Forskare vid Georgia Institute of Technology har tagit fram en metod för att använda en origami-baserad struktur för att skapa radiofrekvensfilter som har justerbara dimensioner, gör det möjligt för enheterna att ändra vilka signaler de blockerar genom ett stort frekvensområde.

Den nya metoden för att skapa dessa avstämbara filter kan ha en mängd olika användningsområden, från antennsystem som kan anpassas i realtid till omgivningsförhållanden till nästa generation av elektromagnetiska cloaking-system som skulle kunna omkonfigureras i farten för att reflektera eller absorbera olika frekvenser.

Teamet fokuserade på ett särskilt origami -mönster, kallad Miura-Ori, som har förmågan att expandera och dra ihop sig som ett dragspel.

"Miura-Ori-mönstret har ett oändligt antal möjliga positioner längs sitt utökningsområde från helt komprimerat till fullt utbyggt, "sa Glaucio Paulino, Raymond Allen Jones ordförande i teknik och professor vid Georgia Tech School of Civil and Environmental Engineering. "Ett rumsligt filter tillverkat på detta sätt kan uppnå liknande mångsidighet, ändra vilken frekvens det blockerar när filtret komprimeras eller expanderas. "

Resultat från studien, som fick stöd av National Science Foundation, det amerikanska försvarsdepartementet, och Semiconductor Research Corporation, rapporterades 10 december i tidningen Förfaranden från National Academy of Sciences .

Forskarna använde en speciell skrivare som gjorde papper för att tillåta ett ark att vikas i origamimönstret. En bläckstråleskrivare användes sedan för att applicera linjer med silverfärg över dessa perforeringar, bildar dipolelementen som gav objektet dess radiofrekvensfiltreringsförmåga.

"Dipolerna placerades längs viklinjerna så att när origami komprimerades, dipolerna böjer sig och blir närmare varandra, vilket får deras resonansfrekvens att skifta högre längs spektrumet, "sa Manos Tentzeris, Ken Byers professor i flexibel elektronik vid Georgia Tech School of Electrical and Computer Engineering.

För att förhindra att dipolerna bryts längs viklinjen, perforeringarna avbröts vid platsen för varje silverelement och fortsatte sedan på andra sidan. Dessutom, längs var och en av dipolerna, en separat skärning gjordes för att bilda en "bro" som gjorde att silvret kunde böja sig mer gradvis. För att testa olika positioner av filtret, laget använde 3D-tryckta ramar för att hålla det på plats.

Forskarna fann att ett enda lager Miura-Ori-format filter blockerade ett smalt band med frekvenser medan flera lager av filtren staplade kunde uppnå ett bredare band av blockerade frekvenser.

Eftersom Miura-Ori-formationen är platt när den är helt utsträckt och ganska kompakt när den är helt komprimerad, strukturerna kan användas av antennsystem som måste stanna i kompakta utrymmen tills de används, som de som används i rymdapplikationer. Dessutom, det enda planet längs vilket föremålen expanderar kan ge fördelar, som att använda mindre energi, över antennsystem som kräver flera fysiska steg för att distribuera.

"En enhet baserad på Miura-Ori kan både distribuera och justeras till ett brett spektrum av frekvenser jämfört med traditionella frekvensselektiva ytor, som vanligtvis använder elektroniska komponenter för att justera frekvensen snarare än en fysisk förändring, sa Abdullah Nauroze, en Georgia Tech doktorand som arbetade med projektet. "Sådana enheter kan vara bra kandidater för att användas som reflektionsarrayer för nästa generation av kubesat eller andra rymdkommunikationsenheter."

Det fanns också fysiska fördelar med att använda origami.

"Miura-Ori-mönstret uppvisar anmärkningsvärda mekaniska egenskaper, trots att de är monterade av ark som är knappt tjockare än en tiondel av en millimeter, "sa Larissa Novelino, en Georgia Tech doktorand som arbetade med projektet. "Dessa egenskaper kan göra lätta men ändå starka strukturer som lätt kan transporteras."