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電波受信機は元の大きさの100分の1に縮小した。

ミケーレとトム・グリム/アラミー

新しい設計により、かさばるアンテナ (ここでは携帯電話の塔に示されています) を最大 100 分の 1 まで小さくできる可能性があります。

科学者らによると、テレビ信号や電波を送受信する金属製アンテナは、最大100倍も小さい小さなフィルムに間もなく置き換えられる可能性があるという。 考えられる利点の中には、小型のスマートフォンやウェアラブル技術、脳細胞を刺激するための小型の埋め込み型デバイスなどが挙げられます。

従来のアンテナは、金属ケーブル上を上下に電子の流れを振動させ、ケーブルのサイズに関連する波長の電磁 (EM) 放射を送信することで信号を送信するため、かさばります。 これは、電波スペクトルの最も一般的に使用される部分では、アンテナが発する放射線の波長に応じて、アンテナの長さが数センチメートル、または数十センチメートルである必要があることを意味します。

しかし、Nature Communications に掲載された論文 1 では、ボストンのノースイースタン大学の技術者 Nian Xiang Sun とその同僚が、新しい方法で EM 信号を感知して中継する小型アンテナの作成を報告しています。 サン氏によると、この設計では、電波を感知して発信するアンテナの直径は1ミリメートル未満になる可能性があるという。

プロトタイプのアンテナは、音響波 (材料内の振動) を電磁波と結合させることによって機能します。 薄い圧電膜が採用されており、電流が流れると振動します。 この振動により、磁性粒子を含む付着したフィルムが伸縮します。 その作用により振動磁場が発生し、電磁波が発生します。 このプロセスは、電波を受信する場合とは逆に行われます。入射する放射線がフィルム内に振動磁場を形成し、取り付けられた膜に振動を誘発し、その形状の変化により電気信号が生成されます。

アンテナが非常に小さくできるのは、その膜内の音波が、発生する電磁波よりもゆっくりと伝わるためです。 例えば1GHz（ギガヘルツ）の超短波電波は1秒間に10億回振動します。 10 億分の 1 秒の間に、この波は光の速さで 30 センチメートル進みます。 しかし、同じ周波数で振動する薄膜はわずか数百ナノメートルしか揺れません。

超小型磁気アンテナのアイデアは 2 年前に提案されました 2 が、プロトタイプがテストされたのはこれが初めてだとサン氏は言います。 「この研究により、元の概念が現実に大きく一歩近づきました」と、基礎理論を考案した科学者の一人であるカリフォルニア大学ロサンゼルス校のユアンシュン・イーサン・ワン氏は言う。 Wang 氏は、小型アンテナがあらゆる点で従来のアンテナよりも優れているのかどうかはまだ明らかではないと警告しています。

サン氏は、彼のチームがすでに企業と協力してこの技術の商業化に取り組んでおり、これらの小型アンテナを使用した通信システムが「2～3年以内に」実用化されると期待していると述べた。

サン氏によると、アンテナは脳内のチップで使用される可能性があるという。 生物医学研究者はすでに、うつ病や片頭痛の治療に、頭の外側に配置された磁気コイルが脳内に電流を誘導する経頭蓋磁気刺激を使用しています。 この技術は学習障害を治療するためにも研究されています。 しかし、コイルから電磁波を誘導するのは難しい。 電磁放射を送受信する埋め込み型制御可能なチップは、アンテナを縮小できれば、より正確にニューロンを刺激できる可能性がある。

サンは、ウェアラブル技術やスマートフォンなどの消費者向けアプリケーションも恩恵を受ける可能性があると考えている。 アンテナのサイズは必ずしもスマートフォンの制限要因ではないが、開発者はWi-Fi、GPS、非接触決済のための近距離無線通信などのサービスのために、さまざまなサイズの複数のアンテナを詰め込むことが増えている、とSunは指摘する。設計の合理化に役立ちます。

ナン、T.ら。 自然共通。 http://dx.doi.org/10.1038/s41467-017-00343-8 (2017)。

Yao、Z.、Wang、YE、Keller、S.、Carman、GP IEEE Trans。 アンテナの伝播。 63、3335–3344 (2015)。

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