Un paso significativo hacia las comunicaciones de terahercios

La superficie programable, llamada metasuperficie, permite a los ingenieros controlar y enfocar las transmisiones en la banda de terahercios del espectro electromagnético. - SENGUPTA ET AL./PRINCETON UNIVERSITY

   MADRID, 5 Ene. (EUROPA PRESS) -

   Investigadores de Princeton han creado un componente clave para desbloquear una banda de comunicaciones que aumentará drásticamente la cantidad de datos que los sistemas inalámbricos pueden transmitir.

   El ensamblaje de pequeños chips en superficies programables únicas llamadas metasuperficies permite a los ingenieros controlar y enfocar las transmisiones en la banda de terahercios del espectro electromagnético. Los terahercios, un rango de frecuencia ubicado entre las microondas y la luz infrarroja, pueden transportar muchos más datos que los sistemas inalámbricos actuales basados en radio.

   Con los sistemas de comunicaciones de quinta generación (5G) que ofrecen velocidades de 10 a 100 veces más rápidas que la generación anterior, la demanda de ancho de banda es cada vez mayor. Frente a la aparición de tecnologías como los automóviles autónomos y las aplicaciones de realidad aumentada, la banda de terahercios presenta una oportunidad para los ingenieros que buscan formas de aumentar las tasas de transmisión de datos.

   Para aprovechar el espacio expandido en la banda de terahercios, los ingenieros deberán superar algunos desafíos, y ahí es donde entra la metasuperficie. A diferencia de las ondas de radio, que atraviesan fácilmente obstrucciones como paredes, los terahercios funcionan mejor con una línea de visión relativamente clara para la transmisión.

   El dispositivo de metasuperficie, con la capacidad de controlar y enfocar las ondas de terahercios entrantes, puede transmitir las transmisiones en cualquier dirección deseada. Esto no solo puede permitir redes inalámbricas reconfigurables dinámicamente, sino que también abre nuevas tecnologías de detección e imágenes de alta resolución para la próxima generación de robótica, sistemas ciberfísicos y automatización industrial. Debido a que la metasuperficie se construye utilizando elementos de chip de silicio estándar, es de bajo costo y se puede producir en masa para colocarla en edificios, letreros de calles y otras superficies.

   "Un rayo de terahercios sería como un puntero láser, mientras que los transmisores de ondas de radio actuales son como bombillas que envían luz a todas partes. Una metasuperficie programable es aquella que produce cualquier campo posible; es el proyector definitivo", dice en un comunicado Kaushik Sengupta, profesor asociado de electricidad e ingeniería en Princeton y autor principal del nuevo estudio. Sengupta, cuya investigación se centra en sistemas integrados a escala de chips a través de ondas de radio, de terahercios a frecuencias ópticas, dijo que el bajo costo de producción de la metasuperficie y su capacidad de programación significan que podría ser "un potenciador importante para las comunicaciones y las capacidades de red".

   En un estudio publicado el 14 de diciembre en Nature Electronics, investigadores del Laboratorio de Investigación de Microsistemas Integrados de Sengupta describieron el diseño de la metasuperficie, que presenta cientos de elementos programables de Terahercios, cada uno de menos de 100 micrómetros (millonésimas de metro) de diámetro y una solo 3,4 micrómetros de altura, hechos de capas de cobre y acoplados con componentes electrónicos activos que resuenan colectivamente con la estructura. Esto permite realizar ajustes en su geometría a una velocidad de varios miles de millones de veces por segundo. Estos cambios, que son programables, según la aplicación deseada, dividen un solo haz de terahercios entrante en varios haces de terahercios dinámicos y direccionables que pueden mantener la línea de visión con los receptores.

   Los investigadores de Princeton encargaron una fundición de chips de silicio para fabricar la metasuperficie como mosaicos en chips de silicio estándar. De esta manera, los investigadores demostraron que la metasuperficie programable de terahercios se puede configurar en matrices de mosaicos escalables y de bajo costo. "Los mosaicos son como bloques de Lego y todos son programables", dijo Sengupta. Como prueba de concepto, los investigadores de Princeton probaron matrices de mosaicos que medían dos por dos con 576 elementos programables de este tipo y demostraron el control del haz proyectando hologramas de terahercios (invisibles). Estos elementos son escalables en organizaciones más grandes.

   Una forma posible de incorporar este tipo de mosaicos planos en el entorno construido como componente de la red de comunicaciones de próxima generación sería enlucirlos como una especie de papel tapiz de "superficie inteligente", dijo Sengupta.

   Otras numerosas aplicaciones de la tecnología incluyen el reconocimiento de gestos y la imagen, así como la automatización y la seguridad industrial. Otra aplicación potencial son los coches autónomos. Estos vehículos requieren detección e imágenes precisas para dar sentido al mundo externo en tiempo real, e idealmente incluso más rápido que un conductor humano. Los coches semiautónomos que se venden cada vez más en la actualidad utilizan radares de 77 GHz para detectar peatones y otros vehículos con el fin de controlar el crucero adaptativo y activar el frenado automático de emergencia.