De volgende generatie communicatiesystemen kon wel eens mede gemaakt worden met behulp van een naaimachine. Om communicatiesystemen betrouwbaarder te maken zoeken onderzoekers van de Universiteit van Ohio naar manieren om antennes direct in kleding te verwerken met behulp van metaaldraad en plasticfolie.
In de huidige uitgave van het blad IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters schrijven ze over een nieuw antenne ontwerp dat een vier maal groter bereik heeft dan conventionele antennes zoals die door Amerikaanse soldaten op het lichaam gedragen worden.
"Ons belangrijkste doel is de betrouwbaarheid van de communicatie en de mobiliteit van soldaten te verbeteren," zegt Chi-Chih Chen, een assistent onderzoeksprofessor in electrische- en computerwetenschappen van de universiteit van Ohio. "Maar dezelfde techniek is toepasbaar voor politie, brandweer, astronauten – iedereen die zijn handen nodig heeft voor belangrijker werk."
Voor soldaten te voet staan mobiliteit en communicatie vaak op gespannen voet met elkaar. Een antenne kan een grote en onhandige toevoeging zijn aan een bepakking die toch al zwaar is van zichzelf.
Het idee om antennes in kleding te verwerken is niet nieuw, legt Chen uit. De Universiteit van Ohio neemt delen uit eerdere onderzoeken en combineert deze op een nieuwe manier, met de toevoeging van een klein computersysteempje dat meerdere antennes samen laat werken in een enkel kledingstuk.
Het resultaat is een communicatiesysteem dat kan zenden en ontvangen in alle richtingen, zelfs door muren en binnen een gebouw, zonder dat de drager een externe antenne nodig heeft.
John Volakis, professor en directeur van het ElectroScience laboratorium van de Universiteit van Ohio trekt een parallel met het nieuwe ontwerp.
"Op een bepaalde manier doen we hetzelfde als eigenlijk al met mobieltjes gebeurt. Tegenwoordig zie je geen mobieltjes meer met een externe antenne, omdat deze onderdeel is geworden van de behuizing van de telefoon," zegt Volakis.
Maar als antennes in aanraking komen met de menselijke huid, dan neigt het lichaam er naar om de radiogolven de absorberen en een kortsluiting te vormen – met als meest bekende voorbeeld de problemen met de antenne van de iPhone 4. Daarnaast, als de antenne niet goed gepositioneerd wordt, kan het lichaam van een persoon de signalen blokkeren als deze in de buurt van een muur of ander obstakels komt.
De onderzoekers hebben dat probleem ondervangen door het lichaam met diverse antennes te omringen die onderling samenwerken bij het zenden of ontvangen, ongeacht de richting waarin een persoon staat. Een ingebouwd computersysteempje detecteert de bewegingen van het lichaam en schakelt tussen de antennes om die antenne te gebruiken die ten opzichte van de positie van het lichaam de beste resultaten geeft.
De onderzoekers maakte een prototype van de antenne door dunne laagjes messing op te dampen op algemeen verkrijgbare plastic folie, FR-4 genaamd. De folie is licht en flexibel, en kan op stof genaaid worden.
Ze bevestigden de antennes in een vest op vier locaties – borst, rug, en beide schouders. De besturingscomputer – een metalen doos met afmetingen die iets kleiner zijn dan die van een credit card maar dan 2,5 cm dik – werd aan een riem gedragen.
Tijdens laboratoriumtesten leverde het experimentele antennesysteem een significant grotere signaalsterkte ten opzichte van een conventionele militaire "whip" antenne, waardoor een vier maal groter bereik werd gerealiseerd.
Maar het belangrijkste was dat het nieuwe antennesysteem in alle richtingen werkte, zelfs toen de onderzoekers het systeem testten binnen de gebouwen van het ElectroScience laboratorium, waar deuren en ramen normaal gesproken storingen zouden veroorzaken.
De basis van de gebruikte techniek is de ontwikkeling van netwerk communicatie codering waarmee de signalen van de antennes vergeleken worden. Doctoraal student Gil-Young Lee ontwikkelde een computer module waarmee de antennes automatisch bestuurd worden. Lee, Chen, en Volakis hebben meegeschreven aan de IEEE documentatie, tesamen met Dimitrios Psychoudakis, senior assistent onderzoeker van het ElectroScience lab.
Chen schat dat de kosten van het antenne systeem zoals in het prototype gedemonstreerd werd, rond de $200 per persoon zouden gaan worden, maar bij massaproductie zou dat nog behoorlijk omlaag kunnen.
In de tussentijd werken de onderzoekers aan een systeem waarbij de antennes direct op de kleding geprint wordt, en aan het weven van de antennes in de kleding met behulp van metaaldraad. Een gewone huis-tuin- en keukennaaimachine is nu onderdeel van hun laboratorium uitrusting, en eerdere tests hebben laten zien dat de fraaie ontwerpen die ze in stoffen zoals katoen genaaid hebben, goede functionele antennes opleveren.
Rest natuurlijk de vraag voor welke frequenties deze wonderantennes dan wel niet werken. Na het doorspitten van een aantal artikelen over deze technologie blijkt het vooralsnog om UHF frequenties te gaan. Dus lopend op 80m zal nog even een probleem blijven, maar voor UHF zet de techniek dus wel zoden aan de dijk.