Los dipolos de plata están dispuestos a lo largo de los pliegues de un patrón Miuri-Ori para permitir el bloqueo de frecuencia. Crédito:Rob Felt
Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han ideado un método para utilizar una estructura basada en origami para crear filtros de radiofrecuencia que tienen dimensiones ajustables. permitiendo que los dispositivos cambien las señales que bloquean en una amplia gama de frecuencias.
El nuevo enfoque para crear estos filtros ajustables podría tener una variedad de usos, desde sistemas de antenas capaces de adaptarse en tiempo real a las condiciones ambientales hasta la próxima generación de sistemas de camuflaje electromagnético que podrían reconfigurarse sobre la marcha para reflejar o absorber diferentes frecuencias.
El equipo se centró en un patrón particular de origami, llamado Miura-Ori, que tiene la capacidad de expandirse y contraerse como un acordeón.
"El patrón Miura-Ori tiene un número infinito de posiciones posibles a lo largo de su rango de extensión, desde completamente comprimido hasta completamente expandido, "dijo Glaucio Paulino, la Cátedra de Ingeniería Raymond Allen Jones y profesor en la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental de Georgia Tech. "Un filtro espacial hecho de esta manera puede lograr una versatilidad similar, cambiando la frecuencia que bloquea a medida que el filtro se comprime o expande ".
Resultados del estudio, que fue apoyado por la National Science Foundation, el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, y la Semiconductor Research Corporation, fueron reportados el 10 de diciembre en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
Los investigadores utilizaron una impresora especial que marcaba el papel para permitir que una hoja se doblara en el patrón de origami. Luego se usó una impresora de inyección de tinta para aplicar líneas de tinta plateada a través de esas perforaciones, formando los elementos dipolo que le dieron al objeto su capacidad de filtrado de radiofrecuencia.
De izquierda a derecha:Manos Tentzeris, el profesor Ken Byers de electrónica flexible en la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática de Georgia Tech, Larissa Novelino, un estudiante graduado de Georgia Tech, Abdullah Nauroze, un estudiante graduado de Georgia Tech, Glaucio Paulino, la Cátedra de Ingeniería Raymond Allen Jones y profesor en la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental de Georgia Tech Crédito:Rob Felt
"Los dipolos se colocaron a lo largo de las líneas de pliegue para que cuando se comprimiera el origami, los dipolos se doblan y se acercan, lo que hace que su frecuencia de resonancia cambie más alto a lo largo del espectro, "dijo Manos Tentzeris, el Profesor Ken Byers en Electrónica Flexible en la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática de Georgia Tech.
Para evitar que los dipolos se rompan a lo largo de la línea de pliegue, las perforaciones se suspendieron en la ubicación de cada elemento de plata y luego continuaron en el otro lado. Adicionalmente, a lo largo de cada uno de los dipolos, se hizo un corte separado para formar un "puente" que permitió que la plata se doblara más gradualmente. Para probar varias posiciones del filtro, el equipo utilizó marcos impresos en 3-D para mantenerlo en su lugar.
Los investigadores encontraron que un filtro de una sola capa con forma de Miura-Ori bloqueaba una banda estrecha de frecuencias, mientras que varias capas de los filtros apilados podían lograr una banda más amplia de frecuencias bloqueadas.
Debido a que la formación Miura-Ori es plana cuando está completamente extendida y bastante compacta cuando está completamente comprimida, las estructuras podrían ser utilizadas por sistemas de antenas que necesitan permanecer en espacios compactos hasta que se desplieguen, como los que se utilizan en aplicaciones espaciales. Adicionalmente, el plano único a lo largo del cual se expanden los objetos podría proporcionar ventajas, como usar menos energía, sobre sistemas de antenas que requieren múltiples pasos físicos para su implementación.
"Un dispositivo basado en Miura-Ori podría desplegarse y volver a sintonizarse en una amplia gama de frecuencias en comparación con las superficies selectivas de frecuencia tradicionales, que suelen utilizar componentes electrónicos para ajustar la frecuencia en lugar de un cambio físico, "dijo Abdullah Nauroze, un estudiante de posgrado de Georgia Tech que trabajó en el proyecto. "Estos dispositivos podrían ser buenos candidatos para ser utilizados como reflectarrays para la próxima generación de cubesats u otros dispositivos de comunicaciones espaciales".
También hubo ventajas físicas al usar origami.
"El patrón Miura-Ori exhibe propiedades mecánicas notables, a pesar de estar ensamblado a partir de láminas de poco más de una décima de milímetro, "dijo Larissa Novelino, un estudiante de posgrado de Georgia Tech que trabajó en el proyecto. "Esas propiedades podrían hacer estructuras ligeras pero fuertes que podrían transportarse fácilmente".
