قام فريق من العلماء في جامعة جياو تونغ في شيان، في الصين، بإنجاز إبداعي مبتكر: مولد لشعاعات الضوء ليس فعالاً فحسب، بل رخيص التكلفة وصغير الحجم أيضاً، مطبوع ثلاثي الأبعاد. يمكن لهذا الجهاز إنتاج شعاعات دوامية، وهو نوع من الضوء الدوراني، مما يتيح له حمل معلومات أكثر بكثير من شعاعات الضوء التقليدية. يمكن أن يحدث هذا تحولاً في الاتصالات اللاسلكية المستقبلية، مع زيادة سعة وموثوقيتها.
تحدي الشبكات عالية السعة
في الوقت الحالي، يجب على شبكات الاتصال مثل 5G و6G التعامل مع كميات هائلة من البيانات ومقاومة التداخلات. ومع ذلك، تواجه الأنظمة الحالية لإنتاج الشعاعات الدوامية مشكلات مثل انخفاض الكفاءة وارتفاع التكاليف. يحل هذا المولد الجديد العديد من هذه العوائق، مقدمًا حلاً أكثر اقتصادية وكفاءة لنقل البيانات عالية السعة.
كيفية عمل مولد الشعاعات الدوامية
استخدم الباحثون الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء مولد ينتج شعاعات دوامية عالية السعة، مثالية لـالاتصالات المتقدمة. بالإضافة إلى ذلك، يتميز هذا الجهاز بخصائص رئيسية: مرشح مدمج يساعد على تضخيم الإشارات المرغوبة ومنع التداخلات، مما يضمن نقلًا واضحًا.
تحسين الاتصال في الفعاليات الكبيرة
هذا الجهاز ليس مفيدًا لشبكات 5G و6G فحسب، بل أيضًا لتطبيقات مثل الاستشعار عن بعد وعلم الصور. وفقًا للباحث يوانشي كاو، يمكن أن يكون هذا المولد مفتاحًا لتحسين الاتصال في الفعاليات ذات الكثافة السكانية العالية، مثل الحفلات الموسيقية أو المباريات الرياضية، حيث تتعرض الشبكات التقليدية للإفراط في الحمل.
تصفية الكسب لتقليل التداخلات
يحتوي المولد المطبوع ثلاثي الأبعاد على مقسم للطاقة يوزع الإشارة ويزيل الترددات غير المرغوبة. يقلل هذا المرشح من التداخلات ويجعل المكونات الخارجية الأخرى غير ضرورية. بالإضافة إلى ذلك، تساعد الهيكل المعدني المملوء بالهواء على تحسين كفاءة الجهاز.
تشغيل دقيق لإنتاج الشعاعات الدوامية
يقسم الجهاز الإشارة المدخلة إلى أجزاء متعددة ويعدل مرحلتها لإنشاء الشعاع الدوامي بالخصائص المطلوبة. بعد ذلك، يتم نقل الإشارات عبر سلسلة من الهوائيات المرتبة في دائرة لإنتاج شعاع الضوء الدوراني.
اختبارات وتصنيع الجهاز
لتصنيع الجهاز، استخدم الباحثون تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد متقدمة تُدعى الاندماج الانتقائي بالليزر. سمح هذا العملية بإنشاء نموذج أولي بمواد دقيقة للغاية، مما يضمن تشغيله المثالي في تطبيقات الترددات العالية.
نتائج واعدة واختبارات ناجحة
أظهرت الاختبارات التي أجريت أن مولد الشعاعات الدوامية يتوافق مع المعايير المرغوبة، مقدمًا نقاوة إشارة تصل إلى 80% وتقليلًا للتداخلات يزيد عن 30 dB. يثبت هذا أن الجهاز قادر على نقل الإشارات بكفاءة وخالية من التداخلات.
نحو مستقبل أكثر كفاءة وإمكانية الوصول
يعمل الباحثون على تحسين أداء المولد أكثر، بهدف تحسين الكسب والكفاءة وتصفية الإشارات. في المستقبل، يخططون لاستكشاف تطبيقات جديدة للجهاز، مثل الاتصالات في ترددات أعلى، مثل التيراهيرتز. كما يفكرون في تسويقه تجاريًا، مما سيتطلب تهيئة التصنيع ثلاثي الأبعاد لإنتاجه على نطاق واسع وتكييفه مع الأنظمة الحالية.