Excelenciencia

Todo un mundo por iluminar

Xavier Pujol Gebellí

CIENCIA     |    NANOCIENCIAS    |    26/06/2015

Pocas veces se han generado tantas expectativas de nuevas y sorprendentes tecnologías como está sucediendo ahora mismo con el grafeno. Este nuevo material, al que se atribuyen un sinfín de características singulares, está llamado a ser uno de los grandes protagonistas de un fututo a punto de empezar. Combinado con las propiedades de la luz, como auguran investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas, una parte de ese futuro podría estar a la vuelta de la esquina.

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Ilustración de la aplicación de un fotovoltaje ultrarrápido en una interficie de grafeno | © Achim Woessner


Uno de los científicos que está escribiendo ya las ventajas de sumar el grafeno con la optoelectrónica, es Frank Koppens, físico formado en los Países Bajos que, tras su paso por Estados Unidos, ha recalado en el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO). Desde este centro, además de unas investigaciones en las que se aúnan luz y electricidad, fotones y electrones, participa de la coordinación junto con colegas de la Universidad de Cambridge, del mayor subprograma de uno de los grandes proyectos estratégicos de la Unión Europea, el dedicado a la investigación y desarrollo de nuevas tecnologías y aplicaciones basadas en el grafeno.

Koppens, al que le cuesta ser más concreto, describe su trabajo como líder del grupo de Optoelectrónica del ICFO como de investigación en conceptos "completamente nuevos" derivados del uso de la luz y la nanotecnología. "Cada vez más rápido, más sensible, más pequeño", dice de los valores que acompañan sus investigaciones. Luz y electricidad, "dos campos muy diferentes que estamos tratando de juntar", son sus compañeros de viaje junto con el grafeno.

De este último asegura que se trata de un nuevo material con una "combinación de propiedades únicas y fantásticas", tal como ya se ha constatado desde hace años en múltiples experimentos. Su estructura le permite ser el material más delgado conocido (puede estar formado por una única capa de átomos), así como el mejor material conductor. Del mismo modo, se ha verificado también su potencial para confinar luz o señales eléctricas.


El salto a la aplicación

El salto del laboratorio al producto de consumo aún tardará. Entre otras razones, porque queda mucho conocimiento por adquirir sobre las cualidades del grafeno; y porque en optoelectrónica queda igualmente trecho por recorrer. Sin embargo, con lo que hay es posible vislumbrar ni que sea tímidamente el futuro.

«Koppens puede presumir de un descubrimiento que podría sentar un nuevo paradigma: conseguir que la luz circule por el interior de un nanocircuito utilizando grafeno.»
"Hay ya investigadores que a están encontrando maneras de usar el grafeno en aplicaciones prácticas que podrían llegar al mercado en poco tiempo", defiende Koppens. Y los hay, agrega, porque muchas de las aplicaciones que los investigadores tenían en mente empiezan a ser vistas como factibles, aunque la tecnología no esté suficientemente madura. Ocurre en ordenadores personales, un ámbito en el que ya es posible imaginar procesadores en los que la información circula por nanocircuitos a través de la luz en lugar de los actuales circuitos electrónicos. O en smartphones u otros dispositivos "ahora mismo ni siquiera imaginados".

La conversión entre luz y señales eléctricas, el área de trabajo específica del investigador neerlandés, abre también la puerta a nuevas técnicas médicas de imagen; aplicaciones en materia de seguridad y calidad alimentaria; sensores ambientales de mayor precisión o mejoras aplicables a aumentar la eficiencia energética. Y desde el punto de vista del consumidor, queda abierta la veda para la puesta a punto de todo tipo de artilugios inteligentes "de los de llevar puestos", desde ropa inteligente dotada de sensores médicos y ambientales, hasta relojes que marcan mucho más que la hora o gafas con un ordenador completo incorporado en sus cristales. "El grafeno permite aplicaciones con gran flexibilidad", señala Koppens, "lo que facilita la optoelectrónica flexible".


Empezando por el principio

Para que las expectativas se transformen en realidad, grupos de investigación similares al del científico del ICFO llevan años afinando la tecnología disponible en busca de desarrollos concretos. En los últimos tiempos, el equipo de Koppens ha desarrollado sensores ultrarrápidos que en un futuro próximo podrían ser usados en la comunicación de datos. Complementariamente, han puesto a punto un método para la manipulación de la luz en nanocircuitos, además de metodologías de detección en el rango de luz no visible. Esta amplia gama de sensores ya sería posible con la tecnología actual, pero a un coste excesivo, dice el experto. "Hay que simplificar la tecnología y reducir enormemente los costes."

Frank Koppens: «Hay que simplificar la tecnología y reducir enormemente los costes.»
Por el momento, Koppens puede presumir de un descubrimiento que podría sentar un nuevo paradigma: conseguir que la luz circule por el interior de un nanocircuito utilizando grafeno. Su hallazgo, publicado en la revista Nature Materials, evidencia un circuito "50 veces más rápido" que uno convencional. En ese circuito, al aplicar un voltaje eléctrico, se puede direccionar la luz, además de interrumpir a voluntad su circulación, a modo de interruptor. "Hemos conseguido controlar la luz mediante señales eléctricas", resume. Es el primer paso para un circuito fotónico útil para nuevos ordenadores, teléfonos móviles o dispositivos que requieran un procesador.


El sexto sentido

En la optoelectrónica y alguna de sus aplicaciones previsibles, Frank Koppens ve la posibilidad de ampliar las capacidades sensoriales humanas. "Serán como un sexto sentido", avanza. Un sentido que, añade de inmediato, conectará la percepción de uno mismo con su entorno a través de sensores fotónicos ultrarrápidos, y también con su interior para "ver", literalmente, qué ocurre en órganos y tejidos al tiempo que en los cristales de unas gafas el display mostrará resultados de análisis de sangre u orina.

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El grafeno es una de las grandes apuestas tecnológicas de la UE | Graphene Flagship


La combinación de luz y grafeno, en su opinión, va a generar un mundo de tecnologías disruptivas, algo que, por otra parte, se está valorando desde la propia Unión Europea a través del Graphene Flagship, el macroprograma que prevé el desarrollo de nuevas tecnologías y aplicaciones en el próximo decenio.

Aunque es difícil predecir cómo responderá la sociedad a la entrada en el mercado del grafeno, Koppens se muestra optimista: "Antes nadie necesitaba un teléfono móvil; hoy todo el mundo tiene uno", recuerda. "Se está concibiendo una tecnología que te permitirá saber más de ti mismo y del mundo que te rodea", vaticina. Y si eso es así, la industria, incluida la de consumo, debería empezar a preverlo. Entre otras razones, por que una parte de la combinación de luz y grafeno ya ha salido de las paredes de los laboratorios académicos para entrar en los de alguna empresa. No es ciencia ficción, insiste el experto, "es el futuro".





Xavier Pujol Gebellí

Periodista

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