8 июня исследовательская группа Университета Аалто (Финляндия) представила 3D-печатную панель из метаматериального кристалла, предназначенную для связи 6G. Результаты опубликованы в журнале «Nature Communications». Данная панель способна пассивно направлять радиоволны в обход препятствий без необходимости электропитания, активной настройки и сложных схем управления, улучшая качество беспроводной связи в зонах со слабым покрытием, таких как подвалы, туннели, крупные здания, заводы и коридоры.
Данная технология направлена на решение более острой проблемы распространения сигналов при переходе высокочастотной связи на этап 6G. Будущие сети 6G будут активнее использовать высокочастотные диапазоны для обеспечения большей пропускной способности и более высокой скорости передачи данных по сравнению с 5G. Однако с повышением частоты сигналы становятся более уязвимыми для экранирования стенами, телами людей, мебелью, оборудованием и строительными конструкциями. Традиционные подходы, как правило, предполагают установку дополнительных маршрутизаторов, ретрансляторов, малых базовых станций или реконфигурируемых интеллектуальных поверхностей в зонах со слабым покрытием. Однако такие решения требуют электропитания, прокладки кабелей, управляющих микросхем, радиочастотных модулей и постоянного обслуживания, а стоимость развертывания возрастает по мере усложнения сценариев. Предложенная командой Университета Аалто панель из метаматериального кристалла использует объемную конструкцию, которая перераспределяет радиоволны за счет геометрической формы, позволяя сигналам огибать углы, проникать в теневые зоны или концентрироваться на конкретных пользователях и устройствах. Исследователи проводят аналогию с использованием зеркала для направления света, с той лишь разницей, что в данном случае направляются радиоволны.
Панель может быть установлена на стены, потолки, мебель или другие поверхности. Стоимость материалов для одной панели оценивается всего в несколько десятков евро.
С технической точки зрения, панель из метаматериального кристалла отличается от многих однослойных интеллектуальных поверхностей, которые могут обрабатывать только одно направление падения или одну функцию. Команда Университета Аалто отмечает, что такие объемные метаматериальные кристаллы могут одновременно обрабатывать несколько падающих волн, синхронно работать в разных частотных диапазонах, а также, в зависимости от целей проектирования, отражать, пропускать или даже поглощать нежелательные сигналы. Производство основано на 3D-печати, что позволяет исследователям настраивать структуру панели в соответствии с конкретной планировкой зданий, заводских цехов, складов или коридоров, обеспечивая постоянное управление сигналами с помощью «геометрической формы» после установки. Для статичных или медленно меняющихся сред, таких как заводы, внутренние сети 5G/6G, складские помещения и длинные коридоры, преимущества этого решения заключаются в низкой стоимости, низких требованиях к обслуживанию и легкости масштабирования, без необходимости установки дополнительных электронных устройств в каждой точке или постоянной регулировки большого количества активных элементов.
Перспективы применения данной разработки сосредоточены в области создания интеллектуальной беспроводной среды. В будущем на заводах, логистических складах, в больницах, подземных пространствах, транспортных узлах и крупных общественных зданиях будет задействовано больше роботов, датчиков, промышленных камер, AR-терминалов, беспилотных транспортных средств и приложений с низкой задержкой управления. Простое увеличение мощности базовых станций или добавление ретрансляторов приведет к росту энергопотребления, усложнению кабельной инфраструктуры и нагрузке на обслуживание. Если 3D-печатные панели из метаматериального кристалла будут внедрены в инженерную практику, они смогут служить «пассивными коммуникационными элементами» внутри зданий, улучшая покрытие в слепых зонах без изменения основной сетевой архитектуры и повышая доступность высокочастотных сигналов 6G в сложных пространствах. Исследовательская группа в настоящее время изучает пути коммерциализации и ищет возможности промышленного сотрудничества в области программируемых метаповерхностей, интеллектуальной беспроводной инфраструктуры и недорогих технологий пассивного управления сигналами.
Дальнейшие исследования будут направлены на переход от статических панелей к реконфигурируемым, что позволит им адаптироваться к изменениям беспроводной среды. Если этот путь позволит сохранить преимущества низкой стоимости и простоты развертывания, строительство сетей 6G получит новый инструмент, занимающий промежуточное положение между традиционным расширением базовых станций и сложными активными интеллектуальными поверхностями, предлагая более гибкие инженерные решения для внедрения высокочастотной связи в помещениях, на заводах и в городских пространствах.