El invento que cambiará las comunicaciones: una antena plegable para tener cobertura siempre

En los últimos años se ha registrado un considerable aumento de los desastres naturales relacionados con el clima. La cifra ha aumentado un 134% desde el año 2000, según la ONU, y en ese incremento no se incluyen otras catástrofes como la erupción del volcán de La Palma en España o los terremotos que el año pasado asolaron Marruecos y Turquía, por ejemplo. Uno de los problemas más acuciantes en cualquiera de estas situaciones tiene que ver con el restablecimiento de las comunicaciones, para que las organizaciones gubernamentales y los servicios de emergencia puedan coordinar la ayuda necesaria.

Se necesita información actualizada al minuto y, en muchos casos, las infraestructuras de telecomunicaciones terrestres, como las torres de telefonía móvil, quedan dañadas, lo que puede dejar a miles de personas completamente aisladas. Para evitarlo y facilitar una rápida respuesta de los equipos de rescate existen pocas alternativas. Por eso, investigadores de la Universidad de Stanford y la Universidad Americana de Beirut (AUB) han desarrollado una revolucionaria antena portátil que permite establecer comunicaciones con satélites o dispositivos en tierra de manera rápida y sencilla.

Como explica Maria Sakovsky, profesora adjunta de Aeronáutica y Astronáutica en Stanford y autora principal del artículo del estudio publicado en la revista Nature Communications, "las soluciones de última generación que suelen emplearse en estas zonas son pesadas antenas parabólicas metálicas. No son fáciles de desplazar, requieren mucha energía para funcionar y no son especialmente rentables". Por eso, la antena que ha desarrollado su equipo "es ligera, consume poca energía y puede alternar entre dos estados de funcionamiento. Es capaz de hacer más con lo menos posible en estas zonas donde faltan comunicaciones".

Inspirado en los satélites

Para dar con la mejor solución posible, Sakovsky y sus colegas de la Universidad Americana de Beirut se fijaron en cómo se suelen diseñar algunos componentes de los satélites y las naves espaciales. Como las limitaciones de peso y gasto de combustible son una prioridad en esos casos, los equipos que se lanzan al espacio incluyen elementos ligeros y flexibles que pueden plegarse para ocupar un espacio reducido.

Cuando llegan a la órbita deseada, componentes como los paneles solares se despliegan hasta adquirir su posición y su forma definitivas, necesarias para cumplir con su cometido. Por eso, estos ingenieros han recurrido a materiales compuestos de fibra, habituales en los satélites, y a una estructura de espiral que permite cambiar su forma aplicando una pequeña fuerza. 

Así, esta pequeña antena helicoidal se construyó con materiales flexibles y capas conductoras que la atraviesan de una punta a la otra. Ellas son las encargadas de enviar las señales de telecomunicaciones. Gracias a esta estructura plegable, al tirar de ella o comprimirla se puede ajustar fácilmente el patrón, la frecuencia y la potencia de las mencionadas señales.

"Como queríamos que la antena pudiera plegarse hasta adoptar una forma compacta, empezamos con esta estructura que nos llevó a un diseño de antena muy poco tradicional", afirma la propia Sakovsky en un comunicado de prensa. "Estamos utilizando formas que nunca antes se habían empleado en antenas helicoidales, y hemos demostrado que funcionan".

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La forma definitiva de este ingenioso prototipo permite comprimirlo hasta formar un pequeño anillo de 8,5 cm de ancho y apenas 2,5 cm de alto. Esta forma es la ideal para, si está correctamente orientada, llegar a los satélites gracias a una señal de alta potencia. Al contrario, si se despliega hasta los 30 cm de altura (lo que contrae su anchura), la respuesta es omnidireccional y de menor potencia, similar a la de un router WiFi.  

Para pasar de un estado a otro no se requieren complejas maniobras ni otros elementos o accesorios: basta con comprimir la estructura o tirar de ella. Tampoco es necesaria una precisión milimétrica en esta acción ya que, en caso de moverse más allá de cierto punto, el dispositivo adopta automáticamente la posición correcta. Según los investigadores, ese tamaño y forma, que determinarán las frecuencias en que se comunica la antena, pueden modificarse según las necesidades de cada caso o región. 

Diagrama del funcionamiento de la antena helicoidal Reconfigurable & Active Structures Lab / Universidad de Stanford Omicrono

"La frecuencia a la que se quiera trabajar determinará el tamaño de la antena, pero hemos demostrado que, independientemente de la frecuencia a la que se trabaje, este principio de diseño puede ampliarse para conseguir el mismo rendimiento", sostiene Sakovsky.

Fase de pruebas

Para comprobar su funcionamiento y sus posibles usos, los investigadores sometieron al prototipo a diferentes pruebas en laboratorio. En Stanford superó con éxito los ensayos de despliegue y rendimiento estructural, mientras que las características de radiación electromagnética se examinaron a fondo en las instalaciones de medición de antenas de la AUB.

Maria Sakovsky con la antena helicoidal Andrew Brodhead / Universidad de Stanford Omicrono

Los resultados son muy prometedores, pero Sakovsky y su equipo sabe que todavía les queda camino por recorrer. Además de nuevas pruebas más ambiciosas, reconocen que para desplegarse sobre el terreno en futuros desastres la antena debe ir acompañada por otros elementos. Según explican, será necesario un transceptor para enviar y recibir señales y un plano de tierra para reflejar las ondas de radio, además de otros componentes electrónicos. En cualquier caso, el peso no superaría 1 kilo, lo que haría esta antena mucho más ligera y versátil que las actualmente disponibles en el mercado.  

De hecho, la investigación ha sido tan fructífera que no se descarta tampoco su uso en el espacio. Y es que su diseño también ofrece la posibilidad de revolucionar la manera en que se comunican los satélites entre sí y con las antenas terrestres. Su verdadero potencial es el de "sustituir varias antenas de un satélite por una sola", lo que implicaría un gran ahorro energético, pero también de tamaño y de peso, aspectos cruciales en cualquier misión espacial.

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