美国特拉华大学教授马克·米罗茨尼克（Mark Mirotznik）和环球开发商（UD）的增材制造技术中心的其他人正在开发用于无线通信的新型设备透镜，可能会迎来新一轮的能力浪潮。

不过，这些不是光学镜片。这些镜头的工作频率与手机和5G技术的工作频率一致。它们是塑料部件，称为渐变折射率透镜，具有弯曲通信信号的能力。

这种弯曲通信波束的能力是无线通信中一个备受追捧的特性，这一特性对科学家和工程师提出了挑战。根据电子学和计算机工程教授米罗茨尼克（Mirotznik）的说法，人们以前曾考虑过制造渐变透镜的方法，但发现很难制造出这种透镜。

现在，米罗茨尼克（Mirotznik）和索米特拉·比斯瓦斯（Soumitra Biswas）于2019年在环球影城（UD）获得了电子工程博士学位，现在是Envistacom的一名研究科学家，他们设计了一种使用增材制造（additive manufacturing）制造新型透镜的方法，这是一组通过铺设一层又一层材料来制造三维物体的技术。

与传统方法相比，添加剂制造成本更低，可以更快地定制产品，产生更少的浪费。研究小组的三维打印方法使他们能够在非常小的范围内改变塑料，创造出复杂的几何结构，使得改变透镜上每个位置的材料特性成为可能。这使得他们能够在正确的位置上创造出所需电磁特性的三维结构。

研究小组还将这种透镜设计成底部有一个平坦的表面，这使得研究人员可以添加一些功能性的功能，比如电子设备、传感器和电池，这样透镜就可以被改装成设备，或者集成到手机技术这样的应用程序中，这些应用程序上有微小的天线。

美国陆军对镜头技术感兴趣，因为它具有测向或态势感知的能力。

米罗茨尼克说：“这种镜头是一种非常便宜、有效的方式，可以将通信信号引导到特定的方向。”它将特别适用于使用高频毫米波运行的5G技术。”

例如，士兵们想知道敌人的通信或雷达系统是否在试图找到他们。根据Mirotznik的说法，UD开发的系统可以检测到你正在被观察以及从哪个方向看。

Mirotznik和Biswas在《自然科学报告》发表的一篇文章中报告了他们的进展，他们都表示，随着5G技术的广泛传播，这种透镜技术也将成为一种优势。

今天的消费者想要5G，是因为它可以通过接入更广泛的无线频谱，为视频流或游戏等提供更快的通信速度。但5G也应用在物联网领域，智能设备可以相互通信，收集和交换数据，比如自动驾驶汽车。

米罗茨尼克预计，我们将看到城市的每一个街区都包含了许多集成传感器技术的建筑、灯柱、与我们的汽车通信的停车标志，并收集诸如车辆位置和速度等信息。

“我们认为我们的镜头可能会应用于那些‘网络边缘’的东西，因为它们价格便宜，但却非常坚固。你可以把它们设置在网络的边缘，与汽车通信，或者用来躲避雷达障碍物。

为了将这项技术转化为现实世界中的应用，比如上面提到的那些，Mirotznik的团队正在与DeLUX Advanced Manufacturing合作，这是一家他与UD校友Zach Larimore、Paul Parsons和Austin Good共同创立的本土初创公司。该公司位于环球影星校园孵化器（STAR Campus孵化器）内，专注于使用添加剂制造技术开发国防、电信和医药应用产品。

添加剂制造专业知识

同时，目前的工作是与美国陆军的一个合作项目，由国防部资助。它建立在UD在添加剂制造和传感器技术开发方面的现有专业知识。

环球开发商的先进制造技术中心位于环球开发商MakerGym附近，该公司于2020年2月开业。虽然大多数的增材制造都围绕着用金属或塑料制造结构物来替代其他结构材料，但UD中心的重点是将电子和能源系统集成到添加剂制造过程中。

这些类型的智能材料用途广泛，而且由于这项技术是远程编程的，因此不需要有人在场就可以启动工作。

“我们在制造这些系统而不接触它们，像全电子雷达系统，通讯系统等等。“这个实验室已经成为我们的繁荣，”米罗茨尼克说。

米罗茨尼克说，从长远来看，军方希望看到研究人员能够创造出一种全自动机器人的三维打印能力，这种机器人可以自动将自己从传送带上引下，并按下按钮，让机器开始制造下一个机器人。

这是一个很高的要求，UD研究人员还没有成功。然而，他们正在取得进展。例如，他们已经能够将三维打印的物品从所谓的积木板（也就是制造它们的地方）移动到附近的桌子上。

Mirotznik说，让研究生和本科生都参与是这项工作的一个重要部分，它为学生提供了体验式学习的机会，同时允许学生贡献自己的创意。目前，该中心有十几名研究生和六名本科生参与各种项目。

例如，小埃文·巴塔格利亚正在研究一项技术，该技术可以制造出3-D打印的四旋翼机，它配备了集成电子设备和传感器，可以折叠成一个小包装。一旦起飞，四旋翼机可以飞越一个关注的区域，并发回图像或数据，例如前方是否有化学危险，以通知士兵下一步的行动。无人机设备与其他系统兼容，因此不会增加士兵已经携带的重量。

在流感大流行期间，巴塔格里亚在新泽西州的家中开发了四旋翼机技术。Mirotznik提供了一台3D打印机和一些基本设备，Battaglia在夏天设计、3D打印和测试了一个原型设备，将摄像头集成到四轴直升机上，以便它能够实时发送视频。

“这表明，即使学生在家里通过远程学习工作，他们仍然与我们和我们的研究相结合。他们仍然在做一些很酷的事情。

这所大学多年来在这方面购置的新设备有助于加强这种学生的创造力。一台被米罗茨尼克称为“添加剂制造的瑞士军刀”的机器包含六种不同的三维打印工具，集成在同一装置中，研究人员可以完全制造复杂的电子设备，而不必接触零件。

今年秋天，UD的新产品是nScrypt公司制造的多工具三维打印机，它将允许研究人员创建和打印具有六个控制轴的分层结构，而不是传统的三叉x-y-z打印机。有了这台仪器，UD的学生将能够将打印头设置在任何角度来打印定制的塑料、墨水、挑选和放置电子产品以及他们想象力所能创造的无数其他发明。目前，世界上只有三台这样的机器。环球大学是唯一一所拥有这样的大学。

这些先进的能力也使环球开发商能够帮助包括军方在内的其他国家在增材制造领域取得新的进展。

随着3D打印机在许多应用中变得无处不在，Mirotznik设想，通过将这些多材料、多工具打印机定位在后勤上难以快速更换物品的地方，军队将实现按需制造。这包括外国运营基地甚至国际空间站的位置。这将允许军方在现场打印新设备、电子设备或传感器。如果有东西坏了，他们就再做一个。

由于几乎没有其他机构或设施在这一领域工作，环球开发商的添加剂制造研究中心随时准备提供帮助。

“这是一个相当小的社区。环球开发商在这方面有立足之地，”米罗茨尼克说。