Reti wireless potrebbero raddoppiare potenza in 3-5 anni grazie a nuovi metamateriali

Schema della nuova tecnologia wireless applicata ad un sistema di comunicazione classico full-duplex (credito: DOI: 10.1038/s41467-021-24749-7 | Nature Communications)

Particolari riflettori fatti con speciali metamateriali possono incanalare la luce molto efficientemente e consentire un livello di trasmissione più efficiente dei dati wireless su singola frequenza. Come spiega un comunicato emesso dalla Facoltà di scienze applicate e di ingegneria dell’Università di Toronto, questa nuova scoperta potrebbe portare ad un raddoppio delle capacità delle reti wireless già oggi esistenti.
George Eleftheriades, professore a Toronto e uno degli autori degli studi insieme al suo borsista postdottorato Sajjad Taravati, ritiene che tra 3-5 anni la tecnologia potrebbe già essere adottata.

Metamateriali

I metamateriali usati per creare i nuovi riflettori sono materiali sintetici fatti con una struttura a “blocchi”. Questi ultimi risultano di dimensioni più piccole rispetto a quelle delle lunghezze d’onda della luce.
Il metamateriale usato da ricercatori è fatto da singole cellule delle dimensioni di circa 20 mm. Le microonde, che sono le onde che si usano per trasportare i segnali wireless, ad esempio per gli smartphone, hanno una lunghezza maggiore e quindi formano, insieme alle celle del metamateriale, “un oggetto omogeneo, una metasuperficie”, come riferito nel comunicato dell’università canadese.

Proprietà della non reciprocità

In pratica le microonde tendono a riflettersi sulla superficie del metamateriale ma lo fanno tramite una modalità che esibisce una proprietà conosciuta come “non reciprocità”.
“Quando guidi e guardi nello specchietto retrovisore, vedi il guidatore dietro di te. Anche quel guidatore può vederti perché la luce rimbalza sullo specchietto e segue lo stesso percorso all’indietro”, spiega ancora Eleftheriades. “La cosa insolita della non reciprocità è che l’angolo incidente e l’angolo riflesso non sono uguali. Per essere precisi, il percorso all’indietro per l’onda è diverso. Fondamentalmente, puoi vedere qualcuno, ma non puoi essere visto”.

Metamateriali possono amplificare segnali in ingresso

Questi i metamateriali possono inoltre amplificare gli stessi raggi di luce in ingresso. Questa caratteristica in particolare potrebbe rivelarsi utile in diversi settori, dall’imaging medico ai pannelli solari per finire con il settore delle comunicazioni satellitari.

Nuova tecnologia riceve e trasmette segnali contemporaneamente su stessa frequenza

Ad oggi il segnale 5G è caratterizzato da collegamenti solo “half-duplex”: usa frequenze solo un po’ diverse tra loro oppure usa la stessa frequenza ma in momenti leggermente diversi, il tutto per evitare le interferenze. Quindi c’è sempre un ritardo anche se è impercettibile nella maggior parte dei casi per gli utenti.
La nuova architettura sviluppata da Eleftheriades e Taravati, invece, permette di ricevere e trasmettere segnali contemporaneamente sullo stesso canale separando spazialmente i percorsi avanti e indietro in una singola frequenza e dunque raddoppiando la capacità dello stesso sistema.
La nuova tecnologia wireless è spiegata in dettaglio in uno studio apparso su Nature Communications.[1]

Note e approfondimenti

  1. Full-duplex reflective beamsteering metasurface featuring magnetless nonreciprocal amplification | Nature Communications (IA) (DOI: 10.1038/s41467-021-24749-7)

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