形状を変えるアンテナが通信とセンシング用途に柔軟性を提供(Shape-changing antenna for more versatile sensing and communication)

2025-08-18 マサチューセッツ工科大学(MIT)

MITの研究チームは、物理的に形を変えることで周波数帯域や放射特性を調整できる「形状変化アンテナ(meta-antenna)」を開発した。引っ張る・曲げる・圧縮といった変形操作により共振周波数を切り替えられるため、用途ごとに複数のアンテナを用意する必要がない。構造にはメタマテリアルが用いられ、幾何学設計によって機械的性質と電磁応答が連動する。実験ではスマートヘッドフォンに組み込み、形状の変化により共振周波数が約2.6%変動し、ノイズキャンセルと透過モードの切替を実現した。用途はウェアラブル機器への電力供給、ARトラッキング、マルチプロトコル通信など幅広い。さらにレーザーカッターで製作可能なユーザー向け編集ツールも開発されており、柔軟なカスタムデザインが可能になっている。

<関連情報>

メタアンテナ:機械的に周波数再構成可能なメタマテリアルアンテナ
Meta-antenna: Mechanically Frequency Reconfigurable Metamaterial Antennas

Marwa AlAlawi, Regina Zheng, Sooyeon Ahn, Katherine Yan, Ticha Sethapakdi , Junyi Zhu , Stefanie Mueller

形状を変えるアンテナが通信とセンシング用途に柔軟性を提供(Shape-changing antenna for more versatile sensing and communication)

Figure 1. a) Meta-antennas are mechanically reconfigurable metamaterial antennas that dynamically transform between expanded and retracted states. (b) As Meta-antennas deform, their resonance frequency shifts between their different configu- rations states. (c) An adaptable Meta-antenna headset that switches between noise-canceling and transparent modes. (d) A smart curtain that adjusts light levels based on the antenna’s expanded state.

We introduce Meta-antenna, a design and fabrication pipeline for creating frequency reconfigurable antennas while making use of a single type of mechanical metamaterial structure. Unlike traditional static antenna systems with fixed radiation patterns and frequency responses per geometry, Meta-antenna leverages mechanical reconfiguration to alter the radiation and geometry characteristics of the antenna, making it more versatile for sensing and communication. Meta-antenna provides a design space of resonance frequency from 500 MHz to 6.3 GHz (≥10dB) upon the structure’s compression, bending, or rotation. Additionally, we provide an Ansys-based editor that allows users to generate metamaterial antenna geometries and simulate their resonance frequency. We also provide a code template for Meta-antenna based sensing interactions. Our technical evaluation demonstrates that our fabricated Meta-antenna structures remain functional even after 10,000 compression cycles. Finally, we contribute three example applications showcasing Meta-antenna’s potential in adaptive personal devices, smart home systems, and tangible user interfaces.

0404情報通信
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