El chip que se alimenta del aire

Un equipo de investigación crea un sensor que mide la temperatura tan ligero como un grano de sal y que obtiene toda su energía a través de wifi 

Un equipo de la Universidad Tecnológica de Eindhoven (Países Bajos) encabezado por un estudiante de doctorado, Han Gao, ha creado el sensor de temperatura más pequeño del mundo: apenas dos milímetros cuadrados y el peso de un grano de sal. Sin embargo, si sus autores tuvieran que presentarlo a un concurso, no lo harían por ninguno de esos dos récords, sino por su autonomía: para funcionar no precisa más energía que la que recibe del wifi con el que se comunica (en su pequeñez hay sitio para una antena y un router). 

 El nuevo dispositivo resultará útil sobre todo en domótica. Los sensores podrán instalarse en las paredes o el mobiliario de una casa para medir con precisión la eficiencia de la calefacción o el aire acondicionado. También servirá para medir la temperatura de las diversas partes de la maquinaria en una fábrica o la superficie de un neumático en un vehículo en marcha. En el ámbito de la salud, el sensor podrá tomar de continuo la temperatura corporal de una persona. Y, con una pequeña adaptación, podría mutar sus capacidades para medir, además del calor, la luz, la humedad o la proximidad de otro objeto. 

A pesar de su aplicación y tamaño, "Energía cero" es la expresión que, casi como un eslogan, abandera el director del Centro de Tecnología sin Cables, Peter Baltus, para referirse al nuevo dispositivo que él y su equipo han creado. "Todo el mundo está tan entusiasmado con el Internet de las cosas que los investigadores nos sentimos como obligados a que sea un éxito", confiesa. Para Baltus, el reto es inminente ("estamos hablando de que cada uno de nosotros va a llevar encima cientos de dispositivos sin cables") e implica dos grandes cambios en la manera de crear nuevos gadgets: eliminar las baterías y rebajar al máximo el coste de los aparatos sin cables. "Tenemos que acabar con eso de tener que ir cambiando las pilas, no solo por cuestiones medioambientales, sino también porque no nos podemos pasar el día sustituyéndolas, ni poniendo a cargar baterías de los nuevos cientos de dispositivos con los que vamos a convivir", describe Baltus. Para él, el pequeño tamaño y el poco peso de su sensor no son más que "la consecuencia" de resolver ese doble desafío antibaterías y low cost. 

 Para lograrlo, valoraron muchas opciones antes de atinar con la que, al menos conceptualmente, parecía más obvia: alimentar eléctricamente el dispositivo con la misma fuente con la que intercambiaba datos. "Valoramos dotarlo de energía fotovoltaica, u obtenida de vibración mecánica; también pensamos aprovechar el contraste térmico... pero es que solo planteaban problemas: no ofrecían un suministro continuo y requerían añadir más circuitos al sensor". Eso implicaba ampliar los costes, el peso y el tamaño, pero para eso estaba la wifi: garantizaba que el sensor contase con energía justo cuando la necesita. Por otro lado, escoger este sistema no les exigía añadir más circuitos, porque los de radio que lleva el chip bastaban para ambos propósitos (recibir y enviar datos y recibir energía) y les permitía integrar perfectamente el sensor entero en una pequeña pieza de silicio, sin añadir ningún componente. Así se reducían coste, tamaño y peso: el santo grial para los investigadores holandeses. 

La física no se lo iba a poner tan fácil, sin embargo. La wifi está pensada sobre todo para transmitir información, no energía. ¿Cómo asegurar que la transferencia de energía es eficiente? ¿Cómo hacer que el chip obtuviera la suficiente de la fuente emisora? Y una tercera, más obvia aún: ¿cómo es posible instalar una antena que capte bien la energía en un sensor tan pequeño? Para resolver el primer problema, los científicos forzaron a la estación base a emitir la señal en un haz relativamente estrecho, enfocado directamente al dispositivo. 

Si el sensor cambia de sitio, no es preciso reorientar la base porque es capaz, según los investigadores, de escanear 100 ubicaciones distintas por segundo. "Podría llevarlo encima un perro moviéndose y no perdería eficiencia", ejemplifica Baltus, aunque para eso será preciso ampliar la mínima distancia que ahora mismo separa al sensor del emisor, unos ridículos 2.5 centímetros. Para resolver los otros dos problemas, los investigadores tiraron de ingenio y de un rectificador (un circuito que convierte la energía alterna en energía continua) y trabajaron en frecuencias muy altas (unos 60 gigahercios), para las que una antena pequeña es suficiente. Ese rango del espectro electromagnético está abierto en la mayor parte de los países. 

 Futuras mejoras 

Para hacer su trabajo, el chip gasta solo un nanojulio, una nimiedad comparada con el consumo de cualquier aparato doméstico, pero suficiente para medir la temperatura y enviar el dato a la estación en solo 100 milmillonésimas de segundo. Eso sí, no les vale una estación de base cualquiera, ni mucho menos un router doméstico convencional: el aparato que han empleado aquí es muy sensible. 

Mejorar la base emisora es uno de los retos que ahora se plantean. "Hemos enfocado todo nuestro trabajo en fabricar el minisensor sin cables, y la verdad es que terminamos por hacer un trabajo muy rudimentario en la base". El investigador aventura que, incluyendo algunas mejoras en las antenas, podrá aumentarse la distancia entre emisor y sensor: "El alcance teórico del sensor es de cinco metros", apunta Baltus. Para ampliarlo, "hay que investigar más, en otra línea", apunta Baltus. El trabajo de investigación en el que se basa el sensor aparece recogida en una tesis doctoral.