Inventer l’avenir des antennes multibandes grâce à l’impression 4D

Niki Hazuda

Michael Sherburne ’18, ancien élève de Virginia Tech, fait partie du laboratoire de physique appliquée de l’université Johns Hopkins et modifie l’avenir des communications sans fil.

L’impression 3D n’est pas seulement le dernier outil à la mode, c’est aussi le fondement de l’industrie croissante de la fabrication additive. Les matériaux fabriqués de manière additive sont omniprésents, qu’il s’agisse d’un Starbucks imprimé en 3D au Texas ou des antennes cachées dans les téléphones portables.

Au Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL), Michael Sherburne ’18, ancien élève de Virginia Tech, a travaillé avec une équipe d’ingénieurs et de scientifiques pour faire entrer la fabrication additive dans la dimension suivante avec leur antenne composée imprimée en 4D.

« Notre technologie pour les antennes composées reconfigurables pourrait permettre un large éventail d’applications, des télécommunications mobiles aux missions spatiales », a indiqué Sherburne, chef de projet à l’APL. « Cet alliage à mémoire de forme bidirectionnelle fabriqué de manière additive ou ce matériau purement métallique peut se dilater et se contracter dans n’importe quel environnement une fois qu’il a été formé. »

L’impression 4D intègre la quatrième dimension, le temps, pour créer des objets qui s’activent dans des conditions physiques spécifiques telles que la chaleur, l’humidité, la lumière, le changement de pH et les champs électriques ou magnétiques. Les antennes – dans les téléphones, les satellites et les routeurs Wi-Fi – sont essentielles pour maintenir les connexions de notre monde sans fil.

L’équipe de l’APL a combiné ces deux éléments dans une nouvelle invention : une antenne à double spirale fabriquée en nitinol, un alliage nickel-titane à mémoire de forme qui « se souvient » de sa forme précédente après avoir été exposé à différentes températures. L’antenne change de forme et passe d’une spirale plate à un cône allongé, ce qui lui permet d’envoyer et de recevoir des signaux dans deux spectres de fréquences différents :

• 2-7 GHz – les bandes S et C utilisées par les radars, le contrôle du trafic aérien et les liaisons montantes/descendantes des satellites
• 7-12 GHz – les bandes X et Ku qui permettent d’utiliser des radars à plus haute résolution et de transmettre des données à grande vitesse.

« Il est très excitant de penser à la prochaine génération de cette technologie sur laquelle nous pourrions travailler », a ajouté M. Sherburne. « Nous sommes impatients de trouver des collaborateurs qui nous permettront de faire passer l’antenne du stade de prototype à celui de produit final, quel qu’il soit. Cette antenne ouvre la voie à tant de nouvelles choses. »

Sherburne est un capitaine de l’armée de l’air dans la réserve individuelle prête, un inventeur chevronné et le Senior exceptionnel du Collège d’ingénierie 2018. Il travaille à l’APL depuis 2023. Il est titulaire d’une licence de Virginia Tech, d’une maîtrise de l’Air Force Institute of Technology et d’un doctorat de l’université du Nouveau-Mexique, tous dans le domaine du génie électrique.

M. Sherburne a récemment parlé de son approche de la recherche sur les antennes, de sa passion pour l’invention et de son séjour à Virginia Tech.

Quel a été votre rôle dans le développement de l’antenne composée ?

C’est l’un des premiers projets sur lequel mon superviseur, la chercheuse principale Jennifer Hollenbeck, m’a mis, et j’ai fait beaucoup de simulations et de modélisations au début. Au cours de la deuxième année du projet, je me suis davantage concentré sur l’intégration des différents systèmes. Notre principal problème était le mélange du courant continu (CC) et des radiofréquences (RF), en particulier sur la même ligne – ce n’est pas quelque chose que les gens font, parce que ce n’est généralement pas nécessaire. J’ai vraiment dû revenir à mes fondamentaux, en utilisant la géométrie coaxiale pour faire fonctionner ces deux systèmes ensemble.

Qu’est-ce que cela fait d’être un ingénieur qui peut faire passer des idées de l’imagination à la réalité ?

En travaillant à la pointe de la technologie, vous essayez littéralement de faire des choses qui n’existaient pas auparavant, vous inventez donc une nouvelle voie. Il n’y a pas de manuel que je puisse consulter ou de document auquel je puisse me référer. S’il y en a un, il peut vous aider jusqu’à un certain point, mais après cela, si vous poussez quelque chose qui n’a jamais été fait, que faites-vous ? Si vous travaillez sur des problèmes qui n’ont jamais été résolus auparavant, cela peut être très difficile, mais aussi très excitant.

Comment votre séjour à Virginia Tech vous a-t-il préparé à cette recherche ou au rôle que vous occupez aujourd’hui ?

Mon séjour à Virginia Tech a été une expérience très formatrice. J’ai fait partie du corps des cadets, et cette expérience d’apprentissage du leadership s’est prolongée tout au long de ma carrière. J’ai beaucoup appris sur le travail avec différents types de personnes, sur la compréhension de la dynamique d’équipe au sein des organisations et sur la recherche de solutions pour aller de l’avant. Mon expérience de la recherche en licence m’a été utile ; mon projet de fin d’études m’a aidée à mettre les choses en place rapidement et à gérer un budget limité.