De proliferatie van IoT-technologie heeft van alledaagse hardware en nieuwe gadgets chatterboxen gemaakt, maar heeft ook een keerzijde: hoe meer apparaten de ether delen, hoe meer communicatieproblemen ze hebben. De bijna 30 miljard verbonden apparaten die naar verwachting in 2030 zullen werken met behulp van verschillende draadloze standaarden, terwijl ze dezelfde frequentiebanden delen, waardoor ze elkaar mogelijk kunnen storen. Om dit te ondervangen zeggen onderzoekers in Japan dat ze een manier hebben ontwikkeld om het aantal apparaten dat storende signalen wegfiltert, te verminderen. In plaats van veel individuele filters zou de technologie ze op individuele chips combineren.
Om ervoor te zorgen dat smartphones met verschillende communicatiestandaarden en in verschillende landen kunnen werken, hebben ze tientallen filters nodig om ongewenste signalen te voorkomen. Maar deze filters kunnen duur zijn en samen relatief veel telefoonruimte in beslag nemen. Nu het elektromagnetische spectrum steeds dichter wordt, zullen ingenieurs nog meer filters in telefoons en andere apparaten moeten proppen, wat betekent dat verdere miniaturisatie noodzakelijk zal zijn. Onderzoekers van de Japanse telecom NTT en de Okayama Universiteit zeggen dat ze technologie hebben ontwikkeld die al die filters kan terugbrengen tot één enkel apparaat dat zij omschrijven als een ultrasoon circuit dat signalen kan beheren zonder ze per ongeluk te verspreiden.
Het ultrasone circuit bevat filters die vergelijkbaar zijn met de Surface Acoustic Wave (SAW)-filters die in smartphones worden gebruikt. SAW-filters zetten een elektronisch RF-signaal om in een mechanische golf aan het oppervlak van het substraat en terug, waarbij bepaalde frequenties worden uitgefilterd. Omdat de mechanische golf duizenden keren korter is dan de RF-golf die deze genereert, kunnen SAW-filters compact zijn.
De huidige filters verwijderen ongewenste RF-signalen door ze om te zetten in ultrasone signalen en omgekeerd. Het nieuwe onderzoek zou kunnen leiden tot een manier om veel van dergelijke filters op één chip te integreren.NTT-bedrijf
“In de toekomstige IoT-samenleving zal de breedte van het communicatiebereik en de communicatiemethode toenemen, dus zullen we honderden ultrasone filters in smartphones nodig hebben, maar we kunnen er geen groot gebied aan toewijzen”, omdat de batterij, het scherm, de processor en andere componenten hebben ook ruimte nodig, zegt hij Daiki Hatanaka, senior onderzoeker bij de Nanomechanics Research Group bij NTT. “Onze technologie stelt ons in staat ultrasoon geluid te beperken tot een zeer smal kanaal op micrometerschaal, en het signaal vervolgens te sturen zoals wij dat willen. Op basis van dit ultrasone circuit kunnen we veel filters op één chip integreren.”
Valley Pseudospin-afhankelijk transport
Het geleiden van ultrasone golven langs een pad dat van richting verandert, kan terugverstrooiing veroorzaken, waardoor de signaalkwaliteit verslechtert. Om dit tegen te gaan, gebruikten Hatanaka en collega’s het onderzoek van de Universiteit van Okayama naar akoestische topologische structuren. Topologie is de wiskunde die zich bezighoudt met hoe verschillende vormen als gelijkwaardig kunnen worden beschouwd als ze aan bepaalde voorwaarden voldoen – een klassiek voorbeeld is dat een donut en een koffiekopje gelijkwaardig zijn omdat ze allebei maar één gat hebben. Maar zoals benadrukt door de Nobelprijs voor de natuurkunde van 2016, wordt het ook gebruikt om exotische toestanden van materie te onderzoeken, waaronder supergeleiding.
In hun experimenten creëerden onderzoekers in Japan een golfgeleider die bestaat uit reeksen periodieke gaten met drievoudige rotatiesymmetrie. Waar twee gatenreeksen die 10 graden ten opzichte van elkaar zijn geroteerd, elkaar ontmoeten, treedt een topologisch kenmerk op dat pseudospinvalleien wordt genoemd. Aan deze rand ‘draaien’ kleine ultrasone ‘pseudospin’-wervelingen in tegengestelde richtingen, waardoor een unieke ultrasone golf ontstaat die bekend staat als pseudospin-afhankelijk valleitransport. Hierdoor wordt het 0,5 GHz-signaal slechts in één richting verspreid, zelfs als er een scherpe bocht in de golfgeleider zit, aldus NTT. Daarom kan het signaal geen last hebben van terugverstrooiing.
“De polarisatierichting van de daltoestanden van ultrageluid dwingt het automatisch om zich in slechts één richting voort te planten, en terugverstrooiing is verboden”, zegt Hatanaka. “
NTT zegt dat het gigahertz-topologische circuit het eerste in zijn soort is. Het onderzoeksteam probeert nu een golfgeleider te maken die 5 tot 10 filters op één chip verbindt. De initiële chip zal ongeveer 1 vierkante centimeter groot zijn, maar de onderzoekers hopen deze terug te brengen tot een paar honderd vierkante micrometer. In de tweede fase van het onderzoek zullen ze proberen het ultrasoon geluid dynamisch te controleren, het signaal te versterken, de frequentie ervan om te zetten en deze functies in één systeem te integreren.
Het bedrijf zal commercialiseringsplannen overwegen naarmate het onderzoek de komende twee jaar vordert. Als het onderzoek een commercieel product wordt, kan de impact op toekomstige smartphones en IoT-systemen belangrijk zijn, zegt Hatanaka. Hij schat dat toekomstige high-end smartphones kunnen worden uitgerust met ongeveer twintig ultrasone circuits.
“We zouden de bespaarde ruimte kunnen gebruiken voor een betere gebruikerservaring, dus door ultrasone filters of andere analoge signaalcomponenten te gebruiken kunnen we het scherm of de batterij of andere belangrijke componenten van de gebruikerservaring verbeteren”, zegt hij.
Uit artikelen op uw website
Gerelateerde artikelen op internet