Ondas de rádio fazem curvas para levar redes sem fios mais longe

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/08/2025

Existe um número infinito de trajetórias Airy viáveis que podem ser configuradas entre o transmissor e o receptor. Esta ilustração mostra três exemplos desses feixes.
[Imagem: Haoze Chen et al. - 10.1038/s41467-025-62443-0]

Redes sem fio 10 vezes mais rápidas

As redes sem fio domésticas e comerciais têm feito um bom trabalho, mas algumas aplicações, como a realidade virtual, têm sede de mais largura de banda.

O maior problema é que as larguras de banda de frequência ultra-alta são facilmente bloqueadas por objetos, o que causa interrupções nas transmissões quando o usuário caminha entre salas ou até mesmo passa à frente de um móvel.

A boa notícia é que Haoze Chen e colegas da Universidade de Princeton, nos EUA, já têm uma ideia sobre como fazer com que as ondas de rádio simplesmente se desviem dos obstáculos, literalmente fazendo curvas para contornar objetos, paredes ou o corpo de outros usuários.

Funcionou tão bem que a equipe já fala em explorar a banda sub-terahertz, que tem o potencial de processar 10 vezes mais dados do que os sistemas sem fio atuais. Esse tipo de transmissão rápida será muito útil em sistemas de realidade virtual e em veículos totalmente autônomos, por exemplo.

Sinais de frequência ultra-alta, como os da faixa subterahertz, são transmitidos em feixes definidos, ao contrário das ondas de rádio de baixa frequência, que se espalham por áreas mais amplas. Isso cria muitos problemas de bloqueio, principalmente em ambientes internos e com muita movimentação de pessoas e objetos.

A equipe então foi procurar um outro tipo de feixe de ondas - ondas que possam fazer curvas.

Aprendizado para a geração de um feixe otimizado para curvar-se em torno de um obstáculo e fornecer potência máxima ao receptor.
[Imagem: Haoze Chen et al. - 10.1038/s41467-025-62443-0]

Ondas de rádio que fazem curvas

Para fazer com que os feixes de ondas de rádio possam fazer curvas e contornar os objetos, a equipe explorou uma ideia proposta há quase 50 anos, que consistia em criar um tipo de onda de rádio chamada "feixes de Airy", que permite moldar as transmissões para que elas não sigam em linha perfeitamente reta, mas se comportem como uma bola de futebol com efeito, contornando a barreira que tenta impedir sua passagem.

Os feixes de luz de Airy foram previstos na teoria por Michael Berry e Nandor Balazs, em 1979, mas os cientistas só conseguiram gerar essa luz que faz curvas na prática em 2007. O nome feixes de Airy é uma referência à integral de Airy, calculada por George Biddell Airy em 1830 para explicar a cáustica óptica por trás de fenômenos como o arco-íris - cáustica é a superfície dos raios de luz dispersos por uma superfície curva.

Quando controlados corretamente, os feixes de Airy podem manobrar através de um campo complexo e móvel de objetos. Para lidar com situações do mundo real, onde nunca se sabe onde o obstáculo vai aparecer, a equipe usou a inteligência artificial, uma rede neural que permite ajustar rapidamente a transmissão a um ambiente complexo e dinâmico.

Ao contrário dos sistemas sem fio estáticos, o novo sistema permite que os transmissores se adaptem às mudanças em tempo real, ajustando continuamente as propriedades exatas da curvatura do feixe de ondas de rádio. Assim, o transmissor consegue direcionar os sinais em torno de novos obstáculos conforme eles surgem, mantendo uma conexão forte mesmo em ambientes lotados e em constante mudança.

"O que estamos fazendo não é apenas gerar os feixes, mas descobrir quais funcionam melhor na situação," disse Chen. "As pessoas demonstraram que esses feixes podem ser criados, mas não demonstraram como eles podem ser otimizados."

Realização experimental de feixes de Airy.
[Imagem: Haoze Chen et al. - 10.1038/s41467-025-62443-0]

Aprendizado dinâmico

Formatar adequadamente cada feixe com a curvatura adequada é um problema difícil, especialmente em um ambiente dinâmico. O método padrão de direcionamento de feixes - examinar uma sala em busca do melhor caminho de transmissão - não funciona para os casos que a equipe tem em mente. Além disso, a matemática complexa dos feixes de Airy significa que é impraticável calcular o grau de cada curvatura e onde cada curva deve começar.

Para resolver o problema, os pesquisadores se inspiraram nos atletas: Jogadores não pegam uma calculadora toda vez que precisam chutar ou arremessar a bola, eles se baseiam na experiência passada para calcular a força e direção em diferentes situações. Para gerar esse tipo de resposta, os pesquisadores projetaram uma rede neural, um sistema computacional que imita o cérebro. Contudo, treinar a rede neural também exigiria inúmeros experimentos, então a equipe projetou um simulador, que gera rapidamente toda uma gama de possibilidades.

Os testes envolveram experimentos focados em entender a tecnologia e desenvolver maneiras de controlar as transmissões, o que coloca o sistema próximo da utilização prática.

"Este trabalho aborda um problema de longa data que vinha impedindo a adoção de frequências tão altas em comunicações sem fio dinâmicas até hoje," disse a professora Yasaman Ghasempour. "Com novos avanços, vislumbramos transmissores capazes de navegar de forma inteligente até mesmo nos ambientes mais complexos, trazendo conectividade sem fio ultrarrápida e confiável para aplicações que hoje parecem inacessíveis - da realidade virtual imersiva ao transporte totalmente autônomo."

Mais tópicos