Una plataforma de software per crear metamaterials programables i reconfigurables

Un metamaterial és una estructura artificial dissenyada per obtenir un comportament o propietat física que no es podria aconseguir ni amb un material natural ni de cap altra manera. En electromagnetisme, per exemple, se’n poden crear per manipular la reflexió de llum o altres ones cap a direccions concretes. S’apliquen en el disseny d’antenes, radars o sistemes d’imatge per a aplicacions mèdiques, entre d’altres.

La principal restricció que tenen actualment els metamaterials és que estan concebuts amb un disseny molt específic (per a una determinada finalitat) i estàtic (el seu comportament no es pot reutilitzar ni canviar). VisorSurf obre la porta a dissenyar metamaterials reconfigurables i programables, per poder canviar-ne el comportament en el temps d’una manera controlada, i així convertir-los en reutilitzables i que serveixin per a moltes més aplicacions.

En el marc del projecte s’ha desenvolupat una aplicació per a qualsevol dispositiu electrònic, que permet triar d’entre diferents opcions les propietats que es vulgui aplicar. Un cop escollides, aquestes s’envien al metamaterial, de manera que la seva xarxa interna en modifica el comportament. Aquest procés es pot repetir tantes vegades com sigui necessari.

Aquesta “capa” de software s’encarrega de traduir la funcionalitat en operacions concretes, que són distribuïdes per la xarxa instal·lada dins del metamaterial, fins a arribar als nanoprocessadors, els quals acaben modificant-ne l’estructura interna per aconseguir el comportament desitjat. Per què això sigui possible, es necessita una xarxa de sensors i de nanoprocessadors a l’interior del metamaterial que permeti controlar-ne les propietats amb una resolució molt fina (per exemple, en el cas de manipular ones wifi, amb una resolució d’1 cm, i en el cas de la llum, amb una resolució de 50 nanòmetres). Aquests assoliments poden arribar a obrir la porta en el futur a la manipulació reconfigurable de la llum.

El grup N3Cat ha dissenyat la xarxa que interconnecta els diferents nanoprocessadors i microcontroladors, responsables de modificar el comportament del metamaterial i de permetre que es pugui reconfigurar. Han efectuat també tasques de modelatge de canals i disseny de protocol, amb l’objectiu de proporcionar una quantificació del rendiment potencial que es pot aconseguir.

Aquesta tecnologia revolucionària té aplicacions múltiples. En sismologia, per exemple, permetrà modificar les ones durant un terratrèmol quan aquestes entrin en contacte amb un edifici, i evitar la vibració o el ressò que el podria fer esfondrar. En el sector de les energies renovables, permetrà millorar les plaques fotovoltaiques, de manera que absorbeixin el màxim de radiació solar. En l’àrea d’òptica, es poden implementar perquè actuïn de filtres, i en la del so, poden servir per millorar la sonorització d’un espai, entre altres aplicacions.

VisorSurf reuneix un consorci de sis institucions europees en què, a més de la UPC, participen la Universitat d’Aalto (Finlàndia), la Foundation for Research & Technology de Grècia, la Universitat de Xipre, el Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM), d’Alemanya, i SignalGenerix, de Xipre. El projecte ha comptat amb el finançament de la Comissió Europea amb gairebé sis milions d’euros per a tres anys i mig (de gener de 2017 a desembre de 2020) i s’emmarca en el programa europeu FET OPEN (Horitzó 2020).