Las redes de máquinas a escala nanométrica ofrecen interesantes aplicaciones potenciales en la medicina, la industria, la protección del medio ambiente y la defensa, pero hasta ahora hay un problema: la limitada capacidad de las antenas a nanoescala fabricadas a partir de componentes metálicos tradicionales.
Con antenas hechas de materiales convencionales como el cobre, la comunicación entre nanomáquinas de baja potencia sería virtualmente imposible. Pero mediante el aprovechamiento de las propiedades electrónicas únicas del material conocido como grafeno, los investigadores ahora creen que están en el buen camino para conectar dispositivos alimentados por pequeñas cantidades de energía.
Sobre la base de una red de nido de abeja de átomos de carbono, el grafeno podría generar un tipo de onda de superficie electrónica que permitiría antenas de sólo una micra de largo y de 10 a 100 nanómetros de ancho para hacer el trabajo de antenas mucho más grandes. Mientras que como operan estas nano-antenas aún no se han demostrado, los investigadores dicen que sus modelos matemáticos y las simulaciones muestran que las nano-redes que utilizan el nuevo enfoque son factibles con el material alternativo.
«Estamos explotando la propagación peculiar de los electrones en el grafeno para hacer una pequeña antena que pueda irradiar frecuencias mucho más bajas que las antenas metálicas clásicas del mismo tamaño», dijo Ian Akyildiz, profesor Ken Byers en la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Ingeniería Informática en el Instituto de Tecnología de Georgia. «Creemos que esto es sólo el comienzo de un nuevo paradigma de las comunicaciones en red y basada en el uso de grafeno.»
Patrocinado por la Fundación Nacional para la Ciencia, la investigación está programada para ser publicada en la revista IEEE Journal of Selected Areas in Communications (IEEE JSAC). Además de las antenas a nanoescala, los investigadores también están trabajando en transceptores a nanoescala basados ??en el grafeno y los protocolos de transmisión que serían necesarios para la comunicación entre las nanomáquinas.
El desafío es que en las comunicaciones en la escala del micrón, las antenas metálicas tendrían que operar a frecuencias de cientos de terahercios. Si bien esas frecuencias pueden ofrecer ventajas en la velocidad de comunicación, su rango estaría limitado por las pérdidas de propagación a unos pocos micrómetros. Y ellos requieren mucha potencia – más que las nanomáquinas pueden tener.
Akyildiz ha estudiado nanonetworks desde finales de 1990, y llegó a la conclusión de que la comunicación electromagnética tradicional entre estas máquinas podría no ser posible. Pero entonces él y su Ph.D. estudiante, Josep Jornet – quien se graduó en agosto de 2013 y ahora es profesor adjunto en la Universidad Estatal de Nueva York en Buffalo – comenzó a leer acerca de las sorprendentes propiedades del grafeno. Estaban especialmente interesados en cómo se comportan los electrones en las hojas de una sola capa de material.
«Cuando los electrones en el grafeno son excitados por una onda electromagnética entrante, por ejemplo, empiezan a moverse hacia atrás y adelante», explicó Akyildiz. «Debido a las propiedades únicas del grafeno, esta oscilación global de la carga eléctrica se traduce en una onda electromagnética confinada en la parte superior de la capa de grafeno.»
Conocido técnicamente como surface plasmon polariton (SPP) wave, el efecto será permitir que las nano-antenas puedan operar en el extremo inferior del rango de frecuencia de terahercios, entre 0,1 y 10 terahercios – en lugar de al 150 terahertz requerido por las antenas de cobre tradicionales en tamaños nanométricos. Para la transmisión, las ondas de SPP se pueden crear mediante la inyección de electrones en la capa dieléctrica por debajo de la hoja de grafeno.
Los materiales tales como oro, plata y otros metales nobles también pueden apoyar la propagación de las ondas SPP, pero sólo en frecuencias mucho más altas que el grafeno. Los materiales convencionales como el cobre no son compatibles con las ondas.
Al permitir la propagación electromagnética a frecuencias de terahercios inferiores, las ondas SPP requieren menos energía – poniéndolas al alcance de lo que podría ser factible para nanomáquinas operadas por tecnología de recolección de energía por primera vez por Zhong Lin Wang, profesor en Georgia Tech’s School of Materials Science and Engineering.
«Con esta antena, podemos reducir la frecuencia en dos órdenes de magnitud y reducir las necesidades de energía de cuatro órdenes de magnitud», dijo Jornet. «Con el uso de esta antena, creemos que las técnicas de recolección de energía desarrolladas por el Dr. Wang nos daría la energía suficiente para crear un enlace de comunicaciones entre las nanomáquinas.»
Las nanomáquinas en la red de Akyildiz y Jornet Envision incluirían varios componentes integrados. Además de los nanogeneradores de recolección de energía, habría detectores a nanoescala, procesamiento y memoria, las tecnologías que están en desarrollo por otros grupos. La antena y el transceptor de trabajo a nanoescala que se realiza en Georgia Tech permitiría que los dispositivos se comuniquen la información tienen la sensación y el proceso con el mundo exterior.
«Cada uno de estos componentes podría tener una medida a escala nanométrica, pero en total tendríamos una máquina de medición de unos pocos micrómetros», dijo Jornet. «Habría un montón de ventajas y desventajas en el uso y el tamaño de la energía.»
Más allá de dar a las nanomáquinas la capacidad de comunicarse, cientos o miles de conjuntos de antena de transceptor de grafeno podrían ser combinados para ayudar a que los teléfonos celulares y portátiles conectados a internet se comunican más rápido.
«La banda de terahercios puede aumentar las tasas actuales de datos en las redes inalámbricas en más de dos órdenes de magnitud», señaló Akyildiz. «Los tipos de datos en los sistemas celulares actuales son hasta un gigabit por segundo en redes LTE avanzadas o 10 gigabits por segundo en las llamadas ondas milimétricas o sistemas de 60 gigahertz. Esperamos que la transmisión de datos en el orden de los terabits por segundo en la banda de terahertz «.
Las propiedades únicas de grafeno, Akyildiz dice, son fundamentales para esta antena – y otros dispositivos electrónicos en el futuro.
«El grafeno es un nanomaterial muy poderoso que dominará nuestras vidas en el próximo medio siglo», dijo. «La comunidad europea va a apoyar un gran consorcio formado por muchas universidades y empresas con una inversión de mil millones de euros para llevar a cabo la investigación sobre este material.»
Hasta ahora, los investigadores han evaluado numerosos diseños nano-antena utilizando técnicas de modelado y simulación en el laboratorio. El siguiente paso será el de fabricar en realidad una nano-antena y operar utilizando un transceptor también basado en el grafeno.
«Nuestro proyecto muestra que el concepto de nano-antenas basadas ??en el grafeno es factible, sobre todo si se tiene en cuenta los modelos muy precisos de transporte de electrones en el grafeno», dijo Akyildiz. «Quedan muchos retos abiertos, pero este es un primer paso hacia la creación de nanomáquinas avanzada con muchas aplicaciones en los campos biomédicos, ambientales, industriales y militares.»
La investigación descrita aquí fue apoyada por la National Science Foundation bajo el número de concesión CCF-1349828. Las opiniones o conclusiones son las de los autores y no necesariamente reflejan los puntos de vista oficiales de la NSF.
Georgia Institute of Technology (2013, December 12). Graphene-based nano-antennas may enable networks of tiny machines. ScienceDaily.
En el blog de Google muestran una nueva sorpresa un proyecto en el que Google está trabajando, proyecto basado en lentes de contacto inteligentes que puedan detectar el nivel de glucosa en las lágrimas, algo importante para quien sufre de diabetes.
Estamos probando un lente de contacto inteligente que está construida para medir los niveles de glucosa en las lágrimas utilizando un diminuto chip inalámbrico y un sensor de glucosa en miniatura que se encajan entre dos capas de material para lentes de contacto blandas.
Están probando prototipos que pueden generar una lectura por segundo, así como investigando la posibilidad de que esto sirva como una alerta para el usuario, por lo que están pensando en integrar pequeños LED que podrían iluminarse indicando que los niveles de glucosa están fuera de ciertos umbrales.
Sobre el plazo para tener algo así en el mercado, comentan:
Todavía es pronto para esta tecnología, pero hemos completado múltiples estudios de investigación clínica que están ayudando a refinar nuestro prototipo. Esperamos que esto podría algún día conducir a una nueva forma para que las personas con diabetes para controlar su enfermedad.
Quienes viven en primera persona una emergencia, lo primero que hacen es llamar por teléfono móvil a sus familiares o amigos; estos contactan con terceros o con las autoridades para recabar ayuda y devolver la llamada a los primeros para darles consuelo y apoyo moral. Así lo indica un estudio realizado por el experto en teoría de redes Albert-Laszlo Barabási tras un análisis automatizado de las llamadas de voz y los mensajes de texto de unos 10 millones de usuarios durante 4 años. Su objetivo es cuantificar el flujo de información a través de la red de telefonía móvil para buscar patrones que puedan ser relevantes para las autoridades y que permitan diferenciar entre las emergencias y otros eventos que generan gran tráfico (eventos deportivos o espectáculos). El artículo técnico es Liang Gao et al., “Quantifying Information Flow During Emergencies,” Subm. Scientific Reports, arXiv:1401.1274[physics.soc-ph].
Los testigos de la emergencia (grupo G0) se comunican con sus “vecinos” en la red (grupo G1), normalmente familiares o amigos no afectados por la emergencia, que les sirven de puente bidireccional para canalizar la información relevante del suceso hacia el resto de la red (grupo G2), en especial quienes deben gestionar la emergencia. Ciertos miembros del grupo G1 retornan las llamadas al grupo G0, produciendo un intenso tráfico bidireccional. El pico característico de actividad en las comunicaciones por teléfono móvil en caso de emergencia se caracteriza por un 25% de comunicación C01 (entre los grupos G0 y G1), un 5% de C11 y un 70% de C12 (entre los grupos G1 y G2). Un patrón realmente curioso que demuestra que somos animales sociales.
El estudio se ha basado en analizar de forma automática buscando ciertas palabras clave (emergency, disaster, concert, etc.), geolocalizando cada llamada telefónica usando la posición de la antena de telefonía móvil que la ha gestionado. Lo más característico es el comportamiento de los usuarios G1 que, aunque no están directamente involucrados en la emergencia, son los responsables de la mayor parte del tráfico en el red en caso de emergencia. Uno puede esperar que los usuarios G1 le comuniquen a otros usuarios G1 la existencia de una situación de emergencia de un usuario G0, sin embargo, el estudio indica que los usuarios G1 prefieren comunicarse con usuarios G0 y G2.
Ampliar en: La Ciencia de la Mula Francis NAUKAS
Tal vez has oído la noticia: la bombilla incandescente ha muerto. «Cuando la pelota cae en la víspera de Año Nuevo, el año termina – y lo mismo ocurre con la bombilla ordinaria «, decía el sitio web de Fox News. CNN incluso escribió un obituario. Eso es porque, de acuerdo con un sinnúmero de informes de prensa, el uno de enero se celebra la «prohibición de la bombilla». El gobierno de EE.UU. finalmente ha logrado la eliminación progresiva de la tecnología anticuada al prohibir la fabricación o importación de bombillas incandescentes de 40 y 60 vatios , que se citan repetidamente como las bombillas más populares en EE.UU. . Los informes sugieren que los consumidores normalmente se acostumbran a comprar fluorescentes que son más caras o las más eficientes y compactas bombillas LED.
Las incandescentes NO SE ESTÁN PROHIBIDAS
Por desgracia, poco de eso es cierto. No hay tal cosa como una prohibición de la bombilla incandescente en los Estados Unidos. De hecho , en el mismo día que la bombilla incandescente de 60 W desaparece, es posible comprar una bombilla incandescente de 43 vatios para tomar su lugar . O una bombilla incandescente de 72 vatios. O una bombilla incandescente de 150 vatios. O una bombilla incandescente de tres vías. O uno con un filamento más duradero para aplicaciones de servicio «agresivos» . Hay literalmente docenas de lagunas».
Entonces, ¿qué está sucediendo realmente en el uno de enero? El costo de una bombilla ordinaria se elevará drásticamente – y es de esperar que la factura de la luz va a caer . La llamada prohibición del bulbo es simplemente una norma de eficiencia energética exigido por el gobierno. Hace siete años, el Presidente Bush firmó la Ley de Independencia Energética y Seguridad de 2007 en la ley, y sus disposiciones finales trata de las bombillas en vigencia. Simplemente requiere que las bombillas más populares son aproximadamente 25 por ciento más eficientes – que sólo necesiena 43 vatios para generar la misma cantidad de luz que una incandescente de 60 vatios.
Halógenas
Y da la casualidad de que ya existan las bombillas incandescentes de 43 vatios – se les conoce como halógenas. Las bombillas incandescentes halógenos complementan el filamento de tungsteno de una bombilla incandescente tradicional con gas halógeno, que les ayuda a quemar más eficientemente. Ahora, los fabricantes afirman que las incandescentes halógenas se ven y funcionan de manera casi idéntica a la original. GE dice que pueden tener la misma forma, tamaño, brillo, temperatura de color, índice de rendimiento de color (CRI) y atenúan la mismo también. Lamentablemente, estas cuestan mucho más. Mientras que se pueden comprar las bombillas incandescentes por tan sólo 25 centavos de dólar cada una, se puede llegar a pagar más de $ 1.50 por cada incandescente halógena. «La tecnología de halógeno es un poco más caro para el uso y la producción «, admite Strainic , quien dice que no espera que los precios cambien drásticamente , incluso si las bombillas halógenas realmente logran despegar.
Pero en teoría, estas nuevas bombillas se pagan por sí mismas. Cuando una bombilla tradicional de 60 W cuesta aproximadamente $ 8 por año durante tres horas de luz cada día, una bombilla de 43W puede poner la misma cantidad de luz por sólo $ 6 dólares en electricidad, de acuerdo con estimaciones del fabricante. Eso sería más que cubrir el costo de la bombilla.
En la Unión Europea, sucedió lo mismo que en EE.UU., siguen comercializándose las halógenas.
Fuente: THE VERGE