Droni, aeromobili, veicoli, satelliti, infrastrutture urbane e piattaforme mobili hanno raramente superfici piane. Per questo, una delle sfide più importanti nello sviluppo delle tecnologie elettromagnetiche del futuro è rendere le superfici intelligenti non solo programmabili, ma anche conformi, cioè capaci di adattarsi a geometrie curve e realistiche. In questo scenario si inserisce il nuovo studio coordinato con il contributo del CIRA, dedicato a metasuperfici in grado di controllare dinamicamente le onde elettromagnetiche su superfici non planari.
Il lavoro, dal titolo “Space-Time Coding Conformal Metasurfaces for Multifrequency Beam Steering and Shaping”, è stato pubblicato su Advanced Materials, una delle riviste più selettive nell’ambito dei materiali funzionali, dei metamateriali e delle metasuperfici. Lo studio è firmato da Filippo Pepe, Lei Zhang, Yi Ning Zheng, Xiao Qing Chen, Ivan Iudice, Giuseppe Castaldi, Marco Di Renzo, Tie Jun Cui e Vincenzo Galdi, e vede la collaborazione del CIRA, del Fields & Waves Lab del Dipartimento di Ingegneria dell’Università del Sannio, della Southeast University di Nanjing e del professor Marco Di Renzo, docente di telecomunicazioni presso CNRS/CentraleSupélec e King’s College London.
Le metasuperfici sono strutture artificiali ultrasottili capaci di modificare la propagazione delle onde elettromagnetiche. La nuova frontiera è rappresentata dalle metasuperfici space-time-coding, che introducono una programmazione congiunta nello spazio e nel tempo: non si limitano quindi a controllare la direzione di un’onda, ma possono generare risposte diverse su più componenti di frequenza. Questa capacità apre la strada a piattaforme multifunzionali per comunicazioni wireless avanzate, superfici intelligenti riconfigurabili, controllo dinamico dello spettro e sistemi integrati di sensing e comunicazione.
La ricerca pubblicata estende questo paradigma alle metasuperfici conformi, cioè a superfici curve progettate per seguire la forma reale delle piattaforme su cui possono essere installate. È un passaggio cruciale rispetto alle configurazioni piane, più semplici da modellare e realizzare ma meno rappresentative degli scenari applicativi concreti. Il lavoro dimostra che una singola apertura conforme può manipolare componenti a frequenze diverse, realizzando funzioni di beam steering, beam shaping, splitting e scattering diffuso.
L’approccio combina modellistica elettromagnetica, sintesi semi-analitica e ottimizzazione evolutiva con una validazione sperimentale condotta mediante un prototipo programmabile in banda X, montato su un supporto meccanicamente riconfigurabile capace di assumere diverse geometrie cilindriche. La parte sperimentale, svolta presso la Southeast University, ha verificato la capacità della piattaforma di generare risposte elettromagnetiche differenti a diverse componenti armoniche, dimostrando la fattibilità del controllo multifrequenza su superfici curve.
Il lavoro si inserisce nell’ambito del dottorato industriale di Filippo Pepe, svolto tra CIRA e Università del Sannio, e rappresenta un esempio concreto di integrazione tra ricerca accademica, competenze aerospaziali, sperimentazione avanzata e collaborazione scientifica internazionale.
Secondo Ivan Iudice, ricercatore del CIRA, questa attività è particolarmente rilevante perché guarda allo sviluppo di tecnologie potenzialmente integrabili su piattaforme aerospaziali e sistemi complessi, dove le superfici non sono quasi mai piane. Questi risultati aprono prospettive per superfici intelligenti riconfigurabili, comunicazioni wireless di nuova generazione, sistemi integrati di sensing e comunicazione, controllo dinamico dello spettro e applicazioni su piattaforme mobili o aerospaziali.
La pubblicazione conferma il valore della collaborazione tra università, centri di ricerca e partner internazionali nello sviluppo di tecnologie abilitanti per le reti wireless e i sistemi elettromagnetici del futuro.
Link all’articolo: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.73837