Presso la Duke University (prestigioso ateneo fondato nel 1838, situato a Durham, nel North Carolina – Stati Uniti), un gruppo di ingegneri elettronici, guidato dal Professor Aaron Diebold, ha ideato un metodo a basso costo basato su metamateriali per la localizzazione passiva di sorgenti di onde radio, quali per esempio la wi-fi e i segnali per la comunicazione cellulare.
I risultati del loro lavoro, pubblicati online sulla rivista Optica, potrebbero aprire la strada alla realizzazione di strumenti a basso costo in grado di rilevare la presenza di dispositivi a onde radio, come i telefoni cellulari, gli emettitori di wi-fi o videocamere che catturano le immagini utilizzando le onde radio che già oscillano nell’ambiente che ci circonda.
Nell’esposizione del lavoro, l’ingegner Diebold ha affermato che nel corso della ricerca sono state realizzate immagini spettrali delle stesse sorgenti di rumore di microonde; questo implica che esiste la reale possibilità di localizzare sorgenti radio e di microonde, come già fanno le antenne, e contemporaneamente determinare le esatte frequenze emesse da queste sorgenti.
Muovendosi nel range delle frequenze ottiche (che vanno dai 3 THz dell’infrarosso ai 3000 THz dell’ultravioletto), sarebbe come ottenere un’immagine a colori di un oggetto molto caldo. Sebbene da un punto di vista ottico ciò sia abbastanza semplice, nell’ambito delle frequenze radio (fino a 250 MHz) e delle microonde (da 250 MHz a 300 GHz) sono necessarie tecniche e strumentazioni più complesse.
I dispositivi utilizzati per la localizzazione delle onde radio e delle microonde utilizzano un insieme di numerose antenne di piccole dimensioni, tra l’altro a elevato consumo energetico, che rende tutta la strumentazione sperimentale non solo ingombrante, ma notevolmente costosa.
Per ovviare a questa complessità tecnica ed economica, i ricercatori della Duke University si sono orientati sull’utilizzo dei metamateriali, definiti (Enciclopedia Treccani online) come composti macroscopici costruiti artificialmente, costituiti di celle elementari che possono avere disposizione periodica o anche non periodica, ma che devono soddisfare la condizione di avere dimensioni molto più piccole della lunghezza d’onda della radiazione con cui interagiscono. Essi, in pratica, acquisiscono le loro proprietà più dalla struttura che dalla loro composizione chimica.
Nel caso in esame, il metamateriale utilizzato è costituito da un insieme di quadrati contenenti fili intrecciati secondo delle forme che possano essere facilmente sintonizzate per interagire con le onde radio che li attraversano.
L’impianto sperimentale prevede l’esistenza di aree di metamateriale che permettono il transito delle onde radio e altre di bloccare le onde; in questo modo i ricercatori riescono a creare quella che tecnicamente viene definita come una apertura codificata, che permette di incrementare l’intensità del segnale rilevato, risultato questo non ottenibile con una singola antenna.
Un altro componente del gruppo di ricerca, il professor Mohammadreza Imani, specifica inoltre che i metamateriali vengono utilizzati anche per taggare le diverse frequenze dei dati rilevati, in modo da ottimizzarne la selezione.
Per comprendere in che modo un’apertura codificata incrementa il segnale, consideriamo il classico esperimento della visualizzazione di un’eclissi solare utilizzando un cartoncino forato. Chiunque abbia eseguito questo esperimento, sa che più è piccolo il foro, più sono nitidi i dettagli dell’eclissi. Ma più è piccolo il foro e più diventa difficile guardarci dentro.
La soluzione consiste nel costruire tanti piccoli fori per creare un insieme di più eclissi, e quindi utilizzare un software per ricostruire le singole eclissi in una sola immagine. In questo modo si ottiene la nitidezza del piccolo foro con la luminosità di un grande foro. La chiave sta nel conoscere bene lo schema dei fori, appunto l’apertura codificata; questo schema viene controllato proprio con i metamateriali.
Inoltre, i metamateriali riescono a modulare le differenti frequenze che attraversano l’apertura codificata, il che permette ai ricercatori di avere un quadro ben definito delle frequenze delle onde che vengono rilevate.
Per dimostrare la validità di questo approccio, i ricercatori, nel loro articolo pubblicato sulla rivista Optica, hanno dapprima mostrato che è possibile “vedere” e identificare proprio la forma delle onde radio emesse da un sistema di antenne che raffigurava una faccia sorridente. Quindi hanno dimostrato che il sistema messo a punto è in grado di localizzare le sorgenti di onde radio in tre dimensioni l’una rispetto all’altra.
Gli stessi ricercatori della Duke University pensano di proseguire i loro studi, per affinare i loro metodi, con la speranza di riuscire un giorno ad acquisire immagini di oggetti e scene utilizzando solo ed esclusivamente le onde radio che oscillano intorno agli oggetti stessi.
Infine, David R. Smith, professore di Ingegneria Elettrica e dei Computer alla Duke University, afferma che alle frequenze delle microonde, vi sono tanti segnali che rimbalzano continuamente nell’ambiente. Tali onde possono fornire a una telecamera costruita con metamateriali abbastanza luce per ricostruire immagini utilizzando le tecniche descritte in questa ricerca.
