เทคโนโลยีพื้นผิวอัจฉริยะ 6G ของจีนแปลงเรดาร์เป็นพลังงานสำหรับเครื่องบินล่องหน

เปลี่ยนเรดาร์จากภัยคุกคามให้เป็นแหล่งพลังงาน

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่อากาศยานทางทหารพึ่งพาเทคโนโลยีล่องหนเพื่อหลบเลี่ยงการตรวจจับจากเรดาร์ของฝ่ายศัตรู หลักการพื้นฐานคือการออกแบบรูปทรงลำตัวเครื่องบินและเคลือบวัสดุดูดซับเรดาร์ชนิดพิเศษ เพื่อกระจายหรือดูดซับคลื่นวิทยุที่ส่งเข้ามา ไม่ให้สะท้อนกลับไปยังเครื่องรับ ขณะนี้นักวิจัยในจีนเสนอแนวทางพัฒนาแนวคิดนี้ครั้งสำคัญ แทนที่จะเพียงเบี่ยงเบนหรือสลายพลังงานเรดาร์ เทคโนโลยีใหม่ของพวกเขามุ่งจับพลังงานดังกล่าวและแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าที่นำไปใช้ได้ ความก้าวหน้านี้ซึ่งมีรากฐานจากวิศวกรรมแม่เหล็กไฟฟ้าขั้นสูง อาจเปลี่ยนพลวัตของสงครามอิเล็กทรอนิกส์และอนาคตของการสื่อสารไร้สายได้อย่างสิ้นเชิง

งานวิจัยที่นำโดยทีมจากมหาวิทยาลัยซีเตียนมุ่งพัฒนาระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ทำงานได้ด้วยตนเอง โดยผสานการส่งผ่านข้อมูลไร้สายเข้ากับการเก็บเกี่ยวพลังงาน ในสถานการณ์ทางทหารจริง เทคโนโลยีนี้อาจช่วยให้เครื่องบินขับไล่ล่องหนดูดซับลำคลื่นเรดาร์ที่กำลังจับเป้าหมาย แล้วนำพลังงานนั้นไปจ่ายให้ระบบขับเคลื่อน เซ็นเซอร์ หรือระบบสื่อสารบนเครื่องได้ ผลคือการตรวจจับจากฝ่ายศัตรูอาจกลายเป็นการมอบพลังงานที่เป้าหมายต้องใช้เพื่อปฏิบัติการหรือหลบหนีโดยไม่ตั้งใจ

วิทยาศาสตร์เบื้องหลังพื้นผิวอัจฉริยะที่ปรับเปลี่ยนได้

หัวใจของนวัตกรรมนี้คือเทคโนโลยีที่เรียกว่าพื้นผิวอัจฉริยะที่ปรับเปลี่ยนได้ หรือ RIS ขณะที่เทคโนโลยีล่องหนแบบเดิมอาศัยวัสดุที่ทำงานแบบคงที่ตั้งแต่ขั้นตอนการผลิต RIS เป็นโครงสร้างสองมิติที่ปรับเปลี่ยนได้ ประกอบด้วยองค์ประกอบขนาดเล็กที่ตั้งโปรแกรมได้หลายร้อยหรือหลายพันชิ้น องค์ประกอบเหล่านี้สามารถปรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้แบบเรียลไทม์ โดยเปลี่ยนคุณสมบัติต่าง ๆ เช่น เฟสและแอมพลิจูด เพื่อควบคุมการสะท้อนหรือการดูดซับสัญญาณ

นักวิจัยระบุว่าสถาปัตยกรรม RIS เป็นโซลูชันต้นทุนต่ำและตั้งโปรแกรมได้สูงสำหรับเครือข่ายไร้สายในอนาคต ต่างจากเสาอากาศมาตรฐานที่ต้องใช้พลังงานและฮาร์ดแวร์จำนวนมากในการสร้างสัญญาณ RIS ทำหน้าที่หลักในการปรับสัญญาณที่มีอยู่ในสภาพแวดล้อม ด้วยการดึงพลังงานจากเรดาร์หรือสัญญาณแวดล้อมอื่น ๆ พื้นผิวนี้จึงทำงานได้โดยไม่ต้องใช้แบตเตอรี่แบบดั้งเดิม ต้นแบบในปัจจุบันแสดงให้เห็นว่าสามารถบังคับทิศทางลำคลื่นได้ถึงบวกหรือลบ 45 องศา โดยมีระดับกลีบข้างต่ำ ความแม่นยำนี้ช่วยให้ระบบเพิ่มพื้นที่ครอบคลุมของสัญญาณในกรณีที่สิ่งกีดขวางทางกายภาพบดบังแนวการมองเห็นโดยตรง ซึ่งเป็นปัญหาที่พบได้บ่อยในเขตเมืองและภูมิประเทศซับซ้อน

การส่งผ่านข้อมูลและพลังงานพร้อมกัน

นักวิจัยเสนอแนวคิดที่เรียกว่าการส่งผ่านข้อมูลและพลังงานพร้อมกันโดยใช้ RIS กล่าวอย่างง่ายคือ สัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าเดียวกันสามารถใช้ได้ทั้งเพื่อการสื่อสารและการเก็บเกี่ยวพลังงาน สัญญาณเรดาร์ การเชื่อมต่อผ่านดาวเทียม และการส่งสัญญาณสื่อสาร ต่างแพร่กระจายอยู่เต็มน่านฟ้าทางทหารและพลเรือน แทนที่จะมองสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้านี้เป็นเพียงสัญญาณรบกวนหรือภัยคุกคาม งานวิจัยเสนอว่าควรมองเป็นทรัพยากรที่มีคุณค่า

ตามแบบจำลองที่เสนอ พื้นผิวอัจฉริยะจะรับสัญญาณที่เข้ามาและส่งพลังงานส่วนหนึ่งไปยังวงจรเก็บเกี่ยวพลังงานภายใน ส่วนสัญญาณที่เหลือจะถูกปรับเพื่อใช้ในการสื่อสารหรือควบคุมสัญญาณ บทความวิจัยเน้นย้ำว่ากระบวนการนี้เป็นแบบพาสซีฟ ตัวพื้นผิวเองไม่ปล่อยสัญญาณที่ตรวจจับได้ ซึ่งเป็นข้อพิจารณาสำคัญสำหรับแพลตฟอร์มที่ต้องการลดการตรวจจับและหลบซ่อนจากระบบสนับสนุนทางอิเล็กทรอนิกส์

การพรางตัวแม่เหล็กไฟฟ้าแบบร่วมมือ

งานวิจัยเสนอแนวคิดที่ทีมเรียกว่า “การพรางตัวแม่เหล็กไฟฟ้าแบบร่วมมือ” ซึ่งก้าวข้ามแนวคิดการซ่อนอากาศยานลำเดียวโดยลำพัง แต่เป็นการให้อากาศยานหลายลำที่เชื่อมต่อกันทำงานประสานกัน เพื่อลดพื้นที่หน้าตัดเรดาร์โดยรวมและลดการมองเห็นจากเซ็นเซอร์ ด้วยการแบ่งปันข้อมูลและปรับชั้นเคลือบ RIS แบบพลวัต ฝูงโดรนหรือเครื่องบินอาจสร้างจุดอับหรือทำให้ระบบติดตามของฝ่ายศัตรูสับสนได้มีประสิทธิภาพกว่าการทำงานแยกกัน

ในกรณีศึกษาต่าง ๆ การปรับพารามิเตอร์ร่วมกัน เช่น การสร้างลำคลื่นของเครื่องรับส่งสัญญาณ วิถีการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ และค่าสัมประสิทธิ์ RIS ทำให้มีการเสนอแนวทางที่อาศัยการเรียนรู้แบบเสริมกำลังเชิงลึกหลายตัวแทนและการหาค่าเหมาะที่สุดหลายวัตถุประสงค์ เพื่อแก้ปัญหาต่าง ๆ เช่น การออกแบบลำคลื่น การวางแผนเส้นทาง การตรวจจับเป้าหมาย และการรวบรวมข้อมูล นักวิจัยระบุไว้ในบทความ

แนวทางร่วมมือนี้ขยายไปถึงการจัดขบวนแพลตฟอร์มหลายลำ เพื่อเพิ่มการพรางตัวร่วมกันในทุกย่านความถี่วิทยุ ทีมวิจัยเสนอว่าในท้ายที่สุดสถาปัตยกรรมนี้จะช่วยให้เกิดระบบตรวจจับแบบบูรณาการที่ปรับตัวตามสภาพแวดล้อม โดยแพลตฟอร์มจะตอบสนองอย่างชาญฉลาดต่อภัยคุกคามเฉพาะหน้าที่พบแบบเรียลไทม์

นัยต่อโทรคมนาคม 6G

แม้การใช้งานทางทหารจะชวนให้จินตนาการถึงความเป็นไปได้ต่าง ๆ แต่นักวิจัยย้ำว่าเทคโนโลยีนี้มีนัยสำคัญต่อโครงสร้างพื้นฐานพลเรือน โดยเฉพาะการพัฒนาเครือข่าย 6G นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากเชื่อว่า ความก้าวหน้าครั้งใหญ่ของการสื่อสารไร้สายยุคถัดไปจะไม่ได้มาจากชิปที่เร็วขึ้นเท่านั้น แต่ยังมาจากการคิดใหม่ว่าสัญญาณเดินทางผ่านสภาพแวดล้อมอย่างไร โดยหนึ่งในประเด็นสำคัญของการวิจัย 6G คือพื้นผิวอัจฉริยะที่ปรับเปลี่ยนได้เหล่านี้

สำหรับโทรคมนาคม พื้นผิวดังกล่าวอาจนำไปสู่ความก้าวหน้าของ 6G เช่น การผสานการตรวจจับและการจ่ายพลังงานสำหรับดาวเทียมหรือสถานีฐาน แพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์นี้ผสานการส่งข้อมูลเข้ากับความสามารถคล้ายเรดาร์ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้คลื่นความถี่และทรัพยากรฮาร์ดแวร์ การปรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่กระจัดกระจายและสัญญาณที่แผ่ออกมาอย่างมีประสิทธิภาพร่วมกัน ช่วยลดพื้นที่ทางกายภาพและต้นทุนฮาร์ดแวร์ที่โดยทั่วไปจำเป็นสำหรับการทำงานหลายรูปแบบในระบบเดียว สิ่งนี้อาจนำไปสู่สถานีฐานขนาดเล็กที่ติดตั้งได้ง่ายกว่าและประหยัดพลังงานกว่าสถานีฐานโทรศัพท์เคลื่อนที่ในปัจจุบัน

ผู้สนับสนุนเทคโนโลยีนี้กล่าวว่า 6G อาจทำให้เส้นแบ่งระหว่างโลกกายภาพกับโลกดิจิทัลเลือนลง และเปิดทางให้เกิดแอปพลิเคชันอย่างโฮโลแกรม ดิจิทัลทวิน และเครือข่ายอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่งขนาดใหญ่ ในสภาพแวดล้อมเช่นนี้ อุปกรณ์ที่ติดตั้งพื้นผิวอัจฉริยะอาจเก็บเกี่ยวพลังงานปริมาณน้อยแต่มีความหมายจากสัญญาณที่แพร่กระจายอยู่รอบตัวได้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งอาจช่วยยืดอายุแบตเตอรี่หรือทำให้เซ็นเซอร์ทำงานได้ด้วยพลังงานที่ผลิตได้เองทั้งหมด

ความปลอดภัยและความสามารถในการต้านการรบกวน

นอกเหนือจากการเก็บเกี่ยวพลังงานแล้ว ความยืดหยุ่นของเทคโนโลยี RIS ยังให้ข้อได้เปรียบอย่างมากด้านความปลอดภัยของเครือข่าย พื้นผิวนี้สามารถตั้งค่าให้สร้างเขตอับสัญญาณวิทยุโดยเจตนา ซึ่งช่วยบรรเทาการรบกวนสัญญาณและลดความเสี่ยงจากการดักฟังทางอิเล็กทรอนิกส์ การเลือกปิดกั้นสัญญาณในพื้นที่เฉพาะช่วยให้สถานที่ที่มีความปลอดภัยสูงป้องกันข้อมูลรั่วไหลออกไป หรือป้องกันสัญญาณที่ไม่ได้รับอนุญาตไม่ให้เข้ามาได้

งานวิจัยก่อนหน้านี้ที่อ้างถึงในงานศึกษาระบุว่า RIS อาจนำไปใช้กับเทคโนโลยีต้านการรบกวน การสื่อสารของอากาศยานไร้คนขับ และการเฝ้าระวังทางวิทยุได้ด้วย ซึ่งเป็นสาขาที่เครื่องมือเพิ่มประสิทธิภาพแบบเก่ามักทำงานได้ไม่ดีนัก องค์การอวกาศยุโรปยังระบุว่า RIS เป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพสำหรับการสื่อสารระหว่างดาวเทียมกับภาคพื้นดิน โดยการควบคุมการสะท้อนและเปลี่ยนทิศทางสัญญาณอาจช่วยกำหนดเส้นทางการเชื่อมต่อให้หลบสิ่งกีดขวางทางกายภาพ เช่น ภูเขาหรืออาคารสูง

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยฟู่ตั้น มหาวิทยาลัยซิดนีย์ และองค์การวิจัยวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมเครือจักรภพ ระบุว่า เมื่อนำเทคโนโลยีนี้มาผสานกับปัญญาประดิษฐ์ ก็อาจช่วยเพิ่มความปลอดภัยของการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่งระหว่างอากาศกับพื้นดินได้อย่างมีนัยสำคัญ เทคโนโลยีนี้จึงเกี่ยวข้องไม่เพียงกับเครื่องบินขับไล่ล่องหน แต่ยังรวมถึงระบบนิเวศอันกว้างใหญ่ของอุปกรณ์เชื่อมต่อที่คาดว่าจะมีอยู่ทั่วเมืองอัจฉริยะในอนาคต

ความท้าทายและข้อจำกัด

แม้จะมีศักยภาพที่น่าสนใจ แต่นักวิจัยก็ระบุข้อจำกัดในปัจจุบันของเทคโนโลยีไว้อย่างชัดเจน งานศึกษานี้นำเสนอกรอบการศึกษาเชิงทฤษฎีและการทดลองเป็นหลัก ไม่ใช่ระบบอาวุธที่นำไปใช้งานจริง ยังมีความท้าทายสำคัญด้านวัสดุศาสตร์ ความทนทาน อิเล็กทรอนิกส์ควบคุม และความซับซ้อนของสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้าในโลกจริง

ปัจจุบันระดับพลังงานที่เก็บเกี่ยวได้ยังมีไม่มาก แม้แนวคิดการขับเคลื่อนเครื่องยนต์เจ็ตด้วยลำคลื่นเรดาร์เพียงอย่างเดียวยังเป็นเรื่องแต่งทางวิทยาศาสตร์ แต่พลังงานที่ได้อาจเพียงพอสำหรับระบบอิเล็กทรอนิกส์การบินกำลังต่ำ เซ็นเซอร์ หรือระบบสำรองพลังงานสำหรับการสื่อสาร การติดตั้งระบบดังกล่าวบนแพลตฟอร์มที่เคลื่อนที่เร็วอย่างเครื่องบินเจ็ตหรือขีปนาวุธจำเป็นต้องมีความก้าวหน้าเพิ่มเติม เพื่อให้ทนต่อแรงอากาศพลศาสตร์สุดขีดและความผันผวนของอุณหภูมิ

นอกจากนี้ ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานยังขึ้นอยู่มากกับความถี่และความเข้มของสัญญาณที่เข้ามา แม้สัญญาณ 6G ความถี่สูงจะมีพลังงานเข้มข้นกว่า แต่ระบบเรดาร์ในปัจจุบันทำงานในย่านความถี่ที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจไม่เหมาะต่อการเก็บเกี่ยวพลังงาน นักวิจัยระมัดระวังไม่กล่าวอ้างเกินจริง โดยระบุว่าการทำให้การส่องเรดาร์กลายเป็นผลเสียเป็นการเปลี่ยนกรอบแนวคิด มากกว่าจะเป็นความจริงด้านการปฏิบัติการในอนาคตอันใกล้

การแข่งขันระดับโลกเพื่อชิงความเป็นผู้นำด้าน 6G

การพัฒนาเทคโนโลยีนี้เกิดขึ้นท่ามกลางการแข่งขันระดับโลกที่เข้มข้น เพื่อกำหนดและครองความเป็นผู้นำด้านมาตรฐาน 6G สหรัฐฯ และจีนกำลังแข่งขันกันอย่างดุเดือดในการสร้างศูนย์ข้อมูลบนอวกาศและโครงสร้างพื้นฐานไร้สายขั้นสูง ซึ่งอาจรองรับปัญญาประดิษฐ์และการเชื่อมต่อในอนาคต ความก้าวหน้าของจีนในการวิจัย RIS อาจเร่งความสามารถในการติดตั้งเครือข่ายที่ปรับเปลี่ยนได้ และเพิ่มพื้นที่ครอบคลุมในกรณีที่ไม่มีแนวการมองเห็นโดยตรง ซึ่งเป็นจุดที่เครือข่าย 5G แบบดั้งเดิมยังทำงานได้ยาก

การรวมการตรวจจับ การสื่อสาร และพลังงานไว้ในแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์เดียว อาจทำให้อุปกรณ์รองรับการใช้งานขั้นสูงได้หลากหลาย พร้อมลดการดักฟังและสัญญาณรบกวน หากประสบความสำเร็จ เทคโนโลยีนี้อาจเสริมความแข็งแกร่งให้กับสถานะของจีนในการแข่งขันด้านเทคโนโลยีระดับโลก และปรับเปลี่ยนวิธีที่ระบบล่องหนและระบบสื่อสารในอนาคตทำงานร่วมกับโลกแม่เหล็กไฟฟ้า

สรุปประเด็นสำคัญ

• นักวิจัยจีนพัฒนาพื้นผิวแม่เหล็กไฟฟ้าอัจฉริยะที่แปลงคลื่นเรดาร์รอบตัวเป็นพลังงานไฟฟ้าได้
• เทคโนโลยีนี้ใช้พื้นผิวอัจฉริยะที่ปรับเปลี่ยนได้ (RIS) เพื่อปรับคลื่นแบบเรียลไทม์โดยไม่ต้องใช้แบตเตอรี่แบบดั้งเดิม
• การใช้งานรวมถึงการจ่ายพลังงานให้ระบบเครื่องบินล่องหนด้วยลำคลื่นเรดาร์ของฝ่ายศัตรู และการยกระดับการสื่อสารโทรคมนาคม 6G
• ระบบรองรับการพรางตัวแม่เหล็กไฟฟ้าแบบร่วมมือ โดยช่วยให้แพลตฟอร์มหลายลำลดโอกาสถูกตรวจจับไปพร้อมกัน
• ต้นแบบสามารถบังคับทิศทางลำคลื่นได้ถึงบวกหรือลบ 45 องศา และสร้างเขตอับสัญญาณวิทยุโดยเจตนาเพื่อเพิ่มความปลอดภัย
• ยังมีความท้าทายด้านประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ความทนทานของวัสดุ และการติดตั้งบนแพลตฟอร์มทางทหารที่เคลื่อนที่เร็ว