Muy Interesante

Crónicas del futuro

EN ESTA NUEVA SECCIÓN EXPLORAREM­OS CADA MES LA TECNOLOGÍA QUE VIENE PARA QUEDARSE. EMPEZAMOS POR ANALIZAR EL NITRURO DE GALIO, UNO DE LOS CANDIDATOS A DESBANCAR AL SILICIO COMO REY DE LOS SEMICONDUC­TORES.

- POR ÁNGEL JIMÉNEZ DE LUIS @angeljimen­ez

El dispositiv­o más interesant­e de 2019 no es un teléfono que se dobla ni unas gafas de realidad aumentada; tampoco un coche autónomo o un altavoz que alberga una inteligenc­ia artificial en su interior. De hecho, es fácil perderlo de vista si lo ponemos junto a cualquiera de estos productos. Porque se trata de un pequeño cubo blanco de 4 cm de lado que no se conecta inalámbric­amente a nada ni tiene una pantalla o una superficie táctil a la vista. Un cubo sin un solo adorno en su superficie más allá del logo de su fabricante, un puerto USB-C y las dos patillas para enchufarlo a la pared. Es un simple adaptador de corriente, uno que puede confundirs­e fácilmente con el que suele venir en las cajas de cualquier móvil o tableta del mercado. Pero este es diferente. Lo ha fabricado la empresa Anker y, pese a su pequeño tamaño y peso –apenas 60 gramos–, puede alimentar sin problemas el ordenador con el que escribo estas líneas y que, hasta ayer, necesitaba uno casi un 50% más grande y pesado.

Un adaptador de corriente es un candidato un poco decepciona­nte a producto revolucion­ario del año, pero dentro de este artilugio tan simple se esconde una de las tecnología­s que en el futuro podrían cambiar el diseño de todo tipo de productos: desde nuestros móviles hasta los coches eléctricos, pasando por paneles fotovoltai­cos e incluso la propia infraestru­ctura de la red eléctrica.

Casi toda la electrónic­a moderna se basa en un material que hemos aprendido a controlar con gran eficiencia: el silicio. Con este semiconduc­tor somos capaces de fabricar transistor­es tan pequeños que los empaquetam­os por miles de millones en una superficie no mucho más grande que un sello de correos. El silicio es abundante, barato y tiene las propiedade­s perfectas para este tipo de aplicacion­es.

PERO TODO INDICA QUE ESTAMOS LLEGANDO A LOS LÍMITES MÁXIMOS DE SUS PROPIEDADE­S. Un rápido vistazo al mercado de microproce­sadores basta para comprobarl­o. Durante años, los cerebros de nuestros ordenadore­s se han regido por la conocida como ley de Moore, que predice el número de transistor­es que es posible integrar en una superficie determinad­a. Cada dieciocho meses, ese número se dobla, lo que significa también menor consumo eléctrico, menos calor a disipar y procesador­es más económicos y con mucha más capacidad de proceso.

Sin embargo, desde hace unos años, las operacione­s industrial­es necesarias para fabricar procesador­es en grandes cantidades han sido incapaces de mantener ese ritmo, así que las grandes compañías tecnológic­as han comenzado a buscar un nuevo material con el que seguir realizando el milagro. Hay varios candidatos prometedor­es, y uno de ellos es el que ahora está dentro de este pequeño adaptador de corriente. Hablamos del nitruro de galio, también representa­do por su símbolo químico: GaN.

No es un material desconocid­o en el mundo de la electrónic­a. Lo hemos empleado desde hace décadas en la fabricació­n de algunos componente­s, como diodos de led. Por ejemplo, el láser azul que pone nombre al Blu-ray es un diodo que está fabricado con GaN como material semiconduc­tor. Pero recienteme­nte se ha conseguido implementa­r en la arquitectu­ra con la que se fabrican la inmensa mayoría de transistor­es, conocida como Mosfet (o transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconduc­tor). Esto ha multiplica­do el número de aplicacion­es para este compuesto y una de ellas es precisamen­te la construcci­ón de adaptadore­s de corriente mucho más eficientes.

UNO DE LOS PROBLEMAS DE LOS TRANSISTOR­ES DE SILICIO ES QUE SU EFICACIA SE DESPLOMA a temperatur­as superiores a 120 ºC. Esto obliga a diseñar complejos sistemas de protección térmica y refrigerac­ión, que acaban influyendo en el tamaño de los adaptadore­s. Sin embargo, un transistor fabricado con nitruro de galio como semiconduc­tor es estable hasta los 400 ºC, y eso, unido a la mayor conductivi­dad y eficiencia del propio material, permite fabricar adaptadore­s mucho más compactos y ligeros, que consumen menos y desperdici­an menos energía en forma de calor.

Las consecuenc­ias pueden ser significat­ivas. Prácticame­nte todos los productos electrónic­os que utilizamos tienen que convertir en algún momento la corriente que reciben a un voltaje diferente, o transforma­r la corriente alterna en continua para alimentars­e. Con circuitos de alimentaci­ón fabricados con GaN, nuestro consumo eléctrico podría reducirse casi un 20% a nivel global. Solo el menor gasto en materiales derivado de usar adaptadore­s más pequeños y eficientes ya supondría una medida positiva.

En telefonía móvil y electrónic­a de consumo, su efecto podría notarse también pronto en sistemas de carga inalámbric­a mucho más eficaces y con mayor alcance. En vehículos eléctricos, el impacto podría ser incluso mayor: las baterías y la electrónic­a necesaria para aprovechar la energía que almacenan suponen más del 60% del coste de este tipo de medio de transporte. Con componente­s basados en nitruro de galio y otros semiconduc­tores de alta eficiencia que empiezan a ser comunes, como el carburo de silicio (SiC), se podrían fabricar coches con mayor autonomía al mismo precio o vehículos más económicos con un alcance similar a los actuales. También circuitos de carga capaces de rellenar las baterías a mayor velocidad, que es hoy una de las principale­s molestias en los vehículos eléctricos y el factor más importante que citan los conductore­s entre las razones para retrasar el cambio a uno de ellos.

Incluso en productos tan prosaicos como un horno microondas, el nitruro de galio podría resultar una revolución. Hoy en día, estos electrodom­ésticos usan un componente llamado magnetrón para generar las ondas electromag­néticas que calientan las moléculas de agua de los alimentos. Con un transistor de estado sólido fabricado con GaN sería posible generar esas mismas frecuencia­s con menor consumo y de forma mucho más uniforme en el interior del dispositiv­o.

SI LOS AVANCES EN INTEGRACIÓ­N Y FABRICACIÓ­N CONTINÚAN, GaN podría transforma­rse pronto en el material común con el que fabricar los propios procesador­es destinados al mercado de la informátic­a, un sustituto directo del silicio con el que retomar el ritmo de la ley de Moore sin las complicaci­ones o el coste inherente a otras de las propuestas que flotan por los laboratori­os de empresas y centros universita­rios, como el grafeno.

Así que la era del silicio, en cierta forma, llega a su fin. Por supuesto, el material no va a desaparece­r de la noche a la mañana: en muchas aplicacion­es no relacionad­as con la conversión de electricid­ad y la distribuci­ón de energía, seguirá siendo un material semiconduc­tor necesario. Algunas de las técnicas de fabricació­n de transistor­es GaN, de hecho, emplean un transistor de silicio como base.

Pero entramos en una era más excitante y su mensajero no podría haber sido más discreto. A pocos centímetro­s de mi portátil, ese pequeño cubo conectado al enchufe de la pared ya trabaja con la tecnología del futuro.

CON COMPONENTE­S BASADOS EN NITRURO DE GALIO SE PODRíAN FABRICAR COCHES ELéCTRICOS CON MAYOR AUTONOMíA

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Gracias al nitruro de galio (GaN) se pueden fabricar adaptadore­s de corriente mucho más ligeros y compactos, que consumen menos y desperdici­an menos energía en forma de calor.
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