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Les récepteurs d'ondes radio ont été réduits à un centième de leur taille d'origine.

Michele et Tom Grimm/Alay

Une nouvelle conception pourrait rendre les antennes volumineuses - ici montrées dans une tour de téléphonie cellulaire - jusqu'à cent fois plus petites.

Selon les scientifiques, les antennes métalliques qui envoient et reçoivent des signaux TV et des ondes radio pourraient bientôt être remplacées par de minuscules films jusqu'à cent fois plus petits. Parmi les avantages possibles figurent des smartphones plus petits et une technologie portable, ainsi que des dispositifs implantables miniaturisés pour stimuler les cellules cérébrales.

Les antennes conventionnelles sont encombrantes car elles transmettent des signaux en faisant osciller un courant d'électrons vers le haut et vers le bas d'un câble métallique, en envoyant un rayonnement électromagnétique (EM) avec une longueur d'onde liée à la taille du câble. Pour la partie la plus couramment utilisée du spectre des ondes radio, cela signifie que les antennes doivent mesurer des centimètres – ou des dizaines de centimètres – de long, selon la longueur d'onde du rayonnement qu'elles émettent.

Mais dans un article publié dans Nature Communications1, l'ingénieur Nian Xiang Sun, de la Northeastern University de Boston, et ses collègues rapportent la création d'antennes miniatures qui détectent et relaient les signaux EM d'une nouvelle manière. Dans cette conception, les antennes qui détectent et émettent des ondes radio peuvent mesurer moins d'un millimètre de diamètre, explique Sun.

Les antennes prototypes fonctionnent en couplant des ondes acoustiques - des vibrations dans un matériau - avec des ondes électromagnétiques. Ils utilisent une fine membrane piézoélectrique, qui vibre lorsqu'elle est soumise à un courant électrique. Cette vibration à son tour étire et comprime un film attaché qui contient des particules magnétiques. Cette action crée un champ magnétique oscillant, et à son tour une onde électromagnétique. Le processus se produit en sens inverse pour capter les ondes radio : le rayonnement entrant crée un champ magnétique oscillant dans le film, qui induit des vibrations dans la membrane attachée, dont la forme changeante génère le signal électrique.

L'antenne peut être si petite parce que les ondes acoustiques dans sa membrane voyagent plus lentement que les ondes électromagnétiques qu'elles génèrent. Une onde radio ultra-haute fréquence de 1 GHz (gigahertz), par exemple, oscille un milliard de fois par seconde. En un milliardième de seconde, cette onde — se déplaçant à la vitesse de la lumière — parcourt 30 centimètres. Mais un film mince oscillant à la même fréquence ne bouge que de quelques centaines de nanomètres.

L'idée d'une antenne magnétique ultra-compacte a été proposée il y a deux ans2, mais c'est la première fois qu'un prototype est testé, dit Sun. "Ce travail a rapproché le concept original de la réalité", déclare Yuanxun Ethan Wang de l'Université de Californie à Los Angeles, l'un des scientifiques à l'origine de la théorie sous-jacente. Wang prévient qu'il n'est pas encore clair que les petites antennes surpassent les antennes traditionnelles à tous égards.

Sun dit que son équipe travaille déjà avec des entreprises pour commercialiser la technologie et s'attend à ce que les systèmes de communication utilisant ces petites antennes soient utilisés "d'ici deux à trois ans".

Les antennes pourraient être utilisées sur des puces dans le cerveau, dit Sun. Les chercheurs biomédicaux utilisent déjà la stimulation magnétique transcrânienne - dans laquelle une bobine magnétique positionnée à l'extérieur de la tête induit des courants électriques à l'intérieur du cerveau - pour traiter la dépression et la migraine ; la technique fait également l'objet de recherches pour traiter les troubles d'apprentissage. Mais diriger les ondes électromagnétiques de la bobine est délicat. Une puce implantable et contrôlable qui reçoit et émet un rayonnement électromagnétique pourrait stimuler plus précisément les neurones, si son antenne pouvait être rétrécie.

Sun pense que les applications grand public, telles que les technologies portables et les smartphones, pourraient également en bénéficier. La taille de l'antenne n'est pas toujours le facteur limitant pour les smartphones, mais les développeurs s'entassent de plus en plus dans plusieurs antennes de différentes tailles pour des services tels que le Wi-Fi, le GPS et la communication en champ proche pour les paiements sans contact, note Sun - donc rendre les antennes plus petites pourrait aider à rationaliser leur conception.

Nan, T. et al. Nature Commun. http://dx.doi.org/10.1038/s41467-017-00343-8 (2017).

Yao, Z., Wang, YE, Keller, S. & Carman, GP IEEE Trans. Antennes Propag. 63, 3335–3344 (2015).

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