无线技术的演变——包括设备充电和信号增强——依赖于能够传输更灵活、耐用且易于生产的电磁波的天线的发展。来自德雷克塞尔大学和不列颠哥伦比亚大学的研究人员建议，切纸（kirigami），一种日本古老的剪纸和折叠技术，用以创造复杂的三维形态，可能成为下一代天线的灵感来源。
无线技术的演变——从设备充电到信号增强——依赖于能够传递电磁波的天线日益适应、坚固且容易生产。一支来自德雷克塞尔大学和不列颠哥伦比亚大学的研究团队提出，切纸这种传统的日本纸张剪切和折叠成复杂三维形状的方法，可以作为制造下一代天线的蓝图。
在最近发表在《自然通讯》（Nature Communications）上的研究中，德雷克塞尔-UBC团队展示了如何利用切纸——折纸（origami）的一种派生形式——将覆有导电MXene墨水的单层醋酸纤维薄膜转变为一种灵活的三维微波天线，其工作频率可以通过简单地改变其形状（拉伸或挤压设计）来调整。
研究人员强调这一概念验证的重要性，因为它提出了一种新颖、高效且成本低廉的天线生产方法。这是通过简单地将水性MXene墨水涂抹在透明弹性聚合物基材上实现的。
德雷克塞尔大学工程学院的杰出教授、研究共同作者尤里·戈戈茨（Yury Gogotsi）博士表示：“对于诸如软机器人和航空航天等领域的进步，无线技术需要能够容易制造并设计为可调性能的天线。切纸自然适合这种制造过程，因为复杂的三维结构可以轻松地从单一的二维材料中开发出来。”
通常，微波天线是通过电子手段或修改其物理形态来重新配置的。然而，融入所需的电子调节电路可能会使设计复杂化，使天线变得笨重且更容易出现故障，同时也提高了生产成本。相比之下，本研究中描述的过程利用物理形状变化，能够创建各种复杂的、灵活的、轻巧且耐用的天线，这些特性对于在可移动机器人系统和航空航天应用中的使用至关重要。
为了生产实验天线，研究人员最初在醋酸膜上涂了一种特制的导电墨水，由碳化钛MXene制成，以创建频率选择性图案。由于其化学特性，MXene墨水在此背景下特别有利，因为其能有效地与基材结合，从而形成耐用的天线，可以调整以改变其传输特性。
MXene是一类由德雷克塞尔大学研究人员于2011年发现的二维纳米材料，具有通过轻微改变其化学组成而可以微调的物理和电化学特性。在过去的十年中，MXene在需要特定物理化学行为的领域（例如电磁屏蔽、生物过滤和能源储存）得到广泛应用。其在传输无线电波方面的高效性也使其成为电信领域的研究热点。
利用追溯至日本4世纪和5世纪的切纸方法，研究人员在MXene涂层基材上进行了平行切割。拉动薄膜的边缘导致一系列方形谐振天线从其平面表面突出。调整张力改变了阵列的角度——这种适应性可用于快速调节天线的通信配置。
团队建造了两个切纸天线阵列进行测试，以及一个共面谐振器原型，这是传感器中用于生成特定频率波的元件，展示了其方法的多样性。除了通信，团队建议这些谐振器和可重新配置的天线还可以用于应变传感。
不列颠哥伦比亚大学的首席研究主席、助理教授穆罕默德·扎里菲（Mohammad Zarifi）解释道：“频率选择性表面类似于这些天线，结构旨在在特定频率下选择性地传输、反射或吸收电磁波。它们具有主动和/或被动结构，通常用于天线、雷达罩和反射器等应用，以管理无线通信中的波传播，特别是针对5G和未来技术。”
切纸天线在三个流行的微波频率带（2-4 GHz、4-8 GHz和8-12 GHz）上表现出有效的信号传输。此外，研究团队发现修改基材的几何形状和方向可以重新导向从每个谐振器发出的波。
谐振器产生的频率在应变导致的变形作用下偏移400 MHz，表明其作为监测基础设施和建筑物的应变传感器的潜力。
研究人员相信这些发现标志着将这些组件集成到相关结构和无线设备中的初步步骤。在受到切纸多样形态的启发后，团队将着手通过探索新形状、基材和运动来优化天线的性能。
不列颠哥伦比亚大学的Omid Niksan博士（论文共同作者）表示：“我们的目标是通过将多功能MXene纳米材料与切纸灵感设计相结合，增强天线性能的调谐性，同时简化新微波组件的生产过程。我们研究的下一阶段将探讨新材料和天线设计。”
