<p>與高頻無線芯片配對的精密天線陣列就像現(xiàn)代電子產(chǎn)品的超級大國，推動從傳感到安全再到數(shù)據(jù)處理的一切。 在普林斯頓的實(shí)驗(yàn)室里，考?？?amp;middot;森古普塔 (Kaushik Sengupta) 正在努力進(jìn)一步擴(kuò)大這些權(quán)力。</p> <p><br />近年來，Sengupta 的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計了天線陣列，幫助工程師在透視物質(zhì)、促進(jìn)摩天大樓峽谷中的通信、在智能手機(jī)上建立醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室以及用電磁波而不是軟件加密關(guān)鍵數(shù)據(jù)方面取得長足進(jìn)步。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在 Advanced Science 的一篇新文章中，Sengupta 的研究團(tuán)隊展示了一種基于折紙藝術(shù)的新型天線陣列。 變形陣列的設(shè)計就像一個被稱為水彈的折疊紙盒，它允許工程師創(chuàng)建一個可重構(gòu)和適應(yīng)性強(qiáng)的雷達(dá)成像表面。 為了構(gòu)建該系統(tǒng)，該團(tuán)隊在標(biāo)準(zhǔn)平板上安裝了新型寬帶超表面天線。 然后，他們將許多天線面板連接到一個精確設(shè)計的折紙表面，帶有偏移的棋盤圖案。 通過正確折疊和展開面板的順序，陣列呈現(xiàn)出各種不同的形狀，如曲線、馬鞍和球體。</p> <p>&nbsp;</p> <p>憑借這種移動和擴(kuò)展的能力，該系統(tǒng)提供了更寬的分辨率，并且能夠捕獲超出標(biāo)準(zhǔn)天線陣列能力的復(fù)雜三維場景。 水彈天線還可以改變其形狀，以仔細(xì)校準(zhǔn)的方式操縱電磁波。 結(jié)合先進(jìn)的算法，水彈系統(tǒng)可以有效地處理來自廣泛電磁場的信息。 這種變形能力使工程師能夠擴(kuò)展用于傳感和成像的設(shè)備的功能。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;對于大多數(shù)應(yīng)用，平面或平面系統(tǒng)是首選，因?yàn)樗鼈兏唵?，更容易設(shè)計。&rdquo;電氣和計算機(jī)工程副教授 Sengupta 說。 &ldquo;但可重構(gòu)系統(tǒng)使我們能夠大大擴(kuò)展我們在計算機(jī)成像方面的能力。 使用折紙，我們能夠?qū)⑵矫骊嚵械暮唵涡耘c可重構(gòu)系統(tǒng)的擴(kuò)展能力結(jié)合起來。 這就像一個變形機(jī)器人在行動。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>Sengupta 表示，基于折紙的陣列可以極大地改進(jìn)自動駕駛汽車、機(jī)器人和網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)所需的傳感技術(shù)。 單個天線系統(tǒng)的相對簡單性也意味著傳感陣列可以輕巧且成本低廉，從而使其更易于制造和大規(guī)模部署。</p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然能源和計算領(lǐng)域的快速發(fā)展通常會引起最多的公眾關(guān)注，但 Sengupta 和他在普林斯頓工程學(xué)院的同事們專注于無形的無線網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)可以讓這些突破為社會賦能。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;你可以想想所有這些正在興起的非常復(fù)雜的應(yīng)用程序&mdash;&mdash;機(jī)器人技術(shù)、自動駕駛汽車、智能城市、智能醫(yī)療保健應(yīng)用程序、人工現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)。&rdquo;他說。 &ldquo;所有這些東西都位于無線通信網(wǎng)絡(luò)上。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這些應(yīng)用程序中的任何一個都將代表對無線網(wǎng)絡(luò)需求的大幅增長。 總之，他們要求從根本上重新思考我們?nèi)绾瓮ㄟ^電波傳輸數(shù)據(jù)，包括設(shè)計用于處理流量的微芯片和這些芯片傳輸?shù)男盘枴?簡而言之，我們需要將更多的信息打包成信號，并構(gòu)建能夠快速、準(zhǔn)確和安全地處理信息的計算機(jī)系統(tǒng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在過去的幾年里，森古普塔的研究在這兩個方面都得到了認(rèn)可。 2021 年，他被領(lǐng)先的無線通信科學(xué)學(xué)會微波理論與技術(shù)學(xué)會 (MTT-S) 評為杰出青年工程師。 去年，他因在微芯片方面的工作獲得了全球最大的電氣工程學(xué)會電氣和電子工程師協(xié)會 (IEEE) 頒發(fā)的新前沿獎。</p> <p>&nbsp;</p> <p>從芯片設(shè)計到信號處理，這些獎項(xiàng)反映了 Sengupta 在集成微系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊所采用的廣泛研究方法。 近年來，他的團(tuán)隊展示了擴(kuò)展到新頻段以實(shí)現(xiàn)更快、更安全傳輸?shù)募夹g(shù)，為科學(xué)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用開發(fā)了新的傳感技術(shù)，并開發(fā)了在不減慢應(yīng)用程序的情況下確保高要求傳輸安全的方法。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在最近的項(xiàng)目中，涉及水彈折紙，Sengupta 的研究團(tuán)隊將其重點(diǎn)從天線陣列本身轉(zhuǎn)移到將多個陣列變形為復(fù)雜系統(tǒng)的方法。</p> <p>&nbsp;</p> <p>可重構(gòu)系統(tǒng)不僅允許在很寬的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行超光譜傳感，還將信息與表面拓?fù)淙诤显谝黄稹?這對于在各種環(huán)境中工作時需要密集通信的車輛和機(jī)器人來說可能很有價值。 對于其他需要折疊和調(diào)整的電子結(jié)構(gòu)，如航天器和太陽能電池板，它也可能被證明很重要。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Sengupta 說：&ldquo;通過消除平板天線陣列的限制，我們可以將折紙原理與高頻電子和高級信號處理相結(jié)合，以創(chuàng)建多功能、高效的成像和雷達(dá)系統(tǒng)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>Sengupta 表示，他的研究團(tuán)隊在這些項(xiàng)目中采用的技術(shù)方法各不相同，但最終目標(biāo)是解決變化給無線世界帶來的挑戰(zhàn)。 其中一項(xiàng)挑戰(zhàn)是新應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)速率。 以自動駕駛汽車為例：大部分焦點(diǎn)都集中在導(dǎo)航技術(shù)或自動駕駛汽車所需的處理能力上，但最大的挑戰(zhàn)之一是創(chuàng)建無線網(wǎng)絡(luò)來支持新技術(shù)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;想想自動駕駛汽車的信息泛濫。&rdquo;他說。 即使是一輛汽車也需要大量數(shù)據(jù)才能在復(fù)雜的道路系統(tǒng)中行駛。 對于共享一條高速公路的多輛汽車，對數(shù)據(jù)的需求將進(jìn)一步增加。 &ldquo;你需要非常高的帶寬連接，所以你需要考慮我們以前沒有使用過的頻率。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>醫(yī)療技術(shù)同樣準(zhǔn)備好迎接巨大的變化，實(shí)時健康監(jiān)測和繃帶等新設(shè)備可以與遠(yuǎn)程醫(yī)生通信并根據(jù)患者的狀況調(diào)整治療。</p> <p>&nbsp;</p> <p>所有這些發(fā)展都需要比現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)能夠提供的更快的速度、更多的數(shù)據(jù)傳輸和更嚴(yán)格的安全性。 Sengupta 說，解決這些問題需要在新微芯片和用于傳輸信號的頻率兩個層面上開展工作。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們追求的方法是多學(xué)科的，&rdquo;他說。 &ldquo;我們的方法是利用來自不同領(lǐng)域的概念并將它們合并以創(chuàng)建高性能系統(tǒng)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;Origami Microwave Imaging Array: Metasurface Tiles on a Shape-Morphing Surface for Reconfigurable Computational Imaging&rdquo;發(fā)表于 2022 年 10 月 5 日的 Advanced Science。 除了 Sengupta，作者還包括北卡羅來納州立大學(xué)的 Suresh Venhatesh； 普林斯頓大學(xué) 2019 屆畢業(yè)生 Daniel Sturm，現(xiàn)為華盛頓大學(xué)研究生； 密歇根大學(xué)-上海交通大學(xué)聯(lián)合研究院陸旭陽； 和 Lang Origami 的 Robert J. Lang。 該項(xiàng)目得到了美國空軍科學(xué)研究辦公室和 Momental 基金會的部分支持。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>