Grafenowe anteny Wi‑Fi kolejnym krokiem w stronę „twardej” nanotechnologii

Niemal trzydzieści lat minęło od wydania pierwszej edycji książkifizyka Erica Drexlera Engines of Creation,w której wieścił on nadchodzącą erę „twardej”nanotechnologii, w której uniwersalne assemblery, maszyny będące wstanie stworzyć niemal wszystko, składając to atom po atomie,zmieniają całkowicie przemysłową bazę ludzkiej cywilizacji. Jak narazie brakuje nawet teoretycznych prac, jak w całości urzeczywistnićtak rozumianą nanotechnologię, ale krok po kroku pojawiają siępierwsze pomysły na rozwiązanie poszczególnych problemów zkonstrukcją nanobotów. Jeden z nich został właśnie opisany przezbadaczy z Georgia University of Technology, którzy chcą sięgnąć pografen, by budować z niego nanoanteny Wi-Fi. Pojedynczy nanobot niewielezrobi, pracować tu muszą sieci składające się z tysięcy czy milionówtakich maszyn. Pomysły na to, jak je wszystkie zasilać już są –w zeszłym roku Georgia University of Technology chwaliło się pracąswojego naukowca, profesora Zhong Lin Wanga, który wykorzystującpiezoelektryczne właściwości nanowłókien z tlenku cynku opracowałsposób budowy nanogeneratorów, przekształcających dostępną wotoczeniu energię mechaniczną na elektryczną (taki nanogenerator,zasilany np. biciem serca, miałby dostarczać prąd o natężeniu 1 mA inapięciu 3 V). Teraz przyszło pochwalić się pomysłem na komunikacjęmiędzy takimi maszynami. Wykorzystanie do budowy antensieci bezprzewodowych w skali nano klasycznych materiałów, takich jakmiedź, jest praktycznie niemożliwe. Musiałyby one działać wczęstotliwościach rzędu setek teraherców, a ich zasięg byłbyograniczony, ze względu na straty w sygnale, do mikrometrów. Takwysoka częstotliwość oznaczałaby też ogromne zużycie energii,wykraczające poza zasoby, którym nanoboty mogłyby realnie dysponować.Zespół badaczy z GUoT pracujących pod kierownictwem profesora IanaAkyildiza przeprowadził więc badania nad wykorzystaniem w tym celugrafenu. [img=graphene-antenna-schematic_0]Akyildiz, który prowadzi badanianad nanosieciami od lat 90, z grafenem zapoznał się całkiem niedawno,odkrywając, że umożliwia on przesyłanie sygnałów elektromagnetycznychw warunkach, które wydawały się tego typu komunikację uniemożliwiać.Kiedy elektrony w grafenie zostają wzbudzone przezprzychodzącą falę elektromagnetyczną, zaczynają się poruszać tam i zpowrotem (…) globalna oscylacja ładunku elektrycznego prowadzido powstania ograniczonej fali elektromagnetycznej na powierzchniwarstwy grafenu – tłumaczyuczony. Efekt ten, znany jako fala powierzchniowych polarytonówplazmonowych (surfaceplasmon polariton, SPP) pozwala antenom wykonanym z grafenudziałać już w częstotliwościach rzędu 100 GHz. Anteny z innychmateriałów, w których efekt SSP zachodzi, takich jak np. złoto,wymagają częstotliwości przynajmniej 150 THz. Josep Jornet, zaangażowany w tebadania doktorant profesora Akyildiza, podkreśla, że grafenowenanoanteny pozwalają zmniejszyć częstotliwości o przynajmniej dwarzędy wielkości, a zapotrzebowanie na energię nawet o cztery rzędy,dzięki czemu metody opracowane przez profesora Zhonga mogą dostarczyćdość mocy, aby umożliwić telekomunikację między nanomaszynami. Zanimjednak powstaną sieci nanobotów, grafenowe anteny pomóc mają wzwiększeniu szybkości istniejących sieci telefonii komórkowych –Akyildiz sugeruje, że moduły utworzone z tysięcy takich nanoantenpozwoliłyby na przekazywanie danych z terabitowymi szybkościami, wpaśmie terahercowym. Po wydaniu teoretycznegoopracowania, kolejnym krokiem badaczy ma być zbudowanie grafenowejanteny i podłączonego do niej grafenowego transceivera. Przypieniądzach, jakie inwestują obecnie światowe potęgi wnanotechnologię i zastosowania grafenu (by wspomnieć chociażby omiliardzieeuro dla Nokii, na utworzenie europejskiego konsorcjum badań nadgrafenem), nie powinno to zająć zbyt wiele czasu. Badacze z GUoTwiedzą zresztą, jak się sprzedać – przedstawiając wachlarzzastosowań opracowywanych przez siebie nanotechnologii mówią nietylko o medycynie i ochronie środowiska, ale też o przemyślezbrojeniowym.