Μια νέα παθητική τεχνολογία θα μπορούσε να βοηθήσει τα μελλοντικά ασύρματα δίκτυα να φτάνουν σε σημεία όπου σήμερα τα σήματα δυσκολεύονται να καλύψουν.
Οι «νεκρές ζώνες» παραμένουν ένα από τα πιο επίμονα προβλήματα στις ασύρματες επικοινωνίες. Είτε πρόκειται για ένα γραφείο σε υπόγειο, έναν διάδρομο αποθήκης, μια σήραγγα ή έναν πολυσύχναστο εσωτερικό χώρο, τα σήματα συχνά δυσκολεύονται να φτάσουν σε κάθε σημείο. Η πρόκληση αναμένεται να ενταθεί καθώς τα μελλοντικά δίκτυα 6G θα χρησιμοποιούν ραδιοκύματα υψηλότερων συχνοτήτων τα οποία μπορούν να μεταφέρουν τεράστιες ποσότητες δεδομένων αλλά δυσκολεύονται περισσότερο να διαπεράσουν τοίχους, έπιπλα και ακόμη και ομάδες ανθρώπων.
Ερευνητές από το Aalto University στη Φιλανδία πιστεύουν ότι η λύση δεν βρίσκεται σε περισσότερες κεραίες, αναμεταδότες ή ενεργό δικτυακό εξοπλισμό. Αντίθετα ανέπτυξαν παθητικές τρισδιάστατα εκτυπωμένες δομές που ονομάζονται μετακρύσταλλοι (metacrystals) οι οποίες μπορούν να ανακατευθύνουν και να διαμορφώνουν τα ασύρματα σήματα αποκλειστικά μέσω της προσεκτικά σχεδιασμένης γεωμετρίας τους.
Η βελτίωση
Σε αντίθεση με τις συμβατικές ασύρματες υποδομές, αυτά τα πάνελ δεν απαιτούν ηλεκτρονικά εξαρτήματα, πηγή ενέργειας ή συστήματα ενεργού ελέγχου. Μόλις εγκατασταθούν διαμορφώνουν συνεχώς τα ραδιοκύματα ώστε να βελτιώνουν την κάλυψη σε περιοχές όπου το σήμα είναι αδύναμο ή μπλοκαρισμένο.
«Όταν ένα δωμάτιο είναι πολύ σκοτεινό μπορείς να προσθέσεις περισσότερα φωτιστικά ή να χρησιμοποιήσεις απλούς καθρέφτες για να κατευθύνεις το ήδη διαθέσιμο φως. Αυτό ακριβώς κάνουν αυτοί οι μετακρύσταλλοι, αλλά με τα ραδιοκύματα. Σε αντίθεση με τις προηγούμενες προτεινόμενες μονοστρωματικές ευφυείς επιφάνειες, αυτοί οι ογκομετρικοί μετακρύσταλλοι μπορούν να σχεδιαστούν ώστε να ελέγχουν ανεξάρτητα πολλαπλά εισερχόμενα σήματα ή ζώνες συχνοτήτων, κάτι που αποτελεί βασική προϋπόθεση για ρεαλιστικές ασύρματες επικοινωνίες» », εξηγεί ο διδακτορικός ερευνητής Μαχντί Ασγκάρι.
Ανακατεύθυνση σημάτων χωρίς ηλεκτρονικά
Τα πάνελ μπορούν να τοποθετηθούν σε τοίχους, οροφές, έπιπλα και άλλες επιφάνειες, ώστε να κατευθύνουν τα σήματα γύρω από γωνίες, σε περιοχές με κακή κάλυψη ή προς συγκεκριμένους χρήστες και συσκευές.
Σε αντίθεση με πολλές υπάρχουσες ευφυείς επιφάνειες που περιορίζονται σε μία μόνο λειτουργία ή κατεύθυνση σήματος, αυτά τα πάνελ μπορούν να επεξεργάζονται ταυτόχρονα πολλαπλά εισερχόμενα κύματα. Μπορούν να λειτουργούν σε διαφορετικές ζώνες συχνοτήτων ταυτόχρονα, να χρησιμοποιούνται είτε σε λειτουργία ανάκλασης είτε μετάδοσης και ακόμη να απορροφούν πλήρως ανεπιθύμητα σήματα.
Οι παραδοσιακές επαναδιαμορφώσιμες ευφυείς επιφάνειες βασίζονται σε μεγάλο αριθμό ρυθμιζόμενων εξαρτημάτων και πολύπλοκων συστημάτων ελέγχου, γεγονός που αυξάνει τόσο το κόστος όσο και τις δυσκολίες εγκατάστασης. Αντίθετα τα πάνελ μετακρυστάλλων μπορούν να κατασκευαστούν με τρισδιάστατη εκτύπωση με το κόστος των αναλώσιμων υλικών να εκτιμάται σε μερικές δεκάδες ευρώ ανά πάνελ. Η διαδικασία παραγωγής επιτρέπει επίσης την προσαρμογή τους σε συγκεκριμένους χώρους αντί της χρήσης μιας ενιαίας λύσης για όλες τις περιπτώσεις.
«Για τη βιομηχανία οι πιο ελκυστικές εφαρμογές βρίσκονται σε στατικά ή αργά μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα, όπως εργοστάσια, εσωτερικά δίκτυα 5G και 6G, αποθήκες και μεγάλοι διάδρομοι. Σε τέτοιους χώρους, ένα παθητικό πάνελ σχεδιασμένο για μια γνωστή διάταξη μπορεί να είναι πολύ φθηνότερο και απλούστερο από μια ενεργά ελεγχόμενη επιφάνεια που απαιτεί συνεχή συντήρηση» εξηγεί ο Ασγκάρι.
Από το εργαστήριο στις πραγματικές εφαρμογές
Σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα προηγμένες ηλεκτρομαγνητικές λειτουργίες μπορούν πλέον να ενσωματωθούν σε μια χαμηλού κόστους πλαστική δομή που απλώς τοποθετείται σε έναν τοίχο. Μετά την εγκατάσταση, τα πάνελ μπορούν να βελτιώνουν την ασύρματη κάλυψη χωρίς να απαιτούν συνεχή λειτουργία ή συντήρηση, βασιζόμενα αποκλειστικά στον φυσικό σχεδιασμό τους για την καθοδήγηση των σημάτων.
Η ερευνητική ομάδα διερευνά τώρα τρόπους εμπορικής αξιοποίησης της τεχνολογίας και αναζητά συνεργάτες από τη βιομηχανία που ενδιαφέρονται για προγραμματιζόμενες μεταεπιφάνειες, ευφυείς ασύρματες υποδομές και οικονομικά συστήματα παθητικού ελέγχου σημάτων. «Η ελπίδα είναι ότι στο μέλλον θα δούμε αυτά τα επεκτάσιμα, έξυπνα ασύρματα περιβάλλοντα να εφαρμόζονται πρακτικά τόσο σε εσωτερικούς χώρους όσο και σε αστικά εξωτερικά περιβάλλοντα» λέει ο Ασγκάρι.
Ο επόμενος στόχος των ερευνητών είναι να προχωρήσουν πέρα από τις σταθερές σχεδιάσεις και να αναπτύξουν επαναδιαμορφώσιμα πάνελ που θα μπορούν να προσαρμόζονται στις μεταβαλλόμενες συνθήκες των ασύρματων δικτύων. Επειδή οι σημερινές επαναδιαμορφώσιμες ευφυείς επιφάνειες είναι συχνά πολύ ακριβές και περίπλοκες για ευρεία βιομηχανική υιοθέτηση, η ομάδα εξετάζει απλούστερες μεθόδους κατασκευής για ρυθμιζόμενα πάνελ που θα παραμένουν πρακτικά και οικονομικά προσιτά.
