Imagine anteojos delgados como la oblea o la cámara de un teléfono inteligente tan pequeña que es invisible a simple vista.
Imagine un sensor aerodinámico que puede ajustarse a la pendiente y ángulo exactos del ala de un avión a reacción.
Imagine un material que pueda recubrir un tanque para que parezca desaparecer.
Estas visiones de las tecnologías futuras surgen de un documento técnico titulado "Metadispositivos electromagnéticos totalmente dieléctricos de banda ancha de diseño inverso" publicado en línea hoy en Informes científicos
El equipo de la Universidad Northwestern utilizó principios de diseño inverso y una impresora 3D básica comprada en Amazon, tecnologías que no se usan comúnmente en su campo, para crear metadispositivos de banda ancha altamente eficientes y no resonantes a frecuencias de onda milimétrica que podrían resultar revolucionarias paraproductos de consumo, defensa y telecomunicaciones, incluidas las redes inalámbricas 5G de próxima generación.
"Siento que estamos realmente al borde de algo grande", dijo Koray Aydin, profesor asistente de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en la Escuela de Ingeniería McCormick, quien lidera los esfuerzos de investigación en metadispositivos de diseño inverso ".Hay mucho por hacer en la parte de investigación, pero vamos en la dirección correcta "
A diferencia del diseño hacia adelante, el diseño inverso comienza con una función y pregunta qué estructura se necesita para lograr el resultado deseado. Utilizando modelado por computadora, software de optimización y algoritmos complejos, el equipo se propuso construir metadispositivos que pudieran doblar o enfocar ondas milimétricaspero eso evitó problemas con los enfoques convencionales, como la baja eficiencia, el ancho de banda estrecho y el volumen de los dispositivos.
"Lo que hemos logrado aquí es una nueva forma de crear dispositivos electromagnéticos que logran ciertas funciones que convencionalmente parecían imposibles de hacer", dijo Prem Kumar, profesor de ingeniería eléctrica e informática en McCormick y de física y astronomía en WeinbergFacultad de Artes y Ciencias. Kumar comparó el proceso con el aprendizaje automático y dijo que podría producir resultados inesperados, por ejemplo, la funcionalidad en un amplio ancho de banda.
Francois Callewaert, un estudiante graduado de McCormick School of Engineering que trabaja con Aydin, desarrolló el algoritmo de diseño inverso y realizó las simulaciones numéricas. Vesselin Velev, un estudiante graduado de física y astronomía que trabaja con Kumar, ayudó con las detalladas mediciones de ondas milimétricas.
Aydin describió el momento revelador cuando el algoritmo escupió el diseño para una forma geométrica compleja.
"Estas no eran formas conocidas, no formas intuitivas", dijo Aydin.
Y eso presentaba su propio problema.
"¿Cómo demonios vamos a hacer esto?", Aydin recordó haber pensado. Los métodos de fabricación convencionales serían difíciles y costosos. La respuesta fue la impresión aditiva, o 3D.
"Este es el corazón del estudio", dijo Aydin. "Somos los primeros en combinar estos dos para hacer dispositivos que funcionen".
Kumar estuvo de acuerdo. "Lo importante para mí es la naturaleza multidisciplinaria", dijo. "Podemos diseñar una lente de una manera que no se vea como una lente".
Otra gran fortaleza de su proceso, dijo Aydin, fue que era inminentemente escalable desde el microondas al rango de frecuencia visible debido a la flexibilidad de la impresión 3D.
"Es un resultado emocionante", dijo Alan V. Sahakian, Presidente de John A. Dever y Profesor de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación. "Donde en el pasado alguien podría haber hecho un largo análisis tratando de aproximar el comportamiento, aquíesencialmente ingresamos el comportamiento que queríamos en una computadora y la computadora optimiza una estructura que tiene ese comportamiento y luego sale del otro extremo de esta impresora tridimensional.
"Es realmente un gran avance en la forma en que puede resolver los problemas de una manera fluida y conveniente"
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Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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