12 Tecnologías Electrónicas de Vanguardia que Transformarán el Mañana

12 Tecnologías Electrónicas de Vanguardia que Transformarán el Mañana

Como su nombre indica, las tecnologías emergentes son aquellas cuyo desarrollo y aplicaciones prácticas aún no se han materializado plenamente. Representan avances progresivos en diversos campos, desde la robótica y la inteligencia artificial hasta la ciencia cognitiva y la nanotecnología.

La rama de la electrónica, en particular, desempeña un papel crucial en el procesamiento de señales, el procesamiento de información y las telecomunicaciones. Se ocupa de circuitos eléctricos que involucran componentes como sensores, diodos, transistores y circuitos integrados. En términos sencillos, abarca instrumentos y sistemas electrónicos complejos como portátiles y smartphones modernos.

El primer tipo de transistor se inventó en 1947. Desde entonces, hemos avanzado enormemente. El smartphone que usas hoy contiene más de mil millones de transistores.

Esto es solo el principio. Quedan por inventar muchos dispositivos revolucionarios. Descubramos qué nos depara el futuro (en el campo de la electrónica).

12. Tecnología de Olfato Digital

Aroma shooter presentado en CEATEC 2016

Se ha investigado mucho en el campo de la tecnología olfativa, que permite a los dispositivos (o narices electrónicas) detectar, transferir y recibir medios con olor, como audio, video y páginas web.

El primer sistema de liberación de olores llamado Smell-O-Vision se inventó a finales de la década de 1950. Era capaz de emitir olores durante la proyección de una película para mejorar la experiencia de los espectadores.

Desde entonces, muchos centros de investigación han desarrollado dispositivos similares. Uno de ellos fue iSmell, desarrollado en 1999. Consistía en un cartucho de 128 olores a partir del cual se podían producir diversas mezclas. Sin embargo, debido a ciertas limitaciones, el producto nunca se lanzó comercialmente.

En CEATEC 2016, una empresa presentó un dispositivo de olor portátil que se puede controlar mediante smartphones y PCs. Aún tiene muchos obstáculos que superar, incluyendo el momento y la distribución de los olores y los riesgos para la salud de los olores sintéticos.

11. Pilar Térmico de Cobre (Thermal Copper Pillar Bump)

Bultos eléctricos y térmicos integrados en un solo sustrato

El pilar térmico de cobre es un dispositivo termoeléctrico de micro tamaño utilizado para el encapsulado de electrónica y optoelectrónica, como diodos láser, amplificadores ópticos de semiconductores, CPU y GPU.

Nextreme Thermal Solutions desarrolló esta tecnología para integrar la funcionalidad de gestión térmica activa a nivel de chip. El método ahora es utilizado por gigantes tecnológicos, incluyendo Intel y Amkor, para conectar microprocesadores y otros chips avanzados a diversas superficies.

Cuando la corriente pasa a través de una placa de circuito, el bulto térmico extrae el calor y lo transfiere al otro bulto. Este proceso se conoce como efecto Peltier, y así es como un bulto térmico ayuda a reducir el calor de los circuitos electrónicos.

Actúa como bombas de calor de estado sólido y añade funcionalidad de gestión térmica en la superficie del chip. Los bultos térmicos actuales miden unos 20 μm de alto y 238 μm de ancho (diámetro). La tecnología de próxima generación reduciría la altura de los bultos térmicos a 10 μm.

10. Disulfuro de Molibdeno

Disulfuro de molibdeno (MoS2)

El disulfuro de molibdeno es un compuesto inorgánico ampliamente utilizado en electrónica como lubricante seco debido a su baja fricción y robustez. Al igual que el silicio, es un semiconductor diamagnético de banda prohibida indirecta con una banda de 1,23 eV.

El disulfuro de molibdeno es un lubricante seco común con tamaños de partícula en el rango de 1-100 micrómetros. Se utiliza a menudo en la producción de transistores eficientes, fotodetectores, motores de dos tiempos y juntas universales.

En 2017, se utilizó disulfuro de molibdeno bidimensional para construir un microprocesador de 1 bit que contenía 115 transistores. También se ha usado para crear memtransistores de 3 terminales. En los próximos años, este compuesto podría ser la base de todo tipo de dispositivos electrónicos.

9. E-Textiles (Textiles Electrónicos)

Los textiles electrónicos (o ropa inteligente) son tejidos integrados con componentes digitales y electrónicos para proporcionar valor añadido al usuario. Hay muchas otras aplicaciones que dependen de la integración de electrónica en tejidos, como tecnologías de diseño de interiores.

Este tipo de tecnología se considera revolucionaria porque tiene la capacidad de hacer varias cosas que los tejidos convencionales no pueden, incluyendo conducir energía, comunicarse, transformarse y crecer.

Las futuras aplicaciones para la ropa inteligente pueden desarrollarse para monitorización de salud, seguimiento de soldados y monitorización de pilotos. La monitorización fisiológica personal y portátil, las comunicaciones, la calefacción y la iluminación pueden beneficiarse de esta tecnología.

8. Espintrónica

La espintrónica (o electrónica de espín) se refiere al espín intrínseco del electrón y su momento magnético asociado en la física del estado sólido. Es muy diferente de la electrónica convencional: junto con el estado de carga, se utilizan los espines de los electrones para aumentar el grado de libertad.

Los sistemas espintrónicos pueden utilizarse para almacenar y transferir datos de manera eficiente. Estos dispositivos son de particular interés en el campo de la computación neuromórfica y la computación cuántica.

La tecnología también se está utilizando en el campo médico (para identificar el cáncer) y tiene grandes promesas para la electrónica digital.

7. Sistema Nanoelectromecánico (NEMS)

Micrografía electrónica de sistema nanoelectromecánico fabricado en silicio monocristalino | Crédito: H. G. Craighead

El sistema nanoelectromecánico integra elementos electrónicos de nano tamaño con máquinas mecánicas para formar sensores físicos y químicos. Representan el siguiente paso lógico de miniaturización desde los llamados sistemas microelectromecánicos.

Tienen propiedades increíbles, que allanan el camino a diversas aplicaciones, que van desde resonadores de ultrahigh frecuencia hasta sensores químicos y biológicos. A continuación se muestran algunos atributos cruciales de los sistemas nanoelectromecánicos:

• Frecuencias fundamentales en el rango de microondas
• Masa activa en el rango de femtogramos
• Sensibilidad de masa hasta niveles de attogramo y sub-attogramo
• Sensibilidad de fuerza en el nivel de attonewton
• Consumo de energía en el orden de 10 aW.
• Nivel de integración extremadamente alto, alcanzando un billón de elementos por centímetro cuadrado.

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6. Electrónica Molecular

Ilustración del dispositivo de molécula única

Como su nombre indica, la electrónica molecular utiliza moléculas como bloque de construcción principal para circuitos electrónicos. Es un campo interdisciplinario que abarca la ciencia de materiales, la química y la física.

Esta tecnología permitirá el desarrollo de circuitos electrónicos mucho más pequeños (a nanoescalas) de lo que es posible actualmente usando semiconductores tradicionales como el silicio. En tales dispositivos, el movimiento del electrón se rige por la mecánica cuántica.

Aunque los circuitos completos que consisten exclusivamente en elementos de tamaño molecular están muy lejos de realizarse, la creciente demanda de más potencia de cómputo y las limitaciones de las técnicas litográficas actuales hacen que la transición parezca inevitable.

Los científicos están trabajando actualmente en moléculas con características intrigantes para lograr contactos reproducibles y fiables entre los segmentos moleculares y el material a granel de los electrodos.

5. Nariz Electrónica

Una nariz electrónica identifica ciertos componentes de un olor y analiza su composición química. Contiene un mecanismo para la detección química, incluyendo un array de sensores electrónicos y herramientas de inteligencia artificial para reconocimiento de patrones.

Estos dispositivos llevan más de dos décadas existiendo, pero típicamente han sido caros y voluminosos. Los investigadores intentan hacer estos dispositivos más baratos, pequeños y sensibles.

Los instrumentos de nariz electrónica son utilizados por centros de investigación, departamentos de producción y laboratorios de control de calidad para diversos propósitos, como detección de contaminación, deterioro y adulteración. También se usan en diagnóstico médico y detección de fugas de gas y contaminantes para protección ambiental.

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4. Biometría 3D

El uso de información biométrica aumenta año tras año, especialmente en campos relacionados con la banca, la forense y la seguridad pública. La mayoría del reconocimiento biométrico usa imágenes bidimensionales.

Sin embargo, en los últimos años se han desarrollado algunas técnicas biométricas avanzadas. Esto incluye reconocimiento de huellas dactilares 3D, palma 3D, oreja 3D y reconocimiento facial 3D.

Ya sea para fines de interacción humano-computadora o seguridad mejorada, habrá una amplia aplicación de biométricos robustos.

3. Piel Electrónica y Lengua Electrónica

Lengua electrónica para cata de vinos | Crédito: Kenny McMahon / Washington State University

Los materiales elásticos, flexibles y auto-reparables que pueden imitar las características de la piel animal o humana se llaman piel electrónica. Existe una amplia gama de materiales que responden a cambios en presión y calor y son capaces de medir información mediante interacción física.

Estos materiales podrían abrir nuevas puertas a aplicaciones útiles, como prótesis, robótica blanda, monitorización de salud e inteligencia artificial. Los futuros diseños de nuevas pieles electrónicas incluirían materiales con alta resistencia mecánica, mejor capacidad de sensado, reciclabilidad y propiedades auto-reparables.

Una lengua electrónica, por otro lado, mide y compara sabores. Contiene múltiples sensores; cada uno tiene un espectro de reacción diferente, capaz de detectar compuestos orgánicos e inorgánicos.

Las lenguas electrónicas tienen aplicaciones en diversos campos, desde el sector alimentario y de bebidas hasta la industria farmacéutica. También se usa para comparar productos objetivo y monitorizar parámetros ambientales.

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2. Memristor

El concepto de memristores fue introducido por el ingeniero eléctrico estadounidense Leon Chua en 1971. Infirió la posibilidad de un elemento de circuito no lineal adicional que vinculaba el flujo magnético y la carga.

Todo circuito electrónico está compuesto por componentes pasivos como inductores, capacitores y resistores. Existe un cuarto componente llamado memristor: son semiconductores utilizados para crear dispositivos de almacenamiento de bajo consumo.

Un memristor regula el flujo de corriente en un circuito mientras recuerda la cantidad de carga que ha fluido previamente a través de él. Los memristores son componentes no volátiles que tienen muy alta capacidad de almacenamiento y velocidad.

Las patentes de memristores incluyen aplicaciones en procesamiento de señales, interfaces cerebro-computadora, computación reconfigurable, lógica programable y redes neuronales. En el futuro, estos dispositivos pueden aplicarse para realizar lógica digital con la implicación en lugar de la compuerta NAND.

1. Pantalla Flexible

Royole: Pantalla flexible súper delgada | Crédito de imagen: Paul Sawers / VentureBeat

Muchos fabricantes de electrónica de consumo muestran interés en pantallas flexibles: están trabajando para aplicar esta tecnología en smartphones y tabletas.

Los OLEDs basados en un sustrato flexible (ya sea metal, plástico o vidrio) son una de las pantallas visuales electrónicas más prometedoras que se pueden doblar. Los paneles de metal y vidrio usados en OLEDs flexibles son muy delgados, ligeros, duraderos y prácticamente irrompibles.

En CES 2018, LG presentó el prototipo de una pantalla OLED 4K de 65 pulgadas que es enrollable. El TV se desenrolla al tocar un botón y se retrae de la vista cuando no se necesita.

En septiembre de 2019, Samsung lanzó un nuevo smartphone plegable que puede usarse tanto como tableta como smartphone.

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Los dispositivos plegables de generación actual tienen muchos defectos y son demasiado caros. La mayoría son dispositivos de prueba de concepto para early adopters en lugar de dispositivos adecuados para el mercado masivo. Sin embargo, está claro que las pantallas flexibles están evolucionando hacia algo muy diferente, lo que puede llevar a desarrollos asombrosos en la industria tecnológica.