Améliorations passives des communications 6G avec des panneaux imprimés en 3D

La science des matériaux est le domaine qui consiste à comprendre les matériaux au niveau microscopique, souvent atomique, afin de les améliorer. L’objectif le plus courant est de rendre un matériau plus résistant que sous sa forme classique, qu’il s’agisse d’acier, de verre ou de céramique.

Les métamatériaux vont un cran plus loin en modifiant la structure du matériau, lui conférant des caractéristiques différentes de celles des matériaux de base dont il est constitué. Cela se réalise le plus souvent en créant des motifs répétés de forme, de géométrie, de taille, d’orientation, etc., précis.

Ces métamatériaux peuvent être utilisés pour encoder des données, créer des sources de lumière quantique évolutives, créer des structures auto-assemblées avec de l’ADN, et peuvent même être imprimées en 3D par laser

La plupart des métasurfaces passives fonctionnent bien uniquement pour une polarisation, une bande de fréquence ou un angle d’incidence, ce qui limite leur utilisation pratique.

Un nouveau design appelé métacrystaux, créé à l’aide d’une forme d’impression 3D, est proposé par des chercheurs de l’Université Aalto (Finlande) et de l’Université Stanford (États‑Unis), qui peut « permettre des réponses multiplexées hautement complexes à plusieurs ondes incidentes simultanément et indépendamment ».

Il a été publié dans Nature Communications¹, sous le titre « Metacrystals : panneaux intelligents imprimés en 3D à conception inverse pour les communications 6G ». Cette découverte pourrait avoir d’importantes applications dans les télécommunications 6G et d’autres systèmes sans fil, à faible coût.

Métacrystal pour les télécoms 6G

Applications dans la technologie 6G

Les télécoms 6G promettent des débits de données plus élevés, une meilleure efficacité énergétique et une latence réduite en utilisant des fréquences telles que les ondes millimétriques (mm) et les bandes sub‑THz. Ces fréquences radio offrent un grand potentiel pour la transmission de données, mais présentent leurs propres défis : forte atténuation atmosphérique, perte de propagation en espace libre et effets de diffusion plus sévères lorsqu’elles rencontrent des obstacles.

Cela oblige les ingénieurs à s’appuyer sur des faisceaux directionnels pour la communication au lieu de la propagation multipath traditionnelle.

Source: ResearchGate

Grâce à leurs propriétés uniques de réflexion ou de réfraction, les métasurfaces pourraient être positionnées stratégiquement sur les murs, les plafonds et même les fenêtres afin d’améliorer considérablement la couverture du signal, tant à l’intérieur qu’à l’extérieur.

En particulier, les conceptions passives sont attrayantes car elles ne nécessitent aucune alimentation électrique et peuvent être fabriquées à faible coût. Cela est d’autant plus vrai que les métasurfaces programmables se sont avérées trop coûteuses pour une adoption généralisée jusqu’à présent, en plus de leur grande empreinte physique (environ un mètre carré).

« Bien que l’approche de conception traditionnelle nécessiterait trois surfaces intelligentes distinctes pour couvrir les fonctionnalités spécifiées, le métacrystal proposé peut les remplacer toutes, réduisant l’empreinte de déploiement, minimisant l’utilisation de matériaux et évitant d’éventuels problèmes d’interférences. »

Idéalement, le métamatériau parfait serait une surface intelligente capable de fonctionner efficacement sur les deux polarités du signal, plusieurs bandes de fréquence, divers angles d’arrivée, et même simultanément.

Qu’est-ce que les métacrystaux ?

Le matériau proposé dans cette étude, les métacrystaux, sont des « composites binarisés tout diélectrique ».

En substance, cela signifie qu’un métacrystal passif peut recevoir un signal et le réémettre dans une autre direction avec une perte minimale ou une consommation d’énergie réduite, ce qui en fait un relais parfait pour les signaux de télécommunication tels que le 6G qui pourraient autrement être bloqués, notamment en milieu urbain.

Source: Nature Communications

« La nature passive et facile à fabriquer du métacrystal en fait un candidat attrayant pour l’intégration dans les infrastructures statiques, où le faible coût, la faible consommation d’énergie et le contrôle directionnel élevé sont prioritaires. »

Le terme lui-même provient de cette similitude matérielle avec les cristaux photoniques (supportant plusieurs ordres de diffraction) et les métamatériaux (avec des blocs de construction bien en dessous de la longueur d’onde).

Fabrication des métacrystaux

Les chercheurs ont créé trois démonstrateurs pour prouver que le concept était viable avec un exemple réel et tester les méthodes de fabrication.

Le design lui‑-même a utilisé de nombreuses techniques complexes déjà employées pour la production de métamatériaux, comme la méthode de conception inverse utilisant l’optimisation topologique basée sur l’adjoint.

Pour les deux premiers démonstrateurs, ils ont utilisé des « distributions de permittivité en niveaux de gris », c’est‑à‑dire une variation lente des propriétés du cristal sur sa surface.

Source: Nature Communications

Le troisième démonstrateur a été fabriqué à l’aide de l’impression 3D. Les chercheurs ont ajouté de fines couches de soutien pour garantir l’intégrité structurelle et le rendre compatible avec les capacités d’impression 3D existantes.

Les métacrystaux peuvent être conçus pour correspondre à de nombreuses fréquences différentes, mais les chercheurs se sont concentrés sur la bande des 100 GHz, utile pour les télécommunications : 100 GHz, 99 GHz et 102,53 GHz.

« La méthode de fabrication FDM à une seule buse, à faible coût, démontrée est directement applicable jusqu’à ~ 100 GHz, ce qui couvre déjà les gammes de spectre les plus largement discutées à court terme pertinentes pour la 6G, y compris le spectre des ondes millimétriques dans la plage de 24 à 71 GHz. »

Métacrystaux multicouches pour plusieurs signaux

Un avantage fondamental des métacrystaux utilisés ici est qu’ils ne fonctionnent pas seulement comme réémetteurs de façon directionnelle stricte, mais qu’ils peuvent également travailler avec plusieurs signaux simultanément, rendant un réémetteur donné beaucoup plus utile en tant qu’antenne.

Des angles de 0°, 20° et 45° ont été choisis pour tester le concept. Mais tout autre nombre ou davantage d’angles auraient également pu être possibles.

« Le nombre de fonctionnalités simultanées n’est pas fondamentalement limité. Un nombre plus élevé nécessite généralement un métacrystal d’épaisseur plus grande. Cet exemple illustre donc que nous pouvons sélectionner les angles d’arrivée provenant de différents émetteurs de manière indépendante. »

Antennes imprimées en 3D

En utilisant l’impression 3D pour le troisième prototype, les chercheurs ont cherché à créer une réponse insensible à la polarisation dans le métacrystal résultant, car c’est une caractéristique essentielle dans de nombreuses situations pratiques.

Pour simplifier la fabrication, ils n’ont utilisé qu’un seul matériau lors de la production, l’acide polyacrylique (UltiMaker PLA de couleur argent), puis l’ont alterné spatialement avec des espaces d’air (car l’air a une permittivité différente).

D’autres matériaux de filament d’imprimante disponibles commercialement pourraient également être utilisés, par exemple des filaments tels que « Zetamix ε » (un filament d’impression 3D de Nanoe conçu spécifiquement pour les applications radiofréquence (RF) et micro‑ondes) possèdent également une bonne permittivité.

Ces méthodes ouvrent la voie à des options de fabrication à faible perte et à faible coût de tels métacrystaux, probablement bien moins chères que les antennes traditionnelles et d’autres métamatériaux.

Tests des télécommunications

Pour tester les performances réelles de leurs antennes métacrystaux, les chercheurs ont utilisé une salle de mesure dédiée (sans écho). Les performances ont été testées dans un scénario hors ligne de vue.

Afin de conserver un environnement plus proche des conditions réelles, plusieurs supports à l’intérieur de la chambre anéchoïque ont été laissés découverts avec des absorbeurs, introduisant des sources supplémentaires de diffusion.

La présence de l’antenne métacrystal augmente considérablement la puissance du signal résultant.

Source: Nature Communications

Grand potentiel

Bien que principalement testé pour la 6G et une fréquence spécifique, la méthode décrite dans cette étude peut être beaucoup plus polyvalente.

Par exemple, étendre les métacrystaux aux fréquences sub‑THz et THz nécessiterait principalement une fabrication à plus haute résolution, avec des compromis coût/production différents de la méthode FDM à faible coût utilisée ici.

Cette plus grande précision peut aller jusqu’à la microfabrication par polymérisation à deux photons, où le contrôle de la taille des caractéristiques jusqu’à ~ 100 nm est disponible.

L’approche est entièrement compatible avec la fabrication d’impression 3D conventionnelle, ce qui la rend évolutive, rentable et adaptée à la production en série.

Par exemple, les chercheurs estiment que le coût de fabrication (consommables) d’un métacrystal avec une surface similaire à celle des prototypes de l’étude n’est que de 15 $.

Dans des installations pratiques, le panneau métacrystal pourrait être emballé pour une durabilité environnementale, par exemple en utilisant une couche d’encapsulation, et soutenu par une maintenance de routine afin de préserver ses performances à long terme.

Investir dans les matériaux télécoms imprimés en 3D

Nano Dimension

Cette étude n’est qu’une parmi tant d’autres qui montrent que l’impression 3D possède de nombreuses applications potentielles au-delà des pièces complexes rares ou du prototypage. En créant une structure hautement réplicable et élaborée qu’aucun moule ne pourrait jamais réaliser, elle peut transformer des matériaux bon marché comme les filaments plastiques en un matériau miracle pour les télécommunications. Cependant, combler le fossé entre les prototypes académiques à faible coût et la production de masse commerciale reste un obstacle complexe, attirant une attention intense vers les leaders du marché industriel.

Nano Dimension a commencé avec un focus sur l’électronique imprimée en 3D, pionnière des Électroniques Fabriquées Additivement (AME) pour gérer des géométries spatiales complexes. Cette position a évolué lorsqu’elle a successivement acquis, lors d’opérations entièrement en espèces en 2025, ses concurrents Desktop Metal et Markforged. Cela a ajouté de nombreux nouveaux matériaux, dont des métaux à haute tolérance, à l’offre de l’entreprise, et l’a aidée à consolider le marché de l’électronique imprimée en 3D.

Cela a également créé des économies d’échelle en fusionnant la base de clients qui comprend SpaceX, Tesla, GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronics, etc.

Enfin, les entreprises acquises étaient principalement actives dans différentes zones géographiques, Nano Dimension en Europe et Desktop Metal aux États‑Unis, permettant une synergie en fusionnant leurs équipes de vente.

Source: Nano Dimension

Cependant, l’extension de la technologie propriétaire de nanoparticules pour concurrencer les alternatives ultra‑bon marché s’est avérée un effort financier important. Pour l’instant, l’entreprise reste concentrée sur la démonstration de la viabilité économique de ses plateformes multi‑matériaux, naviguant une transition globale depuis l’intégration de ses fusions‑acquisitions de 2025 vers l’extension d’une plateforme technologique unifiée à travers ses marchés mondiaux.

Les investisseurs doivent être conscients que l’entreprise lutte depuis longtemps pour maintenir un revenu net positif, reflétant les défis macroéconomiques plus larges et les vents contraires opérationnels auxquels le secteur de la fabrication additive industrielle est confronté.

Au premier trimestre 2026, Nano Dimension a vu ses revenus augmenter de 106 % d’une année sur l’autre pour atteindre 29,7 M $, et a enregistré une perte de 12,5 M $ en EBITDA ajusté et une perte nette de 69,7 M $. Elle disposait de 441,6 M $ en liquidités et autres actifs équivalents.

Ainsi, l’avenir de l’action de l’entreprise sera étroitement lié à sa capacité à transformer l’ingénierie structurelle avancée en revenus commerciaux durables tout en défendant sa position de leader technologique sur un marché en évolution rapide.

Dernières nouvelles et développements de l’action Nano Dimension (NNDM)

Étude référencée

^{1. Mohammad M. Asgari, et al. Metacrystals: inversely-designed 3D-printed intelligent panels for 6G communications. Nature Communications 17, 4912 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-73019-x}