Nesnelerin İnternetinde Grafen Devrimi

Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) araştırmacıları, grafen temelli ayarlanabilir kablosuz iletişim sisteminin verimini ve hızını önemli ölçüde arttıran bir aygıt ürettiler. Çok yüksek frekanslarda çalışan sistem, eşi benzeri görülmemiş sonuçlar ortaya koymaktadır. Ayrıntılar haberimizde.

A- A+

19.07.2016 tarihli yazı 12054 kez okunmuştur.

Kablosuz iletişim birçok formda hayatımızda bulunmaktadır. Örneğin, telefonlarda 4G, 5G iletim, GPS aygıtları, Bluetooth aracılığıyla bilgisayarın taşınabilir sensörlere bağlanması, farklı frekans aralıklarında çalışabilme gibi uygulamalarda kablosuz iletişimi görmekteyiz. Çoklu platformlar arasında çalışmak için bağlantılı nesneler aşırı yüklü donanım olmadan tüm frekans aralığında uyumlu olmalıdır.

Çoğu taşınabilir kablosuz sistemler; çeşitli frekans bantlarında veri iletmek ve almak için anteni ayarlayabilen, yeniden ayarlanabilir devrelerle donatılıyor. Buradaki tek problem, şu anki teknolojilerin MEMS ve MOS’da olduğu gibi silikon veya metal kullanmasıdır. Silikon veya metalin sorun olmasının nedeni ise bu maddelerin yüksek frekansta çalışamamasıdır. Yüksek frekans ise verinin çok daha hızlı iletilebildiği frekans mertebesidir. EPFL araştırmacıları, eşi benzeri görülmemiş bir verimle hem düşük frekanslarda hem de yüksek frekanslarda çalışabilen devrelerin bulunduğu grafen temelli bir çözüm ile bu sorunun üstesinden gelmeyi başarmışlardır.

►İlginizi Çekebilir: Endüstriyel Kablosuz Haberleşmede 7 Murphy Kanunu

Nanoelektronik Aygıtlar Laboratuvarı’nda üretilen yeni grafen temelli çözüm, şu anki tüm kablosuz sistemlerde bulunan ayarlanabilir kapasitörlerin yerini almış durumdadır. Bu yeni aygıt, farklı frekanslarda çalışabilmesi için devreleri ayarlayabiliyor. Böylece, bu aygıtlar geniş bir frekans aralığında çalışabilirler.

EPFL araştırmacıları, normalde kullanılan kapasitörlerin yapamadığı, yüksek frekansta yüksek performansta çalışabilme, düşük frekansta çok verimli çalışabilme, az enerji kullanarak ayarlanabilme gibi durumların üstesinden grafen temelli buldukları çözüm ile gelmiştir. Aygıt, minyatür dizaynı ile birlikte 2.1 GHz’in üzerinde çok az enerji tüketerek kolayca performans sergileyebiliyor. Araştırmacılardan Clara Moldovan’ın ifadesine göre aynı işlemi yapabilen geleneksel MEMS sisteminin yüzey alanı 1000 kat daha büyük olurdu.

►İlginizi Çekebilir: Endüstriyel Haberleşme Protokolleri

Sistemin Çalışma Prensibi

Araştırmacıların çığır açan bu icadının temeli, grafenin eşsiz karakteristiğini hesaba katarak tasarlanmış sandviç yapısına dayanıyor. Moldovan, 10 yıl önce icat edilen grafenin büyük karmaşıklığa sebep olduğunu belirtti. Bu maddenin büyülü bir malzeme olduğunu; çok iyi elektrik ve termal iletkenliğine sahip, esnek bir yapıda, hafif, şeffaf ve çok güçlü bu malzemenin teknolojiye büyük yenilikler getirdiğini ve getireceğini de sözlerine ekledi. Bu kadar güzel özelliklere sahip bu malzemenin elektronik devrelere entegre olması biraz zordu. Çünkü atomik yapısının inceliğinden dolayı yüksek dirence sahiptir.

Sandviç şekilli yapı ise şöyle bir avantaj sağlar: quantumda iki boyutlu elektron gazı quantum kapasitörü gibi davranabilir. Quantum kapasitörü, grafenin tekil atom katmanında kolayca ölçülebilir ve avantajdaki en önemli durum ise çok düşük voltaj ile grafendeki yük yoğunluğunun değişmesine karşın ayarlanabilir olmasıdır. Moldovan, verilen frekansa kapasitörün ayarlanabilmesi için uygulanan voltajın, aynı radyoda istenilen istasyonu elde etmek için ayarlamaya benzetti.

Sistemin Avantajları

EPFL araştırmacılarının icadı olan bu aygıt sadece birkaçyüz mikrometre uzunluğunda ve genişliğindedir. Bu da sadece 0.05 cm yapmaktadır. Bu aygıt katı ve esnek olabilmektedir. Kolayca küçültülebilir ve çok az enerji kullanmaktadır. Potansiyel uygulamaları çok sayıdadır. Ek olarak bağlı aygıtlar arasında veri akışını geliştirmek için, batarya ömrünü arttırır. Esnek olması ise kıyafetlerde veya insan vücudunda uygulanacak sensörlerde kullanılması durumunda avantaj sağlar. Moldovan, araştırmalarının sonuçlarına göre grafenin geleceğin kablosuz teknolojisinde devrim yaratacağı yönünde açıklama yaptı.

Kaynak:

►spectrum.ieee
►engineersgarage
►nanowerk