欢迎来到可重构智能表面的世界

你听说了吗?为信息和通信技术(ICT)制定全球适用标准的欧洲电信标准协会(ETSI)最近成立了一个新的可重构智能表面行业规范小组(ISG RIS)。

如果这对你来说是新消息，没有必要羞愧地低下头。说实话，直到现在我才知道ICT是“信息和通信技术”的缩写(好吧，我确定我曾经知道它，但如果你不在日常生活中使用缩写，很容易迷失方向，至少不同的群体经常使用相同的缩写来表示不同的事情)。我所知道的是，如果你发现自己在和来自ETSI的人交谈，那么你需要准备好面对一大堆喧闹的TLAs(三个字母缩写)。

“但是什么是可重构的智能表面?”我听见你在哭。好吧，我们一会儿就会讲到这个问题，但恐怕我们得先离题一点，这是我的习惯。

让我们从这样一个事实开始:宇宙中有90到98种自然存在的元素，这取决于(a)我们所说的“自然存在”是什么，以及(b)我们在与谁交谈。为了简单起见，我们把这个数字四舍五入为90。我们周围的一切，包括我们、奶酪和鸡(我觉得饿了)，都是由这90种基本积木的不同组合而成的。

我不知道你们怎么想，但我觉得这非常令人惊讶，尤其是在事物的计划中，我们实际上只认识相对较少的可以由这些元素的不同组合和排列形成的所有物质。即使是由单一元素形成的材料，我们仍然只是在比喻的水中浸泡我们的脚趾。以碳为例，它是宇宙中第六大常见元素，地壳中第15大常见元素，也是我们所知的生命的基本组成部分(碳约占我们体内原子的12%)。即便如此，我们还是惊讶地在1985年发现了巴克敏斯特富勒烯(又名巴克球)，这是一种由60个碳原子组成的足球形状的分子，随后在2004年发现了石墨烯，这是一种单原子厚的碳原子层，排列成六角形晶格。

你有没有读过消失的勺子山姆·基恩?如果没有，我强烈建议你赶紧买一本。我认为我在化学、生物、物理、科学和技术方面都读得很好，但这本书让我看到了我以前从未听说过的东西。就拿所谓的话题来说superatoms例如。它们是由一种元素的8到100个原子组成的簇，具有模仿不同元素的单个原子的惊人能力。正如山姆在他的书中所说:

例如，13个铝原子以正确的方式组合在一起，就会形成一个致命的溴:这两个实体在化学反应中无法区分。尽管团簇比单个溴原子大13倍，尽管铝根本不像催泪毒气的主要成分，但这种情况还是发生了。铝的其他组合可以模仿惰性气体、半导体、钙等骨骼材料，或者元素周期表中几乎任何其他区域的元素。集群是这样工作的[…]

在我看来，超级原子有可能彻底颠覆我们对材料科学的认知。人们倾向于用“时代”来谈论，比如石器时代、青铜时代、铁器时代和工业时代。还有人谈到前机械时代、机械时代、机电时代和电子时代。有些人可能会谈论计算机时代、数据时代或信息时代。就我个人而言，我相信我们很快就会打开材料时代的大门，作为这个时代的一部分，我们将有能力在工业规模上一个原子一个原子地“打印”新材料。

这让我想起，就在几周前，当我写下这些话的时候，我重新读了一遍城市和星星阿瑟·c·克拉克著。这个经典故事的背景是未来星系的十次旋转——25亿年。这座完全封闭的城市是荒凉贫瘠的地球上仅存的大都市。迪亚斯帕由一台有感知能力的中央计算机控制，城市由极其复杂的自我修复机器维护。

迪亚斯帕的人是机器创造出来的。中央计算机在人们生命结束时将他们的思想储存在记忆库里。然后，它创造出新的身体供人们居住，并将他们的记忆注入这些身体。然而，尽管在任何特定的时间，城市中都有数百万人，但这些只代表了中央计算机内存中存储的人口的一小部分。不同的人会在随机的时间被唤醒——可能相隔数万年——以一种奇怪的方式保持事物的“新鲜”。

我可以对这本书喋喋不休。这里的关联点是《星际迷航》式复制器的存在，它可以利用存储在中央计算机内存中的“模式”，用原材料创造食物和饮料(以及更大的非食物物品)。重点是这我认为这些复制因子是潜在的技术之一，可以想象在即将到来的材料时代中出现。

那么，是什么在我可怜的老脑袋里引发了这种“物质时代”的想法呢?嗯，有几件事。举个例子，几周前，我和Immervision．这些处于镜头、传感器和机器视觉技术前沿的家伙和女孩告诉我超构透镜，它是由人工工程微结构的平面层形成的，能够在不倾斜、移动或以其他方式移动的情况下聚焦。这一成果将能够创造出厚度不到1毫米的超高分辨率镜头加传感器组件。

还有一个事实是，我最近有机会和他聊天ETSI发言人Arman Shojaeifard博士。Arman目前就职于InterDigital Europe，在那里他领导着伦敦(英国)的下一代无线接入网络(RAN)小组，他也是ETSI可重构智能表面(RIS)小组的主席。

Arman解释说，RIS是未来无线系统的关键候选技术，它将使发射机和接收机之间的传播环境以动态和面向目标的方式进行控制，其目标可能是增强覆盖或容量性能等。

让我们从这样一个事实开始:在4G和之前的蜂窝技术中，只有低于6 GHz的频段用于无线电通信，而这些频段往往相当拥挤。正如我在我的5G在2025年超级碗上遇到5万名粉丝列中，除了包括6 GHz以下的所有频段(事实上，它已经扩展到涵盖从410 MHz到7.125 GHz的潜在新频谱)，5G还包括24.25 GHz到52.6 GHz的毫米波(又名mmW或mmWave)频段。

问题是，为了访问毫米波频率带来的高数据带宽，你必须几乎站在5G基站旁边(好吧，在几英里内，假设环境条件良好)。

我们已经在使用波束形成和大规模MIMO等技术，尽可能多地从5G中提取信息，那么接下来我们能做什么呢?答案很可能是RIS。

想象一下镜子表面的反射光。现在想想如果你把镜子的形状从物理上扭曲会发生什么。毫不奇怪，结果将会影响光线从镜子上反射的方式。RIS不是这样的。也就是说，表面没有物理变形。但是，RIS确实涉及重新配置的能力响应表面的电磁(EM)域，以反射撞击在特定方向上的无线电信号。