Edullinen ratkaisu 6G-katveeseen: tutkijoiden kehittämät metakidepaneelit ohjaavat langattomia signaaleja myös kulman taakse

Esimerkiksi kellareissa, tunneleissa tai vain suurissa rakennuksissa pätkivä Wi-fi- ja mobiiliverkon signaali turhauttaa käyttäjää. Tavallisin ratkaisu tällaisiin kuuluvuusongelmiin on lisätä laitteistoa: reitittimiä, toistimia ja tukiasemia. 6G-aikakauteen siirryttäessä monimutkaisen langattoman infrastruktuurin rakentaminen rasittaa kuitenkin ympäristöä ja on lisäksi kohtuuttoman kallista. 

Korkeampitaajuiset 6G-kanavat pyrkivät tarjoamaan huomattavasti enemmän kaistaa kuin nykyinen 5G, mutta tielle nousevat seinät, ihmiset ja muut esteet. Ongelman ratkaisemiseksi Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet edullisia 3D-tulostettuja metakidepaneeleita, jotka ohjaavat radioaaltoja passiivisesti fyysisten esteiden ympäri –  ilman ylimääräistä elektroniikkaa, virtalähteitä tai aktiivista viritystä. 

Väitöskirjatutkija Mahdi Asgari vertaa tilannetta pimeään huoneeseen: jos siellä on liian pimeää, voi joko tuoda huoneeseen lisää lamppuja tai sitten ohjata olemassa olevaa valoa yksinkertaisilla peileillä. Metakidepaneelit tekevät samaa, mutta ohjaten radioaaltoja. 

"Toisin kuin aiemmin kehitetyt yksikerroksiset ohjattavat älypinnat, nämä kolmiulotteiset metakiteet voidaan suunnitella ohjaamaan useita saapuvia signaaleja itsenäisesti, mikä on toimivan langattoman viestinnän keskeinen edellytys", Asgari kertoo.  

Paneelit on mahdollista asentaa esimerkiksi seinille, kattoihin tai kalusteisiin, jolloin ne ohjaisivat signaaleja kulmien taakse, katvealueisiin sekä tiettyjä laitteita tai käyttäjiä päin. 

Toisin kuin monet nykyiset älypinnat, jotka kykenevät yleensä käsittelemään vain yhtä signaalia yhdestä suunnasta kerrallaan, metakidepaneelit voivat hallita useita saapuvia aaltoja samanaikaisesti, toimia eri taajuuksilla yhtä aikaa,  sekä joko heijastaa, lähettää tai estää ei-toivottuja signaaleja. 

3D-tulostettuja paneeleja joka käyttöön 

Perinteiset ohjelmoitavat älypinnat vaativat monimutkaisia ohjauspiirejä ja useita muokattavia elementtejä, mikä tekee niistä kalliita ja hankalia ottaa laajemmin käyttöön. Metakidepaneelit voidaan kuitenkin valmistaa tavallisessa 3D-tulostimessa, jolloin yksittäisen paneelin materiliaalien hinta on arviolta muutamia kymmeniä euroja. Tulostus mahdollistaa myös räätälöityjen paneelien tekemisen eri ympäristöihin. 

"Teollisuudessa kiinnostavimpia käyttökohteita ovat hitaasti muuttuvat ympäristöt, kuten tehtaat, sisätilojen 5G-/6G-verkot, varastot ja pitkät käytävät", Asgari sanoo. 

Tällaisissa paikoissa kertaalleen viritetty passiivinen paneeli voi olla edullisempi ja yksinkertaisempi ratkaisu kuin aktiivisesti ohjattu ja jatkuvaa huoltoa vaativa älypinta. 

Kohti käytännöllisiä langattomia ympäristöjä 

Asgari painottaa, että metakidepaneelit eivät ole futuristisia ja kalliita elektronisia vekottimia. Asennuksen jälkeen geometria tekee kaiken tarvittavan työn, ja paneeli parantaa signaalia huomaamattomasti taustalla. 

Tutkijat etsivät nyt tapoja kaupallistaa nämä löydökset. He etsivät yhteistyökumppaneita, jotka ovat kiinnostuneita ohjelmoitavista metapinnoista, älykkäistä langattomista infrastruktuureista sekä passiivisista signaalinohjaustekniikoista, jotka on edullista valmistaa. 

"Toiveena on, että tulevaisuudessa näitä skaalautuvia, älykkäitä langattomia ratkaisuja hyödynnetään sisätiloissa sekä kaupunkiympäristöissä rakennusten seinillä tai muilla pinnoilla", Asgari sanoo. 

Hänen mukaansa seuraava askel on kehittää ohjelmoitavia paneeleja, jotka voisivat mukautua ympäristön muutoksiin. Tämänhetkiset älypinnat ovat usein liian kalliita ja monimutkaisia laajaan teolliseen käyttöön, joten tiimi tutkii yksinkertaisempia tapoja tarjota joustavia paneeliratkaisuja, jotka olisivat edelleen edullisia ja käytännöllisiä. 

Metacrystals: Inversely-designed 3D-printed intelligent panels for 6G communications -artikkeli on ilmestynyt Nature Communications -julkaisussa 8. kesäkuuta.