Giải pháp mới cho bài toán phủ sóng 6G

Khi các công nghệ không dây thế hệ mới phát triển, bài toán vùng phủ sóng ngày càng trở nên phức tạp. Đặc biệt, các mạng 5G và 6G tương lai sẽ sử dụng nhiều hơn các dải tần sóng milimet và cận terahertz (sub-THz), cho phép truyền dữ liệu với tốc độ rất cao nhưng lại dễ bị cản trở bởi tường, cột bê tông hoặc các vật thể trong môi trường.

Để giải quyết thách thức này, các nhà khoa học tại Đại học Aalto (Phần Lan) đã phát triển một loại tấm vật liệu đặc biệt có khả năng thay đổi hướng truyền của sóng vô tuyến mà không cần bất kỳ linh kiện điện tử hay nguồn năng lượng nào. Kết quả nghiên cứu vừa được công bố trên Tạp chí Nature Communications.

Nhóm nghiên cứu cho biết, thay vì tạo ra tín hiệu mới hoặc khuếch đại tín hiệu hiện có, vật liệu này chỉ đơn giản điều chỉnh hướng đi của các sóng vô tuyến trong môi trường, giúp tín hiệu có thể đi vòng qua vật cản và tiếp cận những khu vực vốn nằm ngoài vùng phủ sóng.

Nghiên cứu sinh Mahdi Asgari, thành viên nhóm nghiên cứu, ví công nghệ này như một chiếc gương đối với ánh sáng. Nếu một căn phòng quá tối, người ta có thể sử dụng gương để phản chiếu nguồn sáng tới những vị trí cần thiết. Tấm metacrystal cũng thực hiện chức năng tương tự nhưng với sóng vô tuyến.

Các tấm vật liệu có thể được gắn trên tường, trần nhà, hành lang hoặc các bề mặt cố định khác nhằm chuyển hướng tín hiệu tới những khu vực khuất sóng. Chúng không phải bộ phát sóng hay thiết bị khuếch đại tín hiệu mà đóng vai trò như những “biển chỉ dẫn” cho sóng vô tuyến.

Điểm đặc biệt của công nghệ nằm ở cấu trúc hình học bên trong. Metacrystal thuộc nhóm siêu vật liệu, trong đó khả năng điều khiển sóng điện từ được quyết định không chỉ bởi thành phần vật liệu mà còn bởi cách sắp xếp cấu trúc ở quy mô rất nhỏ.

Nhóm nghiên cứu sử dụng vật liệu điện môi kết hợp với các khoảng không khí được bố trí theo thiết kế ba chiều tối ưu. Nhờ cấu trúc này, các tấm metacrystal có thể điều khiển cách sóng vô tuyến phản xạ, truyền qua hoặc bị hấp thụ khi tiếp xúc với bề mặt.

Để xây dựng cấu trúc phù hợp, các nhà khoa học áp dụng phương pháp thiết kế bằng thuật toán. Thay vì tự thiết kế từng chi tiết, họ xác định trước chức năng mong muốn của vật liệu, sau đó phần mềm sẽ tính toán hình dạng tối ưu để đạt được mục tiêu đó.

Theo nhóm nghiên cứu, một trong những ưu điểm đáng chú ý nhất của công nghệ là chi phí thấp. Các tấm metacrystal có thể được sản xuất bằng công nghệ in 3D với chi phí vật liệu chỉ ở mức vài chục euro mỗi tấm. Đồng thời, chúng cũng có thể được thiết kế riêng cho từng môi trường cụ thể thay vì sử dụng một mẫu chung.

Nhóm nghiên cứu cho rằng, công nghệ này đặc biệt phù hợp với những không gian có cấu trúc ổn định như nhà máy, kho bãi, hành lang dài hoặc các mạng 5G/6G trong nhà. Trong các môi trường này, việc sử dụng các tấm điều hướng sóng thụ động có thể giúp cải thiện chất lượng kết nối với chi phí thấp hơn đáng kể so với việc triển khai thêm các thiết bị điện tử.

Tuy nhiên, công nghệ vẫn có những giới hạn nhất định. Các tấm metacrystal không thể tạo thêm năng lượng cho tín hiệu nên cường độ sóng vẫn suy giảm theo khoảng cách truyền và điều kiện môi trường. Điều đó đồng nghĩa chúng khó có thể thay thế hoàn toàn các giải pháp hạ tầng viễn thông truyền thống.

Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu dự định phát triển các phiên bản có khả năng thích ứng linh hoạt hơn với sự thay đổi của môi trường truyền sóng. Đồng thời, họ cũng đang tìm kiếm đối tác để thương mại hóa công nghệ này./.