باحثون يتوصلون إلى جيل جديد من «هوائيات» الشبكات اللاسلكية
أعلن باحثون في مختبر علوم الكمبيوتر والذكاء الاصطناعي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وجامعة دريكسيل في الولايات المتحدة، عن توصلهم إلى جيل جديد من «الهوائيات» التي تستخدم في تقوية إشارة الشبكات اللاسلكية، وذلك عبر مشروعين علميين منفصلين، من المقرر أن تعرض نتائجهما كاملة في المؤتمر الدولي لتصميم وتنفيذ الأنظمة الشبكية «يوز نيكس»، الذي تنطلق فعالياته اليوم بمدينة «سانتا كلارا» بولاية كاليفورنيا الأميركية، ويستمر ثلاثة أيام.
ووفقاً لذلك، ربما تختفي خلال السنوات القليلة المقبلة «الهوائيات» المعدنية التقليدية المستخدمة في تقوية إشارة الشبكات اللاسلكية، بصورتها المعتادة المصممة على هيئة قضيب معدني بارز فوق قاعدة من المعدن أو البلاستيك، ليحل محلها جيل جديد من الهوائيات فائقة الصغر، شفافة وغير مرئية، والمبثوثة على جدران وأعمدة المباني عبر «الرش» ببخاخات خاصة، أو لصقها بطريقة مشابهة لما يحدث في عملية الطلاء، أو تثبيت لفات «رولات» ورق الجدران، لتحول الجدار إلى سطح ذكي، يرفع قوة الإشارة اللاسلكية 10 أضعاف على الأقل، ويضاعف سرعة تبادل المعلومات إلى معدلات غير مسبوقة، وذلك كله بكلفة بسيطة وقدر ضئيل من الطاقة.
3000 هوائي
وبحسب بيان نشر على «غرفة الاخبار» بموقع معهد ماساتشوستس للتقنية news.mit.edu، فإن الفكرة الأساسية التي يستند إليها الجيل الجديد، تتمثل في أنه بدلاً من التركيز على تطوير أجهزة الإرسال والاستقبال، كوسيلة لرفع السرعة وتحسين الإشارة اللاسلكية، فإنه يتم التركيز على تضخيم الإشارة، بإضافة عدد كبير من الهوائيات في سطح خارجي ببيئة عمل الشبكة نفسها.
ولتنفيذ هذه الفكرة، طور فريق من الباحثين في معمل علوم الكمبيوتر والذكاء الاصطناعي التابع للمعهد، مادة تشبه ورق الحائط تتكون من عناصر بسيطة، وتضم داخلها 3000 هوائي دقيق الحجم يمكن لصقه على الجدران فتقوي الإشارة اللاسلكية بنحو 10 أضعاف.
وأطلق الباحثون على هذه المادة اسم «آر فوكس»، وهي عبارة عن سطح ثنائي الأبعاد، يتضمن نقاطاً للتركيز البؤري، ويمكن تصنيعه كخلفية رقيقة غير مكلفة لا تحتاج إلى أسلاك، وتثبت به آلاف الهوائيات الدقيقة الحجم التي يمكن لكل منها إما أن يسمح للإشارة بالمرور عبرها أو عبر غيرها. وتبث الهوائيات المتعددة الإشارة نفسها في أوقات مختلفة قليلاً.
وفي ضوء النتائج التي أسفرت عنها اختبارات التشغيل الأولية للمادة الجديدة، يرى الباحثون أنها صالحة تماماً لتدعيم أداء أجهزة «إنترنت الأشياء»، التي يمكن أن تكون منتشرة بكثافة داخل المصانع والمخازن والمستشفيات والمتاجر الكبرى، وغيرها من بيئات العمل المماثلة، لتوفر إشارات لاسلكية قوية ذات سرعات عالية، وذلك باستخدام كميات أقل من الطاقة، وكلفة منخفضة، وأوضح الباحثون أن طرق نشر هذه الهوائيات لا تقتصر على المادة الشبيهة بورق الحائط، بل يمكن نشرها أثناء إنشاء المباني أو عمليات التشطيب النهائي والطلاء.
هوائيات الرش
وفي جامعة «دريكسيل»، طور الباحثون طريقة لإنتاج ونشر الهوائيات بالرش، وقالوا إن هذه الطريقة يمكن أن تشكل قفزة هائلة لأنظمة «إنترنت الأشياء»، وتنقلها إلى مستويات انتشار واسعة النطاق بصورة أسرع وأسهل، فهوائيات الرش مصنوعة من مادة تسمى «إم إكسين»، تم اختراعها عام 2011، وهي في الأساس مادة غير عضوية رفيعة، تضم بضع ذرات تتكون من معادن فائقة التوصيل للطاقة بصورة استثنائية، تمكنها من نقل وتوجيه موجات الراديو، حتى لو تم رشها أو طلاؤها في طبقة رقيقة للغاية.
وعند تصنيع الهوائي، تستخدم المعادن فائقة التوصيل، من أجل القيام بمهمة تضخيم وتقوية الإشارة، ويتم وضعها مع المواد القابلة للذوبان في الماء، في أداة تشبه البخاخة التي تنشر رذاذ الماء أو السوائل على الأسطح والأشياء المطلوب رشها، وبعد رش المادة الحاوية للهوائي، تذوب المواد القابلة للذوبان في الماء، وتتبخر، ويظل فقط الهوائي على الأسطح التي سقط عليها.
أكد أعضاء الفريق أنه من خلال هذه المواد الجديدة، تدخل الهوائيات عصر «الركائز» أو الأشياء المرنة التي ترتكز عليها، التي قد تكون زجاج نافذة، أو جدران مركز بيانات، أو مرآة بغرفة استقبال، أو سطحاً خارجياً لكمبيوتر أو هاتف أو تلفزيون.
وزن وحجم الهوائي
يراوح سمك المواد المعدنية للتوصيل بين 10 نانومترات وواحد ميكرون، وهذه الخاصية تترجم عملياً في خفض حاد بوزن الهوائي، وحجمه، ما يجعله قابلاً للرش أو «البخ» على أي سطح، حتى لو كان هذا السطح لجهاز صغير من أجهزة «إنترنت الأشياء»، وهو أمر بالغ الأهمية للمستشعرات المستخدمة في التتبع والرصد، خصوصاً أن خفة الوزن وقلة الحجم تعنيان في الوقت نفسه انخفاضاً كبيراً في الطاقة المطلوبة لتشغيل الهوائي، ما يجعل المستشعر يعمل فترة أطول بكمية أقل من الطاقة، كما أن صغر الحجم وقلة الوزن يعملان على وضع أكبر كمية ممكنة من الهوائيات بكثافة في مساحة صغيرة جداً، فتكون النتيجة سرعات عالية في التواصل بين جهات إرسال البيانات واستقبالها.