科學(xué)家使用塑料薄膜和金屬線將無(wú)線電天線直接縫入衣料中

據(jù)美國(guó)每日科學(xué)網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道，為了使通訊設(shè)備變得更加方便可靠，美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的科學(xué)家研制出了新方法，可以使用塑料薄膜和金屬線將無(wú)線電天線直接縫入衣料中，新天線系統(tǒng)能接收到無(wú)線電信號(hào)的范圍是傳統(tǒng)天線的4倍?？茖W(xué)家們表示，下一代通訊系統(tǒng)可能要靠縫紉機(jī)來完成。相關(guān)研究發(fā)表在美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)最新出版的《天線與無(wú)線傳播快報(bào)》上。

新技術(shù)將天線縫入布料中

對(duì)很多步兵來說，活動(dòng)性和進(jìn)行通訊常常不可兼得，弄得他們手足無(wú)措。他們使用的天線可能很大，也不太方便添加到他們已有的沉重負(fù)載上。

“我們的主要目標(biāo)是改進(jìn)通訊的可靠性，同時(shí)讓士兵更方便活動(dòng)。”該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、俄亥俄州立大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程系副教授陳植琪(音譯)表示，“不過，警察、消防戰(zhàn)士、航天員等人也可以使用這項(xiàng)技術(shù)，以便騰出手來進(jìn)行其他重要活動(dòng)。”

以前就有科學(xué)家提出將通訊設(shè)備內(nèi)嵌于衣服中。最新系統(tǒng)汲取了以前研究的精髓，并采用一種新方法將所有設(shè)備有效地整合在一起，而且科學(xué)家們也在整個(gè)系統(tǒng)中添加了一塊獨(dú)特的計(jì)算機(jī)控制設(shè)備，讓多個(gè)天線能在一塊布料上協(xié)同工作。

該大學(xué)電子科學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任約翰·弗拉卡斯表示：“我們不會(huì)看到手機(jī)上的天線，因?yàn)樘炀€已成為手機(jī)零件的一部分內(nèi)置于其中了，現(xiàn)在，我們希望能在衣服上做到這一點(diǎn)。”

工程師們通過將多層薄層黃銅蝕刻于商用塑料薄膜FR-4上制造出了一個(gè)模型天線。這種薄膜輕便且柔軟，能夠被縫入織物中?？茖W(xué)家們將這種薄膜織入一件馬甲的胸部、背部和雙肩四個(gè)位置上。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，新天線系統(tǒng)能夠提供比傳統(tǒng)軍用天線更強(qiáng)的信號(hào)，使其能夠接收的信號(hào)范圍是以前的4倍。

工程師們也在研究將這種天線直接打印在衣服上，同時(shí)也在嘗試使用金屬線將天線直接縫入衣服中，并將一臺(tái)普通的家庭縫紉機(jī)搬入了實(shí)驗(yàn)室中。測(cè)試結(jié)果表明，他們可以將天線繡進(jìn)棉、塔夫綢等布料中。

關(guān)鍵是讓天線能“通話”的網(wǎng)絡(luò)通訊代碼

然而，當(dāng)天線同人體皮膚接觸時(shí)，身體一般會(huì)吸收無(wú)線電信號(hào)并形成一個(gè)短路，而且，如果天線的位置放置不當(dāng)，當(dāng)人背著墻或其他障礙物移動(dòng)時(shí)，人體可能會(huì)阻止無(wú)線電接收或發(fā)送信號(hào)。

俄亥俄州立大學(xué)的科學(xué)家們讓幾塊協(xié)同工作傳遞或接收信號(hào)的天線環(huán)繞身體，從而克服了這些問題。另外，該大學(xué)的博士生李永吉(音譯)也研制出了一個(gè)計(jì)算機(jī)控制設(shè)備——一個(gè)比信用卡小一點(diǎn)、一英尺厚的金屬盒子，并使用工程師們研發(fā)出的能協(xié)調(diào)天線間信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)通訊代碼對(duì)天線進(jìn)行控制?？茖W(xué)家們將這個(gè)計(jì)算機(jī)控制設(shè)備織在人的腰帶上，不管人面朝哪個(gè)方向，添加的這塊計(jì)算機(jī)控制設(shè)備會(huì)感應(yīng)身體的運(yùn)動(dòng)并打開天線，以激活給定身體位置表現(xiàn)最好的那個(gè)天線。

所以，科學(xué)家們研制出的新通訊系統(tǒng)能在各個(gè)方向發(fā)送和接收信號(hào)，而且，當(dāng)這套系統(tǒng)穿過墻壁或者位于一個(gè)建筑物內(nèi)時(shí)，都能發(fā)送和接收信號(hào)，也不需要穿戴者攜帶額外的天線。研究人員在電子科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的過道內(nèi)(在此處，門和窗都會(huì)干擾信號(hào))對(duì)其性能進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其能高效地接收和發(fā)送信號(hào)。

陳植琪表示，為每個(gè)人配置一套這樣的天線系統(tǒng)需要花費(fèi)200美元，但規(guī)?；a(chǎn)會(huì)大幅降低成本。工程師們正在同天線設(shè)計(jì)公司攜手為這項(xiàng)技術(shù)申請(qǐng)專利并對(duì)其進(jìn)行商業(yè)化的生產(chǎn)。

弗拉卡斯認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)也適合普羅大眾使用。而且，老人、殘障人士也可以穿戴這種衣服，在緊急時(shí)同外界聯(lián)絡(luò)。他說：“想象由這種技術(shù)制成的一件馬甲或T恤，我們就會(huì)覺得很喜歡。