Радіохвилі в солоній воді швидко згасають — сигнал втрачає силу вже через кілька метрів. Акустичний зв’язок може працювати на більших дистанціях, але страждає від шумів, відбиттів від дна і поверхні та навіть від потенційного впливу на морську фауну. Оптичні системи надшвидкі, але потребують ідеальної прозорості води й прямої видимості, що в реальних умовах трапляється рідко.

У результаті більшість підводних роботів сьогодні або періодично спливають для передачі даних, або обмінюються мінімальною кількістю службової інформації.

Як BlueME змінює підхід

Інженери з Університету Флориди запропонували інше рішення — антену BlueME, яка дозволяє підводним роботам передавати дані на відстань до 730 метрів, споживаючи при цьому лише близько 10 ват енергії.

Проєкт, описаний у журналі IEEE Journal of Oceanic Engineering, виріс із досліджень у зовсім іншій сфері — медичних імплантів. Один із розробників, Адам Халіфа, помітив, що умови всередині людського тіла фізично дуже схожі на морське середовище: обидва середовища проводять сигнал подібним чином через вміст солей і води. Це спостереження і стало відправною точкою для нової технології.

Магнітоелектрична «хитрість»

BlueME базується на магнітоелектричній антені, яка поєднує два фізичні ефекти. Магнітне поле деформує спеціальний матеріал, а ця деформація створює електричний сигнал у сусідньому шарі. У зворотному режимі система працює як передавач. Такий підхід дозволяє створити дуже компактну антену, яка працює на низьких частотах близько 35–36 кГц — там, де традиційні антени були б надто великими.

Сильніша під водою, ніж на суші

Цікаво, що в воді такі антени навіть працюють краще. Через особливості поширення хвиль довжина сигналу значно скорочується, що підвищує ефективність випромінювання.

У фінальній конфігурації система використовує масив із 15 антен, які працюють разом. Це суттєво підсилює сигнал і дозволяє стабільний зв’язок навіть у складних умовах — каламутній воді, при наявності перешкод чи сильних відбиттів.

Результати випробувань

Польові тести провели у прісному озері у Флориді та в солоній воді Мексиканської затоки. У прісній воді система забезпечила стабільний зв’язок на 200 метрів при споживанні лише 1 ват. У морських умовах сигнал зберігався на відстані до 730 метрів навіть при підвищеній турбулентності.

Швидкість передачі даних поки невелика — від 1 до 100 Кбіт/с, але для підводних місій це не критично. Головне завдання — стабільний канал для команд і телеметрії в реальному часі.

Чому це важливо

Розробники підкреслюють: BlueME не про швидкість, а про контроль. Навіть короткі регулярні сигнали дозволяють операторам коригувати місію підводного робота без необхідності його спливання.

У перспективі така технологія може змінити роботу цілих флотів автономних апаратів — від картографування дна до пошукових і наукових місій. Як зазначають автори, це лише початок. Але саме такі рішення можуть стати основою нового покоління підводної робототехніки, де зв’язок більше не буде слабким місцем.

Новий підхід отримав назву Quantum Spectrum і базується не на традиційних антенах, а на використанні атомів як сенсорів. Це виглядає особливо актуально на тлі того, що сучасний радіоефір стає дедалі «зашумленішим»: сигнали легше глушити, підміняти або маскувати. Як зазначають у Infleqtion, сьогодні радіочастотні системи критично важливі для навігації, логістики, оборони та інфраструктури, але водночас вони дедалі частіше стають вразливими до перешкод і атак.

Традиційні RF-системи працюють через антени та електронні компоненти, які зазвичай оптимізовані під конкретні діапазони частот. Через це інженерам доводиться створювати окремі системи для різних частотних смуг, що ускладнює конструкцію, збільшує розміри та енергоспоживання і знижує гнучкість у складних умовах. Саме ці обмеження компанія і намагається подолати.

В основі Quantum Spectrum лежать так звані атоми Рідберга — атоми, електрони яких переводяться у сильно збуджений стан за допомогою лазерів. У такому стані вони стають надзвичайно чутливими до електромагнітних полів, зокрема до радіохвиль. Замість металевої антени система використовує лазери, які фіксують, як радіосигнали впливають на поведінку атомів. Ці зміни потім перетворюються на інформацію про частоту, силу та навіть напрям сигналу.

Ідея атомного радіозондування не є абсолютно новою — фізики досліджують її вже багато років у лабораторних умовах. Атоми Рідберга дійсно здатні взаємодіяти з широким спектром частот, що робить їх потенційно універсальним інструментом для прийому сигналів. Але перетворення цього ефекту на стабільний пристрій для реального використання виявилося складним завданням. Квантові системи дуже чутливі до температури, шумів, вібрацій та будь-яких зовнішніх впливів.

За словами Infleqtion, їхня платформа Quantum Spectrum замінює класичний RF-приймач трьома основними етапами: лазерне збудження атомів у стан Рідберга, взаємодія цих атомів із радіохвилями та оптичне зчитування змін для отримання даних сигналу. Оскільки «сенсором» виступає сам атом, теоретично одна система може працювати в надзвичайно широкому діапазоні частот — від герц до терагерц — без потреби у різних антенах.

Саме ця універсальність є ключовою перевагою підходу. У класичних системах одночасний моніторинг багатьох частин спектра є складним і дорогим. Атомні сенсори, принаймні в теорії, можуть виконувати цю задачу з одного «вікна спостереження». Дослідники навіть зазначають: там, де антени обмежені, атоми можуть працювати ефективніше.

Компанія стверджує, що така технологія може покращити виявлення загроз, підвищити стійкість зв’язку в умовах глушіння та допомогти знаходити приховані або підроблені сигнали. Наразі Infleqtion тестує розробку в рамках державних програм у США, Великій Британії та Австралії. Зокрема, у США вона співпрацює з Army Research Laboratory над проєктом створення переносного квантового RF-приймача для умов, де GPS недоступний або навмисно придушений.

У Великій Британії компанія працює над системою визначення напрямку радіосигналів, що може бути корисним для навігації та моніторингу на великих дистанціях. В Австралії ж розробляється приймач, який поєднує квантові сенсори з алгоритмами штучного інтелекту для автоматичного налаштування чутливості та діапазону.

Втім, попри амбітні заяви, технологія все ще перебуває на ранньому етапі розвитку. Поки що не доведено, що атомні системи стабільно перевершують класичні антени в реальних умовах. Крім того, залишаються серйозні інженерні виклики: мініатюризація лазерів, захист від шумів і стабільна робота поза лабораторією.

Тому Quantum Spectrum поки що радше перспективна технологія майбутнього, ніж готова заміна існуючих систем. Однак у разі успіху вона може знайти застосування в навігації без GPS, захищеному зв’язку, протидії дронам, електронній боротьбі та телекомунікаціях нового покоління.

Що вміє нова система

TopStar Smart Receiver розроблений як універсальне рішення для сухопутних військ, яке забезпечує стійкі навігаційні дані навіть тоді, коли супутникові сигнали піддаються перешкодам або глушінню. Систему можна інтегрувати у бойові машини, безпілотники та навіть керовані боєприпаси.

За словами представників компанії, пристрій створений для того, щоб підтримувати безперервність місій у найскладніших умовах, де зв’язок і навігація можуть бути нестабільними.

Три функції в одному модулі

Ключова особливість TopStar — це концепція «3 в 1». Пристрій одночасно відповідає за:

• позиціонування
• навігацію
• точну синхронізацію часу

Це дозволяє скоротити залежність від окремих систем і підвищити надійність роботи в польових умовах.

Захист від глушіння та підміни сигналу

Система використовує багатоджерельний GNSS-приймач, який поєднує сигнали військових супутникових угруповань, Galileo PRS та цивільного GPS.

Окрему увагу приділено захисту від спуфінгу та радіоелектронних атак. Завдяки адаптивній антені CRPA система може зменшувати вплив перешкод і працювати навіть у середовищі з активним глушінням.

Стабільність навіть без супутників

Ще одна важлива особливість — високоточний внутрішній годинник. Він дозволяє підтримувати синхронізацію тактичних радіостанцій до 48 годин навіть у разі втрати супутникового сигналу. Для порівняння, традиційні системи забезпечують таку стабільність лише близько 30 хвилин.

Компактність і виробництво в Європі

Пристрій має надзвичайно малий форм-фактор, що робить його придатним для масового встановлення на різні типи техніки. Виробництво здійснюється у Франції, на підприємстві компанії у Валансі, що підкреслює європейську технологічну автономність проєкту.

Чому це важливо

Сучасні системи електронної боротьби здатні активно впливати на зв’язок, навігацію та управління військовими платформами. У таких умовах стабільне позиціонування стає критично важливим для ефективності операцій.

Інтеграція стійкої навігації дозволяє різним платформам — від дронів до високоточних боєприпасів — працювати узгоджено навіть у зонах активного радіоелектронного впливу.

Крок до «стійкого поля бою»

Зі зростанням ролі безпілотних систем і автономних технологій потреба в надійній навігації тільки збільшується. Рішення на кшталт TopStar Smart Receiver стають ключовими елементами сучасної військової інфраструктури. Розробка Thales демонструє загальний тренд: майбутні бойові системи мають бути не лише точними, а й здатними працювати тоді, коли супутниковий зв’язок більше не гарантує стабільності.

Компанія Taara розробила систему, здатну забезпечувати надшвидкісне інтернет-з’єднання без оптоволокна — фактично «стріляючи» інформацією крізь повітря.

Як працює інтернет на світлі

В основі технології лежить пристрій Beam — компактний модуль розміром приблизно з коробку для взуття. Усередині нього розміщена кремнієва плата з більш ніж тисячею мікроскопічних світлових випромінювачів.

Вони формують керований світловий промінь, який:

• передає цифрові дані;
• автоматично спрямовується на інший приймач;
• працює на відстані до 10 км за умови прямої видимості.

Такий підхід належить до технологій оптичного бездротового зв’язку (Free-Space Optical Communication) — передачі інформації світлом через атмосферу замість кабелю. Фактично система працює подібно до оптоволоконного інтернету, тільки роль «дроту» виконує вузький промінь світла між двома будівлями.

Швидкість як у оптоволокна — без розкопування вулиць

За заявами розробників, Beam забезпечує двосторонню передачу даних зі швидкістю до 25 Гбіт/с із дуже низькою затримкою сигналу.

Головна перевага — швидкість розгортання мережі. Якщо прокладання оптоволокна може тривати місяці через дозволи, земляні роботи та інфраструктурні обмеження, світлову систему можна встановити буквально за кілька годин.

Пристрої монтуються:

• на дахах будівель,
• телекомунікаційних щоглах,
• міських опорах освітлення.

Це особливо важливо для густонаселених міст або районів, де прокласти кабелі складно чи економічно невигідно.

Подолання природних і міських бар’єрів

Beam працює як елемент більшої екосистеми. Для довших з’єднань компанія використовує інфраструктуру Lightbridge, здатну передавати сигнал на відстань до 20 км.

Такі системи дозволяють з’єднувати мережі через:

• річки та озера,
• гірську місцевість,
• історичні центри міст,
• віддалені населені пункти.

Сьогодні попередні версії технології вже застосовуються приблизно у 20 країнах світу для підключення регіонів із недостатньо розвиненою інфраструктурою.

Світло замість механіки

Ключовим технологічним проривом стало використання оптичної фазованої решітки — мікрочипа, який електронно змінює напрям світлового променя без рухомих деталей.

Раніше подібні системи вимагали механічного наведення лазерів, що знижувало надійність. Новий підхід дозволяє:

• швидко коригувати напрям сигналу,
• компенсувати мікроколивання будівель,
• автоматично підтримувати стабільне з’єднання.

Конкуренція супутниковому інтернету

Світловий інтернет може стати альтернативою супутниковим системам на кшталт Starlink або майбутніх орбітальних мереж Amazon.

Його потенційні переваги:

• менша затримка сигналу;
• відсутність залежності від орбіти супутників;
• нижча вартість розгортання у містах;
• висока пропускна здатність для центрів обробки даних.

Особливо перспективною технологія виглядає для розвитку інфраструктури штучного інтелекту, де дата-центрам потрібні швидкі канали зв’язку між будівлями.

Інтернет майбутнього — гібридний

Фахівці вважають, що майбутні мережі навряд чи покладатимуться лише на одну технологію. Найімовірніше, глобальний інтернет стане гібридною системою, що поєднуватиме:

• оптоволокно,
• супутники,
• мобільні мережі,
• та оптичний бездротовий зв’язок.

Світлові промені можуть заповнити саме ту нішу, де кабелі занадто дорогі, а супутники — надлишкові. І якщо технологія Taara масштабуватиметься успішно, міста майбутнього отримають інтернет буквально на швидкості світла — без жодного прокладеного дроту під ногами.

Як це працює

Команда науковців створила метод, який дозволяє передавачам і приймачам знаходити один одного з неймовірною точністю — до однієї десятої градуса. Це означає, що бездротові пристрої зможуть з’єднуватися майже миттєво, без затримок і втрат сигналу.

Основна ідея полягає в тому, щоб керувати радіохвилями за допомогою “контрольованої випадковості”. Звучить парадоксально, але саме це дозволяє системі «бачити» напрям сигналу точніше, ніж будь-коли раніше.

6G-мережі працюватимуть на надвисоких частотах — у діапазоні терахерц, де сигнал може передавати гігантські обсяги даних, але при цьому швидко слабшає і не проходить крізь стіни. Тому для стабільного зв’язку важливо, щоб промені між пристроями ідеально співпадали по лінії прямої видимості.

Новий підхід дає змогу цим вузьким променям автоматично вирівнюватися та навіть миттєво відновлювати зв’язок, якщо він раптом перервався.

«Маяк із кольоровими променями»

Один із провідних авторів дослідження, аспірант Бурак Білґін, пояснює технологію простою аналогією. Передавач, каже він, схожий на маяк, який випромінює промені різних кольорів, але з випадковою інтенсивністю. Кожен приймач — мов корабель у морі — визначає своє місцезнаходження, аналізуючи унікальну комбінацію кольорів, що до нього доходить.

У реальному експерименті замість кольорів використовувалася метаповерхня — тонкий електронний матеріал, який розсіює широкосмуговий сигнал у складний візерунок, залежний від напрямку і частоти хвилі.

Кожен напрямок формує свій електромагнітний “відбиток пальця”, за яким приймач миттєво визначає, звідки прийшов сигнал. Процес займає лише кілька пікосекунд — трильйонні частки секунди.

Керована випадковість — ключ до точності

Раніше науковці могли змінювати сигнал або за частотою, або в часі — але не одночасно. Тепер нова метаповерхня створює динамічні випадкові патерни в обох вимірах. Це як маяк, що не лише блимає різними кольорами, а й змінює їхню послідовність у часі.

Завдяки цьому приймач може робити надточні вимірювання, навіть коли сигнал слабкий, зашумлений або має обмежену смугу пропускання. Іншими словами, випадковість допомагає приборкати хаос.

Підготовка до терахерцової ери

У міру того як бездротові мережі рухаються до терахерцового діапазону, така точність стає критично важливою. Команда дослідників зібрала величезні масиви даних, щоб проаналізувати, як поводяться випадкові сигнали статистично.

Професор Едвард Найтлі з кафедри електроніки та інформатики зазначає, що це дослідження показує:

«Фізика сигналів визначатиме майбутнє комунікацій. Ми перетворюємо складність на можливість — випадковість, якщо її правильно запрограмувати, робить мережі швидшими, розумнішими й надійнішими».

Коли випадковість стає точністю

Цей прорив — не лише про швидкість, а й про стійкість зв’язку. Технологія дозволить майбутнім 6G-пристроям швидше знаходити одне одного, підлаштовуватися під зміни середовища і миттєво відновлювати зв’язок, навіть якщо сигнал тимчасово зникає.

Завдяки такій системі, світ, де смартфони, авто, роботи й сенсори обмінюються даними без затримок, стає все реальнішим. Дослідження опубліковано в журналі Nature Communications Engineering.