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Chips electrónicos capaces de repararse a sí mismos

Un equipo de ingenieros del Instituto de Tecnología de California (Caltech) ha desarrollado un chip electrónico con mecanismos de autorreparación integrados, que funciona de manera similar a como lo hace el sistema inmune del cuerpo humano.

Pie de foto: El sistema de autosanación muestra fotos del transistor antes y después del corte con láser. Foto: Calltech/ Steven M. Bowers.

Precisamente, el Consejo de Tecnologías Emergentes del Foro Económico Mundial (WEF) en su lista de las diez tecnologías emergentes del año, publicada el pasado 14 de febrero, incluía el apartado de materiales que se arreglan solos: “Una de las características que definen a los seres vivos es su habilidad inherente para curarse a sí mismos. Una tendencia en auge es la biomimética, que consiste en crear materiales inertes capaces de autorrepararse cuando se cortan, desgarran o agrietan. Esta tecnología permitirá alargar la vida útil de mercancías, reducir la demanda de materias primas y mejorar la seguridad de materiales usados en la construcción de aeronaves”.

El equipo, formado por miembros del laboratorio de Circuitos Integrados en la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Caltech, ha demostrado la capacidad de autosanación en amplificadores de pequeña potencia. En el más concluyente de sus experimentos, el equipo destruyó varias partes del objeto con un láser de alta potencia, y luego observó como los chips desarrollaban, de manera automática, una solución en menos de un segundo.

“Fue increíble la primera vez que el sistema logró curarse a sí mismo. Me sentí como si estuviéramos presenciando el paso siguiente en la evolución de los circuitos integrados”, dice Ali Hajimiri, profesor de Ingeniería Eléctrica en Caltech. “Habíamos eliminado la mitad del amplificador, con muchos de sus componentes destruidos, como los transistores, y fue capaz de regenerarse hasta casi su rendimiento ideal”, explica Hajimiri.

Los resultados de la investigación aparecen en la edición de marzo de “IEEE Transactions on Microwave Theory y Técnicas”. Los ingenieros de Caltech pretendían crear chips de circuitos integrados de una capacidad de curación similar a la de nuestro propio sistema inmune, que fuera capaz de detectar y responder rápidamente a cualquier ataque con el objetivo de mantener la capacidad de trabajo de forma óptima.

El amplificador diseñado emplea sensores capaces de controlar temperatura, corriente, tensión y potencia. La información de estos sensores llega a un procesador central que actúa como el “cerebro” del sistema. Este “cerebro” analiza el rendimiento general del amplificador y determina si es necesario ajustar cualquiera de los elementos.

El “cerebro” del chip no funciona basándose en algoritmos que responden a cada situación posible. En su lugar, se extraen conclusiones gracias a la respuesta global de los sensores. “Usted le dice al chip los resultados que quiere y le deja que encuentre la manera de producir esos resultados”, argumenta Steven Bowers, estudiante graduado en el laboratorio de Hajimiri y autor principal del estudio. “El desafío es que hay más de 100.000 transistores en cada chip. No sabemos todas las cosas que pueden salir mal, y no hace falta. Hemos diseñado el sistema de una manera bastante general para que halle el estado óptimo para todos los elementos en cualquier situación sin intervención externa”, sentencia Bowers.

El equipo constató que los amplificadores con la capacidad de autosanación consumen la mitad de energía que los que no tienen, y su desempeño general fue mucho más predecible y reproducible. Cuatro tipos de problemas han detectado que aborda la autocuración: envejecimiento de los componentes, condiciones ambientales como cambios en carga o temperatura, diferencias en la tensión de alimentación y la destrucción de parte de los circuitos.

El equipo de Caltech decidió demostrar esta capacidad de autosanación por primera vez en un amplificador de potencia para frecuencias de ondas milimétricas. Estos están en la vanguardia de la investigación y resultan útiles para la próxima generación de comunicaciones, imágenes, sensores y aplicaciones de radar. Los investigadores esperan que el enfoque de autocuración pueda extenderse cualquier otro sistema electrónico.
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