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    A tecnologia Terahertz é a próxima grande novidade em wireless – mas o que é?


    Embora não haja uma cadência rígida para as inovações de engenharia – coisas novas são descobertas intencionalmente e acidentalmente o tempo todo – a tecnologia sem fio celular mudou para um modelo de geração por década, de modo que os dispositivos 4G dominaram os anos 2010, o 5G está pronto para os anos 2020 e Espera-se que 6G defina os anos 2030. A principal mudança subjacente a essas mudanças de geração é a expansão do espectro sem fio utilizável: rádios miniaturizados dentro de dispositivos sem fio agora podem transmitir em um número maior de frequências do que antes, usar várias frequências simultaneamente e preencher canais mais amplos com quantidades cada vez maiores de dados.

    Eu já expliquei a diferença da rede 4G-5G como algo semelhante ao alargamento de uma rodovia existente e ao acréscimo de novas faixas extra-largas de alta velocidade. Para os engenheiros sem fio, o desafio tem sido encontrar espaço para construir essas rodovias. Ao longo das eras 4G e 5G, os governos (lentamente e com muito drama) realocaram as frequências de rádio militares ou reservadas para uso industrial e de consumo. À medida que o 6G se aproxima, engenheiros e governos já planejam fazer uso do espectro “terahertz”, um bloco de frequências de rádio tão alto que novos equipamentos de teste, chips, antenas e outras inovações são necessários para a comercialização.

    O que é tecnologia terahertz, realmente? Aqui está uma cartilha que ajudará você a entender a próxima década de anúncios.

    Terahertz no contexto

    Enquanto a maioria das pessoas pensa em tecnologias sem fio como quase mágicas – veja a reação da multidão à demonstração de Wi-Fi da Apple em julho de 1999 – a ciência subjacente é a engenharia de rádio, que existe há mais de um século, mas avançou significativamente nas últimas duas décadas . Assim como os rádios residenciais e automotivos receberam transmissões de áudio de torres externas gigantes, rádios semelhantes mais tarde encolheram para caber em computadores, telefones, relógios e fones de ouvido, recebendo dados de estações-base sem fio menores (e outros dispositivos).

    As ondas de rádio são comumente medidas em múltiplos de “Hertz” (Hz), a unidade internacional de frequência que representa o número de ciclos em um segundo. Quilohertz (kHz) é mil Hz, Megahertz (MHz) é um milhão de Hz, Gigahertz (GHz) é um bilhão de Hz e Terahertz é um trilhão de Hz. Para generalizar amplamente, à medida que as frequências aumentam, mais largura de banda tende a estar disponível para dados, mas as ondas de rádio viajam distâncias menores e são mais fáceis de impedir acidentalmente. Os rádios automotivos captam sinais de áudio AM de baixa qualidade em qualquer lugar da cidade, o Wi-Fi doméstico funciona apenas dentro de sua casa e um telefone 5G de onda milimétrica pode diminuir o sinal apenas ao se mover para o lado errado de um painel de vidro.

    Para ser um pouco mais técnico: a tecnologia de rádio AM usava blocos de aproximadamente 10kHz para transmitir sinais de áudio mono entre as frequências de 540kHz a 1,6MHz. Então, o rádio FM habilitou o som estéreo de áudio superior usando blocos maiores de espectro de aproximadamente 200 kHz entre as frequências de 88,1 MHz e 108,1 MHz. A TV aberta usou quantidades variáveis ​​de largura de banda nas frequências de 54-88 MHz, 174-216 MHz e 470-806 MHz para fornecer sinais de vídeo e áudio combinados, após o que o Wi-Fi (2,4 GHz / 5 GHz) e o celular começaram a engolir blocos de alta frequência espectro de dados.

    Em retrospecto, é quase engraçado que essas frequências de TV fossem chamadas de “VHF” (frequência muito alta) e “UHF” (frequência ultra-alta); hoje, dispositivos de bolso podem transmitir em frequências de ondas milimétricas de 39 GHz, quase um milhão de vezes mais altas, enquanto as frequências Terahertz de “ondas submilimétricas” são ainda mais altas do que as ondas milimétricas, mas acredita-se que sejam seguras – quase tão longe quanto os sinais de rádio podem ir sem se mover em raios de luz, raios X e raios cósmicos, que, ao contrário das ondas de rádio de baixa frequência, são formas de radiação que podem alterar potencialmente a biologia humana.

    Aplicativos Terahertz, hoje e amanhã

    A largura de banda é o principal motivo pelo qual a tecnologia terahertz está sendo projetada para redes 6G. Mesmo sem explorar totalmente o potencial do espectro, os pesquisadores já demonstraram que as ondas de terahertz permitirão que os chips excedam o pico de 5G de 10 Gbps, e tem se falado em uma velocidade alvo de 6 G de 1 Tbps. Essa quantidade de largura de banda seria capaz de suportar vídeo de definição ainda mais alta do que está disponível hoje, bem como inteligência artificial de calibre de cérebro humano, hologramas móveis de pessoas e objetos, além de streaming ao vivo de “gêmeos digitais” de edifícios reais. Assim que os links de comunicação terahertz forem amplamente estabelecidos entre os dispositivos, a operadora de celular japonesa Docomo prevê que a IA estará disponível em todos os lugares.

    Hoje, a tecnologia terahertz pode ser usada para fazer câmeras que “enxergam” além das limitações dos olhos humanos. Como as ondas milimétricas, as ondas submilimétricas podem ser usadas para detectar armas escondidas dentro das roupas; eles também podem passar por tecidos moles para formar ossos e espiar por uma camada de tinta para ver o que está por baixo. Empresas como TeraSense, Ino e i2s já desenvolveram câmeras terahertz que podem ser usadas para ver através de materiais ou detectar pequenos defeitos de fabricação, embora os preços possam ser chocantes – a i2s TZcam teve um MSRP de $ 80.000, com uma nota de que o “Lente é vendida separadamente.”

    É justo dizer que a tecnologia terahertz não chegará aos smartphones tão cedo. Presumindo que a organização de padrões internacionais 3GPP realmente se aglutine em frequências terahertz como base para redes 6G, a tecnologia não deve estar pronta para comercialização em dispositivos de bolso até cerca de 2030; A Samsung acredita que os primeiros dispositivos podem acontecer “já em 2028”, com a comercialização em massa ocorrendo dois ou mais anos depois. Uma linha de tempo semelhante de 10 anos provou ser suficiente para transformar a onda milimétrica do sonho de um engenheiro em uma tecnologia celular viável, então não aposte que isso acontecerá na próxima década.

    Entre agora e então, você pode esperar muitos anúncios de inovações de engenharia terahertz. A Keysight Technologies ajudou a NYU Wireless a montar um laboratório 6G antes que a maioria das pessoas soubesse o que era 5G, começando com frequências subterahertz antes de passar para a faixa terahertz. A FCC dos EUA abriu uma grande faixa de espectro – 95 GHz a 3THz – no ano passado, oferecendo licenças de 10 anos para empresas interessadas em experimentar a tecnologia de “tremendamente alta frequência”. A pesquisa já está em andamento em todo o mundo para materiais de fabricação em potencial e aplicações para tecnologias terahertz.

    Teremos que ver se o espectro terahertz cumpre sua promessa, mas poderíamos ver transmissões de dados de ultra baixa potência e altamente seguras realizadas por antenas de frequência “extremamente pequenas” encontradas em tudo, desde telefones e computadores a vestíveis e até roupas. Os engenheiros ainda têm muito trabalho pela frente para tornar a tecnologia terahertz prática para os consumidores, mas se eles continuarem em seus caminhos atuais, as próximas duas décadas de inovação sem fio serão ainda mais empolgantes do que as duas últimas.


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