天線(xiàn)在我們的通信、導(dǎo)航、雷達、無(wú)線(xiàn)電通信和科學(xué)(xué)研究中發(fā)(fā)揮著(zhù)至關(guān)(guān)重要的作用。它們的主要功能是接收或發(fā)(fā)射電磁波。然而，到目前為止，這些設(shè)備都是僵化的，不太靈活。由于約翰霍普金斯大學(xué)(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗室（APL）研究人員領(lǐng)(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)項目，這種情況可能會(huì )發(fā)(fā)生改變。該項目于2019年啟動(dòng)，旨在開(kāi)發(fā)(fā)使用3D打印技術(shù)(shù)和形狀記憶合金的天線(xiàn)，能夠根據(jù)溫度變化自動(dòng)變形。這些天線(xiàn)可以在軍事領(lǐng)(lǐng)域和太空探索中找到應(yīng)用。

與傳統(tǒng)天線(xiàn)相比，創(chuàng )(chuàng)新的3D打印天線(xiàn)可以動(dòng)態(tài)(tài)適應(yīng)，支持更廣泛的射頻，并提供更高的靈活性。該項目的想法來(lái)自詹妮弗·霍倫貝克（Jennifer Hollenbeck），其靈感來(lái)自科幻小說(shuō)系列《蒼穹浩瀚》（The Expanse），其中外星人使用能夠改變形狀的有機技術(shù)(shù)。她解釋說(shuō)：“我在整個(gè)職業(yè)(yè)生涯中一直與天線(xiàn)打交道，經(jīng)(jīng)常遇到天線(xiàn)剛性帶來(lái)的限制。我知道APL有能力創(chuàng )(chuàng)造不同的東西。?

該天線(xiàn)由鎳鈦諾制成，這是一種以其形狀記憶特性而聞名的鎳鈦合金。這種合金在加熱到特定溫度時(shí)可以恢復(fù)其原始形狀，非常適合需要適應(yīng)不斷變化的條件的應(yīng)用。然而，3D打印這種合金帶來(lái)了一些挑戰(zhàn)，特別是由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和材料的熱反應(yīng)。Hollenbeck說(shuō)：“設(shè)計極其復(fù)雜，最初的結(jié)果并不像我希望的那樣令人滿(mǎn)意。?

（照片來(lái)源：約翰霍普金斯大學(xué)(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗室）

通過(guò)大量的測試和調(diào)整，研究人員克服了這些障礙。因此，他們設(shè)計了第一個(gè)能夠在熱作用下呈圓錐形的扁平螺旋天線(xiàn)。此外，還使用了一種新的電導(dǎo)體將天線(xiàn)加熱到所需的溫度，而不會(huì )影響其性能。專(zhuān)門(mén)從事增材制造的工程師塞繆爾·岡薩雷斯(Samuel Gonzalez)解釋說(shuō)：“我們在優(yōu)(yōu)化合金加工參數(shù)方面擁有豐富的經(jīng)(jīng)驗，但這個(gè)項目更進(jìn)一步。?同事Mary Daffron補充道：“印刷這種材料的先例（如果有的話(huà)）也很少。我們甚至在打印機中產(chǎn)(chǎn)生了金屬碎片，因為天線(xiàn)在打印過(guò)程中試圖改變形狀，對熱量產(chǎn)(chǎn)生反應(yīng)并試圖脫離。

未來(lái)，這種靈活的天線(xiàn)可以為軍事行動(dòng)提供革命性的解決方案，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)(tài)通信。在電信和工業(yè)(yè)領(lǐng)(lǐng)域，其適應(yīng)性可以覆蓋許多移動(dòng)網(wǎng)(wǎng)絡(luò )(luò)，特別是通過(guò)改善短距離和長(cháng)距離通信之間的過(guò)渡。另一個(gè)有前景的應(yīng)用是太空探索，它可以作為太空任務(wù)(wù)的自適應(yīng)解決方案。

編譯整理：3dnatives