自適應3D打印鎳鈦諾天線為軍事和太空探索開辟新前景

魔猴君  科技前沿   4天前

天線在我們的通信、導航、雷達、無線電通信和科學研究中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它們的主要功能是接收或發(fā)射電磁波。然而，到目前為止，這些設備都是僵化的，不太靈活。由于約翰霍普金斯大學應用物理實驗室（APL）研究人員領(lǐng)導的一個項目，這種情況可能會發(fā)生改變。該項目于2019年啟動，旨在開發(fā)使用3D打印技術(shù)和形狀記憶合金的天線，能夠根據(jù)溫度變化自動變形。這些天線可以在軍事領(lǐng)域和太空探索中找到應用。

與傳統(tǒng)天線相比，創(chuàng)新的3D打印天線可以動態(tài)適應，支持更廣泛的射頻，并提供更高的靈活性。該項目的想法來自詹妮弗·霍倫貝克（Jennifer Hollenbeck），其靈感來自科幻小說系列《蒼穹浩瀚》（The Expanse），其中外星人使用能夠改變形狀的有機技術(shù)。她解釋說：“我在整個職業(yè)生涯中一直與天線打交道，經(jīng)常遇到天線剛性帶來的限制。我知道APL有能力創(chuàng)造不同的東西。?

該天線由鎳鈦諾制成，這是一種以其形狀記憶特性而聞名的鎳鈦合金。這種合金在加熱到特定溫度時可以恢復其原始形狀，非常適合需要適應不斷變化的條件的應用。然而，3D打印這種合金帶來了一些挑戰(zhàn)，特別是由于結(jié)構(gòu)的復雜性和材料的熱反應。Hollenbeck說：“設計極其復雜，最初的結(jié)果并不像我希望的那樣令人滿意。?

（照片來源：約翰霍普金斯大學應用物理實驗室）

通過大量的測試和調(diào)整，研究人員克服了這些障礙。因此，他們設計了第一個能夠在熱作用下呈圓錐形的扁平螺旋天線。此外，還使用了一種新的電導體將天線加熱到所需的溫度，而不會影響其性能。專門從事增材制造的工程師塞繆爾·岡薩雷斯(Samuel Gonzalez)解釋說：“我們在優(yōu)化合金加工參數(shù)方面擁有豐富的經(jīng)驗，但這個項目更進一步。?同事Mary Daffron補充道：“印刷這種材料的先例（如果有的話）也很少。我們甚至在打印機中產(chǎn)生了金屬碎片，因為天線在打印過程中試圖改變形狀，對熱量產(chǎn)生反應并試圖脫離。

未來，這種靈活的天線可以為軍事行動提供革命性的解決方案，實現(xiàn)現(xiàn)場動態(tài)通信。在電信和工業(yè)領(lǐng)域，其適應性可以覆蓋許多移動網(wǎng)絡，特別是通過改善短距離和長距離通信之間的過渡。另一個有前景的應用是太空探索，它可以作為太空任務的自適應解決方案。

編譯整理：3dnatives