Puede que no pensemos mucho en ellas, pero las antenas están en todas partes. En nuestros teléfonos, en nuestros automóviles, en las etiquetas antirrobo de la ropa que compramos, y a medida que Internet de las cosas se convierte en una realidad cada vez más presente, aparecen en nuevos lugares, como microondas y lámparas. Por lo tanto, los ingenieros han estado buscando métodos para hacer que las antenas sean más pequeñas, más livianas y más fáciles de aplicar.
Ahora, los investigadores de la Universidad de Drexel han desarrollado un método para crear antenas casi invisibles en casi cualquier superficie, literalmente rociándolas como pintura. Las antenas están hechas de un material metálico bidimensional especial llamado MXene. El polvo de MXene se puede disolver en agua para crear una pintura que luego se aplica con aerógrafo. En las pruebas, incluso una capa tan delgada como solo 62 nanómetros, miles de veces más delgada que una hoja de papel, podría comunicarse de manera efectiva. El rendimiento alcanzó un máximo de solo 8 micras, un punto en el que las antenas en aerosol funcionaban tan bien como las que se usan actualmente en dispositivos móviles y enrutadores inalámbricos.
Las antenas son tan delgadas que se pueden rociar sin agregar peso ni volumen, incluso a dispositivos pequeños como sensores médicos. Y también son flexibles, lo que significa que pueden ir sobre superficies no planas, como cortinas. Los investigadores dicen que las antenas podrían mejorar enormemente los dispositivos inalámbricos y el Internet de las cosas, especialmente cuando se trata de dispositivos portátiles; incluso podría rociar una antena en sus calcetines para seguirlos.
"Esto permitirá una comunicación realmente inalámbrica con cualquier elemento", dice Yury Gogotsi, profesor de ciencia e ingeniería de materiales que dirigió la investigación. "Esto podría marcar una verdadera diferencia porque vamos hacia un mundo donde todo estará conectado".
Imagine poder aplicar instantáneamente una antena a cualquier elemento que posea y convertirlo en un dispositivo de comunicación. Podrías poner una antena en el collar de tu perro para evitar que se pierda. Coloque uno en su refrigerador para que pueda comunicarse con sus teléfonos. Póngalos en sus pelotas de tenis para controlar la velocidad de sus saques.
La investigación fue publicada recientemente en la revista Science Advances .
MXene, un material de carburo de titanio en dos dimensiones, fue descubierto por investigadores de Drexel en 2011 y patentado en 2015. Ultra fuerte y conductivo, se muestra potencial para ser utilizado en dispositivos de almacenamiento de energía, como electrodos de batería que pueden cargar teléfonos en segundos; prevención de interferencias electromagnéticas entre dispositivos; detectar sustancias químicas peligrosas en el aire, y más. En el estudio, las antenas MXene funcionaron 50 veces mejor que las hechas de grafeno, el nanomaterial "caliente" actual.
A diferencia de otros nanomateriales, MXene no requiere ningún aglutinante o calentamiento para adherir las nanopartículas. Todo lo que necesita es mezclarlo con agua y rociarlo con un aerógrafo. Las antenas resultantes incluso pueden funcionar en materiales que se mueven y se flexionan, como los textiles, aunque afectará la recepción, de la misma manera que lo hizo mover la antena en un televisor antiguo.
Pulverizar antenas es "un enfoque interesante", dice Josep Jornet, profesor de ingeniería eléctrica en la Universidad de Buffalo que trabaja en redes de comunicaciones e Internet de las cosas.
Jornet dice que la mayoría de las investigaciones sobre antenas delgadas y flexibles implican la impresión. Pero la pulverización tiene el potencial de ser más rápido.
Pero aunque el rendimiento de la antena como se muestra en el documento es "muy bueno", dice Jornet, "una antena en sí misma no es más que una pieza de metal".
Explica que, para hacer que las antenas sean lo más útiles posible, se combinarían con tipos de dispositivos electrónicos flexibles (por ejemplo, teléfonos estirables o tabletas enrollables) que aún no existen. Esto es algo en lo que muchos investigadores están trabajando, pero aún no se ha concretado.
El equipo de Drexel probó las antenas en aerosol en un material rugoso, papel de celulosa y uno liso, láminas de tereftalato de polietileno. Ahora planean probarlo en otras superficies, incluidos el vidrio, el hilo y la piel: las antenas de hilo podrían fabricar textiles conectados, mientras que la piel podría tener aplicaciones para medicina veterinaria o humana. Esperan asociarse con inversores o socios comerciales interesados en desarrollar productos que puedan beneficiarse de las antenas.
Si bien las antenas tienen el potencial de ser utilizadas para dispositivos portátiles o monitores de salud rociados directamente sobre la piel, Gogotsi aconseja precaución, ya que MXene tiene pocos registros de su uso en humanos.
"Siempre nos preocupan un poco los materiales novedosos", dice. “¿Es biocompatible? ¿Hay consecuencias a largo plazo? Sugeriría que deberíamos esperar antes de ponerlo directamente sobre la piel ”.
El equipo también está estudiando cómo optimizar el material en términos de conductividad y resistencia, lo que puede hacer que sea aún más delgado y fácil de rociar en formas más precisas, así como hacer que funcione en diferentes frecuencias.
"Hay mucho margen de mejora", dice Gogotsi. "El primero nunca es el mejor".
