Nous n'y pensons peut-être pas beaucoup, mais les antennes sont partout. Dans nos téléphones, dans nos voitures, dans les étiquettes antivol sur les vêtements que nous achetons, et à mesure que l'Internet des objets devient une réalité de plus en plus présente, ils apparaissent dans de nouveaux endroits, tels que les micro-ondes et les lampes. Les ingénieurs ont donc recherché des méthodes pour rendre les antennes plus petites, plus légères et plus faciles à appliquer.
Des chercheurs de l’Université Drexel ont mis au point une méthode permettant de créer des antennes presque invisibles sur presque toutes les surfaces en les pulvérisant littéralement comme de la peinture. Les antennes sont fabriquées à partir d’un matériau métallique bidimensionnel spécial appelé MXene. La poudre MXene peut être dissoute dans l'eau pour créer une peinture qui est ensuite appliquée à l'aérographe. Dans les tests, même une couche aussi mince que 62 nanomètres - des milliers de fois plus fine qu'une feuille de papier - pourrait communiquer efficacement. Les performances ne dépassaient pas 8 microns, un point où les antennes de pulvérisation fonctionnaient aussi bien que celles actuellement utilisées dans les appareils mobiles et les routeurs sans fil.
Les antennes sont si minces qu’elles peuvent être pulvérisées sans ajouter de poids ni en vrac, même à de très petits appareils tels que des capteurs médicaux. Et ils sont flexibles aussi, ce qui signifie qu'ils peuvent aller sur des surfaces non plates, comme des rideaux. Les chercheurs ont déclaré que les antennes pourraient apporter d’énormes améliorations aux appareils sans fil et à l’Internet des objets, en particulier en ce qui concerne les dispositifs portables: vous pouvez même vaporiser une antenne sur vos chaussettes pour les suivre.
«Cela permettra une communication vraiment sans fil avec n'importe quel élément», déclare Yury Gogotsi, professeur de science des matériaux et d'ingénierie, qui a dirigé les recherches. "Cela pourrait faire une réelle différence parce que nous nous dirigeons vers un monde où tout sera connecté."
Imaginez que vous puissiez appliquer instantanément une antenne à n'importe quel objet que vous possédez et en faire un appareil de communication. Vous pouvez installer une antenne sur le collier de votre chien pour l'empêcher de se perdre. Mettez-en un sur votre réfrigérateur pour qu'il puisse communiquer avec vos téléphones. Mettez-les sur vos balles de tennis pour surveiller la vitesse de vos services.
La recherche a été publiée récemment dans la revue Science Advances .
MXene, un matériau à deux dimensions en carbure de titane, a été découvert par les chercheurs de Drexel en 2011 et breveté en 2015. Ultra-fort et conducteur, il pourrait être utilisé dans les dispositifs de stockage d'énergie, tels que les électrodes de batterie pouvant charger les téléphones en quelques secondes; empêcher les interférences électromagnétiques entre les appareils; détecter des produits chimiques dangereux dans l'air, et plus encore. Dans l’étude, les antennes MXene ont été 50 fois plus performantes que celles en graphène, le nanomatériau «chaud» actuel.
Contrairement aux autres nanomatériaux, MXene ne nécessite ni liant ni chauffage pour faire adhérer les nanoparticules. Tout ce dont il a besoin est d'être mélangé avec de l'eau et pulvérisé avec un aérographe. Les antennes résultantes peuvent même fonctionner sur des matériaux en mouvement et en flexion, tels que les textiles, bien que cela affecte la réception, de la même manière que déplacer l'antenne sur un ancien téléviseur.
La pulvérisation d'antennes est «une approche intéressante», explique Josep Jornet, professeur de génie électrique à l'université de Buffalo, qui travaille sur les réseaux de communication et l'Internet des objets.
La plupart des recherches sur les antennes souples et minces ont concerné l’impression, explique Jornet. Mais la pulvérisation peut être plus rapide.
Comme le montre le document, les performances de l’antenne sont «très bonnes», déclare Jornet, «une antenne en soi n’est rien d’autre qu’un morceau de métal».
Pour rendre les antennes utiles au maximum, explique-t-il, elles seraient associées à des types de composants électroniques flexibles (téléphones mobiles étanches ou tablettes enroulables, par exemple), qui n'existent pas encore. C'est un sujet sur lequel travaillent de nombreux chercheurs, mais qui n'a pas encore abouti.
L’équipe Drexel a testé les antennes à pulvériser sur un matériau rugueux, du papier cellulosique, et sur une lisse, des feuilles de polyéthylène téréphtalate. Ils prévoient maintenant de le tester sur d'autres surfaces, y compris le verre, le fil et la peau - les antennes en fil pourraient servir à fabriquer des textiles connectés, tandis que la peau pourrait avoir des applications en médecine vétérinaire ou humaine. Ils espèrent nouer des partenariats avec des investisseurs ou des partenaires commerciaux intéressés par le développement de produits pouvant tirer parti des antennes.
Bien que les antennes aient le potentiel d’être utilisées pour les appareils portables ou les moniteurs de santé vaporisés directement sur la peau, Gogotsi recommande la prudence, car MXene n’a jamais été utilisé sur des humains.
«Nous sommes toujours un peu préoccupés par les nouveaux matériaux», dit-il. «Est-ce biocompatible? Y a-t-il des conséquences à long terme? Je suggérerais que nous devrions attendre avant de l'appliquer directement sur la peau.
L’équipe cherche également à optimiser le matériau en termes de conductivité et de résistance, le rendant éventuellement plus fin et plus facile à pulvériser dans des formes plus précises, tout en le faisant fonctionner à différentes fréquences.
«Il y a encore beaucoup à faire, dit Gogotsi. "Le premier n'est jamais le meilleur."
