Unos ingenieros de la Universidad del Estado de Carolina del Norte (NC State) han creado una antena de alta eficiencia, flexibilidad y auto-reparable utilizando una aleación de metal que se vuelve líquida a temperatura ambiente.

La mayoría de los materiales que se usan en los dispositivos electrónicos son quebradizos, inflexibles y tendentes a sufrir daños, incluyendo el cobre utilizado más frecuentemente para fabricar las antenas. La nueva antena de metal líquido podría facilitar el envío y la recepción de datos en aparatos electrónicos flexibles. Entre sus usos posibles estarían los sensores incorporados en la ropa u otros textiles, el papel electrónico flexible o los dispositivos biomédicos implantables.

Michael Dickey, profesor asistente de ingeniería química y biomolecular en NC State, estaba trabajando con una aleación de galio-indio, que se vuelve líquida a temperatura ambiente, investigando cómo se comporta en su uso dentro de microcanales de cara a aplicaciones de fabricación de aparatos electrónicos. En su afán por encontrar otros posibles usos, se le ocurrió la idea de fabricar una antena flexible. En colaboración con el ingeniero eléctrico Gianluca Lazzi—que por aquel entonces estaba en NC State, y hoy es presidente del departamento de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Utah—Dickey y sus estudiantes utilizaron la aleación y un polímero flexible común llamado polidimetilsiloxano (PDMS) para fabricar una antena dipolo simple—en esencia, una barra recta, como las antiguas antenas de tipo “orejas de conejo” que se utilizaban con la televisión análoga.

Los investigadores vertieron PDMS líquido en un molde que, una vez curado, formaba un único canal interno. Después inyectaron la mezcla de galio-indio líquida en el canal y lo sellaron. “Es bastante sencillo,” señala Dickey.

Los investigadores del laboratorio de Lazzi pusieron a prueba el rendimiento de la antena y descubrieron que podían crear un contacto eléctrico con el dispositivo sólo con la conexión de un cable al líquido, eliminando la necesidad de llevar a cabo una soldadura. En el laboratorio, la antena fue capaz de radiar sobre un rango de frecuencia ancha con alrededor de un 90 por ciento de eficiencia—equivalente a la eficiencia de una antena similar hecha de cobre. “Eso fue lo primero que nos sorprendió,” afirma Lazzi. La antena también siguió siendo funcional cuando los ingenieros la curvaron, la retorcieron y la doblaron por la mitad; incluso la estiraron un 40 por ciento por encima de su longitud normal. Cuando se dejaba de aplicar tensión, el PDMS volvía a su forma original.

No obstante, cuando la longitud de la antena se cambia mediante el estiramiento, el dispositivo responde a distintas frecuencias de ondas de radio. Al estirar el dispositivo ocho milímetros se cambió la respuesta por encima de los 200 megahercios. Lazzi afirma que esto podría suponer una novedosa forma de sintonizar la antena o de crear una combinación de antena-sensor. Al colocarse en algún tipo de maquinaria o en una estructura de hormigón como por ejemplo un puente, la antena podría vigilar su tensión a lo largo del tiempo.

La antena de metal líquido también se puede “reparar” a si misma al sufrir daños. Al ser expuesta al aire, la aleación forma una delgada capa de oxidación que evita que fluya libremente. Con esto en mente, Dickey cortó la antena con una cuchilla para probar su capacidad de restauración. La capa de óxido mantuvo al metal líquido dentro del PDMS, y una vez que se retiró la cuchilla, en la mayoría de los casos las dos terminaciones volvieron a formar espontáneamente un único cable conductor. En los otros casos, los investigadores tuvieron que presionar y unir las terminaciones cortadas para reestablecer la conexión.

Dickey afirma que sería fácil producir este tipo de antena en masa: se podría crear de una vez una lámina completa de PDMS, para después cortarse y crear los dispositivos individuales. Los investigadores también están evaluando el uso de otro tipo de polímeros, puesto que el PDMS podría interferir con la eficiencia de algunos tipos de antena, como aquellas con forma de aro, de hélice o de parche utilizadas de forma más común en aparatos de comunicación como los teléfonos móviles o los trasmisores de radio y TV. Además, y según señala Dickey, el uso de otros polímeros podría permitir que las antenas se estirasen aún más antes de acabar por romperse.

Los investigadores encargados del desarrollo de aparatos electrónicos flexibles están interesados en las posibilidades que ofrece esta nueva antena. “Es una forma realmente inteligente de solucionar un problema importante,” afirma John Rogers, profesor de ingeniería en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, y que está desarrollando  materiales blandos para su uso en dispositivos electrónicos flexibles y elásticos.

Juan Hinestroza, profesor asistente de ciencias de la fibra en la Universidad Cornell, apunta a la idea de la incorporación de Bluetooth o de antenas de teléfono en la ropa. “Gracias a su flexibilidad, las propiedades de las telas no se verían afectadas, y la antena puede pasar desapercibida para quien la lleva y quienes le observan,” afirma.