Gli ingegneri elettrici della Duke University hanno ideato un metodo a basso costo per localizzare passivamente sorgenti di onde radio come Wi-Fi e segnali di comunicazione cellulare.

La loro tecnica potrebbe portare a dispositivi poco costosi in grado di trovare dispositivi a onde radio come telefoni cellulari o emettitori Wi-Fi, o fotocamere che catturano immagini utilizzando le onde radio che già rimbalzano intorno a noi.

I risultati appaiono online il 12 maggio sulla rivista ottica .

"In questo articolo abbiamo ottenuto immagini spettrali delle stesse sorgenti di rumore a microonde, il che significa che possiamo localizzare sorgenti radio e microonde, come antenne, mentre contemporaneamente caratterizzano su quali frequenze stanno emettendo, " ha detto Aaron Diebold, un assistente di ricerca in ingegneria elettrica e informatica presso la Duke, che ha condotto la ricerca. "Alle frequenze ottiche, sarebbe come ottenere un'immagine a colori di un oggetto caldo come un fornello. Anche se otticamente è piuttosto semplice, ci vogliono tecniche diverse nel regime radio e microonde."

Localizzare sorgenti di questo tipo di onde è già possibile, ma le tecniche e le attrezzature necessarie sono complesse. Tali dispositivi utilizzano tradizionalmente una serie di molti piccoli, antenne affamate di energia che rendono questi dispositivi ingombranti e costosi. E poiché le onde radio sono molto più grandi delle onde luminose, i metodi utilizzati nelle frequenze ottiche sono proibitivamente complessi e porterebbero a rivelatori e altri macchinari estremamente grandi.

Nel nuovo giornale, i ricercatori si rivolgono invece ai metamateriali. I metamateriali sono materiali sintetici composti da molte caratteristiche ingegneristiche individuali, che insieme producono proprietà non trovate in natura attraverso la loro struttura piuttosto che la loro chimica. In questo caso, il metamateriale è una collezione di quadrati contenenti fili intarsiati in forme specifiche che possono essere sintonizzati dinamicamente per interagire con le onde radio che li attraversano.

Avendo alcuni quadrati che lasciano passare le onde radio e altri che li bloccano, i ricercatori possono creare ciò che è noto come apertura codificata.

"Utilizziamo i diversi modelli per codificare i dati in un'unica misurazione, che aumenta la potenza del segnale rispetto a ciò che otterresti con un solo singolo, piccola antenna, " disse Mohammadreza Imani, uno scienziato ricercatore alla Duke che entrerà a far parte dell'Arizona State University come assistente professore in ingegneria elettrica e informatica entro la fine dell'anno. "Utilizziamo i metamateriali anche per 'stampare' le diverse frequenze dei dati, che ci permette di separarli."

Per capire come un'apertura codificata aumenta il segnale, considera l'esperimento della scuola elementare di guardare un'eclissi solare usando un foro nel cartone per creare un'immagine sul marciapiede. Come sa chiunque l'abbia mai fatto, più piccolo è il buco, più nitido è il dettaglio dell'eclisse. Ma un foro più piccolo lo rende anche più scuro e più difficile da vedere.

La soluzione è creare tanti piccoli fori per creare una serie di eclissi, e poi usare un computer per ricostruirli in un'unica immagine. In questo modo ottieni la nitidezza del piccolo foro stenopeico con la luminosità di un grande foro stenopeico. La chiave sta nel conoscere il modello dei fori, noto anche come apertura codificata, che i ricercatori controllano con i metamateriali.

I metamateriali modulano anche varie frequenze in modo diverso mentre passano attraverso l'apertura codificata, che consente ai ricercatori di dedurre le frequenze delle onde rilevate.

I ricercatori hanno dimostrato l'utilità di questo approccio nel documento. Per prima cosa hanno dimostrato di poter "vedere" e identificare la forma delle onde radio emesse da un'antenna a forma di faccina sorridente. Hanno quindi dimostrato che il loro sistema può funzionare nel mondo reale localizzando le sorgenti di onde radio in tre dimensioni l'una rispetto all'altra.

I ricercatori hanno in programma di continuare a perfezionare i loro metodi nella speranza di essere finalmente in grado di scattare "foto" di oggetti e scene con nient'altro che le onde radio che rimbalzano su di loro.

"L'imaging passivo si verifica in situazioni in cui non si controlla la fonte, come scattare una foto usando la luce del sole o delle lampadine, " ha detto David R. Smith, il James B. Duke Distinguished Professor di Ingegneria Elettrica e Informatica presso la Duke. "Alle frequenze delle microonde, ci sono molti segnali che rimbalzano costantemente. Queste onde RF ambientali potrebbero fornire un'illuminazione sufficiente per consentire a un imager di metasuperficie di ricostruire le immagini utilizzando le tecniche descritte in questa ricerca".