Sie können sie vielleicht nicht mit Ihren Augen sehen, aber im Raum zwischen Infrarotlicht und Mikrowellen befindet sich ein unsichtbarer Abschnitt des elektromagnetischen Spektrums, in dem weder Elektronik noch optische Geräte Energie manipulieren können. Das Coole an Terahertz-Wellen ist jedoch, dass sie Röntgenstrahlen sehr ähnlich sind: Sie können sie verwenden, um durch bestimmte feste Materialien zu sehen, aber ohne den Nebeneffekt „Oh je, jetzt bin ich tot“. hohe Dosen von Röntgenstrahlen. Forscher aus der Terahertz Integrated Electronics Group am MIT, unter der Leitung von Associate Professor Ruonan Han, versuchen, diesen Raum zu erschließen. Frisch vom Labortisch des MIT stammt ein elektronisch steuerbares Terahertz-Antennenarray, das wie ein steuerbarer Spiegel funktioniert.
Das Ergebnis ist, dass die Forscher mit diesem Technologiestück in der Größe eines Kartenspiels die Tür aufstoßen. Die Technologie kann schnellere Kommunikations- und Sichtsysteme ermöglichen, die durch neblige oder staubige Umgebungen sehen können. Die Forscher nennen es a Reflektionsfeldund erklären Sie, dass es wie ein steuerbarer Spiegel funktioniert, dessen Reflexionsrichtung von einem Computer gesteuert wird.
Das Reflectarray packt fast 10.000 Antennen auf ein kleines Gerät, das in der Lage ist, einen Strahl von Terahertz-Energie präzise auf einen winzigen Bereich zu fokussieren. Es kann es ohne bewegliche Teile präzise und schnell steuern. Die Bilder, die das Gerät erzeugt, sind vergleichbar mit Lidar-Geräten, können aber Regen, Nebel und Schnee durchdringen. Die Forscher behaupten, dass dies die erste Lösung ist, die eine militärische Auflösung für kommerzielle Geräte dieses Typs schaffen könnte.
„Antennenarrays sind sehr interessant, weil man durch einfaches Ändern der Zeitverzögerungen, die jeder Antenne zugeführt werden, ändern kann, in welche Richtung die Energie fokussiert wird, und es ist vollständig elektronisch“, sagt Nathan Monroe, der kürzlich am MIT promoviert hat Fachbereich Elektrotechnik und Informatik (EECS). „Also ist es eine Alternative zu diesen großen Radarschüsseln am Flughafen, die sich mit Motoren bewegen. Wir können dasselbe tun, aber wir brauchen keine beweglichen Teile, weil wir nur ein paar Bits in einem Computer ändern.“
Als Imager verwendet, bewegt sich der ein Grad breite Strahl in einem Zickzackmuster über jeden Punkt in der Szene vor dem Sensor und erzeugt so dreidimensionale Tiefenbilder. Im Gegensatz zu anderen Terahertz-Arrays, die Stunden oder sogar Tage brauchen können, um ein Bild zu erstellen, arbeiten ihre in Echtzeit. Herkömmlicherweise würde das Berechnen und Kommunizieren von genügend Bits, um 10.000 Antennen auf einmal zu steuern, die Leistung des Reflectarrays dramatisch verlangsamen. Die Forscher vermieden dies, indem sie das Antennenarray direkt auf Computerchips integrierten. Die Phasenschieber sind sehr einfach – nur zwei Transistoren – was bedeutet, dass sie etwa 99 % des Platzes auf dem Chip reservieren konnten, den sie für den Speicher verwenden. Das Ergebnis ist, dass jede einzelne Antenne eine Bibliothek verschiedener Phasen speichern kann. Der Zwei-Transistor-Phasenschieber hat einen zusätzlichen Vorteil; Halbierung des Stromverbrauchs der Lösung und Eliminierung der Notwendigkeit einer separaten Stromversorgung.
„Vor dieser Forschung haben die Menschen Terahertz-Technologien und Halbleiterchip-Technologien wirklich nicht kombiniert, um diese Strahlformung durchzuführen“, sagt Han. „Wir haben diese Gelegenheit erkannt und, auch mit einigen einzigartigen Schaltungstechniken, einige sehr kompakte, aber auch effiziente Schaltungen auf dem Chip entwickelt, sodass wir das Verhalten der Welle an diesen Stellen effektiv steuern können. Durch die Nutzung der integrierten Schaltungstechnologie können wir jetzt einige integrierte Speicher und digitale Verhaltensweisen ermöglichen, die es in der Vergangenheit definitiv nicht gab.“
„Weil dieses Reflectarray schnell arbeitet und so kompakt ist, könnte es als Imager für ein selbstfahrendes Auto nützlich sein, zumal Terahertz-Wellen durch schlechtes Wetter hindurchsehen können“, sagt Monroe.
Monroe und sein Team arbeiten daran, die Technologie zu lizenzieren, um sie über ein Startup auf den Markt zu bringen, was darauf hindeutet, dass das Gerät gut für autonome Drohnen geeignet sein könnte, da es leicht ist und keine beweglichen Teile hat. Darüber hinaus könnte die Technologie in Sicherheitseinstellungen eingesetzt werden und einen berührungslosen Körperscanner ermöglichen, der in Sekunden statt in Minuten funktioniert.