Novi metamaterijal s neobičnim reflektirajućim svojstvom pojačava Wi-Fi signal

Profesor George Eleftheriades i postdoktorand Sajjad Taravati sa Zavoda za elektrotehniku i računalno inženjerstvo Sveučilišta u Torontu pokazali su kako reflektirajući metamaterijali mogu usmjeriti svjetlost tako da se omogući prijenos više bežičnih podataka na jednoj frekvenciji.

“Full-duplex nonreciprocity”

Istraživači predviđaju da bi takozvani full-duplex nonreciprocity mogao udvostručiti kapacitet postojećih mreža, a koncept je preuzeo montrealski startup LATYS Intelligence, čiji je suosnivač bivši Eleftheriadesov student Gursimran Singh Sethi. Tehnologija bi, nadaju se, mogla zaživjeti u sljedećih tri do pet godina.

Slika prikazuje asimetrične kutove valova koji udaraju o metapovršinu i odbijaju se od nje (George Eleftheriades)
Slika prikazuje asimetrične kutove valova koji udaraju o metapovršinu i odbijaju se od nje (George Eleftheriades)

Radi se o sintetičkim strukturama sastavljenim od građevnih blokova manjih od valnih duljina svjetlosti kojima su dizajnirani. Korišteni materijal sastoji se od ponavljajućih komponenti svaka veličine oko 20 milimetara.


Mikrovalovi se reflektiraju od metapovršine, ali to čine na neobičan način, pokazujući svojstvo poznato kao nereciprocitet.

Profesor George Eleftheriades
Profesor George Eleftheriades

“Dok vozite i gledate u retrovizor, vidite vozača iza sebe. Taj vas vozač također može vidjeti jer se svjetlo odbija od zrcala i slijedi isti put natrag”, objašnjava Eleftheriades. “No kad upadni kut i kut refleksije nisu jednaki, vi možete vidjeti nekoga, ali on ne može vidjeti vas.”

Nove inteligentne metapovršine

Uz to, ovi metamaterijali omogućuju usmjeravanje i pojačavanje dolaznih zraka, što može biti korisno u mnogim primjenama, od medicinskog snimanja i solarnih panela do satelitskih komunikacija, pa čak i tehnologije prikrivanja (nascent cloaking technology) koju je svojedobno prvi primijenio baš profesor Eleftheriades. Riječ je o projektu, opisanom u časopisu Physical Review X, u kojem se objekt okruži s malim antenama koje zajedno zrače elektromagnetsko polje. To polje poništava sve valove koji se raspršuju s objekta i čine ga “nevidljivim”.

"Nascent cloaking technology": tehnologija prikrivanja koju je prvi demonstrirao profesor Eleftheriades
“Nascent cloaking technology”: tehnologija prikrivanja koju je prvi demonstrirao profesor Eleftheriades

Uz dodatnu mogućnost usmjeravanja reflektirajućeg snopa, nove inteligentne metapovršine mogle bi ostaviti značajan trag u bežičnoj komunikaciji.

“U svakodnevnom iskustvu”, kaže Eleftheriades, “mikrovalovi emitirani s tornja dosežu ciljnu točku, poput modema, a zatim se vraćaju do telekomunikacijske postaje. Zato, kad razgovarate putem mobitela, ne razgovarate i ne slušate na istom kanalu. Kad biste to činili, signali bi se ometali i ne biste mogli odvojiti vlastiti glas od glasa vašeg sugovornika.”

Arhitektura punog dupleksa

Današnji 5G koristi samo “polu-dupleksne” veze. U biti, 5G signal koristi malo različite frekvencije, ili istu frekvenciju, ali u malo drugačije vrijeme, kako bi se izbjegle smetnje. Vremensko kašnjenje je neprimjetno za korisnika.

Suosnivači montrealskog startupa LATYS Intelligence
Suosnivači montrealskog startupa LATYS Intelligence

Arhitektura punog dupleksa koju su razvili Eleftheriades i Taravati znači da istovremeno možete razgovarati i slušati na istom kanalu. Putanje signala prostorno se razdvajaju unutar jedne frekvencije, a to pak udvostručuje kapacitet sustava. Njihovo je istraživanje predstavljeno u članku u Nature Communications.


Puni dupleks već se koristi u nekim radarima vojne klase, ali njihov dizajn nije prikladan za uređaje široke potrošnje, poput mobitela. Trenutni full-duplex primopredajnici izrađeni su od glomaznih i skupih struktura koje sadrže feritne materijale i magnete za manipulaciju snopom.

Golemi potencijal

“Predlažemo potpuno drugačiji mehanizam, bez magneta i ferita, baziran na tiskanim pločama i silicijskim elektroničkim komponentama poput tranzistora”, kaže Elefthreriades. Potencijal takvog rješenja je golem.

Principi djelovanja objašnjeni su u časopisu Nature Communications
Principi djelovanja objašnjeni su u časopisu Nature Communications

“Prostornim razdvajanjem prijema i prijenosa signala možemo stvoriti prave full-duplex sustave koji mogu podržati dvosmjernu komunikaciju u isto vrijeme i na istoj frekvenciji. A to zasigurno naći primjenu u industrijskoj automatizaciji, IIOT-u i 5G aplikacijama”, vjeruje Sethi iz startupa LATYS. Integracija takvih metapovršina u zidove zgrada njihov je prvi zadatak.