自適應(yīng)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(dǎo)航、雷達(dá)、無線電通信和科學(xué)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(shè)備都是僵化的，不太靈活。由于約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室（APL）研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)項(xiàng)目，這種情況可能會(huì)發(fā)生改變。該項(xiàng)目于2019年啟動(dòng)，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(dòng)變形。這些天線可以在軍事領(lǐng)域和太空探索中找到應(yīng)用。

與傳統(tǒng)天線相比，創(chuàng)新的3D打印天線可以動(dòng)態(tài)適應(yīng)，支持更廣泛的射頻，并提供更高的靈活性。該項(xiàng)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(jī)技術(shù)。她解釋說：“我在整個(gè)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(shí)可以恢復(fù)其原始形狀，非常適合需要適應(yīng)不斷變化的條件的應(yīng)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(fù)雜性和材料的熱反應(yīng)。Hollenbeck說：“設(shè)計(jì)極其復(fù)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(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室）

通過大量的測(cè)試和調(diào)整，研究人員克服了這些障礙。因此，他們?cè)O(shè)計(jì)了第一個(gè)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(dǎo)體將天線加熱到所需的溫度，而不會(huì)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?cè)趦?yōu)化合金加工參數(shù)方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，但這個(gè)項(xiàng)目更進(jìn)一步。?同事Mary Daffron補(bǔ)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(jī)中產(chǎn)生了金屬碎片，因?yàn)樘炀€在打印過程中試圖改變形狀，對(duì)熱量產(chǎn)生反應(yīng)并試圖脫離。

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

編譯整理：3dnatives