מהנדסים באוניברסיטת טאפטס פיתחו שיטות חדשות לייצור יעיל יותר חומרים שמתנהגים בדרכים חריגות בעת אינטראקציה עם אנרגיית מיקרוגל, עם השלכות אפשריות על תקשורת, GPS, מכ"ם, מכשירים ניידים ומכשירים רפואיים. ידועים כ-meta-חומרים, לפעמים הם מכונים "חומרים בלתי אפשריים" מכיוון שהם יכולים, בתיאוריה, לכופף אנרגיה סביב אובייקטים כדי לגרום להם להיראות בלתי נראים, לרכז את העברת האנרגיה לקורות ממוקדות, או להיות בעלי יכולות דמויות זיקית להגדיר מחדש את הקליטה שלהם. או שידור של טווחי תדרים שונים.
החידוש בונה את החומרים המטה באמצעות הדפסת הזרקת דיו בעלות נמוכה, מה שהופך את השיטה לנגישה וניתנת להרחבה באופן נרחב, תוך שהיא מספקת יתרונות כמו יכולת להיות מיושמת על משטחים גדולים בעלי התאמה או ממשק עם סביבה ביולוגית. זו גם ההפגנה הראשונה שניתן להשתמש בפולימרים אורגניים כדי "לכוון" חשמלי את תכונות החומרים המטמטיים.
מטא-חומרים אלקטרומגנטיים ומטא-משטחים - עמיתיהם הדו-ממדיים - הם מבנים מורכבים אשר מתקשרים עם גלים אלקטרומגנטיים בדרכים מוזרות. החומרים מורכבים ממבנים זעירים - קטנים מאורכי הגל של האנרגיה עליהם הם משפיעים - מסודרים בקפידה בתבניות חוזרות. המבנים המסודרים מציגים יכולות יחסי גומלין ייחודיות המאפשרות תכנון של מראות, עדשות ומסננים לא שגרתיים המסוגלים לחסום, לשפר, לשקף, להעביר או לכופף גלים מעבר לאפשרויות שמציעים חומרים קונבנציונליים.
מהנדסי ה- Tufts ייצרו את המטמטיקה שלהם על ידי שימוש בפולימרים מוליכים כמצע, ואז הדפסת הזרקת דיו תבניות ספציפיות של אלקטרודות ליצירת תהודה במיקרוגל. מהודים הם רכיבים חשובים המשמשים בהתקני תקשורת שיכולים לסייע בבחירת תדרי אנרגיה הנקלטים או מועברים. ניתן לכוון את המכשירים המודפסים באופן חשמלי בכדי להתאים את טווח התדרים שמאפננים יכולים לסנן.
למכשירים מטמטיים הפועלים בספקטרום המיקרוגל יכולות להיות יישומים נרחבים למכשירי טלקומוניקציה, GPS, מכ"ם ומכשירים ניידים, שם חומרים מטה יכולים להגביר משמעותית את רגישות האות וכוח השידור שלהם. ניתן ליישם את המטמטיקה המיוצרת במחקר גם על תקשורת של מכשירים רפואיים מכיוון שהטבע התואם הביולוגי של הפולימר האורגני של הסרט הדק יכול לאפשר שילוב של חיישנים מצמידים לאנזים, בעוד שהגמישות הטבועה בו יכולה לאפשר עיצוב מכשירים למשטחים בעלי התאמה המתאימה לשימוש. על או בגוף.
"הדגמנו את היכולת לכוון חשמלית את המאפיינים של מטא-משטחים ומכשירים מטאיים הפועלים באזור המיקרוגל של הספקטרום האלקטרומגנטי", אמר פיורנצו אומנטו, פרנק סי דובל פרופסור להנדסה בבית הספר להנדסה באוניברסיטת Tufts, מנהל תחום ההנדסה. Tufts Silklab שבו נוצרו החומרים, והמחבר המקביל למחקר. "העבודה שלנו מהווה צעד מבטיח בהשוואה לטכנולוגיות המטא-התקן הנוכחיות, שתלויים במידה רבה בחומרים מורכבים ויקרים ובתהליכי ייצור."
אסטרטגיית הכוונון שפיתח צוות המחקר מסתמכת כולה על חומרי סרט דק הניתנים לעיבוד והפקדה בטכניקות הניתנות להרחבה המונית, כגון הדפסה וציפוי, על מגוון מצעים. היכולת לכוון את המאפיינים החשמליים של פולימרי המצע אפשרה למחברים להפעיל את המכשירים בטווח הרבה יותר רחב של אנרגיות מיקרוגל ועד לתדרים גבוהים יותר (5 ג'יגה הרץ) ממה שהנחה להיות אפשרי בחומרים קונבנציונליים שאינם מתכתיים (<0.1 GHz).
ההתפתחות של חומרים מטאיים לאור הנראה, שאורכו גל בקנה מידה ננומטר, נמצאת עדיין בשלבים המוקדמים בשל האתגרים הטכניים שבביצוע מערכים זעירים של מבנים בסולם זה, אך חומרים מתכתיים לאנרגיית מיקרוגל, שיש להם אורכי גל בקנה מידה סנטימטר, נוחים יותר לרזולוציה של שיטות ייצור נפוצות. המחברים מציעים כי זִיוּף השיטה שהם מתארים באמצעות הדפסת הזרקת דיו וצורות אחרות של שקיעה על פולימרים מוליכים של סרט דק יכולה להתחיל לבדוק את גבולות המטמטיקה הפועלת בתדרים גבוהים יותר של הספקטרום האלקטרומגנטי.