I ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno ideato un metodo per utilizzare una struttura basata su origami per creare filtri a radiofrequenza che hanno dimensioni regolabili, consentendo ai dispositivi di cambiare i segnali che bloccano in un'ampia gamma di frequenze.

Il nuovo approccio alla creazione di questi filtri sintonizzabili potrebbe avere una varietà di usi, dai sistemi di antenne in grado di adattarsi in tempo reale alle condizioni ambientali alla prossima generazione di sistemi di occultamento elettromagnetico che potrebbero essere riconfigurati al volo per riflettere o assorbire frequenze diverse.

Il team si è concentrato su un particolare modello di origami, chiamato Miura-Ori, che ha la capacità di espandersi e contrarsi come una fisarmonica.

"Il modello Miura-Ori ha un numero infinito di possibili posizioni lungo il suo raggio di estensione da completamente compresso a completamente espanso, " disse Glaucio Paulino, la Raymond Allen Jones Chair of Engineering e professore alla Georgia Tech School of Civil and Environmental Engineering. "Un filtro spaziale realizzato in questo modo può raggiungere una versatilità simile, cambiando la frequenza che blocca quando il filtro viene compresso o espanso."

Risultati dello studio, che è stato sostenuto dalla National Science Foundation, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, e la Semiconductor Research Corporation, sono stati riportati il ​​10 dicembre sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

I ricercatori hanno utilizzato una stampante speciale che ha inciso la carta per consentire la piegatura di un foglio secondo il motivo dell'origami. Una stampante a getto d'inchiostro è stata quindi utilizzata per applicare linee di inchiostro d'argento attraverso quelle perforazioni, formando gli elementi dipolari che davano all'oggetto la sua capacità di filtrare le radiofrequenze.

"I dipoli sono stati posizionati lungo le linee di piegatura in modo che quando l'origami è stato compresso, i dipoli si piegano e si avvicinano, che fa sì che la loro frequenza di risonanza si sposti più in alto lungo lo spettro, " disse Manos Tentzeris, il Ken Byers Professor in Flexible Electronics presso la Georgia Tech School of Electrical and Computer Engineering.

Per evitare che i dipoli si rompano lungo la linea di piegatura, le perforazioni sono state sospese nella posizione di ciascun elemento d'argento e poi proseguite sull'altro lato. Inoltre, lungo ciascuno dei dipoli, un taglio separato è stato fatto per formare un "ponte" che ha permesso all'argento di piegarsi più gradualmente. Per testare varie posizioni del filtro, il team ha utilizzato telai stampati in 3D per tenerlo in posizione.

I ricercatori hanno scoperto che un filtro a forma di Miura-Ori a strato singolo bloccava una banda stretta di frequenze mentre più strati di filtri impilati potevano ottenere una banda più ampia di frequenze bloccate.

Poiché la formazione Miura-Ori è piatta quando è completamente estesa e abbastanza compatta quando è completamente compressa, le strutture potrebbero essere utilizzate da sistemi di antenna che devono rimanere in spazi compatti fino al dispiegamento, come quelli utilizzati nelle applicazioni spaziali. Inoltre, il singolo piano lungo il quale si espandono gli oggetti potrebbe fornire vantaggi, come usare meno energia, su sistemi di antenne che richiedono più passaggi fisici per l'implementazione.

"Un dispositivo basato su Miura-Ori potrebbe essere distribuito ed essere risintonizzato su un'ampia gamma di frequenze rispetto alle tradizionali superfici selettive di frequenza, che in genere utilizzano componenti elettronici per regolare la frequenza piuttosto che un cambiamento fisico, "ha detto Abdullah Nauroze, uno studente laureato della Georgia Tech che ha lavorato al progetto. "Tali dispositivi potrebbero essere buoni candidati per essere utilizzati come riflettori per la prossima generazione di cubesat o altri dispositivi di comunicazione spaziale".

C'erano anche vantaggi fisici nell'usare gli origami.

"Il modello Miura-Ori mostra notevoli proprietà meccaniche, pur essendo assemblato da lamiere spesse appena un decimo di millimetro, " disse Larissa Novello, uno studente laureato della Georgia Tech che ha lavorato al progetto. "Queste proprietà potrebbero creare strutture leggere ma resistenti che potrebbero essere facilmente trasportate".