Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia desenvolveram um método para usar uma estrutura baseada em origami para criar filtros de radiofrequência com dimensões ajustáveis, permitindo que os dispositivos alterem os sinais que bloqueiam em uma ampla faixa de frequências.

A nova abordagem para criar esses filtros ajustáveis ​​pode ter uma variedade de usos, desde sistemas de antenas capazes de se adaptar em tempo real às condições ambientais até a próxima geração de sistemas de camuflagem eletromagnética que podem ser reconfigurados em tempo real para refletir ou absorver frequências diferentes.

A equipe se concentrou em um padrão específico de origami, chamado Miura-Ori, que tem a capacidade de expandir e contrair como um acordeão.

"O padrão Miura-Ori tem um número infinito de posições possíveis ao longo de sua extensão, de totalmente comprimido a totalmente expandido, "disse Glaucio Paulino, o Raymond Allen Jones Chair of Engineering e professor da Georgia Tech School of Civil and Environmental Engineering. "Um filtro espacial feito desta forma pode alcançar versatilidade semelhante, alterar a frequência que bloqueia à medida que o filtro é comprimido ou expandido. "

Resultados do estudo, que foi apoiado pela National Science Foundation, o Departamento de Defesa dos EUA, e a Semiconductor Research Corporation, foram relatados em 10 de dezembro no jornal Proceedings of the National Academy of Sciences .

Os pesquisadores usaram uma impressora especial que vincava o papel para permitir que uma folha fosse dobrada no padrão de origami. Uma impressora do tipo jato de tinta foi então usada para aplicar linhas de tinta prateada nessas perfurações, formando os elementos dipolo que deram ao objeto sua capacidade de filtragem de radiofrequência.

"Os dipolos foram colocados ao longo das linhas de dobra para que, quando o origami fosse comprimido, os dipolos dobram e ficam mais próximos, que faz com que sua frequência ressonante se desloque mais alto ao longo do espectro, "disse Manos Tentzeris, o Professor Ken Byers em Eletrônica Flexível na Georgia Tech School de Engenharia Elétrica e de Computação.

Para evitar que os dipolos quebrem ao longo da linha de dobra, as perfurações foram suspensas no local de cada elemento de prata e depois continuadas do outro lado. Adicionalmente, ao longo de cada um dos dipolos, um corte separado foi feito para formar uma "ponte" que permitiu que a prata se curvasse mais gradualmente. Para testar várias posições do filtro, a equipe usou molduras impressas em 3D para mantê-lo no lugar.

Os pesquisadores descobriram que um filtro em forma de Miura-Ori de camada única bloqueou uma banda estreita de frequências, enquanto várias camadas de filtros empilhados poderiam alcançar uma banda mais ampla de frequências bloqueadas.

Como a formação Miura-Ori é plana quando totalmente estendida e bastante compacta quando totalmente comprimida, as estruturas podem ser usadas por sistemas de antenas que precisam permanecer em espaços compactos até serem implantados, como aqueles usados ​​em aplicações espaciais. Adicionalmente, o único plano ao longo do qual os objetos se expandem pode fornecer vantagens, como usar menos energia, sobre sistemas de antena que requerem várias etapas físicas para implantação.

"Um dispositivo baseado em Miura-Ori pode tanto implantar quanto ser reajustado para uma ampla gama de frequências, em comparação com as superfícies seletivas de frequência tradicionais, que normalmente usam componentes eletrônicos para ajustar a frequência em vez de uma mudança física, "disse Abdullah Nauroze, um estudante de pós-graduação da Georgia Tech que trabalhou no projeto. "Esses dispositivos podem ser bons candidatos para serem usados ​​como matrizes de reflexão para a próxima geração de cubos-gatos ou outros dispositivos de comunicação espacial."

Também havia vantagens físicas em usar origami.

"O padrão Miura-Ori exibe propriedades mecânicas notáveis, apesar de ser montado a partir de folhas pouco mais espessas que um décimo de milímetro, "disse Larissa Novelino, um estudante de pós-graduação da Georgia Tech que trabalhou no projeto. "Essas propriedades podem fazer estruturas leves, mas fortes, que podem ser facilmente transportadas."