Pernahkah Anda mengalami gangguan sinyal saat menonton TV atau menggunakan ponsel? “Ghosting” pada layar televisi atau suara yang terputus-putus saat menelepon mungkin disebabkan oleh fenomena multipath propagation—di mana sinyal radio mencapai antena penerima melalui berbagai jalur dengan waktu tunda dan amplitudo yang berbeda. Masalah ini semakin kritis seiring dengan perkembangan teknologi komunikasi nirkabel dan miniaturisasi sirkuit elektronik.
Selama ini, solusi untuk multipath interference terhambat oleh dua tantangan fisik utama. Pertama, sinyal multipath memiliki frekuensi yang sama dengan sinyal utama, membuat teknik penyaringan berbasis frekuensi konvensional tidak efektif. Kedua, sudut datang sinyal ini bervariasi dan sulit diprediksi. Solusi pasif tradisional yang mengandalkan respons linear time-invariant (LTI) tidak bisa beradaptasi dengan perubahan ini tanpa sistem kontrol aktif yang membutuhkan daya tambahan.
Namun, terobosan baru dari tim peneliti di Nagoya Institute of Technology, Jepang, mungkin akan mengubah segalanya. Dipimpin oleh Associate Professor Hiroki Wakatsuchi, mereka mengembangkan metasurface pasif yang mampu menangani multipath interference tanpa memerlukan sumber daya eksternal.
Metasurface Pintar yang Bekerja Tanpa Daya
Tim peneliti merancang sebuah sistem penyaringan berbasis metasurface yang memanfaatkan mekanisme interlocking time-varying. Desain ini menggabungkan panel metasurface dengan elemen sirkuit terintegrasi, termasuk transistor efek medan metal-oksida-semikonduktor (MOSFET). Sistem ini berfungsi sebagai perisai yang secara selektif hanya mengizinkan gelombang pertama yang masuk untuk diteruskan, sementara menolak sinyal yang tertunda dari sudut lain—semuanya tanpa membutuhkan daya atau sistem kontrol aktif.
Kunci inovasi terletak pada cara metasurface menciptakan respons time-varying tanpa komponen aktif. Setiap unit sel pada panel metasurface dilengkapi dengan MOSFET yang berfungsi sebagai sakelar dinamis, menciptakan titik sirkuit terbuka atau tertutup tergantung pada tegangan gate-source. Ketika sinyal pertama tiba, ia mempertahankan resonansi panel metasurface untuk mentransmisikan sinyal tersebut dengan kuat. Namun, sinyal ini juga memicu perubahan konfigurasi sirkuit internal di panel lain, sehingga mengubah impedansi spasial untuk menolak sinyal berikutnya dari sudut yang berbeda.
Bukti Konsep yang Menjanjikan
Dalam eksperimen proof-of-concept, tim menggunakan prisma heksagonal dengan dua unit sel metasurface yang saling terhubung dan penerima di dalam prisma tersebut. Sinyal dari pemancar berbeda dikirim dengan jeda waktu untuk mensimulasikan skenario multipath nyata. Hasilnya, pendekatan ini berhasil meningkatkan magnitudo sinyal pertama sekitar 10 dB sekaligus menekan gelombang berikutnya, terlepas dari arah datangnya.
Baca Juga:
Potensi Aplikasi di Masa Depan
Menurut Wakatsuchi, teknologi ini memiliki keunggulan dibandingkan metode konvensional karena tidak memerlukan banyak perhitungan atau sirkuit modulasi/demodulasi. Hal ini membuatnya cocok untuk perangkat IoT berbiaya rendah yang memiliki sumber daya komputasi terbatas. Selain itu, tidak seperti metode berbasis array adaptif, solusi ini tidak membutuhkan sumber daya DC tambahan.
Meski prototipe saat ini menggunakan desain antena sederhana dan komponen komersial, performanya dapat ditingkatkan dengan teknologi semikonduktor yang lebih maju. Konsep ini juga berpotensi diaplikasikan dalam berbagai perangkat elektromagnetik, termasuk antena, sensor, dan reconfigurable intelligent surfaces.
Dengan semakin terhubungnya dunia, solusi pasif seperti ini bisa menjadi game-changer dalam mengurangi gangguan sinyal tanpa membebani konsumsi daya. Teknologi metasurface pintar ini membuka pintu bagi perangkat komunikasi yang lebih andal dan efisien di masa depan.
