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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   87天前

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天線在我們的通信、導航、雷達、無線電通信和科學研究中發(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應(yīng)用物理實驗室(APL)研究人員領(lǐng)導的一個項目,這種情況可能會發(fā)生改變。該項目于2019年啟動,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打印天線可以動態(tài)適應(yīng),支持更廣泛的射頻,并提供更高的靈活性。該項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技術(shù)。她解釋說:“我在整個職業(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:約翰霍普金斯大學應(yīng)用物理實驗室)

通過大量的測試和調(diào)整,研究人員克服了這些障礙。因此,他們設(shè)計了第一個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體將天線加熱到所需的溫度,而不會影響其性能。專門從事增材制造的工程師塞繆爾·岡薩雷斯(Samuel Gonzalez)解釋說:“我們在優(yōu)化合金加工參數(shù)方面擁有豐富的經(jīng)驗,但這個項目更進一步。?同事Mary Daffron補充道:“印刷這種材料的先例(如果有的話)也很少。我們甚至在打印機中產(chǎn)生了金屬碎片,因為天線在打印過程中試圖改變形狀,對熱量產(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提供革命性的解決方案,實現(xiàn)現(xiàn)場動態(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

   
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