هدایت پرتوهای تراهرتز با تراشه‌ای جدید/ دسترسی به اینترنت فوق سریع فراهم می‌شود

خبرگزاری علم و فناوری آنا؛ آینده‌ای را تصور کنید که در آن اتصالات اینترنتی نه تنها سریع هستند بلکه حتی در فضا‌های شلوغ نیز بسیار قابل اعتماد هستند. این چشم انداز به لطف تحقیقات جدید روی فناوری‌های ارتباطی تراهرتز به سرعت در حال نزدیک شدن به واقعیت است. این نوآوری‌ها قرار است ارتباطات بی سیم را، به ویژه با پیشرفت فناوری ارتباطات به سمت نسل بعدی شبکه‌ها یعنی «سیکس جی» (۶ G) متحول کنند.

رانجان سینگ استاد مهندسی برق، دانشگاه نوتردام که بر روی فوتونیک، مطالعه می‌کند چگونگی تولید و تشخیص نور و سایر امواج الکترومغناطیسی تمرکز دارد. در این تحقیق، او و همکارانش یک تراشه پرتونگار توپولوژیک سیلیکونی توسعه داده‌اند. توپولوژی به ویژگی‌های فیزیکی در سیلیکون اشاره دارد که به هدایت امواج تراهرتز کمک می‌کند و پرتونگار به هدف تراشه یعنی شکل دادن امواج تراهرتز به پرتو‌های هدایت شده اشاره دارد.

فرکانس‌های تراهرتز برای فناوری «سیکس جی» حیاتی هستند از این رو شرکت‌های مخابراتی قصد دارند آن را تا حدود سال ۲۰۳۰ راه اندازی کنند. طیف فرکانس رادیویی مورد استفاده توسط شبکه‌های بی سیم فعلی به طور فزاینده‌ای در حال متراکم شدن است. امواج تراهرتز با استفاده از بخش نسبتا اشغال نشده طیف الکترومغناطیسی بین مایکروویو و مادون قرمز، راه حلی برای این مشکل ارائه می‌دهند. این فرکانس‌های بالاتر می‌توانند حجم عظیمی از داده را حمل کنند که آنها را برای کاربرد‌های داده محور آینده ایده آل می‌کند.

رانجان سینگ می‌گوید: تراشه ما یک سیگنال تراهرتز را از یک منبع واحد می‌گیرد و آن را به ۵۴ سیگنال کوچک‌تر تقسیم می‌کند که سپس از طریق ۱۸۴ کانال کوچک با ۱۳۴ دور تند هدایت می‌شوند. هر پرتو می‌تواند داده‌ها را با سرعت ۴۰ تا ۷۲ گیگابیت بر ثانیه انتقال و دریافت کند که چندین برابر سریع‌تر از شبکه‌های فایوجی (۵G) امروزی است.

وی در ادامه افزود: ما با کمک هوش مصنوعی، تراشه را طوری طراحی کردیم که الگوی لانه زنبوری میکروسکوپی خاصی داشته باشد تا خطوطی برای امواج تراهرتز ایجاد کند. آرایه کانال‌ها پرتو‌های قدرتمند و متمرکزی را ارسال می‌کنند که کل ۳۶۰ درجه اطراف تراشه را پوشش می‌دهند. این کار به گوشی یا دیگر دستگاه‌های بی سیم در هر جایی از روتر وای فای یا دیگر دستگاه‌های ارتباطی با استفاده از تراشه سیگنال پر سرعت را دریافت کند.   ما این تراشه را با تقسیم سیگنال ورودی یک ویدئوی HD در حال پخش به چهار پرتو خروجی نشان دادیم.

پرتوسازها در شبکه‌های بی سیم

امواج تراهرتز در مقایسه با سیگنال‌های فرکانس پایین‌تر مورد استفاده در شبکه‌های فورجی (۴G) و فایوجی (۵G)، برد کوتاه تری دارند. بیم فورمرز یا پرتوساز‌های تراهرتز این چالش را با هدایت دقیق سیگنال‌های فرکانس بالا برای اطمینان از رسیدن آنها به مقصد بدون از دست دادن یا تخریب بررسی می‌کنند.

بیم فورمینگ (Beamforming) نوعی مدیریت فرکانس‌های رادیویی است که در آن سیگنال بی‌سیم به سمت یک دستگاه گیرنده خاص هدایت می‌شود. بیم فورمینگ که شکل‌دهی پرتو هم نامیده می‌شود در بسیاری از فناوری‌ها از جمله ارتباطات بی‌سیم، صوت شناسی، رادار و ردیاب صوتی استفاده می‌شود.

رانجان سینگ می‌گوید: پرتوساز‌ها برای نسل بعدی ارتباطات بی سیم ضروری هستند. برخلاف آنتن‌های سنتی که سیگنال‌ها را به صورت بی هدف پخش می‌کنند، پرتونگار‌ها سیگنال‌ها را در جهت‌های خاصی متمرکز می‌کنند و کارایی و قابلیت اطمینان را افزایش می‌دهند. تراشه ما تضمین می‌کند که این پرتو‌ها در تمام جهات پوشش ایجاد می‌کنند.

این رویکرد متمرکز نه تنها برد سیگنال را افزایش می‌دهد، بلکه کیفیت آن را حتی در فواصل طولانی نیز بهبود می‌بخشد. پرتوساز‌ها احتمالاً در مدیریت اتصالات پایدار با کاهش تداخل بسیار مهم هستند، زیرا جهان میلیارد‌ها دستگاه متصل را اضافه می‌کند.

آینده اینترنت پرسرعت با پرتودهی تراهرتز

تاثیر بالقوه تراشه‌های پرتوزای تراهرتز بر زندگی روزمره بسیار عمیق است. به عنوان مثال، این تراشه‌ها می‌توانند دانلود یک فیلم با کیفیت «فورکی»(4K) را تنها در چند ثانیه در مقایسه با ۱۱ دقیقه در وای فای امروزی ممکن کنند یا از تجربه‌های فراگیر واقعیت مجازی و افزوده بدون هیچ تاخیری پشتیبانی کنند.

فراتر از سرگرمی، آن‌ها می‌توانند ارتباط هولوگرافیک بلادرنگ را به واقعیت تبدیل کنند، جایی که مردم به صورت هولوگرام‌های زنده ظاهر می‌شوند. شهر‌های هوشمند می‌توانند از این فناوری برای هماهنگی یکپارچه سیستم‌های ترافیکی و پاسخ‌های اضطراری استفاده کنند، در حالی که مراقبت‌های بهداشتی می‌توانند از جراحی‌های از راه دور بهره ببرند که در آن پزشکان ابزار‌های رباتیک را از دور کنترل می‌کنند.

تراشه پرتوی تراهرتز با غلبه بر چالش‌های انتقال سیگنال با فرکانس بالا، گامی مهم در مسیر ارتباط بی سیم سریع‌تر و مطمئن‌تر محسوب می‌شود.