Enviar energía y datos sin cables mediante ultrasonidos

A pesar de que ha supuesto un gran avance, la tecnología inalámbrica presenta carencias. Por ejemplo, no es aplicable en los sensores de seguridad de los barcos y aviones debido al ‘efecto jaula de Faraday’. Pero, ahora, un grupo de científicos ha desarrollado un sistema wi-fi mediante ultrasonidos que soluciona ese problema.

La transmisión de datos sin cables, popularmente conocida como wi-fi, lleva funcionando unos años, especialmente en el ámbito de la Informática e Internet. Desde mandos a distancia hasta conexiones inalámbricas a la Red para los ordenadores o los teléfonos móviles e incluso teclados e impresoras que funcionan mediante tecnología wi-fi, casi todos contamos con alguno de estos dispositivos, que se han introducido en nuestra vida cotidiana.

Sin embargo, estos sistemas inalámbricos convencionales presentan algunas carencias y, según en que casos, son realmente inefectivos. Por ejemplo, en el caso de los sensores de seguridad de aviones y barcos. Éstos tienen que situarse en el exterior de sus cascos pues, mediante la tecnología wi-fi resultan completamente inútiles.

Retrato de Faraday, Maxwell y Hertz

Retrato de Michael Faraday junto a Maxwell y Hertz

Ello se debe a un principio físico que se conoce como ‘efecto jaula de Faraday’, en honor a este científico británico experto en electromagnetismo y electroquímica del siglo XIX que fue quién lo enunció y demostró experimentalmente.

Esta teoría dice que, cuando un conductor se encuentra en equilibrio, el campo magnético en su interior es nulo. Es decir, cuando un conductor que está sometido a un campo magnético externo se polariza de forma que queda cargado positivamente en la misma dirección en que va el citado campo electromagnético y negativamente en sentido contrario, se genera un campo eléctrico de la misma magnitud pero sentido opuesto al electromagnético y la resultante en el interior del conductor es cero o, dicho con otras palabras, el campo magnético dentro del conductor es nulo.

Esta larga definición resulta un tanto compleja para los no iniciados. Sin embargo, si señalamos que, cuando un teléfono móvil deja de funcionar en el interior de un ascensor, se debe al ‘efecto jaula de Faraday’, quedará mucho más clara. Y, en otro sentido, algo similar ocurre cuando hay tormenta y vamos en avión: los rayos no afectan al interior de éste por el mismo motivo.

Para verlo aún más claro, podemos realizar un sencillo experimento. Tomamos un aparato de radio sintonizado en onda media. Si lo envolvemos en un periódico, continúa oyéndose pero, si lo hacemos en papel de aluminio, automáticamente deja de escucharse. Hemos realizado una jaula de Faraday.

Pero nos hemos desviado del tema. Decíamos que los sensores de seguridad de aviones y barcos deben situarse en el exterior e ir unidos a los aparatos por cables debido a que la tecnología wi-fi resulta poco eficaz a causa del efecto mencionado.

El sensor es incapaz de transmitir sus datos a través del casco y, por este motivo, debe unirse a los instrumentos del interior con cables que, además de requerir costosos gastos de instalación, al agujerear aquél, aumentan el riesgo de sufrir percances graves como vías de agua y fallos en la estructura de las naves. Por tanto, el uso de tecnología inalámbrica constituiría un avance importante en aeronáutica respecto a la seguridad de los pasajeros.

Foto de un barco de guerra

Los sensores de seguridad de los barcos no pueden usar tecnología wi-fi

Sin embargo, como los sistemas wi-fi tradicionales resultan defectuosos, se viene buscando desde hace tiempo por parte de la comunidad científica otro tipo de tecnología que permita que estos instrumentos funcionen sin cables.

Y ahora un grupo de investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer de Estados Unidos al cargo de Tristan Lawry parecen haber dado con una solución. Esta institución, ubicada en el estado de Nueva York, es una de las más prestigiosas en cuanto a Ciencia e Ingeniería del país y llevaba tiempo trabajando sobre este tema.

El equipo de Lawry cree haber hallado un nuevo sistema de transmisión de grandes cantidades de datos y de energía mediante el uso de ultrasonidos capaces de atravesar gruesos muros metálicos.

El ultrasonido es una onda acústica o sonora cuya frecuencia se sitúa por encima del espectro audible por el ser humano. Pero no se trata de ningún invento científico. Se encuentra en la Naturaleza desde el principio de los tiempos. De hecho, es lo que utilizan, por ejemplo, los delfines o los murciélagos para orientarse (lo que se conoce como ‘electrolocalización’): emiten ondas de ultrasonidos que ‘rebotan’ con los objetos que hay alrededor permitiendo a aquéllos hacerse una composición del sitio donde se hallan para no chocar.

Pues bien, Lawry y sus colaboradores han diseñado un sistema que, mediante los citados ultrasonidos, permite propagar señales de forma sencilla a través de gruesos muros de metal u otros materiales sólidos.

El modelo que han desarrollado parte de una señal eléctrica que, mediante un transductor piezoeléctrico (se denomina así a aquél que es capaz de añadir o restar electricidad a un cristal), se convierte en acústica y atraviesa el muro para alcanzar otro transductor que realiza la operación inversa, es decir, convierte la señal acústica de nuevo en eléctrica.

Foto de un delfín

Los delfines utilizan ultrasonidos para orientarse

Por si ello fuera poco, su sistema posee dos canales ultrasónicos para que la energía y los datos se transmitan de forma independiente, sin que se produzcan interferencias entre ellos.

El modelo experimental de Lawry ha conseguido transmitir, de modo simultáneo y continuado, cincuenta vatios de energía y más de doce megabytes por segundo de datos, en tiempo real, a traves de una sólida plancha de acero de seis centímetros de grosor. Algo a lo que los experimentos anteriores ni siquiera habían logrado acercarse. Además, los investigadores creen que, con unas pequeñas modificaciones, su diseño podrá sostener velocidades de transmisión de datos y de energía mucho más elevadas.

Realmente, parece un juego de prestidigitación de esos tan habituales que nos muestran algún objeto a un lado de una pared opaca y, poco después, al otro sin que exista ningún medio para transladarse. Sin embargo, es real y abre un campo verdaderamente apasionante para la Física que quién sabe hasta dónde puede llevarnos en un futuro.

Por el momento y en palabras del propio Lowry, que aún es estudiante de Doctorado, la aplicación que han desarrollado podría tener un sin fin de aplicaciones en cualquier lugar donde sea preciso controlar sensores dentro de entornos aislados. Por ejemplo, en reactores nucleares, vehículos blindados, pozos petrolíferos, sumergibles que exploren zonas abisales e incluso naves y satélites que exploren el espacio.

Fuentes: Noticias de la Ciencia y Asterión.

Foto: Faraday, Maxwell y Hertz: Maugdo Vásquez López en Artelista | Barco de guerra: Thomas Nugent en Geograph | Delfín: Linsday en Arte y Fotografía.

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