Se podría incorporarse a una meta antena (material brillante con enjuague) en una cortina que ajusta dinámicamente la iluminación doméstica. Aquí, se ve un prototipo retraído (arriba a la izquierda), se expande (abajo) y al lado del mecanismo de enganche (arriba a la derecha). Crédito: Instituto de Tecnología de Massachusetts
Los investigadores del MIT han desarrollado una antena reconfigurable que ajusta dinámicamente su rango de frecuencia cambiando su forma física, por lo que es más versátil para las comunicaciones y la detección que las antenas estáticas.
Un usuario puede estirar, doblar o comprimir la antena para realizar cambios reversibles en sus propiedades de radiación, lo que permite que un dispositivo funcione en un rango de frecuencia más amplio sin la necesidad de piezas móviles complejas. Con un rango de frecuencia ajustable, una antena reconfigurable podría adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes y reducir la necesidad de múltiples antenas.
La palabra “antena” puede tener en cuenta las varillas de metal como las “orejas de conejito” en la parte superior de los viejos televisores, pero el equipo del MIT trabajó con metamateriales: materiales de ingeniería cuyas propiedades mecánicas, como la rigidez y la resistencia, dependen de la disposición geométrica de los componentes del material.
El resultado es un diseño simplificado para una antena reconfigurable que podría usarse para aplicaciones como la transferencia de energía en dispositivos portátiles, seguimiento de movimiento y detección de realidad aumentada o comunicación inalámbrica en una amplia gama de protocolos de red.
Además, los investigadores desarrollaron una herramienta de edición para que los usuarios puedan generar antenas metamateriales personalizadas, que se pueden fabricar utilizando un cortador láser.
“Por lo general, cuando pensamos en antenas, pensamos en antenas estáticas: están fabricados para tener propiedades específicas y eso es todo. Sin embargo, al usar metamateriales auxéticos, que pueden deformarse en tres estados geométricos diferentes, podemos cambiar sin problemas las propiedades de la antena cambiando su geometría, sin fabricar una nueva estructura.
“Además, podemos usar cambios en las propiedades de radiofrecuencia de la antena, debido a los cambios en la geometría metamaterial, como un nuevo método de detección para el diseño de interacción”, dice la autora principal Marwa Alalawi, una estudiante graduada de ingeniería mecánica en el MIT.
Sus coautores incluyen a Regina Zheng y Katherine Yan, ambos estudiantes universitarios del MIT; Ticha Sethapakdi, estudiante graduado del MIT en Ingeniería Eléctrica e Informática; Soo Yeon Ahn del Instituto de Ciencia y Tecnología Gwangju en Corea; y co-senior autores Junyi Zhu, profesor asistente en la Universidad de Michigan; y Stefanie Mueller, profesora asociada de desarrollo profesional de TIBCO en los departamentos de Ingeniería Eléctrica e Informática e Ingeniería Mecánica y Líder del Grupo de Interacción Human-Computadora en el Laboratorio de Informática e Inteligencia Artificial.
El investigación se presentará en el Simposio ACM sobre software y tecnología de la interfaz de usuario (Uist 2025), celebrado en Busan, Corea, 28 de septiembre al 1 de octubre.
Dando sentido a las antenas
Mientras que las antenas tradicionales irradian y reciben señales de radio, en este trabajo, los investigadores observaron cómo los dispositivos pueden actuar como sensores. El objetivo del equipo era desarrollar un elemento mecánico que también pueda usarse como antena para la detección.
Para hacer esto, aprovecharon la “frecuencia de resonancia” de la antena, que es la frecuencia a la que la antena es más eficiente.
La frecuencia de resonancia de una antena cambiará debido a los cambios en su forma. (Piense en extender la “oreja de conejito” izquierda para reducir la estática de la televisión). Los investigadores pueden capturar estos cambios para la detección. Por ejemplo, se podría usar una antena reconfigurable de esta manera para detectar la expansión del cofre de una persona, para monitorear su respiración.
Para diseñar una antena versátil reconfigurable, los investigadores utilizaron metamateriales. Estos materiales de ingeniería, que pueden programarse para adoptar diferentes formas, están compuestos de una disposición periódica de celdas unitarias que pueden rotarse, comprimirse, estirarse o doblar.
Al deformar la estructura metamaterial, se puede cambiar la frecuencia de resonancia de la antena.
“Para desencadenar cambios en la frecuencia de resonancia, necesitamos cambiar la longitud efectiva de la antena o introducir ranuras y agujeros en ella. Los metamateriales nos permiten obtener esos estados diferentes de una sola estructura”, dice Alalawi.
El dispositivo, denominado meta antena, está compuesto por una capa dieléctrica de material intercalada entre dos capas conductoras.
Para fabricar una meta-antena, los investigadores cortaron el láser dieléctrico de una lámina de goma con un cortador láser. Luego agregaron un parche en la parte superior de la capa dieléctrica usando pintura en aerosol conductiva, creando una “antena de parche” resonante.
Pero descubrieron que incluso el material conductor más flexible no podía resistir la cantidad de deformación que experimentaría la antena.
“Hicimos mucha prueba y error para determinar que, si cubrimos la estructura con pintura acrílica flexible, protege las bisagras para que no se rompan prematuramente”, explica Alalawi.
Un medio para los fabricantes
Con el problema de fabricación resuelto, los investigadores crearon una herramienta que permite a los usuarios diseñar y producir antenas metamateriales para aplicaciones específicas.
El usuario puede definir el tamaño del parche de antena, elegir un grosor para la capa dieléctrica y establecer la relación longitud a ancho de las celdas de la unidad metamaterial. Luego, el sistema simula automáticamente el rango de frecuencia de resonancia de la antena.
“La belleza de los metamateriales es que, debido a que es un sistema de enlaces interconectado, la estructura geométrica nos permite reducir la complejidad de un sistema mecánico”, dice Alalawi.
Utilizando la herramienta de diseño, los investigadores incorporaron meta-antenas en varios dispositivos inteligentes, incluida una cortina que ajusta dinámicamente la iluminación del hogar y los auriculares que hacen una transición sin problemas entre los modos de cancelación de ruido y transparentes.
Para los auriculares inteligentes, por ejemplo, cuando la meta antena se expande y se dobla, cambia la frecuencia de resonancia en un 2.6%, lo que cambia el modo de auriculares. Los experimentos del equipo también mostraron que las estructuras de meta antena son lo suficientemente duraderas como para soportar más de 10,000 compresiones.
Debido a que el parche de antena se puede modelar en cualquier superficie, podría usarse con estructuras más complejas. Por ejemplo, la antena podría incorporarse a textiles inteligentes que realizan una detección biomédica o monitoreo de temperatura no invasivo.
En el futuro, los investigadores quieren diseñar meta-antenas tridimensionales para una gama más amplia de aplicaciones. También quieren agregar más funciones a la herramienta de diseño, mejorar la durabilidad y la flexibilidad de la estructura metamaterial, experimentar con diferentes patrones de metamateriales simétricos y racionalizar algunos pasos de fabricación manual.
Más información: Documento: Meta Antena: antenas metamateriales reconfigurables de frecuencia mecánica
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, la innovación y la enseñanza.
Cita: la antena que cambia de forma permite una detección más versátil y una comunicación de amplio rango (2025, 18 de agosto) Recuperada el 18 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-antenna-enables-versatile-wide-range.html
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