Investiguen metamaterials reconfigurables i programables
+
Descarregar
Els metamaterials s’apliquen en el disseny d’antenes, radars o sistemes d'imatge per a aplicacions mèdiques
+
Descarregar
La funció d'un nanomaterial es pot modificar a través d'un dispostiu extern (en aquest cas, a través d'una tauleta).
+
Descarregar
Eduard Alarcón, Sergi Abadal i Albert Cabellos, els tres investigadors responsables del projecte VisorSurf
Crear materials amb propietats electromagnètiques programables, el que s’anomena metamaterials reconfigurables definibles per software, és l’objectiu del projecte europeu VISORSURF, en el qual participa el grup interdepartamental NaNoNetworking Center in Catalunya (N3Cat) de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC). S’albira com una tecnologia revolucionària amb múltiples aplicacions en l’electrònica, la medicina, l’energia solar fotovoltaica, l’òptica i d’altres usos encara inimaginables.
10/07/2017
El projecte VISORSURF, finançat per la Comissió Europea amb gairebé sis milions d'euros per a tres anys i mig, s’emmarca en el programa europeu FET OPEN, un ambiciós pla dins de l’Horizon 2020 enfocat a la recerca de frontera i amb un gran potencial per establir tecnologies radicalment noves.
Un metamaterial és una estructura artificial dissenyada expressament per obtenir un comportament o propietat física que no es podria obtenir amb un material natural o, de fet, de cap altra manera. En electromagnetisme, per exemple, els metamaterials es poden crear per manipular la reflexió de llum o altres ones des de o cap a direccions concretes. S’apliquen en el disseny d’antenes, radars o sistemes d'imatge per a aplicacions mèdiques, entre d’altres.
Ara, els científics proven d’obtenir un metamaterial les propietats del qual es puguin seleccionar d'entre unes quantes opcions, a partir d’una senzilla aplicació i mitjançant qualsevol dispositiu electrònic, com ara una tableta. Un cop escollides les propietats, el mateix dispositiu enviaria les instruccions adients al metamaterial, de manera que la seva xarxa interna interpretaria les instruccions i en modificaria el comportament, segons les propietats que li haguem conferit. Un procés que es podria repetir tantes vegades com volguéssim.
Per assolir el repte, el projecte VISORSURF reuneix un equip interdisciplinari format per físics, experts en ciència de materials, enginyers electrònics, enginyers de telecomunicacions i informàtics en un consorci de sis institucions europees: a més de la UPC, participen en el projecte la Universitat d’Aalto (Finlàndia), la Foundation for Research & Technology de Grècia, la Universitat of Xipre, el Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) d’Alemanya i SignalGenerix, de Xipre.
Superar els límits actuals, per a aplicacions inimaginables
La principal restricció que tenen actualment els metamaterials és que estan concebuts amb un disseny molt específic (només aplicable al problema pel qual ha estat creat) i estàtic (el seu comportament no es pot reutilitzar, ni canviar). Del que es tracta, a partir d’ara, és de superar aquestes limitacions i dissenyar metamaterials reconfigurables i programables, per poder canviar-ne el comportament en el temps d'una manera controlada, fent que siguin reutilitzables i que serveixin per a moltes més aplicacions, algunes de les quals encara estan per descobrir.
Un dels reptes del projecte, doncs, és aconseguir programar fàcilment la funcionalitat dels materials. En aquest sentit, els científics treballen per crear una capa de software que permeti fàcilment definir quina funcionalitat se’n vol obtenir. Aquesta capa s'encarrega de traduir la funcionalitat en operacions concretes, que són distribuïdes per la xarxa instal·lada dins del metamaterial, fins arribar als nanoprocessadors, els quals acaben modificant l'estructura interna del mateix per aconseguir el comportament desitjat. Això afavorirà l’ús dels metamaterials reconfigurables i incentivarà la recerca en nous i disruptius usos d’aquesta tecnologia. Aquests sistemes fins i tot poden arribar a ser objectes "invisibles", si es compleixen certes condicions, com ara recobrir-los per evitar que les ones electromagnètiques rebotin. A la dreta es pot veure una figura d'un metamaterial reconfigurable.
Per fer possible tot això, es necessita una xarxa de sensors i de nanoprocessadors a l’interior del metamaterial que permetin controlar les seves propietats amb una resolució molt fina. En el cas de manipular ones WiFi, amb una resolució d’1 cm, i en el cas de la llum, amb una resolució de 50 nanòmetres. En el futur, aquests assoliments poden arribar a obrir la porta a la manipulació reconfigurable de la llum.
El grup de recerca NaNoNetworking Center in Catalunya (N3Cat), amb Sergi Abadal, Eduard Alarcón i Albert Cabellos al capdavant, s’encarrega d'estudiar com serien aquestes xarxes, que és l’única manera de poder canviar el comportament del metamaterial. Dissenyen la xarxa que interconnecta els diferents nanoprocessadors, els quals modifiquen el comportament del metamaterial. Es tracta d’un estudi que abasta molts aspectes d’enginyeria de telecomunicacions i disseny de xarxes en un entorn nou, mai analitzat fins ara, i l'èxit del qual depèn que el metamaterial sigui veritablement reconfigurable.
A més de múltiples aplicacions electròniques i mèdiques, els nous metamaterials seran de gran interès en el camp de la sismologia, per modificar les ones durant un terratrèmol quan aquestes entren en contacte amb un edifici, evitant la vibració o el ressò que el pot fer esfondrar. També tindran el seu ús en el sector de les energies renovables, per millorar les plaques fotovoltaiques, de manera que absorbeixin el màxim de la radiació solar, i seran d’utilitat en les àrees de l'òptica, per actuar com a filtres, i del so, en el cas de voler millorar la sonorització d'un espai.
A sota, un esquema exemplifica com es pot modificar la funció d'un nanomaterial a través d'un dispostiu extern (en aquest cas, a través d'una tauleta), gràcies a les ordres que reben els controladors incorporats en el metamaterial. En l'exemple, el nanomaterial cumplia la funció d'absorvir el color verd i és modificat per absorvir el color verd en lloc del vermell.
Un metamaterial és una estructura artificial dissenyada expressament per obtenir un comportament o propietat física que no es podria obtenir amb un material natural o, de fet, de cap altra manera. En electromagnetisme, per exemple, els metamaterials es poden crear per manipular la reflexió de llum o altres ones des de o cap a direccions concretes. S’apliquen en el disseny d’antenes, radars o sistemes d'imatge per a aplicacions mèdiques, entre d’altres.
Ara, els científics proven d’obtenir un metamaterial les propietats del qual es puguin seleccionar d'entre unes quantes opcions, a partir d’una senzilla aplicació i mitjançant qualsevol dispositiu electrònic, com ara una tableta. Un cop escollides les propietats, el mateix dispositiu enviaria les instruccions adients al metamaterial, de manera que la seva xarxa interna interpretaria les instruccions i en modificaria el comportament, segons les propietats que li haguem conferit. Un procés que es podria repetir tantes vegades com volguéssim.
Per assolir el repte, el projecte VISORSURF reuneix un equip interdisciplinari format per físics, experts en ciència de materials, enginyers electrònics, enginyers de telecomunicacions i informàtics en un consorci de sis institucions europees: a més de la UPC, participen en el projecte la Universitat d’Aalto (Finlàndia), la Foundation for Research & Technology de Grècia, la Universitat of Xipre, el Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) d’Alemanya i SignalGenerix, de Xipre.
Superar els límits actuals, per a aplicacions inimaginables
La principal restricció que tenen actualment els metamaterials és que estan concebuts amb un disseny molt específic (només aplicable al problema pel qual ha estat creat) i estàtic (el seu comportament no es pot reutilitzar, ni canviar). Del que es tracta, a partir d’ara, és de superar aquestes limitacions i dissenyar metamaterials reconfigurables i programables, per poder canviar-ne el comportament en el temps d'una manera controlada, fent que siguin reutilitzables i que serveixin per a moltes més aplicacions, algunes de les quals encara estan per descobrir.
Un dels reptes del projecte, doncs, és aconseguir programar fàcilment la funcionalitat dels materials. En aquest sentit, els científics treballen per crear una capa de software que permeti fàcilment definir quina funcionalitat se’n vol obtenir. Aquesta capa s'encarrega de traduir la funcionalitat en operacions concretes, que són distribuïdes per la xarxa instal·lada dins del metamaterial, fins arribar als nanoprocessadors, els quals acaben modificant l'estructura interna del mateix per aconseguir el comportament desitjat. Això afavorirà l’ús dels metamaterials reconfigurables i incentivarà la recerca en nous i disruptius usos d’aquesta tecnologia. Aquests sistemes fins i tot poden arribar a ser objectes "invisibles", si es compleixen certes condicions, com ara recobrir-los per evitar que les ones electromagnètiques rebotin. A la dreta es pot veure una figura d'un metamaterial reconfigurable.
Per fer possible tot això, es necessita una xarxa de sensors i de nanoprocessadors a l’interior del metamaterial que permetin controlar les seves propietats amb una resolució molt fina. En el cas de manipular ones WiFi, amb una resolució d’1 cm, i en el cas de la llum, amb una resolució de 50 nanòmetres. En el futur, aquests assoliments poden arribar a obrir la porta a la manipulació reconfigurable de la llum.
El grup de recerca NaNoNetworking Center in Catalunya (N3Cat), amb Sergi Abadal, Eduard Alarcón i Albert Cabellos al capdavant, s’encarrega d'estudiar com serien aquestes xarxes, que és l’única manera de poder canviar el comportament del metamaterial. Dissenyen la xarxa que interconnecta els diferents nanoprocessadors, els quals modifiquen el comportament del metamaterial. Es tracta d’un estudi que abasta molts aspectes d’enginyeria de telecomunicacions i disseny de xarxes en un entorn nou, mai analitzat fins ara, i l'èxit del qual depèn que el metamaterial sigui veritablement reconfigurable.
A més de múltiples aplicacions electròniques i mèdiques, els nous metamaterials seran de gran interès en el camp de la sismologia, per modificar les ones durant un terratrèmol quan aquestes entren en contacte amb un edifici, evitant la vibració o el ressò que el pot fer esfondrar. També tindran el seu ús en el sector de les energies renovables, per millorar les plaques fotovoltaiques, de manera que absorbeixin el màxim de la radiació solar, i seran d’utilitat en les àrees de l'òptica, per actuar com a filtres, i del so, en el cas de voler millorar la sonorització d'un espai.
A sota, un esquema exemplifica com es pot modificar la funció d'un nanomaterial a través d'un dispostiu extern (en aquest cas, a través d'una tauleta), gràcies a les ordres que reben els controladors incorporats en el metamaterial. En l'exemple, el nanomaterial cumplia la funció d'absorvir el color verd i és modificat per absorvir el color verd en lloc del vermell.