METASMART

Nueva generación de metasuperficies inteligentes basadas en fabricación aditiva para aplicaciones estratégicas en telecomunicaciones y biomedicina

Objetivos

Identificación de los materiales y mecanismos de reconfiguración más adecuados para la realización de las metasuperficies acústicas y electromagnéticas objetivo de METASMART, en base a las restricciones asociadas a las técnicas de fabricación aditiva a desarrollar y las especificaciones necesarias para abordar los casos de estudio seleccionados.
Desarrollo de los procesos de fabricación aditiva requeridos para crear las metasuperficies objetivo de METASMART.
Diseño de una metasuperficie acústica holográfica y multiuso basada en impresión 3D para conformar haces de ultrasonidos terapéuticos de alta intensidad a una frecuencia de 1 MHz para aplicaciones de histotripsia.
Validación in vitro de la técnica de histotripsia mediante metasuperficies acústicas para el tratamiento de cáncer de próstata a través de la desintegración localizada de tejidos blandos.
Diseño, caracterización, y validación de una metasuperficie absorbente reconfigurable que permita seleccionar la banda de frecuencias a absorber, con el fin de resolver problemas de compatibilidad electromagnética en centros de radiocomunicaciones (se considerará un problema real existente en el centro de comunicaciones de Calicanto en el que es necesario proteger la cubierta del centro de comunicaciones para mitigar señales interferentes en un rango de frecuencias específico).
Diseño, caracterización y validación de una metasuperficie reconfigurable para controlar de manera programable la dirección de propagación de las ondas electromagnéticas que inciden sobre ella para aumentar la eficiencia del enlace en sistemas de comunicación a 60 GHz (esta banda de frecuencias será clave en los futuros sistemas de comunicaciones inalámbricas).

Descripción

En METASMART se propone revolucionar el campo de las metasuperficies mediante la investigación industrial de nuevos procesos de producción basados en técnicas de fabricación aditiva (impresión 2D multicapa de materiales funcionales, impresión 3D y 4D) versátiles, precisas y baratas, capaces de resolver todas las desventajas mencionadas anteriormente. Para ilustrar el gran potencial de innovación del concepto planteado en METASMART, se va a diseñar una nueva generación de metasuperficies inteligentes que puedan ser implementadas con las técnicas de fabricación desarrolladas en el proyecto. Dichas metasuperficies constituirán una plataforma transversal con potencial para proveer soluciones innovadoras a varios de los retos tecnológicos más relevantes para la sociedad.

Resultados obtenidos

Uno de los logros más destacables del proyecto METASMART ha sido el desarrollo de metasuperficies acústicas para tratamientos médicos no invasivos. A través de técnicas de histotripsia, hemos logrado una destrucción selectiva y precisa de células en tejidos blandos sin afectar áreas circundantes. Las pruebas en laboratorio han demostrado la efectividad de este enfoque, los que muestra una correlación precisa entre el tamaño de los focos de cavitación y las lesiones diseñadas.

Además, este avance abre la puerta a su uso en estudios en modelos animales, comenzando con protocolos para estudios en ratones con tumores subcutáneos generados a partir de células de cáncer de próstata. Este proyecto, que ya cuenta con un informe preliminar de patentabilidad, subraya el alto nivel de originalidad de esta técnica en el control y focalización de la energía acústica.

En el área de las comunicaciones, METASMART ha alcanzado importantes hitos en la optimización de metasuperficies para la absorción y eliminación de interferencias. En laboratorio, se han validado dos prototipos innovadores: un absorbedor reconfigurable de 6-8 GHz y otro absorbedor de alta eficiencia en 10 GHz, con un rendimiento superior al 90%.

Un logro adicional ha sido la creación de reflectores reconfigurables impresos mediante tintas avanzadas de VO2 y BST, tecnologías que permiten crear metasuperficies activas adaptables y compatibles con técnicas de fabricación aditiva. Aunque queda pendiente su caracterización experimental, estos prototipos representan un paso importante hacia el desarrollo de dispositivos reconfigurables para aplicaciones de comunicación avanzada.