Metasuperficies para mejorar la transmisión de datos

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Ensamblando pequeños chips en superficies programables especiales, investigadores de Princeton han creado un componente clave para desbloquear una banda de comunicaciones que promete aumentar dramáticamente la cantidad de datos que los sistemas inalámbricos pueden transmitir.

La superficie programable, llamada metasuperficie, permite a los ingenieros controlar y enfocar las transmisiones en la banda de terahercios del espectro electromagnético.

Los terahercios, un rango de frecuencia situado entre las microondas y la luz infrarroja, pueden transportar muchos más datos que los actuales sistemas inalámbricos basados en la radio.

Con los sistemas de comunicaciones de quinta generación (5G) que ofrecen velocidades de 10 a 100 veces más rápidas que la generación anterior, la demanda de ancho de banda es cada vez mayor.

Frente a la aparición de tecnologías como los automóviles autoconducidos y las aplicaciones de realidad aumentada, la banda de terahercios presenta una oportunidad para los ingenieros que buscan formas de aumentar las velocidades de transmisión de datos.

Para aprovechar el espacio expandido en la banda de terahercios, los ingenieros tendrán que superar algunos desafíos, y ahí es donde entra en juego la metasuperficie.

A diferencia de las ondas de radio, que pasan fácilmente a través de obstrucciones como las paredes, los terahercios funcionan mejor con una línea de visión relativamente despejada para la transmisión.

El dispositivo de la metasuperficie, con la capacidad de controlar y enfocar las ondas de terahercio entrantes, puede emitir las transmisiones en cualquier dirección deseada.

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Esto puede no solo habilitar redes inalámbricas dinámicamente reconfigurables, sino también abrir nuevas tecnologías de detección e imagen de alta resolución para la próxima generación de robótica, sistemas ciberfísicos y automatización industrial.

Debido a que la metasuperficie está construida usando elementos de chip de silicio estándar, es de bajo costo y puede ser producida en masa para ser colocada en edificios, señales de calles y otras superficies.

“Un rayo de ondas de terahercio sería como un puntero láser, mientras que los transmisores de ondas de radio de hoy en día son como bombillas que envían luz a todas partes.

Una metasuperficie programable es aquella que produce cualquier campo posible; es el proyector definitivo“, dijo Kaushik Sengupta, profesor asociado de ingeniería eléctrica en Princeton y autor principal de un nuevo estudio que presenta los resultados.

Sengupta, cuya investigación se centra en sistemas integrados a escala de chip a través de ondas de radio, desde terahercios hasta frecuencias ópticas, dijo que el bajo costo de producción de la metasuperficie y su programabilidad significa que podría ser “un importante potenciador de las comunicaciones y las capacidades de red“.

En un estudio publicado en la revista Nature Electronics, los investigadores del Laboratorio de Investigación de Microsistemas Integrados de Sengupta describieron el diseño de la metasuperficie, que presenta cientos de elementos programables para terahercios, cada uno de menos de 100 micrómetros (millonésimas de metro) de diámetro y de apenas 3,4 micrómetros de altura, hechos de capas de cobre y acoplados con electrónica activa que resuenan colectivamente con la estructura.

Esto permite ajustes en su geometría a una velocidad de varios miles de millones de veces por segundo.

Estos cambios, que son programables, basados en la aplicación deseada, dividen un solo haz de terahercios entrante en varios haces de terahercios dinámicos y direccionables que pueden mantener la línea de visión con los receptores.

Fuente: Noticias de la Ciencia