Ginagawang enerhiya para sa mga stealth jet ng teknolohiyang smart surface ng China para sa 6G ang radar

Mula Banta, Ginagawang Mapagkukunan ang Radar

Sa loob ng ilang dekada, umasa ang mga sasakyang panghimpapawid ng militar sa teknolohiyang stealth upang makaiwas sa pagtuklas ng radar ng kaaway. Nakabatay ang pangunahing prinsipyo nito sa paghubog sa katawan ng sasakyang panghimpapawid at paglalagay rito ng mga espesyal na materyales na sumisipsip ng radar upang ikalat o sipsipin ang mga pumapasok na radio wave, at sa gayon ay hindi bumalik ang mga ito sa receiver. Ngayon, nagmungkahi ang mga mananaliksik sa China ng radikal na ebolusyon ng konseptong ito. Sa halip na ilihis o pawiin lamang ang enerhiya ng radar, layunin ng kanilang bagong teknolohiya na saluhin ito at gawing magagamit na kuryente. Ang pag-unlad na ito, na nakaugat sa makabagong inhinyeriya ng elektromagnetismo, ay maaaring lubos na magpabago sa dinamika ng elektronikong digmaan at sa kinabukasan ng mga wireless na komunikasyon.

Nakatuon ang pananaliksik, na pinangunahan ng isang pangkat sa Xidian University, sa isang elektronikong sistemang kayang magpatakbo sa sarili na pinagsasama ang wireless na paglilipat ng impormasyon at pagkuha ng enerhiya. Sa aktuwal na mga sitwasyong militar, maaari nitong tulungan ang isang stealth jet na sumipsip sa sinag ng radar na tumututok dito at gamitin ang enerhiyang iyon para paandarin ang mga sistema ng propulsiyon, sensor o komunikasyon nito. Lumilikha ito ng sitwasyong hindi sinasadyang nagbibigay ang pagtukoy ng kaaway sa target ng enerhiyang kailangan nito upang gumana o makaiwas.

Ang Agham sa Likod ng mga Reconfigurable Intelligent Surface

Nasa ubod ng inobasyong ito ang teknolohiyang tinatawag na reconfigurable intelligent surface, o RIS. Samantalang umaasa ang tradisyonal na stealth sa mga pasibong materyales na hindi na nababago matapos gawin, ang RIS ay isang dinamikong, dalawang-dimensiyong estrukturang binubuo ng daan-daan o libu-libong maliliit at napoprogramang elemento. Kaya ng mga elementong ito na manipulahin ang mga elektromagnetikong alon sa mismong oras, at baguhin ang mga katangian gaya ng phase at amplitude upang makontrol kung paano sumasalamin o sumisipsip ang signal.

Inilalarawan ng mga mananaliksik ang arkitekturang RIS na ito bilang solusyong mababa ang gastos at lubos na napoprograma para sa mga wireless network sa hinaharap. Di-gaya ng karaniwang mga antenang nangangailangan ng malaking kuryente at hardware upang lumikha ng mga signal, pangunahing binabago lamang ng RIS ang mga signal na naroroon na sa kapaligiran. Sa pagkuha ng enerhiya mula sa radar o iba pang signal sa paligid, maaari itong gumana nang hindi nangangailangan ng tradisyonal na mga baterya. Ipinakikita ng mga kasalukuyang prototype na kaya nitong magdirekta ng sinag nang hanggang plus o minus 45 digri habang mababa ang mga side lobe. Dahil sa katumpakang ito, napapahusay ng sistema ang saklaw ng signal sa mga sitwasyong hinaharangan ng pisikal na mga balakid ang direktang linya ng tanaw, isang karaniwang hamon sa mga kapaligirang urban at masalimuot na lupain.

Sabayang Paglilipat ng Impormasyon at Enerhiya

Ipinakikilala ng mga mananaliksik ang konseptong inilalarawan bilang sabayang paglilipat ng impormasyon at enerhiyang tinutulungan ng RIS. Sa madaling salita, nangangahulugan ito na magagamit ang iisang elektromagnetikong signal kapwa para sa komunikasyon at pagkuha ng enerhiya. Siksik na sa himpapawid ng militar at sibilyan ang mga signal ng radar, ugnayang satellite at transmisyon ng komunikasyon. Sa halip na ituring ang kapaligirang elektromagnetiko bilang panghihimasok o banta lamang, iginiit ng pag-aaral na maaari itong ituring na mahalagang mapagkukunan.

Sa iminungkahing modelo, sinasalo ng isang matalinong surface ang mga pumapasok na signal at inililihis ang bahagi ng enerhiya sa isang panloob na circuit na kumukuha ng enerhiya. Pagkatapos, minamanipula ang natitirang signal para sa komunikasyon o pagkontrol ng signal. Binibigyang-diin ng papel na likas na pasibo ang prosesong ito. Hindi mismo nagpapalabas ng mga nadidetect na signal ang surface, isang mahalagang konsiderasyon para sa mga platapormang kailangang manatiling mahirap matukoy at makaiwas sa mga elektronikong panukat ng suporta.

Kooperatibong Stealth na Elektromagnetiko

Inilalatag ng pananaliksik ang pananaw sa tinatawag ng pangkat na kooperatibong stealth na elektromagnetiko. Lumalampas ang konseptong ito sa ideya ng iisang sasakyang panghimpapawid na nagtatago nang mag-isa. Sa halip, kinapapalooban ito ng maraming platapormang magkakaugnay sa network at nagtutulungan upang paliitin ang kabuuang radar cross-section ng mga ito at mabawasan ang kakayahan ng mga sensor na matukoy sila. Sa pagbabahagi ng datos at dinamikong pagsasaayos ng kanilang mga patong na RIS, maaaring lumikha ang isang pormasyon ng mga drone o sasakyang panghimpapawid ng mga blind spot o mas epektibong guluhin ang mga sistema ng pagsubaybay ng kaaway kaysa kung magkakanya-kanya ang mga ito.

Sa mga case study, iminungkahi ang mga solusyong batay sa deep reinforcement learning na maraming ahente at multi-objective optimization upang lutasin ang mga problemang gaya ng disenyo ng beamforming, pagpaplano ng ruta, pagtukoy sa target at pagsasama-sama ng datos, sa pamamagitan ng magkasamang pag-optimize sa mga parameter gaya ng beamforming ng transceiver, mga ruta ng robot at mga coefficient ng RIS, ayon sa mga mananaliksik sa kanilang papel.

Umaabot ang kooperatibong paraang ito sa mga pormasyong binubuo ng maraming kagamitan, at pinalalawak ang sama-samang pagiging di-nakikita sa buong spectrum ng radio frequency. Iminumungkahi ng pangkat na kalaunan ay magbibigay-daan ang arkitekturang ito sa mga pinagsamang sistemang pandama na umaangkop sa kapaligiran, kung saan matalinong tumutugon ang plataporma sa mga partikular na banta na kinakaharap nito sa mismong oras.

Mga Implikasyon sa Telekomunikasyon ng 6G

Bagaman nakapupukaw ng imahinasyon ang mga aplikasyong militar, binibigyang-diin ng mga mananaliksik na may malalalim ding implikasyon ang teknolohiya para sa imprastraktura ng sibilyan, lalo na sa pagbuo ng mga 6G network. Naniniwala ang maraming siyentipiko na hindi lamang mas mabilis na chip ang maghahatid ng pinakamalaking pag-unlad sa susunod na henerasyon ng wireless na komunikasyon; mangangailangan din ito ng panibagong pag-iisip kung paano dumaraan ang mga signal sa kapaligiran. Isa sa mga pangunahing pinagtutuunan ng pananaliksik sa 6G ang mismong mga reconfigurable intelligent surface na ito.

Para sa telekomunikasyon, nangangako ang surface ng mga pambihirang pag-unlad sa 6G, gaya ng pinagsamang sensing at pagpapagana ng mga satellite o base station. Pinagsasama ng hardware platform ang transmisyon ng datos at paggana na tulad ng radar upang mapahusay ang paggamit ng spectrum at mga mapagkukunan ng hardware. Sa sabayang pagmamanipula sa mga nagkalat na elektromagnetikong alon at mga aktibong inilalabas na signal, nababawasan ng sistema ang pisikal na espasyo at gastos sa hardware na karaniwang kailangan para sa ganitong maraming paggana. Maaari itong humantong sa mga micro base station na mas madaling ikabit at mas matipid sa enerhiya kaysa sa mga kasalukuyang cellular tower.

Ayon sa mga tagasuporta ng teknolohiya, maaaring palabuin ng 6G ang hangganan sa pagitan ng pisikal at digital na mundo, at bigyang-daan ang mga aplikasyon gaya ng hologram, digital twin at malalawak na Internet of Things network. Sa gayong kapaligiran, maaaring patuloy na kumuha ng maliit ngunit makabuluhang dami ng enerhiya mula sa mga transmisyong nasa paligid ang mga device na nilagyan ng matatalinong surface, at posibleng mapahaba nito ang buhay ng baterya o mapagana ang mga sensor nang hindi nangangailangan ng panlabas na kuryente.

Seguridad at Kakayahang Labanan ang Jamming

Bukod sa pagkuha ng enerhiya, nag-aalok ng malalaking bentahe sa seguridad ng network ang maraming gamit na katangian ng teknolohiyang RIS. Maaaring isaayos ang surface upang lumikha ng mga sadyang radio dead zone, isang katangiang nakatutulong na mabawasan ang panghihimasok sa signal at panganib ng elektronikong pakikinig. Sa piling pagharang sa mga signal sa mga partikular na lugar, mapipigilan ng mga pasilidad na may mahigpit na seguridad ang pagtagas ng datos o pagpasok ng mga hindi awtorisadong signal.

Ipinakikita ng mga naunang pananaliksik na binanggit sa pag-aaral na maaari ring gamitin ang RIS sa teknolohiyang panlaban sa jamming, komunikasyon ng mga unmanned aerial vehicle at pagsubaybay sa radyo. Mga larangan ito kung saan madalas mahirapan ang mga lumang kasangkapan sa pag-optimize. Itinampok din ng European Space Agency ang RIS bilang teknolohiyang maaaring gamitin sa komunikasyon ng satellite at istasyon sa lupa, kung saan makatutulong ang pagkontrol sa pagsasalamin at paglihis ng mga signal upang mailihis ang mga ugnayan palibot sa mga pisikal na balakid gaya ng mga bundok o matataas na gusali.

Binanggit ng mga mananaliksik mula sa Fudan University, University of Sydney at Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization na kapag pinagsama sa artificial intelligence, malaki ang maitutulong ng teknolohiyang ito sa pagpapahusay ng seguridad ng mga ugnayang Internet of Things mula himpapawid patungong lupa. Dahil dito, mahalaga ang teknolohiyang ito hindi lamang para sa mga stealth fighter kundi pati sa malawak na ekosistema ng mga konektadong device na inaasahang dadami sa mga matatalinong lungsod sa hinaharap.

Mga Hamon at Limitasyon

Sa kabila ng ipinangangakong potensiyal, malinaw na tinatalakay ng mga mananaliksik ang mga kasalukuyang limitasyon ng teknolohiya. Pangunahing inilalahad ng pag-aaral ang teoretikal at eksperimental na balangkas sa halip na isang naideploy nang sistemang sandata. Malalaki pa rin ang mga hamon sa agham ng materyales, tibay, elektronikong pagkontrol at pagiging masalimuot ng mga tunay na kapaligirang elektromagnetiko.

Kasalukuyang katamtaman lamang ang nakukuhang antas ng kuryente. Bagaman kathang-isip sa ngayon ang konseptong pagpapaandar sa jet engine gamit lamang ang mga sinag ng radar, maaaring sapat ang enerhiya para sa mga avionics, sensor o buffer ng komunikasyon na mababa ang konsumo. Mangangailangan pa ng malalaking pagsulong upang maisama ang gayong mga sistema sa mga platapormang mabilis gumalaw, gaya ng mga jet o missile, nang kayanin ng mga ito ang matitinding puwersang aerodynamic at pagbabago ng temperatura.

Dagdag pa rito, lubhang nakadepende sa frequency at tindi ng pumapasok na signal ang husay ng pag-convert ng enerhiya. Bagaman mas nakapokus ang enerhiyang dala ng mga signal na 6G na mas mataas ang frequency, gumagamit ang kasalukuyang mga radar system ng iba't ibang band na maaaring hindi angkop sa pagkuha ng enerhiya. Maingat ang mga mananaliksik na huwag palabisin ang sinasabi tungkol sa epekto, at binabanggit na konseptuwal na pagbabago lamang ito, hindi isang realidad na malapit nang magamit sa operasyon, kung saan magiging kontraproduktibo ang pag-iilaw ng radar.

Paligsahan sa Buong Mundo para sa Pangingibabaw sa 6G

Nagaganap ang pagbuo ng teknolohiyang ito kasabay ng matinding paligsahan sa buong mundo upang magtakda at mangibabaw sa mga pamantayan ng 6G. Matinding naglalaban ang Estados Unidos at China sa pagtatayo ng mga data center na nakabase sa kalawakan at mga makabagong wireless na imprastraktura na susuporta sa artificial intelligence at konektibidad sa hinaharap. Maaaring pabilisin ng pangunguna ng China sa pananaliksik sa RIS ang kakayahan nitong mag-deploy ng mga reconfigurable network at mapahusay ang saklaw sa mga sitwasyong walang direktang linya ng tanaw, kung saan nahihirapan ang mga tradisyonal na 5G network.

Sa pagsasama ng sensing, komunikasyon at kuryente sa iisang hardware platform, maaaring makapagbigay ang device ng iba't ibang makabagong aplikasyon habang binabawasan ang elektronikong pakikinig at panghihimasok. Kapag nagtagumpay, maaaring patatagin ng teknolohiyang ito ang posisyon ng China sa pandaigdigang paligsahan sa teknolohiya at kasabay nito ay baguhin kung paano nakikipag-ugnayan sa mundong elektromagnetiko ang mga sistema ng stealth at komunikasyon sa hinaharap.

Buod

• Bumuo ang mga mananaliksik sa China ng matalinong elektromagnetikong surface na kayang gawing kuryente ang mga radar wave sa paligid.
• Gumagamit ang teknolohiya ng mga reconfigurable intelligent surface (RIS) upang manipulahin ang mga alon sa mismong oras nang hindi nangangailangan ng tradisyonal na mga baterya.
• Kabilang sa mga aplikasyon ang pagpapagana sa mga sistema ng stealth aircraft gamit ang mga sinag ng radar ng kaaway at pagpapahusay sa telekomunikasyon ng 6G.
• Sinusuportahan ng sistema ang kooperatibong stealth na elektromagnetiko, na nagbibigay-daan sa maraming plataporma na sama-samang mabawasan ang tsansang matukoy ang mga ito.
• Kaya ng mga prototype na magdirekta ng sinag nang hanggang plus o minus 45 digri at lumikha ng mga sadyang radio dead zone para sa seguridad.
• Nananatili ang mga hamon sa husay ng paggamit ng enerhiya, tibay ng mga materyales at pagsasama nito sa mga platapormang militar na mabilis gumalaw.