Onderzoekers aan de universiteit van Berkeley zijn erin geslaagd ‘s werelds kleinste radio te ontwikkelen uit één koolstofnanobuisje. Op lange termijn verwachten ze toepassingsmogelijkheden in biologische en omgevingssensoren.

Wegens hun unieke elektrische eigenschappen werden nanobuisjes eerder al gebruikt om elektronische componenten te maken zoals dioden, transistors en gelijkrichters. Nu hebben onderzoekers van de Berkeley University een koolstofnanobuisje tussen twee elektroden geplaatst en zo de functies gecombineerd van de voornaamste elektrische componenten in een radio, zoals de tuner en de versterker. De nanobuisradio kan afstemmen op een radiosignaal en het geluid afspelen via een externe luidspreker.
 

Werking: trillen op eigenfrequentie

Een radio bestaat uit vier grote functionele onderdelen: antenne, tuner, versterker en demodulator. De nanobuisradio werkt anders: de koolstofnanobuis neemt al deze functies op zich.

Het nanobuisje dat al de radiofuncties combineert, groeit op een wolfraam oppervlak, dat dienst doet als negatieve elektrode. De top van het buisje is ook negatief geladen. Een vacuüm scheidt het buisje van een positieve koperen elektrode. De onderzoekers gebruiken een externe batterij om een spanning aan te leggen tussen de twee elektroden. Elektronen springen uit de negatieve top van de nanobuis naar de positieve elektrode, waardoor een veldemissiestroom ontstaat.

Het buisje werkt niet als een conventionele antenne, aangezien het de elektromagnetische golven niet elektrisch, maar mechanisch opneemt, dankzij de natuurlijke resonantiefrequentie van het buisje. Zodra het buisje radiogolven tegenkomt die afgestemd zijn op de frequentie, begint het te trillen volgens de golven en stemt effectief alleen op dat radiokanaal af. Door het trillen van het buisje verandert de veldemissiestroom en de mechanische trillingen worden omgezet in een elektrisch signaal.

Een externe batterij drijft de veldemissiestroom aan en versterkt het radiosignaal. De veldemissie is van nature asymmetrisch. De stroom loopt slechts in één richting. De nanobuis detecteert muziek die op een radiogolf is gecodeerd.

Om van station te veranderen, veranderden de onderzoekers de resonantiefrequentie van het buisje door de spanning op de elektroden te veranderen.

Toepassingspotentieel

De nanoradio heeft nu nog geen praktische toepassing, maar zou kunnen gebruikt worden in biologische en omgevingssensoren. Het apparaatje is immers kleiner dan een bloedlichaampje. Onderzoekers aan de universiteit van Berkeley (California) ontwikkelen momenteel een micro-elektromechanische sensor (MEMS) om het bloedsuikerniveau of kankermarkers te meten.

In plaats van een RFID-tag ter grootte van een postzegel kan een nanobuisradio voorzien van een sensor op basis van MEMS direct geïnjecteerd worden in de bloedbaan. Eenmaal in het lichaam kan de radio zorgen voor draadloze communicatie tussen kleine biologische sensoren en een externe monitor. Hiervoor echter zal de radio als een zender moeten werken, terwijl hij nu alleen nog maar als ontvanger dienst kan doen.
 

Bronnen

www.technologyreview.com
www.sciencedaily.com

Dit artikel kwam tot stand met de steun van het IWT.

Contactpersoon : Sirris, Pieter Kesteloot
E-mail pieter.kesteloot@sirris.be
Tel. +32 (0)498 91 93 29 Fax +32 (0)16 32 29 84

Dit artikel is reeds verschenen op Agoria Online (members only) en Techniline, de portaalsite van de technologische innovatie van Sirris. Abonneer u op Techniline indien u alle artikels wenst te volgen.