A veces, la ciencia ficción inspira la ciencia real. Un equipo del centro de investigación Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (Johns Hopkins APL) ha creado una antena que puede cambiar de forma haciéndola más versátil para adaptarse a diferentes tipos de comunicación. La ingeniera eléctrica, Jennifer Hollenbeck, ideó el invento a partir de la tecnología alienígena de la saga The Expanse, caracterizada por ser orgánica y cambiante de forma.
Las antenas, en su definición más simple, son aparatos utilizados para transmitir o recibir ondas electromagnéticas, que son la base de las comunicaciones inalámbricas. Existen muchos tipos y su configuración juega un papel determinante, ya que están directamente relacionada con la longitud de onda de las frecuencias electromagnéticas en las que opera. En resumen, el tamaño y la forma de una antena influyen directamente en su rendimiento, alcance, y la recepción y envío de frecuencias.
Una antena que cambia de forma
La web del laboratorio explica que «la forma de la parte frontal de una antena dicta muchos de sus parámetros de operación». Una vez creada, sus características son fijas; sin embargo, una que pueda cambiar de forma sería mucho más versátil. De este modo, esta antena camaleónica «permitiría comunicaciones a través de una gama más amplia de bandas de radiofrecuencia (RF), abriendo nuevas posibilidades de agilidad operativa«.
Una banda de radiofrecuencia es un rango específico dentro del espectro electromagnético reservado para la transmisión y recepción de señales. Cada tipo de antena se adapta a un rango concreto de frecuencias de radio y sus características físicas dependerán de ello. En definitiva, la antena del APL de Johns Hopkins University que cambia de forma podría hacer el trabajo de múltiples antenas de forma fija.
Una antena con “memoria”
Es probable que, al ir al dentista, hayamos escuchado que los “dientes tienen memoria”. Bien, se dice esto porque los dientes tienden a regresar a su forma original. Eso explica que, cuando una persona se arregla la dentadura con brackets, tiene que llevar la férula nocturna, pues ese molde evita que vuelvan a desalinearse.
Esa «memoria» también existe en ciertos materiales y ha sido crucial para lograr esta invención. Se necesitaba, en efecto, un material que cambiase de forma como es el nitinol (una abreviación de Níquel-Titanio Naval Ordnance Laboratory). Conocido por su memoria de forma y la habilidad de deformarse sin fracturarse, el nitinol es una aleación metálica compuesta por níquel y titanio. La temperatura es lo que provoca el cambio: con el frío se deforma y con el calor vuelve a su estructura original. El nitinol se emplea en campos como la medicina, ingeniería y la robótica.
Desafíos y resultado de la antena camaleónica
Los ingenieros de materiales jugaron un papel clave en la creación de esta antena pues, en un principio, el nitinol no cumplía con las exigencias de la estructura del prototipo.
Por un lado, el nitinol necesita un procesamiento mecánico extenso para lograr esa «memoria» que deja como resultado formas muy simples, como alambres, que no son viables para diseños complejos como el de las antenas. Por otro lado, había que incorporar un mecanismo para calentar y enfriar el material pero esto podía interferir con las transmisiones. Además, durante el proceso de impresión, la temperatura requerida hacía que la antena intentara cambiar de forma antes de estar finalizada.
Atendiendo a estos problemas y tras mucha experimentación se dio con una antena hecha en impresión 3D con una forma de espiral llana que, al calentarse, se convierte en una antena en forma de cono. Con esta transformación, se logró pasar de 4 GHz a 11GHz: la espiral funciona mejor con frecuencias más baja y el cono con frecuencias más altas.
«La capacidad de cambiar de forma de la antena que ha demostrado este equipo de APL será un factor decisivo para muchas aplicaciones y misiones que requieren adaptabilidad de RF en una configuración de tamaño y peso reducidos», afirmó el ingeniero jefe de APL, Conrad Grant. Esta antena camaleónica es fruto de una arduo trabajo entre equipos multidisciplinares: ingenieros eléctricos y de materiales, y expertos en impresión 3D y 4D. No es una invención definitiva pero sí una vía más de innovación en las telecomunicaciones, un campo crucial esta era digital.
