¿Qué es ?el grafeno y por qué podría cambiar ?el futuro de la tecnología?

Buena parte del Mobile World Congress de Barcelona (MWC) gira alrededor de los productos y servicios disponibles para el público: tecnología móvil de consumo masivo, principalmente teléfonos inteligentes, así como un abanico de dispositivos que se interconectan con estos para una variedad de usos. (Lea "El lado verde de la tecnología")

Otra parte del evento gira alrededor de conferencias y reuniones en las que se discute el futuro de las comunicaciones móviles en temas como uso del espectro, identificación y aceptación internacional de bandas, así como los próximos estándares de red (como el sonado 5G).

Y en una más se habla de la tecnología del futuro, la innovación científica que se juega la carta más riesgosa de todas: apostar la mano entera en técnicas, materiales y conceptos que podrían cambiar y redefinir lo que se puede hacer con la tecnología móvil. En este segmento, una de las atracciones del congreso es la sección dedicada al grafeno.

El grafeno es un material con propiedades que, sin demasiada grandilocuencia, pueden calificarse como extraordinarias: es el material más delgado en la tierra (un millón de veces más delgado que un cabello humano), 200 veces más fuerte que el acero, ligero (un metro cuadrado apenas pesa menos de un gramo), muy flexible, existe en dos dimensiones (lo que permite pensar en nuevas aplicaciones para electrónica o materiales compuestos) y altamente conductor, (los electrones se mueven a través de éste más rápido que en el silicio, por ejemplo).

Todas estas propiedades han capturado la imaginación, y el presupuesto, de una buena porción de los centros de investigación en Europa que se unieron bajo el nombre de Graphene Flagship para conformar el proyecto de investigación conjunta más grande en la historia del continente. Esta iniciativa cuenta con 150 socios, en 23 países, y un presupuesto de 1.000 millones de euros para investigar las posibles aplicaciones de un material que podría alterar drásticamente el panorama de la electrónica y las comunicaciones.

Usos como el que está investigando Daniel Schall, un ingeniero alemán de la compañía AMO, que se encuentra desarrollando transmisores de grafeno que pueden imprimirse en una especie de lámina de plástico a una escala mayor que un chip de silicio. “Las ventajas de este material es que en una base de dos centímetros cuadrados pueden caber 20 transmisores que pueden recibir señales en la banda de 2.4 GHz, o sea, señales de WiFi o Bluetooth con una pérdida de señal muchísimo menor que un chip de silicio. La base a su vez es flexible, tanto así que casi es posible doblarla completamente por la mitad”.

El uso de este tipo de transmisores para dispositivos electrónicos puede cambiar la arquitectura con la que se diseña un teléfono, por ejemplo, pues el poco peso, maleabilidad y conductividad permite pensar en nuevas formas de adaptar comunicaciones móviles a prácticamente cualquier cosa, no sólo a una estructura rígida que requiere de un espacio fijo para acomodar un receptor. “Estamos en la fase de desarrollo y no quiero sonar pretencioso, ni poco modesto, pero la gente de empresas de telecomunicaciones que nos ha visitado ve una demostración del material y los datos que tenemos y quedan en total silencio, impresionados. Ha pasado que algunos se quedan con la boca abierta”.

Ahora bien, 1.000 millones de euros es una cantidad que logra comprar una buena investigación, pero quizá no es un costo que la industria quiera pagar en momentos en los que la economía mundial da tumbos de la mano de los precios del petróleo, entre otras cosas. Y, en últimas, el silicio es un asunto relativamente barato, además de bien conocido.

“El costo del grafeno es relativo, pues en últimas si llega a haber una demanda y un desarrollo grande, pues el precio baja. Pero lo que resulta muy interesante es que, hoy en día, la industria de los procesadores y los semiconductores (nombres como Intel o Qualcomm, por sólo mencionar dos) está buscando alternativas serias al silicio, pues a cierta escala (por debajo de los cinco nanómetros) este material comienza a presentar resistencia a la corriente eléctrica. Y un chip que no conduzca bien la electricidad es un chip que no sirve”, dice Gonçalo Gonçalves, un ingeniero de Aixtron, una compañía que lidera la fabricación artificial de grafeno de alta pureza.

Parte del proceso químico para lograr este material de alta calidad implica el uso de una base, un sustrato, al que se aplican varios procesos químicos para obtener al final grafeno en su estado más puro (una condición necesaria para lograr la mejor conductividad posible). Este sustrato, hasta hoy, suele ser cobre. Pero el proceso implica que una vez este metal es usado para esta tarea debe ser desechado, lo que aumenta los costos de producción. “Parte de lo que se está investigando son otros sustratos que puedan ser reutilizados y así el precio de producción bajaría notablemente, lo que le daría a este material una importante ventaja competitiva respecto al silicio”, según Gonçalves

La delegación del Graphene Flagship que hizo presencia en el MWC incluye un número de instituciones académicas que han lanzado, o están en proceso de hacerlo, aplicaciones comerciales de este material. Uno de estas organizaciones es el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), que tiene su sede en Castelldefels, un tranquilo pueblo a 20 minutos de Barcelona.

La misión de este lugar es, como su nombre lo indica, el estudio de la luz. Y en el caso del grafeno, su investigación se ha centrado en las propiedades del material para leer tanto la luz visible, como la invisible. “Una cámara infrarroja basada en un chip de silicio, para un nivel alto de detección, puede llegar a costar 25.000 euros (unos US$27.000). Si se hace en grafeno, ésta se ubicaría alrededor de los 2.000 o 3.000 euros”, cuenta Marc Montagut, uno de los investigadores de ICFO que trabaja en el desarrollo del grafeno.

El instituto también ha desarrollado un pulsómetro con base en una lámina de grafeno que, al filtrar la luz verde que viene como parte de la luz que percibimos como blanca. “La luz verde tiene la propiedad que, al atravesar el cuerpo humano, cambia cuando sale de nosotros. Podemos medir esta diferencia con exactitud y, en este caso, la usamos para ver las pulsaciones de una persona”. Esta propiedad, cuenta Montagut, podría aplicarse a chips médicos que funcionarían como una especie de tatuaje que se podrían ubicar en la piel de un paciente: “Son transparentes, livianos y no necesitan cables para transmitir la información que se busca. Son mucho menos invasivos”, añade.

“El grafeno es un material que aún requiere investigación, pero que cuenta con muchas ventajas eléctricas y mecánicas, lo que permite pensar en aplicaciones para dispositivos que se llevan puestos (los llamados wearables) que abrirían el espectro para este sector. Podríamos estar hablando de una revolución a futuro”, en palabras de Samiul Haque, investigador de Nokia que trabaja en conjunto con la Universidad de Cambridge en la exploración conjunta, y acaso mundial, del grafeno.

Buena parte del Mobile World Congress de Barcelona (MWC) gira alrededor de los productos y servicios disponibles para el público: tecnología móvil de consumo masivo, principalmente teléfonos inteligentes, así como un abanico de dispositivos que se interconectan con estos para una variedad de usos. (Lea "El lado verde de la tecnología")

Otra parte del evento gira alrededor de conferencias y reuniones en las que se discute el futuro de las comunicaciones móviles en temas como uso del espectro, identificación y aceptación internacional de bandas, así como los próximos estándares de red (como el sonado 5G).

Y en una más se habla de la tecnología del futuro, la innovación científica que se juega la carta más riesgosa de todas: apostar la mano entera en técnicas, materiales y conceptos que podrían cambiar y redefinir lo que se puede hacer con la tecnología móvil. En este segmento, una de las atracciones del congreso es la sección dedicada al grafeno.

El grafeno es un material con propiedades que, sin demasiada grandilocuencia, pueden calificarse como extraordinarias: es el material más delgado en la tierra (un millón de veces más delgado que un cabello humano), 200 veces más fuerte que el acero, ligero (un metro cuadrado apenas pesa menos de un gramo), muy flexible, existe en dos dimensiones (lo que permite pensar en nuevas aplicaciones para electrónica o materiales compuestos) y altamente conductor, (los electrones se mueven a través de éste más rápido que en el silicio, por ejemplo).

Todas estas propiedades han capturado la imaginación, y el presupuesto, de una buena porción de los centros de investigación en Europa que se unieron bajo el nombre de Graphene Flagship para conformar el proyecto de investigación conjunta más grande en la historia del continente. Esta iniciativa cuenta con 150 socios, en 23 países, y un presupuesto de 1.000 millones de euros para investigar las posibles aplicaciones de un material que podría alterar drásticamente el panorama de la electrónica y las comunicaciones.

Usos como el que está investigando Daniel Schall, un ingeniero alemán de la compañía AMO, que se encuentra desarrollando transmisores de grafeno que pueden imprimirse en una especie de lámina de plástico a una escala mayor que un chip de silicio. “Las ventajas de este material es que en una base de dos centímetros cuadrados pueden caber 20 transmisores que pueden recibir señales en la banda de 2.4 GHz, o sea, señales de WiFi o Bluetooth con una pérdida de señal muchísimo menor que un chip de silicio. La base a su vez es flexible, tanto así que casi es posible doblarla completamente por la mitad”.

El uso de este tipo de transmisores para dispositivos electrónicos puede cambiar la arquitectura con la que se diseña un teléfono, por ejemplo, pues el poco peso, maleabilidad y conductividad permite pensar en nuevas formas de adaptar comunicaciones móviles a prácticamente cualquier cosa, no sólo a una estructura rígida que requiere de un espacio fijo para acomodar un receptor. “Estamos en la fase de desarrollo y no quiero sonar pretencioso, ni poco modesto, pero la gente de empresas de telecomunicaciones que nos ha visitado ve una demostración del material y los datos que tenemos y quedan en total silencio, impresionados. Ha pasado que algunos se quedan con la boca abierta”.

Ahora bien, 1.000 millones de euros es una cantidad que logra comprar una buena investigación, pero quizá no es un costo que la industria quiera pagar en momentos en los que la economía mundial da tumbos de la mano de los precios del petróleo, entre otras cosas. Y, en últimas, el silicio es un asunto relativamente barato, además de bien conocido.

“El costo del grafeno es relativo, pues en últimas si llega a haber una demanda y un desarrollo grande, pues el precio baja. Pero lo que resulta muy interesante es que, hoy en día, la industria de los procesadores y los semiconductores (nombres como Intel o Qualcomm, por sólo mencionar dos) está buscando alternativas serias al silicio, pues a cierta escala (por debajo de los cinco nanómetros) este material comienza a presentar resistencia a la corriente eléctrica. Y un chip que no conduzca bien la electricidad es un chip que no sirve”, dice Gonçalo Gonçalves, un ingeniero de Aixtron, una compañía que lidera la fabricación artificial de grafeno de alta pureza.

Parte del proceso químico para lograr este material de alta calidad implica el uso de una base, un sustrato, al que se aplican varios procesos químicos para obtener al final grafeno en su estado más puro (una condición necesaria para lograr la mejor conductividad posible). Este sustrato, hasta hoy, suele ser cobre. Pero el proceso implica que una vez este metal es usado para esta tarea debe ser desechado, lo que aumenta los costos de producción. “Parte de lo que se está investigando son otros sustratos que puedan ser reutilizados y así el precio de producción bajaría notablemente, lo que le daría a este material una importante ventaja competitiva respecto al silicio”, según Gonçalves

La delegación del Graphene Flagship que hizo presencia en el MWC incluye un número de instituciones académicas que han lanzado, o están en proceso de hacerlo, aplicaciones comerciales de este material. Uno de estas organizaciones es el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), que tiene su sede en Castelldefels, un tranquilo pueblo a 20 minutos de Barcelona.

La misión de este lugar es, como su nombre lo indica, el estudio de la luz. Y en el caso del grafeno, su investigación se ha centrado en las propiedades del material para leer tanto la luz visible, como la invisible. “Una cámara infrarroja basada en un chip de silicio, para un nivel alto de detección, puede llegar a costar 25.000 euros (unos US$27.000). Si se hace en grafeno, ésta se ubicaría alrededor de los 2.000 o 3.000 euros”, cuenta Marc Montagut, uno de los investigadores de ICFO que trabaja en el desarrollo del grafeno.

El instituto también ha desarrollado un pulsómetro con base en una lámina de grafeno que, al filtrar la luz verde que viene como parte de la luz que percibimos como blanca. “La luz verde tiene la propiedad que, al atravesar el cuerpo humano, cambia cuando sale de nosotros. Podemos medir esta diferencia con exactitud y, en este caso, la usamos para ver las pulsaciones de una persona”. Esta propiedad, cuenta Montagut, podría aplicarse a chips médicos que funcionarían como una especie de tatuaje que se podrían ubicar en la piel de un paciente: “Son transparentes, livianos y no necesitan cables para transmitir la información que se busca. Son mucho menos invasivos”, añade.

“El grafeno es un material que aún requiere investigación, pero que cuenta con muchas ventajas eléctricas y mecánicas, lo que permite pensar en aplicaciones para dispositivos que se llevan puestos (los llamados wearables) que abrirían el espectro para este sector. Podríamos estar hablando de una revolución a futuro”, en palabras de Samiul Haque, investigador de Nokia que trabaja en conjunto con la Universidad de Cambridge en la exploración conjunta, y acaso mundial, del grafeno.