Sviluppate metasuperfici conformi per le comunicazioni del futuro

Droni, aeromobili, veicoli, satelliti, infrastrutture urbane e piattaforme mobili hanno raramente superfici piane. Per questo, una delle sfide più importanti nello sviluppo delle tecnologie elettromagnetiche del futuro è rendere le superfici intelligenti non solo programmabili, ma anche conformi, cioè capaci di adattarsi a geometrie curve e realistiche. In questo scenario si inserisce il nuovo studio coordinato da ricercatori dell’Università degli Studi del Sannio, dedicato a metasuperfici in grado di controllare dinamicamente le onde elettromagnetiche su superfici non planari. Il lavoro, dal titolo Space-Time Coding Conformal Metasurfaces for Multifrequency Beam Steering and Shaping, è stato pubblicato su Advanced Materials, una delle riviste più selettive nell’ambito dei materiali funzionali, dei metamateriali e delle metasuperfici. Lo studio è firmato da Filippo Pepe, Lei Zhang, Yi Ning Zheng, Xiao Qing Chen, Ivan Iudice, Giuseppe Castaldi, Marco Di Renzo, Tie Jun Cui e Vincenzo Galdi, e vede la collaborazione del Fields & Waves Lab del Dipartimento di Ingegneria dell’Università del Sannio, del CIRA – Centro Italiano Ricerche Aerospaziali, della Southeast University (Nanjing, Cina), del CNRS/CentraleSupélec (Rennes, Francia) e del King’s College London.

Le metasuperfici sono strutture artificiali ultrasottili capaci di modificare la propagazione delle onde elettromagnetiche. La nuova frontiera è rappresentata dalle metasuperfici space-time-coding, che introducono una programmazione congiunta nello spazio e nel tempo: non si limitano quindi a controllare la direzione di un’onda, ma possono generare risposte diverse su più componenti di frequenza. Questa capacità apre la strada a piattaforme multifunzionali per comunicazioni wireless avanzate, superfici intelligenti riconfigurabili, controllo dinamico dello spettro e sistemi integrati di sensing e comunicazione.
La ricerca pubblicata estende questo paradigma alle metasuperfici conformi, cioè a superfici curve progettate per seguire la forma reale delle piattaforme su cui possono essere installate. È un passaggio cruciale rispetto alle configurazioni piane, più semplici da modellare e realizzare ma meno rappresentative degli scenari applicativi concreti. Il lavoro dimostra che una singola apertura conforme può manipolare componenti a frequenze diverse, realizzando funzioni di orientamento, sagomatura e divisione del fascio, oltre a risposte elettromagnetiche di potenziale interesse per il controllo della firma radar.

L’approccio combina modellistica elettromagnetica, sintesi semi-analitica e ottimizzazione evolutiva con una validazione sperimentale condotta mediante un prototipo programmabile in banda X, meccanicamente riconfigurabile e capace di assumere diverse geometrie cilindriche. La parte sperimentale, svolta presso la Southeast University, ha verificato la capacità della piattaforma di generare risposte elettromagnetiche differenti a diverse componenti armoniche, dimostrando la fattibilità del controllo multifrequenza su superfici curve.
Il lavoro si inserisce nell’ambito del dottorato industriale di Filippo Pepe, svolto tra Università del Sannio e CIRA, e rappresenta un esempio concreto di integrazione tra ricerca accademica, competenze aerospaziali, sperimentazione avanzata e collaborazione scientifica internazionale. Durante il percorso di dottorato, Pepe ha inoltre svolto periodi di ricerca presso il gruppo del professor Marco Di Renzo, rafforzando il collegamento con il settore delle telecomunicazioni e con le prospettive applicative delle superfici intelligenti per le reti wireless di nuova generazione.

“Questo risultato conferma il ruolo di UNISANNIO nella ricerca sulle metasuperfici programmabili e space-time-coding,” osserva Vincenzo Galdi, che ha diretto la ricerca. “Il lavoro nasce da una collaborazione interdisciplinare e internazionale, sia accademica sia industriale, che integra elettromagnetismo, telecomunicazioni, sperimentazione e applicazioni aerospaziali, collegando il controllo avanzato delle onde elettromagnetiche alle prospettive delle comunicazioni wireless di nuova generazione e delle piattaforme intelligenti riconfigurabili.”
“Dal punto di vista del CIRA, questa attività è particolarmente rilevante perché guarda a tecnologie potenzialmente integrabili su piattaforme aerospaziali e sistemi complessi, dove le superfici non sono quasi mai piane,” sottolinea Ivan Iudice, ricercatore del Centro Italiano Ricerche Aerospaziali. “Il dottorato industriale ha rappresentato uno strumento efficace per costruire un ponte concreto tra ricerca universitaria, validazione tecnologica e applicazioni in ambito aerospaziale.”
Questi risultati aprono prospettive per comunicazioni wireless di nuova generazione, sistemi integrati di sensing e comunicazione, controllo dinamico dello spettro e applicazioni su piattaforme mobili o aerospaziali. Con questa pubblicazione, l’Università del Sannio consolida una linea di ricerca riconosciuta a livello internazionale nel campo delle metasuperfici digitali e programmabili, confermando il valore della collaborazione tra università, centri di ricerca e partner internazionali per lo sviluppo di tecnologie abilitanti per le reti e i sistemi elettromagnetici del futuro.