Des dipôles d'argent sont disposés à travers les plis d'un motif Miuri-Ori pour permettre le blocage de fréquence. Crédit :Rob Felt
Des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont mis au point une méthode d'utilisation d'une structure basée sur l'origami pour créer des filtres de radiofréquence aux dimensions réglables, permettant aux appareils de changer les signaux qu'ils bloquent sur une large gamme de fréquences.
La nouvelle approche pour créer ces filtres accordables pourrait avoir diverses utilisations, des systèmes d'antenne capables de s'adapter en temps réel aux conditions ambiantes à la prochaine génération de systèmes d'occultation électromagnétique qui pourraient être reconfigurés à la volée pour refléter ou absorber différentes fréquences.
L'équipe s'est concentrée sur un modèle particulier d'origami, appelé Miura-Ori, qui a la capacité de se dilater et de se contracter comme un accordéon.
"Le motif Miura-Ori a un nombre infini de positions possibles le long de sa plage d'extension de complètement compressé à complètement étendu, " dit Glaucio Paulino, titulaire de la chaire d'ingénierie Raymond Allen Jones et professeur à la Georgia Tech School of Civil and Environmental Engineering. "Un filtre spatial fabriqué de cette manière peut atteindre une polyvalence similaire, en changeant la fréquence qu'il bloque lorsque le filtre est compressé ou étendu."
Résultats de l'étude, qui a été soutenu par la National Science Foundation, le département américain de la Défense, et la Semiconductor Research Corporation, ont été rapportés le 10 décembre dans le journal Actes de l'Académie nationale des sciences .
Les chercheurs ont utilisé une imprimante spéciale qui a marqué le papier pour permettre à une feuille d'être pliée dans le modèle d'origami. Une imprimante de type jet d'encre a ensuite été utilisée pour appliquer des lignes d'encre argentée sur ces perforations, formant les éléments dipolaires qui ont donné à l'objet sa capacité de filtrage radiofréquence.
De gauche à droite :Manos Tentzeris, le professeur Ken Byers en électronique flexible à la Georgia Tech School of Electrical and Computer Engineering, Larissa Novelino, un étudiant diplômé de Georgia Tech, Abdallah Nauroze, un étudiant diplômé de Georgia Tech, Glaucio Paulino, la chaire d'ingénierie Raymond Allen Jones et professeur à la Georgia Tech School of Civil and Environmental Engineering Crédit :Rob Felt
"Les dipôles ont été placés le long des lignes de pliage de sorte que lorsque l'origami a été compressé, les dipôles se plient et se rapprochent, ce qui fait que leur fréquence de résonance se déplace plus haut le long du spectre, " dit Manos Tentzeris, le professeur Ken Byers en électronique flexible à la Georgia Tech School of Electrical and Computer Engineering.
Pour éviter que les dipôles ne se cassent le long de la ligne de pliage, les perforations étaient suspendues à l'emplacement de chaque élément d'argent puis poursuivies de l'autre côté. En outre, le long de chacun des dipôles, une coupe séparée a été faite pour former un "pont" qui a permis à l'argent de se plier plus progressivement. Pour tester différentes positions du filtre, l'équipe a utilisé des cadres imprimés en 3D pour le maintenir en place.
Les chercheurs ont découvert qu'un filtre monocouche en forme de Miura-Ori bloquait une bande étroite de fréquences, tandis que plusieurs couches de filtres empilées pouvaient atteindre une bande plus large de fréquences bloquées.
Parce que la formation Miura-Ori est plate lorsqu'elle est complètement étendue et assez compacte lorsqu'elle est complètement comprimée, les structures pourraient être utilisées par des systèmes d'antennes qui doivent rester dans des espaces compacts jusqu'à leur déploiement, tels que ceux utilisés dans les applications spatiales. En outre, le plan unique le long duquel les objets s'étendent pourrait présenter des avantages, comme utiliser moins d'énergie, sur des systèmes d'antenne qui nécessitent plusieurs étapes physiques pour se déployer.
"Un appareil basé sur Miura-Ori pourrait à la fois se déployer et être ré-accordé sur une large gamme de fréquences par rapport aux surfaces sélectives de fréquence traditionnelles, qui utilisent généralement des composants électroniques pour ajuster la fréquence plutôt qu'un changement physique, " a déclaré Abdallah Nauroze, un étudiant diplômé de Georgia Tech qui a travaillé sur le projet. "De tels dispositifs pourraient être de bons candidats pour être utilisés comme réseaux réflecteurs pour la prochaine génération de cubesats ou d'autres dispositifs de communication spatiale."
Il y avait aussi des avantages physiques à utiliser l'origami.
"Le motif Miura-Ori présente des propriétés mécaniques remarquables, malgré son assemblage à partir de tôles à peine plus épaisses qu'un dixième de millimètre, " a déclaré Larissa Novelino, un étudiant diplômé de Georgia Tech qui a travaillé sur le projet. "Ces propriétés pourraient créer des structures légères mais solides qui pourraient être facilement transportées."
