I ricercatori hanno sviluppato un’antenna leggera e portatile in grado di comunicare con i satelliti e i dispositivi a terra, rendendo più semplice il coordinamento degli sforzi di salvataggio e soccorso nelle aree soggette a disastri
Quando un terremoto, un’alluvione o un altro disastro colpisce una regione, le infrastrutture di comunicazione esistenti come i telefoni cellulari e le torri radio vengono spesso danneggiate o distrutte. Ripristinare le comunicazioni di emergenza il più rapidamente possibile è vitale per coordinare gli sforzi di salvataggio e soccorso.
I ricercatori della Stanford University e dell’American University of Beirut (AUB) hanno sviluppato un’antenna portatile che potrebbe essere rapidamente dispiegata in aree soggette a disastri o utilizzata per stabilire comunicazioni in regioni sottosviluppate. L'antenna, descritta di recente su Nature Communications (1), ha dimensioni ridotte e può facilmente passare da una configurazione all'altra per comunicare con i satelliti o con i dispositivi a terra senza utilizzare energia aggiuntiva.
«Le soluzioni all'avanguardia tipicamente impiegate in queste aree sono parabole metalliche pesanti. Non sono facili da spostare, richiedono molta energia per funzionare e non sono particolarmente convenienti», ha affermato la dottoressa Maria Sakovsky (2), assistente professoressa di aeronautica e astronautica a Stanford. «La nostra antenna è leggera, a basso consumo e può passare da due stati operativi. È in grado di fare di più con il minimo possibile in queste aree in cui mancano le comunicazioni».
Due funzioni in un'unica antenna
I ricercatori hanno sviluppato l'antenna con un approccio tipicamente utilizzato per progettare dispositivi da schierare nello spazio. A causa delle limitazioni di carburante e di spazio, la tecnologia inviata in orbita deve essere molto leggera e imballata il più piccola possibile. Una volta che gli oggetti sono in orbita, si aprono nella forma corretta per l'uso. I ricercatori volevano che la loro antenna fosse altrettanto pieghevole e leggera.
L'antenna progettata da Sakovsky e dai suoi colleghi dell'AUB, tra cui Joseph Constantine, Youssef Tawk e Rosette Maria Bichara, è realizzata in fibre composite (un materiale spesso utilizzato nei satelliti) e assomiglia a un giocattolo per le dita di un bambino, con più strisce di materiale incrocio in spirali. Proprio come qualsiasi antenna a elica, il materiale conduttivo che scorre attraverso l'antenna invia segnali, ma grazie alla sua struttura unica, i ricercatori possono regolare il modello e la potenza di tali segnali nella nuova antenna trasformandola in forme più lunghe o più corte.
«Poiché volevamo che l'antenna potesse collassare in una forma comprimibile, abbiamo iniziato con questa struttura che ci ha portato a un design dell'antenna molto non tradizionale», ha detto la professoressac Sakovsky. «Stiamo utilizzando forme che non sono mai state impiegate prima su antenne elicoidali e abbiamo dimostrato che funzionano».
Nella sua forma più compatta, l'antenna è un anello cavo alto poco più di 1 pollice e largo circa 5 pollici - non molto più grande di un braccialetto - e pesa 1,4 once. In questa forma è in grado di raggiungere i satelliti con un segnale ad alta potenza inviato in una direzione particolare. Quando allungata fino a circa un piede di altezza, l'antenna invia un segnale di potenza inferiore in tutte le direzioni, più simile a un router Wi-Fi.
Passare da uno stato all'altro è semplice come tirare o spingere l'antenna. Questi movimenti non devono nemmeno essere particolarmente precisi perché, una volta spostata l'antenna oltre un certo punto, la struttura scatta nella giusta posizione. La dimensione e la forma specifiche del progetto dell’antenna determineranno su quali frequenze comunicano questi due stati.
«La frequenza alla quale si desidera operare determinerà quanto grande dovrà essere l'antenna, ma siamo stati in grado di dimostrare che, indipendentemente dalla frequenza alla quale si opera, è possibile adattare questo principio di progettazione per ottenere le stesse prestazioni», ha affermato Sakovsky.
Il prototipo fabbricato è stato testato per l'implementazione e le prestazioni strutturali a Stanford e le sue caratteristiche di radiazione elettromagnetica presso le strutture di misurazione dell'antenna presso AUB.
Applicazioni in orbita
Per essere dispiegata sul campo, l'antenna dovrebbe essere accoppiata con un ricetrasmettitore per inviare e ricevere segnali, un piano di terra per riflettere le onde radio e altri dispositivi elettronici, ma l'intero pacchetto peserebbe comunque solo circa 1 chilogrammo, ha detto Sakovsky. E la doppia funzionalità unica dell'antenna significa che potrebbe sostituire più antenne più pesanti in aree in cui l'implementazione rappresenta una sfida.
Ciò include gli usi nelle aree colpite da disastri e sottosviluppate, ma anche, potenzialmente, nello spazio. Sakovsky e i suoi colleghi stanno valutando la possibilità di adattare il loro progetto alle comunicazioni satellitari, consentendo ai satelliti di utilizzare la stessa antenna per comunicare tra loro e con la terra.
«Non abbiamo molta potenza operativa, volume o massa di riserva nemmeno sul nostro veicolo spaziale. Ciò ha un grande potenziale per sostituire più antenne su un satellite con una sola», ha concluso la dottoressa Sakovsky.
La dottoressa Maria Sakovsky è affiliato alla Stanford SystemX Alliance (3). Altri coautori provengono dall’American University of Beirut (4).
Riferimenti:
(2) Maria Sakovsky
(4) American University of Beirut
Descrizione foto: L'antenna bistabile elicoidale quadrifilare riconfigura passivamente le sue caratteristiche di radiazione in termini di modello e polarizzazione. - Credit: Courtesy Reconfigurable & Active Structures Lab.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: New, portable antenna could help restore communication after disasters