Onderzoekers van het Georgia Institute of Technology hebben een methode ontwikkeld om een ​​op origami gebaseerde structuur te gebruiken om radiofrequentiefilters te maken met instelbare afmetingen, waardoor de apparaten kunnen veranderen welke signalen ze blokkeren over een groot aantal frequenties.

De nieuwe benadering voor het maken van deze afstembare filters kan verschillende toepassingen hebben, van antennesystemen die zich in realtime kunnen aanpassen aan de omgevingscondities tot de volgende generatie elektromagnetische verhulsystemen die on-the-fly opnieuw kunnen worden geconfigureerd om verschillende frequenties te reflecteren of te absorberen.

Het team concentreerde zich op een bepaald patroon van origami, genaamd Miura-Ori, die het vermogen heeft om uit te zetten en in te krimpen als een accordeon.

"Het Miura-Ori-patroon heeft een oneindig aantal mogelijke posities langs het extensiebereik van volledig gecomprimeerd tot volledig geëxpandeerd, " zei Glaucio Paulino, de Raymond Allen Jones Chair of Engineering en een professor aan de Georgia Tech School of Civil and Environmental Engineering. "Een ruimtelijk filter dat op deze manier is gemaakt, kan een vergelijkbare veelzijdigheid bereiken, veranderen welke frequentie het blokkeert als het filter wordt gecomprimeerd of uitgebreid."

Resultaten van het onderzoek, die werd gesteund door de National Science Foundation, het Amerikaanse ministerie van Defensie, en de Semiconductor Research Corporation, werden op 10 december in het tijdschrift gerapporteerd Proceedings van de National Academy of Sciences .

De onderzoekers gebruikten een speciale printer die papier scoorde om een ​​vel in het origamipatroon te vouwen. Vervolgens werd een inkjetprinter gebruikt om lijnen zilverinkt over die perforaties aan te brengen, het vormen van de dipoolelementen die het object zijn radiofrequentiefiltervermogen gaven.

"De dipolen werden langs de vouwlijnen geplaatst, zodat wanneer de origami werd samengedrukt, de dipolen buigen en komen dichter bij elkaar, waardoor hun resonantiefrequentie hoger langs het spectrum verschuift, " zei Manos Tentzeris, de Ken Byers Professor in Flexible Electronics aan de Georgia Tech School of Electrical and Computer Engineering.

Om te voorkomen dat de dipolen langs de vouwlijn breken, de perforaties werden op de plaats van elk zilverelement opgehangen en aan de andere kant voortgezet. Aanvullend, langs elk van de dipolen, er werd een aparte snede gemaakt om een ​​"brug" te vormen waardoor het zilver geleidelijker kon buigen. Voor het testen van verschillende posities van het filter, het team gebruikte 3D-geprinte frames om het op zijn plaats te houden.

De onderzoekers ontdekten dat een enkellaags Miura-Ori-vormig filter een smalle frequentieband blokkeerde, terwijl meerdere lagen van de gestapelde filters een bredere band van geblokkeerde frequenties konden bereiken.

Omdat de Miura-Ori-formatie vlak is wanneer deze volledig is uitgeschoven en vrij compact is wanneer deze volledig is samengedrukt, de structuren kunnen worden gebruikt door antennesystemen die in compacte ruimtes moeten blijven totdat ze worden ingezet, zoals die worden gebruikt in ruimtetoepassingen. Aanvullend, het enkele vlak waarlangs de objecten uitzetten zou voordelen kunnen bieden, zoals minder energie verbruiken, over antennesystemen die meerdere fysieke stappen vereisen om te implementeren.

"Een apparaat op basis van Miura-Ori kan zowel worden ingezet als opnieuw worden afgestemd op een breed frequentiebereik in vergelijking met traditionele frequentieselectieve oppervlakken, die doorgaans elektronische componenten gebruiken om de frequentie aan te passen in plaats van een fysieke verandering, " zei Abdullah Nauroze, een afgestudeerde Georgia Tech-student die aan het project werkte. "Dergelijke apparaten zouden goede kandidaten kunnen zijn om te worden gebruikt als reflectarrays voor de volgende generatie Cubesats of andere ruimtecommunicatieapparaten."

Er waren ook fysieke voordelen aan het gebruik van origami.

"Het Miura-Ori-patroon vertoont opmerkelijke mechanische eigenschappen, ondanks dat het is samengesteld uit platen die nauwelijks dikker zijn dan een tiende van een millimeter, " zei Larissa Novelino, een afgestudeerde Georgia Tech-student die aan het project werkte. "Die eigenschappen kunnen lichtgewicht maar sterke constructies maken die gemakkelijk kunnen worden vervoerd."