Antena que muda de forma tem usos muito além das comunicações
[Imagem: MIT]
Antenas morfológicas
Projetar antenas sempre foi mais uma arte do que uma ciência exata, embora, nos últimos tempos, essa missão venha sendo grandemente facilitada pela emergência dos metamateriais e pelo uso da inteligência artificial.
E foi usando estas duas ferramentas que Marwa AlAlawi e colegas do MIT, nos EUA, desenvolveram uma antena reconfigurável, ou morfológica, uma antena que muda sua forma física para ajustar dinamicamente sua faixa de frequência, tornando-a mais versátil para comunicações e sensoriamento do que as antenas estáticas.
O usuário pode esticar, dobrar ou comprimir a antena para fazer alterações reversíveis em suas propriedades de sintonia, permitindo que o dispositivo opere em uma faixa de frequência mais ampla, tudo sem a necessidade de peças móveis complexas. Com uma faixa de frequência ajustável, uma antena reconfigurável pode se adaptar às mudanças nas condições ambientais e reduzir a necessidade de múltiplas antenas, tornando os sistemas menores e mais baratos.
O resultado é um design simplificado para uma antena reconfigurável que pode ser usada para aplicações não apenas nas comunicações sem fio em uma ampla gama de frequências e protocolos de rede, mas também para rastreamento e detecção de movimento em realidade aumentada ou até mesmo para transferência de energia.
[Imagem: Marwa AlAlawi et al. (2025)]
Frequência de ressonância da antena
Mais uma vez, o segredo para o sucesso dessa inovação longamente esperada está nos metamateriais, materiais projetados artificialmente cujas propriedades dependem do arranjo geométrico dos seus componentes, conhecidos como meta-átomos ou nanoantenas.
“Normalmente, quando pensamos em antenas, pensamos em antenas estáticas – elas são fabricadas para ter propriedades específicas e pronto. No entanto, ao usar metamateriais auxéticos, que podem se deformar em três estados geométricos diferentes, podemos alterar perfeitamente as propriedades da antena, alterando sua geometria, sem precisar fabricar uma nova estrutura. Além disso, podemos usar mudanças nas propriedades de radiofrequência da antena, devido a alterações na geometria do metamaterial, como um novo método de sensoriamento para design de interação,” detalhou a pesquisadora.
Enquanto as antenas tradicionais irradiam e recebem sinais de rádio, AlAlawi se concentrou em como esses dispositivos podem funcionar como sensores, com o objetivo de desenvolver um elemento mecânico que também pudesse ser usado como antena para detecção.
Para isso, a equipe tirou proveito da frequência de ressonância da antena, que é a frequência na qual a antena é mais eficiente. A frequência de ressonância de uma antena muda devido a mudanças em seu formato e essas mudanças podem ser utilizadas para fins de sensoriamento – por exemplo, uma antena reconfigurável pode ser usada dessa forma para detectar a expansão do tórax de uma pessoa e monitorar sua respiração.
Como os metamateriais podem ser programados para adotar diferentes formas, bastando ajustar o arranjo periódico de suas células unitárias – elas podem ser rotacionadas, comprimidas, esticadas ou dobradas -, deformar a estrutura do metamaterial permite ajustar a frequência de ressonância da antena.
[Imagem: Marwa AlAlawi et al. (2025)]
Meta-antenas
Os pesquisadores incorporaram suas meta-antenas em vários dispositivos inteligentes, incluindo uma cortina que ajusta dinamicamente a iluminação da casa e fones de ouvido que transitam perfeitamente entre os modos de cancelamento de ruído e transparente.
No caso do fone de ouvido inteligente, por exemplo, quando a meta-antena se expande e se curva, ela altera a frequência de ressonância em 2,6%, o que alterna o modo de operação do fone. Os experimentos também mostraram que as estruturas da meta-antena são duráveis o suficiente para suportar mais de 10.000 compressões.
Como a antena morfológica pode ser aplicada sobre qualquer superfície, ela pode ser usada com estruturas mais complexas. Por exemplo, a antena pode ser incorporada a tecidos inteligentes que realizam sensoriamento biomédico não invasivo ou monitoramento de temperatura.