麻省理工學院的研究人員最近開發出一種新型天線，能夠通過物理變形來調整其頻率範圍。這種被稱為「meta-antenna」的可重構天線裝置，突破了傳統的剛性金屬設計，採用了變形材料，這些材料的特性是基於其幾何結構而設計的。這種天線的潛在應用包括為可穿戴設備傳輸能量、追蹤增強現實中的運動以及實現無線通信等多種用途。根據麻省理工學院的機械工程研究生及主要作者 Marwa AlAlawi 的說法，變形材料的優勢在於其互聯系統的鏈接結構，能夠簡化機械系統的複雜性。
這種原型智能耳機的共振頻率在 meta-antenna 擴展和彎曲時可以變化 2.6%。傳統天線通常是靜態的金屬棒，主要用於發送和接收無線信號，而麻省理工學院的研究人員正在重新思考天線的定義，將其轉變為一種靈活的設備，以適應多種不同的用途。近年來，變形材料天線已經從理論階段走向實際應用，特別是在 5G、衛星通信和生物醫學感測等領域取得了顯著進展。
這種新型天線使用的是反向變形材料，這意味著其特性可以透過簡單的形狀變形來改變。這些下一代材料可以編程以旋轉、壓縮、拉伸或彎曲其重複的內部結構或「單元格」。通過改變天線的形狀，可以調整其共振頻率，使一個設備能夠處理多種不同的無線協議。AlAlawi 補充說，為了觸發共振頻率的變化，需要改變天線的有效長度或在其上引入切口和孔洞，而變形材料則能夠僅用一個結構實現這些不同狀態。
在結構方面，meta-antenna 是由一層非導電的介電材料夾在兩層導電材料之間製成。製作過程中，研究人員從橡膠片上激光切割出介電層，然後在上面噴塗導電材料，形成共振的「補丁天線」。在製作過程中，研究人員發現所用材料無法承受持續的彎曲和拉伸，因此他們用靈活的壓克力漆進行了塗層，這樣可以保護結構，防止其破損。實驗還證明了這種天線的耐用性，顯示其能夠承受超過 10,000 次的壓縮。
此外，團隊還發現，天線在無線頻率上的變化也可以用作新的感測方法。meta-antenna 能夠通過捕捉共振頻率的變化來檢測環境中的物理變化。例如，它可以通過檢測胸部的擴張和收縮來監測一個人的呼吸。值得注意的是，這種感測能力是通過幾個原型來展示的，包括能夠調整照明的「智能窗簾」，以及通過變形來在降噪和透明模式之間切換的耳機。此外，內建 meta-antenna 的智能耳機在彎曲時能夠將共振頻率改變 2.6%，這足以改變耳機的工作模式。這意味著一個設備可以在多種無線協議中運作，免去多個天線的需求。
為了讓這項技術能夠被其他創作者使用，研究團隊還開發了一個編輯工具。該工具允許用戶通過定義關鍵參數來設計自訂的變形材料天線，並在製作之前模擬天線的性能。展望未來，研究團隊計劃創造三維 meta-antenna，以擴展其應用範圍，並在其設計工具中添加更多功能，同時進一步提高變形材料結構的耐用性。這些創新將有助於推動無線通信和其他技術的發展，為未來的科技應用鋪平道路。
