Claire Swedberg
Vários fabricantes de antenas baseadas na Internet das Coisas (IoT) estão desenvolvendo produtos que aproveitam um novo material de Chasm que é quase transparente, possibilitando que sensores e tags IoT ou de identificação por radiofrequência (RFID) sejam aplicados em locais onde as antenas tradicionais causaram uma interrupção visual no passado, como em para-brisas de carros. As novas antenas são projetadas para ficarem à vista, informa a empresa, para que possam permanecer discretas para os usuários, embora não totalmente invisíveis.
A Chasm foi lançada em 2015 para desenvolver e fabricar materiais avançados que permitem produtos com maior desempenho e maior sustentabilidade. A empresa usa nanotubos de carbono (CNT) embutidos em seus materiais para fornecer resistência, flexibilidade e condutividade, permitindo quase transparência. A Chasm também fabrica aquecedores transparentes, cimento de baixo carbono e materiais para baterias.
A Taoglas, provedora global de antenas e componentes avançados de IoT, lançou três produtos de antenas invisíveis que são ativados pela tecnologia híbrida de condutores transparentes da Chasm, conhecida como AgeNT. Agora está comercializando as antenas para trazer conectividade aos veículos sem a necessidade de cabeamento adicional ou alternâncias nas estruturas dos veículos. Em vez disso, os usuários podem simplesmente descascar o dispositivo e colá-lo no para-brisa.
Uma grande porcentagem da pegada de uma etiqueta RFID típica é a antena, que geralmente consiste em um fio de cobre que envolve o IC no qual os dados da etiqueta são armazenados. Portanto, algumas aplicações para tags RFID e produtos IoT podem ser limitadas com base na estética. Colocar uma antena no vidro, por exemplo, atrapalharia a aparência do vidro, além de inibir a visibilidade.
Além disso, alguns fabricantes de dispositivos IoT optaram por construir a antena sem fio em dispositivos, sob outros materiais, para escondê-la, e isso significa que o desempenho também pode ser afetado. Essa é uma grande deficiência relacionada a essas antenas baseadas em placas de circuito impresso, de acordo com David Arthur, CEO e cofundador da Chasm. “Eles precisam ser embalados [como parte de uma etiqueta não transparente]”, explica ele, “e atrairão a atenção para a antena ou bloquearão a visão se forem montados no vidro”.
Por outro lado, diz Arthur, uma antena transparente daria aos desenvolvedores de produtos IoT mais liberdade de design em relação ao posicionamento da antena. Chasm vem trabalhando no desenvolvimento de uma solução de antena transparente há anos, ele relata, e a empresa planeja lançar comercialmente os resultados desse desenvolvimento este ano.
Arthur diz que o produto está sendo demonstrado em uma variedade de antenas, sejam elas transmitindo sinais de Bluetooth Low Energy (BLE), Wi-Fi, banda ultralarga (UWB), 5G, GNSS (satélite), RFID de frequência ultra-alta (UHF) ou Comunicação de campo próximo (NFC). Com o novo material, diz a empresa, os fabricantes de antenas podem evoluir de uma antena baseada em placa de circuito impresso não transparente para uma antena transparente. “Podemos fazer isso a baixo custo”, afirma ele, “na produção em massa”.
O material da antena consiste em uma micromalha de fios de cobre muito finos, medindo 5 mícrons (0,0002 polegadas) de largura, em um padrão de diamante. Para contextualizar a largura dos fios de cobre, qualquer coisa com tamanho abaixo de aproximadamente 8 mícrons (0,0003 polegada) é difícil de ser vista pelo olho humano. Assim, ao olhar através da malha de Chasm, os indivíduos não verão o cobre.
Entre os fios há muita área aberta através da qual a luz passará, compreendendo aproximadamente 85 a 95 por cento da área total da malha. O cobre é grosso o suficiente para transportar uma corrente, embora não tão eficazmente quanto um pedaço mais largo de cobre. Assim, o material da antena aproveita os nanotubos de carbono impressos que ficam sobre a micromalha de cobre na forma de uma tinta imprimível em tela, fornecendo o aumento de condutividade necessário nos espaços abertos da malha.
Os nanotubos de carbono desempenham um papel muito importante, diz Arthur. Eles estão entre os materiais mais fortes conhecidos, explica ele, por isso fornecem reforço mecânico para os minúsculos fios que compõem a micromalha de cobre. Desta forma, diz ele, os nanotubos de carbono condutores podem contornar rachaduras nos minúsculos fios, como um filme condutor auto-reparável. “Nós o chamamos de condutor transparente híbrido”, afirma Arthur, “porque é um híbrido de nanotubos de carbono e micromalha de cobre”.
Os nanotubos usados são chamados de nanotubos de carbono de parede única (SWCNTs), em oposição a uma versão de parede múltipla. Simplificando, diz Arthur, é preciso apenas uma parede para conduzir eletricidade. Enquanto os nanotubos de carbono mais comumente disponíveis contêm até 10 paredes, os outros nove absorvem a luz, não agregando valor quando se trata de condutividade. “Então, cultivamos nanotubos de carbono de parede única”, diz ele, “e os dispersamos em uma tinta que pode ser impressa. Apenas uma pequena quantidade de nanotubos de carbono é necessária para fazer o trabalho”.
O resultado final para os usuários, relata Arthur, é que a antena é transparente o suficiente para não ser detectada se as pessoas não estiverem prestando atenção. Quando se trata de desempenho, diz ele, a empresa descobriu em seus testes internos que a antena flexível se aproxima das placas de circuito impresso premium de RF para micro-ondas. A combinação de micromesh de cobre e nanotubos de carbono torna isso possível, acrescenta.
As antenas estão sendo usadas predominantemente em para-brisas de carros para fornecer funcionalidade de IoT. Enquanto as operadoras exigem maior conectividade com o mundo exterior enquanto dirigem ou usam seus veículos, a Chasm relata que o espaço para antenas é limitado. Os carros têm ampla superfície de vidro na forma de janelas e para-brisas, mas usuários e fabricantes relutam em cobrir esse espaço por medo de prejudicar a visibilidade. Por outro lado, os usuários não podem montar uma antena atrás de metal, pois a antena simplesmente não funcionaria corretamente.
Em muitos casos, isso significa que a conectividade IoT requer a perfuração de orifícios nas estruturas dos veículos e a montagem de antenas fora do metal, como no teto. A antena do Chasm foi projetada para ser descascada e presa a uma superfície como o vidro, diz Arthur, o que tornaria o aplicativo mais barato em comparação com a integração de uma antena em um veículo. “Você não gostaria de colocá-lo bem na frente da visão direta de um motorista”, afirma ele, “mas poderia colocá-lo em vários outros pontos no para-brisa, no vidro traseiro ou no teto solar.”
A Taoglas é especializada em soluções de IoT e conectividade para segurança pública e veículos de transporte e oferece várias versões de uma solução de antena transparente que pode ser fixada em plástico, vidro e telas. Ao oferecer antenas transparentes e flexíveis para vidro, a empresa oferece economia em termos de custos que os usuários incorreriam para atualizar um veículo fazendo furos para instalar antenas. Além dos carros, a Taoglass espera que outras aplicações incluam o uso de tais antenas no vidro da janela para criar edifícios inteligentes e conectados e outras aplicações, como carregadores de veículos elétricos e parquímetros.
Quando se trata de dispositivos IoT, as antenas poderiam ser aplicadas no exterior, onde teriam melhor funcionalidade de transmissão sem atrapalhar a aparência do dispositivo. Um exemplo pode ser as tags NFC. Por exemplo, as empresas que empregam a tecnologia NFC — operando em 13,56 MHz e em conformidade com o padrão ISO 14443 — para proteção de marcas podem incorporar as antenas em rótulos usados em produtos de luxo, como garrafas de vinho ou perfume. Dessa forma, explica Chasm, os rótulos ficariam menos visíveis e o consumidor veria apenas os produtos e os rótulos impressos.
A Chasm está vendendo seu material para empresas de antenas e fabricantes de dispositivos. “Não somos projetistas de antenas”, observa Arthur. “Somos uma empresa de materiais e, portanto, trabalhamos com outras partes que são especialistas em design de antenas.” As antenas foram testadas em uma variedade de frequências, relata ele, de satélite a NFC e HF RFID. Embora existam outras empresas que oferecem antenas transparentes, o que diferencia o produto da Chasm, afirma a empresa, é que ele é fino, flexível, projetado para conveniência e no formato peel-and-stick, em vez de ser feito de vidro.
Segundo Arthur, as antenas que usam o material transparente serão um pouco mais caras do que as antenas tradicionais no nível da placa de circuito. “Mas ao nível do sistema”, acrescenta, “acreditamos que somos mais baratos”, considerando que não há custo adicional de embalagem e que os usuários não precisam colocar as antenas dentro de uma caixa. Ele cita também outras economias potenciais relacionadas à instalação. “Como você pode colocá-lo onde quiser, normalmente em vidro, a quantidade de cabos é menor”, diz ele. “Portanto, o custo de instalação é menor, o custo de cabeamento é menor [e] você não tem o custo de empacotamento.”
A Chasm pode produzir protótipos em suas instalações na área de Boston, diz Ina Jiang, vice-presidente de marketing da empresa, e pode realizar a produção em estágio inicial naquela instalação. A empresa se une a fabricantes certificados na Europa e na região da Ásia-Pacífico, além de sua própria unidade de produção nos Estados Unidos. Atualmente, ela pode produzir mais de 10 milhões de antenas anualmente e planeja adicionar outros fabricantes à sua rede daqui para frente, diz Arthur. “À medida que a demanda cresce”, acrescenta ele, “não será difícil para nós adicionar fabricantes, porque usamos métodos bastante padronizados de fabricação de placas de circuito impresso.”
O objetivo da empresa é atingir os fabricantes de antenas e seus clientes, a fim de oferecer a eles um teste de produtos não transparentes. “Isso pode ser [o] produtor de antenas, fabricante de dispositivos ou integrador de sistemas”, diz Arthur, acrescentando que a Chasm os ajudaria a projetar seus próprios produtos de IoT. Para as empresas que preferem produzir as próprias antenas transparentes, a Chasm oferece possíveis parcerias para possibilitar esse arranjo, juntamente com seu material patenteado AgeNT.