프린스턴 연구소는 '변압기 로봇처럼' 작동하는 새로운 안테나를 설계했습니다.

고주파 무선 칩과 결합된 정교한 안테나 어레이는 현대 전자 장치의 초능력처럼 작동하여 감지부터 보안, 데이터 처리에 이르기까지 모든 것을 향상시킵니다. Kaushik Sengupta는 프린스턴 연구실에서 이러한 권한을 더욱 확장하기 위해 노력하고 있습니다.

최근 몇 년 동안 Sengupta 연구소는 엔지니어가 물질을 들여다보고, 고층 빌딩 협곡에서 통신을 강화하고, 스마트폰에 의료 실험실을 설치하고, 소프트웨어 대신 전자기파를 사용하여 중요한 데이터를 암호화하는 방향으로 나아갈 수 있도록 지원하는 안테나 배열을 설계했습니다.

Advanced Science의 새 기사에서 Sengupta 연구팀은 종이 접기 기술을 기반으로 한 새로운 유형의 안테나 배열을 제시했습니다. 물폭탄이라고 불리는 접힌 종이 상자처럼 설계된 형태 변화 어레이를 통해 엔지니어는 재구성 가능하고 적응 가능한 레이더 이미징 표면을 만들 수 있습니다. 시스템을 구축하기 위해 팀은 표준 평면 패널에 새로운 종류의 광대역 메타표면 안테나를 설치했습니다. 그런 다음 오프셋 체커보드 패턴을 사용하여 정밀하게 설계된 종이 접기 표면에 여러 개의 안테나 패널을 연결했습니다. 패널을 접고 펼치는 적절한 순서를 통해 배열은 곡선, 안장 및 구와 같은 다양한 모양을 가정합니다.

이러한 이동 및 확장 기능을 통해 시스템은 더 넓은 해상도를 제공하고 표준 안테나 어레이의 기능을 뛰어넘는 복잡한 3차원 장면을 캡처할 수 있습니다. 물폭탄 안테나는 조심스럽게 보정된 방식으로 전자파를 조작하기 위해 모양을 변형할 수도 있습니다. 고급 알고리즘과 결합된 워터밤 시스템은 광범위한 전자기장의 정보를 효과적으로 처리할 수 있습니다. 이러한 변신 능력을 통해 엔지니어는 감지 및 이미징에 사용되는 장치의 기능을 확장할 수 있습니다.

전기 및 컴퓨터 공학 부교수인 Sengupta는 "대부분의 응용 분야에서 평면형 또는 평면형 시스템이 선호되는 이유는 설계가 더 간단하고 쉽기 때문입니다"라고 말했습니다. "하지만 재구성 가능한 시스템을 사용하면 컴퓨터 이미징 능력을 크게 확장할 수 있습니다. 종이접기를 사용하면 평면 배열의 단순성과 재구성 가능한 시스템의 확장된 기능을 결합할 수 있습니다. 마치 변압기 로봇이 작동하는 것과 같습니다."

Sengupta는 종이접기 기반 어레이가 자율주행차, 로봇, 사이버물리 시스템에 필요한 감지 기술을 크게 향상시킬 수 있다고 말했습니다. 개별 안테나 시스템이 상대적으로 단순하다는 것은 감지 어레이가 가볍고 저렴할 수 있어 제조가 더 쉽고 광범위한 규모로 배포할 수 있다는 의미이기도 합니다.

일반적으로 에너지와 컴퓨팅 분야의 급속한 발전이 대중의 관심을 가장 많이 받는 반면, Sengupta와 Princeton Engineering의 동료들은 이러한 혁신을 통해 사회에 힘을 실어줄 수 있는 보이지 않는 무선 네트워크에 중점을 두고 있습니다.

그는 "로봇 공학, 자율주행차, 스마트 도시, 스마트 헬스케어 애플리케이션, 인공 현실, 가상 현실 등 새롭게 떠오르는 매우 복잡한 애플리케이션을 모두 생각해 볼 수 있다"고 말했습니다. "이 모든 것들은 무선 통신망에 존재합니다."

이러한 애플리케이션 중 하나라도 있으면 무선 네트워크에 대한 수요가 크게 증가합니다. 그들은 함께 트래픽을 처리하도록 설계된 마이크로칩과 해당 칩에서 전송되는 신호 측면에서 전파를 통해 데이터를 이동하는 방법에 대한 근본적인 재검토를 요구합니다. 간단히 말해서, 우리는 훨씬 더 많은 정보를 신호에 담아 정보를 빠르고 정확하며 안전하게 처리할 수 있는 컴퓨터 시스템을 구축해야 합니다.

지난 몇 년 동안 Sengupta의 연구는 두 가지 측면 모두에서 인정을 받았습니다. 2021년에는 무선 통신 분야의 선도적인 과학 학회인 MTT-S(Microwave Theory and Techniques Society)에서 뛰어난 젊은 엔지니어로 선정되었습니다. 지난해 그는 세계 최대 전기공학 학회인 전기전자공학회(IEEE)로부터 마이크로칩 관련 연구로 뉴프론티어상(New Frontier Award)을 받았다.