Loftnetsyfirlit: Yfirlit yfir brotamyndun og loftnetshönnun

Hugtakið fraktal var kynnt til sögunnar af stærðfræðingnum Benoit B. Mandelbrot á áttunda áratugnum, þó að uppruna fraktalrúmfræðinnar megi rekja til fyrri verka margra stærðfræðinga, svo sem Cantor (1870), von Koch (1904), Sierpinski (1915), Juliu (1918), Fatou (1926) og Richardson (1953).
Benoit B. Mandelbrot rannsakaði tengslin milli brotamynda og náttúrunnar með því að kynna nýjar gerðir brotamynda til að líkja eftir flóknari mannvirkjum, svo sem trjám, fjöllum og strandlengjum. Hann bjó til orðið „fractal“ úr latneska lýsingarorðinu „fractus“, sem þýðir „brotinn“ eða „brotinn“, þ.e. samsett úr brotnum eða óreglulegum bútum, til að lýsa óreglulegum og sundurlausum rúmfræðilegum formum sem ekki er hægt að flokka með hefðbundinni evklíðskri rúmfræði. Að auki þróaði hann stærðfræðilíkön og reiknirit til að búa til og rannsaka brotamyndir, sem leiddi til sköpunar hins fræga Mandelbrot-mengis, sem er líklega frægasta og sjónrænt heillandi brotamyndin með flóknum og óendanlega endurteknum mynstrum (sjá mynd 1d).
Verk Mandelbrots hafa ekki aðeins haft áhrif á stærðfræði, heldur einnig notið góðs af þeim á ýmsum sviðum eins og eðlisfræði, tölvugrafík, líffræði, hagfræði og list. Reyndar, vegna getu þeirra til að líkja eftir og tákna flóknar og sjálflíkar byggingar, hafa fraktala fjölmörg nýstárleg notkunarsvið á ýmsum sviðum. Til dæmis hafa þau verið mikið notuð á eftirfarandi sviðum, sem eru aðeins fáein dæmi um víðtæka notkun þeirra:
1. Tölvugrafík og hreyfimyndir, sem skapa raunverulegt og sjónrænt aðlaðandi náttúrulegt landslag, tré, ský og áferð;
2. Gagnaþjöppunartækni til að minnka stærð stafrænna skráa;
3. Mynd- og merkjavinnsla, útdráttur eiginleika úr myndum, greining mynstra og aðferðir til að þjappa og endurskapa mynd á áhrifaríkan hátt;
4. Líffræði, sem lýsir vexti plantna og skipulagi taugafrumna í heilanum;
5. Loftnetsfræði og málmefni, hönnun á samþjöppuðum/fjölbands loftnetum og nýstárlegum málmfletum.
Eins og er heldur fratalrúmfræði áfram að finna nýjar og nýstárlegar notkunarmöguleika í ýmsum vísinda-, list- og tæknigreinum.
Í rafsegulfræðilegri tækni (EM) eru brotaform mjög gagnleg fyrir forrit sem krefjast smækkunar, allt frá loftnetum til málmefna og tíðnisértækra yfirborða (FSS). Notkun brotaforma í hefðbundnum loftnetum getur aukið rafmagnslengd þeirra og þar með dregið úr heildarstærð ómsveiflubyggingarinnar. Að auki gerir sjálflíking brotaforma þau tilvalin til að útfæra fjölbands- eða breiðbands ómsveiflubyggingar. Meðfæddir smækkunarmöguleikar brota eru sérstaklega aðlaðandi fyrir hönnun endurskinsfylkja, fasafylkjaloftneta, málmefnagleypa og mályfirborða fyrir ýmis forrit. Reyndar getur notkun mjög lítilla fylkisþátta haft í för með sér nokkra kosti, svo sem að draga úr gagnkvæmri tengingu eða geta unnið með fylki með mjög litlu bili á milli þátta, og þannig tryggt góða skönnunarafköst og hærra stig hornstöðugleika.
Af þeim ástæðum sem nefndar eru hér að ofan eru beinbrotsloftnet og yfirborðsfletir tvö heillandi rannsóknarsvið á sviði rafsegulfræði sem hafa vakið mikla athygli á undanförnum árum. Báðar hugmyndirnar bjóða upp á einstaka leiðir til að meðhöndla og stjórna rafsegulbylgjum, með fjölbreyttum notkunarmöguleikum í þráðlausum samskiptum, ratsjárkerfum og skynjun. Sjálflíkingareiginleikar þeirra gera þeim kleift að vera smáar að stærð en viðhalda framúrskarandi rafsegulsviðbrögðum. Þessi þéttleiki er sérstaklega kostur í notkun í takmörkuðu rými, svo sem farsímum, RFID-merkjum og geimferðakerfum.
Notkun brotaloftneta og yfirborða hefur möguleika á að bæta þráðlaus samskipti, myndgreiningu og ratsjárkerfi verulega, þar sem þau gera kleift að framleiða samþjappað, afkastamikil tæki með aukinni virkni. Þar að auki er brotalögfræði í auknum mæli notuð við hönnun örbylgjuskynjara fyrir efnisgreiningu, vegna getu þeirra til að starfa á mörgum tíðnisviðum og getu til að vera smækkuð. Áframhaldandi rannsóknir á þessum sviðum halda áfram að kanna nýjar hönnunir, efni og framleiðsluaðferðir til að hámarka möguleika þeirra.
Þessi grein miðar að því að fara yfir rannsóknir og framfarir í notkun á brotaloftnetum og yfirborðsflötum og bera saman núverandi loftnet og yfirborðsflöt sem byggja á brotum, með áherslu á kosti þeirra og takmarkanir. Að lokum er kynnt ítarleg greining á nýstárlegum endurskinsfylkjum og yfirborðsefnum, og rætt er um áskoranir og framtíðarþróun þessara rafsegulfræðilegu byggingar.