jueves, 14 de noviembre de 2013

Nanotecnología para dispositivos moviles

Autor:
PhD. Guillermo Choque Aspiazu
http://www.eldiario.net/
Publicado en:
Octubre 26 de 2009

La nanotecnología es un campo de las ciencias aplicadas, dedicada al control y manejo de la materia a una escala menor que un micrómetro, es decir, a nivel de átomos y moléculas. Lo más habitual es que tal manejo se produzca en un rango de entre uno y cien nanómetros. Para hacerse una idea de lo pequeño que puede ser un nanobot, más o menos uno de cincuenta nano metros tiene el tamaño de cinco capas de moléculas o átomos. Nano es un prefijo griego que indica una medida, no un objeto, de manera que la nanotecnología se caracteriza por ser un campo esencialmente multidisciplinario, y cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que trabaja.


Un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro. Para comprender el potencial de esta tecnología resulta factor clave saber que las propiedades físicas y químicas de la materia cambian a escala nanométrica, lo cual se debe a efectos cuánticos. La conductividad eléctrica, el calor, la resistencia, la elasticidad, la reactividad, entre otras propiedades, se comporta de manera diferente que en los mismos elementos a mayor escala. Las nanotecnologías prometen beneficios de todo tipo, desde aplicaciones médicas nuevas o más eficientes a soluciones de problemas ambientales y muchos otros; aunque en las investigaciones actuales con frecuencia se hace referencia a la nanotecnología, en forma de motores moleculares, computación cuántica, etcétera, siendo discutible que la nanotecnología sea una realidad hoy en día. Los progresos actuales pueden calificarse más bien de nanociencia, cuerpo de conocimiento que sienta las bases para el futuro desarrollo de una tecnología basada en la manipulación detallada de las estructuras moleculares

Uno de los aspectos más interesantes del teléfono celular es que es solamente un radio, extremadamente sofisticado, pero un radio a fin de cuentas. El teléfono fue inventado por Alexander Graham Bell en el año 1876, y la comunicación inalámbrica tiene sus raíces en la invención del radio por Nikolai Tesla en la década de 1880. El radio fue formalmente presentado en 1894 por un joven italiano llamado Guillermo Marconi. Era de esperarse que un día ambas tecnologías fueran combinadas en un mismo aparato. En la época predecesora a los teléfonos celulares, la gente que realmente necesitaba comunicación móvil tenía que confiar en el uso de radio-teléfonos en sus autos. En el sistema radio-telefónico, existía sólo una antena central por cada ciudad, y probablemente veinticinco canales disponibles en la torre. Esta antena central significaba que el teléfono en el vehículo requeriría una antena poderosa, lo suficientemente poderosa para transmitir a cincuenta o sesenta kilómetros de distancia. Esto también significaba que pocas personas podrían usar estos radio-teléfonos, debido a que no existían suficientes canales para conectar los mismos.

Los primeros sistemas de telefonía móvil civil empiezan a desarrollarse a partir de finales de los años 1940 en los Estados Unidos. Estos sistemas de radio analógicos utilizaron en el primer momento amplitud modulada y posteriormente frecuencia modulada. Se popularizó el uso de sistemas de frecuencia modulada gracias a su superior calidad de audio y resistencia a las interferencias. Los primeros equipos eran bastante grandes y pesados, por lo que estaban destinados casi exclusivamente a su uso a bordo de vehículos. Generalmente se instalaba el equipo de radio en el maletero y se pasaba un cable con el teléfono hasta el salpicadero del coche. Una de las compañías pioneras que se dedicaron a la explotación de este servicio fue la americana Bell, con su servicio móvil denominado “Servicio de los Sistemas Bell”. No era un servicio popular porque era extremadamente caro, pero estuvo operando desde el año 1946 hasta el año 1985.

La primera generación de celulares tuvo su origen en el año 1981, cuando el fabricante Ericsson lanza el sistema de “Telefonía Móvil Nórdico” con 450 mega hertz. Este sistema seguía utilizando canales de radio analógicos con frecuencia modulada. Era el primer sistema del mundo de telefonía móvil tal como se la entiende hoy en día. Los equipos de esta primera generación pueden parecer algo aparatosos para los estándares actuales pero fueron un gran avance para su época, ya que podían ser trasladados y utilizados por una única persona. En el año 1986, Ericsson modernizó el sistema, llevándolo hasta el nivel de 900 mega hertz. Esta nueva versión funcionaba prácticamente igual que la anterior pero a frecuencias superiores, esto posibilitó proporcionar servicio a un mayor número de usuarios y avanzar en la portabilidad de los terminales. Además del sistema de telefonía móvil nórdico, en los años 1980 se desarrollaron otros sistemas de telefonía móvil tales como: El “Sistema de Telefonía Móvil Avanzada” y los “Sistemas de Comunicación de Acceso Total” en los Estados Unidos.

La segunda generación data tiene su inicio, a mediados de los años 1990. Esta generación utiliza sistemas tales como los “Sistemas Globales para Móviles”. Las frecuencias utilizadas en Europa fueron de 900 y 1800 mega hertz. El desarrollo de esta generación tiene como piedra angular la digitalización de las comunicaciones. Las comunicaciones digitales ofrecen una mejor calidad de voz que las analógicas, además se aumenta el nivel de seguridad y se simplifica la fabricación del terminal (con la reducción de costos que ello conlleva. El estándar que ha universalizado la telefonía móvil ha sido el archiconocido “Sistema Global para Comunicaciones Móviles”. Este sistema se trata de un estándar europeo nacido bajo el paraguas de los siguientes principios: (1) Buena calidad de voz, gracias al procesado digital. (2) Itinerancia. (3) Deseo de implantación internacional. (4) Terminales realmente portátiles a un precio asequible. (5) Compatibilidad con la Red Digital de Servicios Integrados. (6) Instauración de un mercado competitivo con multitud de operadores y fabricantes. Realmente, el sistema global para comunicaciones móviles, ha cumplido con todos sus objetivos pero al cabo de un tiempo empezó a acercarse a la obsolescencia porque sólo ofrecía un servicio de voz o datos a baja velocidad y el mercado empezaba a requerir servicios multimedia que hacían necesario un aumento de la capacidad de transferencia de datos del sistema.

La tercera generación nace de la necesidad de aumentar la capacidad de transmisión de datos para ofrecer servicios como la conexión a Internet desde el móvil, la videoconferencia, la televisión y la descarga de archivos. En ese momento el desarrollo tecnológico ya posibilita un sistema totalmente nuevo: el Sistema de Telecomunicaciones Móviles Universal. Este sistema utiliza la tecnología de “Acceso Múltiple a la División de Código”, lo cual le hace alcanzar velocidades realmente elevadas, de ciento cuarenta kilo bytes por segundo hasta siete punto dos mega bytes por segundo, según las condiciones del terreno.

Entrando en tema, según la revista “Sci-Tech”, investigadores de los Laboratorios Bell de Lucent están desarrollando teléfonos a nano-escala para la “Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada” del Ministerio de Defensa de los Estados Unidos. Estos nano-teléfonos consisten en transmisores de radio cuyo tamaño es igual al diámetro de un pelo humano. Se podría utilizar los transmisores para estudiar procesos dentro de células vivas y medir potenciales químicos, campos eléctricos y presiones. Las declaraciones de David Bishop, vice presidente de Laboratorios Bell, suponen una nueva posibilidad para reducir el tamaño de la tecnología existente a su límite práctico. Las partes de los teléfonos celulares que ayudan a enviar y recibir datos representan los componentes más costosos y los que más energía consumen. Según Bishop, con la nanotecnología se pueden reducir costos, aumentar la funcionalidad y disminuir el consumo de energía de manera drástica. Los amplificadores de frecuencia de radio utilizados en los teléfonos celulares son filamentos de tungsteno calientes cuya eficiencia de potencia llega al diez por ciento. El objetivo de las investigaciones actuales es sustituir estos filamentos, que consumen mucha potencia de la batería, con conjuntos de nanotubos de carbón cultivados en platos de silicio que actúen como tubos al vacío altamente eficientes que emiten electrones.

Algunas investigaciones que se están desarrollando, en el campo de la nanotecnología para dispositivos moviles, incluyen: (1) Micro-micrófonos para mejorar la filtración de interferencias y la recepción de sonidos deseados. Los micro-micrófonos desarrollados por Bell Labs incorporan membranas de silicio y otros materiales compuestos. (2) Lentes líquidas que son apretadas entre platos transparentes pintados con nano-capas que permite el movimiento del líquido sin viscosidad permitiendo que la lente pueda transformar para que mantenga su objetivo enfocado. (3) Baterías inteligentes fabricadas con nanotubos de silicio. (4) Nano-brújulas que, una vez conectadas con sistemas de posicionamiento global, permitirán utilizar el teléfono para detectar la localización exacta y utilizar servicios que indican las direcciones para llegar de un sitio a otro. (5) Nanosensores para que el teléfono móvil detecte la presencia de productos químicos en el ambiente.

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