適応型3Dプリントニチノールアンテナが軍事・宇宙研究の可能性を広げる

適応型3Dプリントニチノールアンテナが軍事・宇宙研究の可能性を広げる
この投稿は Bingdunxiong によって 2024-12-25 11:56 に最後に編集されました

南極のクマの紹介:アンテナは、無線通信、ナビゲーション、レーダー、無線通信、科学研究の分野で常に欠かせないコンポーネントでした。主な機能は電磁波を受信または送信することです。アンテナ技術は大きく進歩しましたが、長い間、厳格な設計に限定されており、その汎用性と用途の範囲が制限されていました。


2024年12月25日、アンタークティックベアは、ジョンズホプキンス応用物理学研究所(APL)の研究者がこの伝統を打ち破り、高度な3Dプリント技術と形状記憶合金を通じて、温度変化に応じて独立して変形できるアンテナの開発に取り組んでいることを知りました。

2019年に始まったこの研究は、3Dプリント技術と先進的な材料科学を通じて、さまざまな無線周波数に動的に適応できるアンテナを開発することを目指しています。これらの変形可能なアンテナの出現により、軍事や宇宙探査の分野に前例のない柔軟性と機能性がもたらされると期待されています。

△研究タイトルは「形状記憶合金広帯域再構成可能複合アンテナの双方向積層造形」(ポータル)
ジェニファー・ホレンベック氏が率いるAPL研究チームは、例えばエイリアンの技術が必要に応じて形を変えることができるSFシリーズ「エクスパンス」からインスピレーションを得た。 「私はキャリアを通じてアンテナに携わってきましたが、固定されたアンテナ形状によって課せられる制限を克服するために常に苦労してきました」とホレンベック氏は説明します。「APL には、理論を革新的なソリューションに翻訳する専門知識と能力があることはわかっていました。」

△アダプティブ3Dプリントニッケルチタン合金アンテナの3つの状態。中央の写真は変形した状態を示しています。
3D プリントによる画期的な形状記憶合金アンテナの革新

アンテナは、広く使用されている形状記憶合金であるニッケルチタン合金(ニチノールとも呼ばれる)で作られています。この材料は、特定の温度に加熱すると元の形状に戻る特性があるため、変化する状況に適応する必要がある用途に最適です。しかし、NiTi 合金の 3D 印刷には、複雑な構造の印刷プロセス中に熱反応によって材料が変形する可能性があるため、多くの課題があります。 「これは本当に設計上の挑戦であり、当初の結果は私たちが期待していたものとは異なりました」とホレンベック氏は語った。

△変形過程におけるアンテナの状態を示す。一連の実験と最適化を通じて、研究チームはこれらの課題を克服し、加熱後に平らな螺旋形から円錐形に変形できる初のアンテナの製造に成功しました。さらに、必要な温度に達したときにアンテナの性能が影響を受けないように、新しい導電性材料を使用しました。 「当社は合金の加工パラメータと設計を最適化する豊富な経験を持っていますが、今回の課題はさらに一歩進んだものでした」と、積層造形エンジニアのサミュエル・ゴンザレス氏は説明します。「この材料の 3D プリント アプリケーションは比較的少ないため、実証済みの加工レシピがありませんでした。」

同僚のメアリー・デュフロ氏は次のように付け加えた。「印刷中にアンテナが熱で変形し、ビルドプラットフォームから剥がれてしまったため、プリンターで部品を何度か作成しました。」

将来的には、この柔軟なアンテナにより、現場での動的な通信が可能になるため、軍事作戦に新たな可能性が開かれます。このアンテナは優れた適応性を備えているため、通信分野や産業分野のさまざまなモバイル ネットワークもカバーでき、特に短距離通信と長距離通信の切り替えに適応しやすくなります。もう一つの潜在的な応用分野は、宇宙ミッションへの適応ソリューションとしての宇宙探査です。


アンテナ、アダプティブ、ニチノール

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