرکت دهیم.

احمد شریف می‌گوید: نکته شگفت‌انگیز در مورد کشش سطحی این است که نیرو‌هایی تولید می‌کند که به اندازه کافی ملایم هستند تا اجسام کوچک را بگیرند، حتی با ماشینی که به اندازه کافی بزرگ است که در دست شما قرار بگیرد.

سپس، محققان الیاف میکروسکوپی را به شناور‌ها متصل کردند. با تغییر سطح آب و حرکت شناور‌ها به سمت چپ یا راست در کانال ها، الیاف به دور یکدیگر پیچ خوردند.

فابورگ می‌گوید: لحظه‌ای پر از فریاد و شادی بود که - در اولین تلاش ما - دو فیبر را تنها با استفاده از یک تکه پلاستیک، یک مخزن آب و یک مرحله که بالا و پایین حرکت می‌کند به هم رد کردیم.

سپس گروه سومین شناور را با یک فیبر اضافه کردند و یک سری کانال برای حرکت شناور‌ها در یک الگوی بافته طراحی کردند. آن‌ها با موفقیت الیافی در مقیاس میکرومتری از ماده مصنوعی کولار را بافته کردند. این قیطان دقیقاً مانند یک قیطان موی سه تار سنتی بود، با این تفاوت که هر تار ۱۰ برابر کوچکتر از یک تار موی انسان بود.

سپس، محققان نشان دادند که خود شناور‌ها می‌توانند میکروسکوپی باشند. آن‌ها ماشین‌هایی ساختند که می‌توانستند ذرات کلوئیدی را به اندازه ۱۰ میکرومتر به دام بیندازند و حرکت دهند - حتی اگر ماشین‌ها هزار بار بزرگتر بودند.

احمد شریف، دانشجوی دکترا در SEAS و یکی از نویسندگان مقاله، گفت: ما مطمئن نبودیم که کار کند، اما محاسبات ما نشان داد که ممکن است؛ بنابراین ما آن را امتحان کردیم و کار کرد. نکته شگفت‌انگیز در مورد کشش سطحی این است که نیرو‌هایی تولید می‌کند که به اندازه کافی ملایم هستند تا اجسام کوچک را بگیرند، حتی با ماشینی به اندازه‌ای بزرگ که در دست شما قرار بگیرد.

در مرحله بعد، هدف این تیم طراحی دستگاه‌هایی است که می‌توانند به طور همزمان فیبر‌های زیادی را دستکاری کنند، با هدف ساخت هادی‌های فرکانس بالا. آن‌ها همچنین قصد دارند ماشین‌های دیگری را برای کاربرد‌های ریز تولید، مانند مصالح ساختمانی برای دستگاه‌های نوری از میکروکره‌ها، طراحی کنند.