Potenzial der Metamaterialien in drahtlosen Netzwerken erkunden
Drahtlose Konnektivität bildet das Rückgrat der modernen Gesellschaft und dank ihr können wir kommunizieren, auf Informationen zugreifen und Finanztransaktionen durchführen. „Im Verlauf des letzten Jahrzehnts haben sich drahtlose Netzwerke in einem bemerkenswerten Tempo weiterentwickelt“, erklärt Stefano Buzzi, Projektkoordinator von META WIRELESS(öffnet in neuem Fenster), von der Universität Cassino(öffnet in neuem Fenster) in Italien. „Auf unserem Weg ins 6G-Zeitalter wird es bei der Konnektivität nicht nur darum gehen, Menschen mit dem Internet zu verbinden, sondern auch darum, völlig neue Dienstleistungen zu erschaffen, die für Innovation, gesellschaftliches Wohlergehen und Wirtschaftswachstum sorgen.“
Zukünftige 6G-Netzwerke
Die Arbeit des Projekt META WIRELESS, das innerhalb der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen(öffnet in neuem Fenster) unterstützt und vom Nationalen interuniversitären Konsortium für Telekommunikation(öffnet in neuem Fenster) koordiniert wurde, hatte zum Ziel, praktische Anwendungen im Zusammenhang mit zukünftigen 6G-Netzwerken zu erkunden. „Im Sommer 2019 trat der Bereich der drahtlosen Kommunikation in eine spannende neue Phase ein“, erklärt Buzzi. „Metamaterialien und insbesondere rekonfigurierbare intelligente Oberflächen wurden gerade erst als transformative Technologien zur Ausgestaltung und Steuerung der Funkumgebung in Betracht gezogen. Wir verfolgten das Ziel, ihr Potenzial zu erforschen.“ Metamaterialien(öffnet in neuem Fenster) können zur Ummantelung von Gegenständen verwendet oder an Gebäudefassaden angebracht werden, um die elektromagnetischen Reaktionen einer drahtlosen Umgebung individuell anzupassen. Das Projekt diente außerdem dem Aufbau von Kapazitäten mithilfe der Ausbildung einer neuen Generation von Forscherinnen und Forschern, die in der Lage sind, Fortschritte auf diesem Gebiet zu generieren. Das Team von META WIRELESS rekrutierte weltweit fünfzehn talentierte Master-of-Science-Absolventinnen und -absolventen und nahm sie in ein strukturiertes, multidisziplinäres Doktoratsprogramm auf, das führenden europäischen Einrichtungen angegliedert war. Die Projektarbeit war auf zwei einander ergänzende Säulen ausgerichtet: technische Forschungsziele und spezielle Ausbildungsziele. Auf der Forschungsseite lag der Schwerpunkt auf der Erforschung des Potenzials rekonfigurierbarer intelligenter Oberflächen und Metamaterialien in drahtlosen Netzwerken. Das Schulungsprogramm umfasste Workshops zu den Themen Integrität der Forschung, wissenschaftliches Schreiben, Verfassen von Patenten und unternehmerische Initiative.
Vorteile dank Technologie mit rekonfigurierbaren intelligenten Oberflächen
Ein wichtiger Projekterfolg war die Entwicklung eines quelloffenen Simulators(öffnet in neuem Fenster) für drahtlose Systeme auf der Basis rekonfigurierbarer intelligenter Oberflächen, der der Forschungsgemeinschaft eine gemeinsame Plattform zum Testen und Vergleichen neuer Ideen bietet. Gleichermaßen wurden mit der Erschaffung präziserer mathematischer Modelle die theoretischen Grundlagen für rekonfigurierbare intelligente Oberflächen geschaffen. Um die Kluft zwischen Modell und Praxis zu überbrücken, wurden Hardwareprototypen entwickelt. „Mit dem Projektfortschritt entwickelte sich auch das Forschungsgebiet selbst rasch weiter“, berichtet Buzzi. „Heute hat sich die Aufmerksamkeit auf fortgeschrittene rekonfigurierbare intelligente Oberflächenarchitekturen verlagert, wie etwa rekonfigurierbare intelligente Beyond-Diagonal-Oberflächen, gestapelte intelligente Metaoberflächen und aktive rekonfigurierbare intelligente Oberflächen. Diese Konzepte waren 2019 bei der Ausarbeitung des Vorschlags noch nicht vorgesehen, wurden aber intensiv erforscht.“ Ebenso wichtig war die Ermittlung relevanter Anwendungsfälle, in denen die Technologie der rekonfigurierbaren intelligenten Oberflächen eindeutige Vorteile mit sich bringen kann. „Zwei vielversprechende Richtungen zeichnen sich ab“, fügt Buzzi hinzu. „Die erste ist der Einsatz rekonfigurierbarer intelligenter Oberflächen in weitläufigen Innenräumen wie Flughäfen, Einkaufszentren oder Industrieanlagen, wo sie die Abdeckung erweitern und die Konnektivität verbessern können, ohne dass umfangreiche Infrastrukturmodernisierungen erforderlich sind. Zum anderen werden sie in Antennensysteme integriert, um fortgeschrittene Hybridarchitekturen entstehen zu lassen.“
Forschungsinteresse an rekonfigurierbaren intelligenten Oberflächen fördern
Das Projekt META WIRELESS hat das Forschungsinteresse auf diesem Gebiet entscheidend gefördert. „Seit dem Start des Projekts hat die Erforschung der rekonfigurierbaren intelligenten Oberflächen exponentiell Fahrt aufgenommen“, sagt Buzzi. „META WIRELESS hat diese Welle mit ausgelöst und angeführt.“ Ebenso wichtig, so Buzzi, sei das Erbe in menschlicher Hinsicht. Der beteiligte Forschungsnachwuchs arbeitet jetzt entweder in der Industrie oder an einem Postdoktorat in der Wissenschaft, wobei die meisten in Europa bleiben. „Mehrere Begünstigte haben sich erneut an Folgeinitiativen beteiligt, wozu die Projekte INTEGRATE und ISLANDS gehören“, fügt Buzzi hinzu. „Diese Einbeziehung von Talenten und die Förderung langfristiger menschlicher Beziehungen stellen möglicherweis die nachhaltigste Leistung des Projekts dar.“
