INGENIERÍA Grabación de datos en un disco duro mil veces más rápida que ahora

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Grabación de datos en un disco duro mil veces más rápida que ahora

La capacidad de almacenamiento de los discos duros está incrementándose de forma espectacular, pero la velocidad con la que todos esos datos pueden ser escritos ha alcanzando su límite. Unos investigadores han presentado una nueva y prometedora tecnología que permite potencialmente a los datos ser almacenados 1.000 veces más rápido. La tecnología, en la que pulsos láser ultracortos generan una “corriente de espín”, abre también el camino hacia futuros chips ópticos de ordenador.

Un disco duro almacena bits en forma de diminutos dominios magnéticos. Las direcciones de los polos norte y sur magnéticos de tales dominios, que llamamos magnetización, determinan si son un 0 ó un 1. Los datos son almacenados cambiando la dirección de la magnetización de los bits asociados. Actualmente, esto se hace usando un cabezal de escritura para crear un campo magnético local, que hace que el bit cambie la dirección.

Cuanto más fuerte es el campo magnético local, más rápido ocurre el cambio. Pero esto depende de un límite que ahora casi se ha alcanzado.

El equipo de físicos dirigido por Bert Koopmans, de la Universidad Tecnológica de Eindhoven en los Países Bajos, se ha basado para su nueva tecnología en una propiedad especial de los electrones, el espín, una especie de brújula interna en esas partículas. Usando pulsos láser ultracortos, se genera en un material especial un flujo de electrones, los cuales tienen todos el mismo espín. La “corriente de espín” resultante cambia las propiedades magnéticas del material.

Impresión artística de un pulso láser cambiando un bit magnético. (Imagen: Universidad Tecnológica de Eindhoven)

El concepto básico de la nueva tecnología es el siguiente: Dos capas magnéticas, cada una con una magnetización diferente, se hallan separadas por una capa neutra. Un pulso láser golpea a electrones en la capa superior. Esto causa que tales electrones se muevan a través del material, en dirección a la segunda capa. El espín de estos electrones, en la dirección de la magnetización de la capa superior, ejerce una fuerza sobre el espín de los electrones en la capa inferior, haciéndolos girar en la misma dirección. Esto hace que cambie la magnetización en la segunda capa.

El cambio en la magnetización es del orden de los 100 femtosegundos, es decir, unas 1.000 veces más rápido que lo que es posible con la tecnología actual.

INGENIERÍA Faros de automóvil “inteligentes” que iluminan mejor y sin deslumbrar

Un sistema inteligente de faros de automóvil creado recientemente por unos científicos permite al conductor aprovecharlos al máximo sin el peligro de deslumbrar a conductores que se les acerquen de frente ni de resultar deslumbrado él mismo por el brillo que se genera al iluminar lluvia o nieve de noche.

El sistema inteligente de faros, que es programable, detecta a los vehículos que se acercan y hace un seguimiento de los mismos, lo cual le permite bloquear la luz solamente en las parcelas del haz proyectado que de otro modo alcanzarían el parabrisas del vehículo o vehículos que se aproximan. Cuando llueve o nieva, el sistema inteligente de faros mejora la visibilidad del exterior para el usuario al hacer un seguimiento de los copos de nieve o gotas de lluvia individuales en las inmediaciones del automóvil y bloqueando los finísimos rayos de luz del haz del faro que de otro modo incidirían sobre los copos o gotas cercanos y se reflejarían de vuelta hacia el automóvil deslumbrando al conductor.

Incluso después de 130 años de historia y desarrollos técnicos en el campo de los faros para automóviles, hoy en día más de la mitad de los accidentes de coche y víctimas mortales de los mismos se producen de noche, a pesar del hecho de que hay mucho menos tráfico de noche que de día.

En cambio, el sistema desarrollado por el equipo de Srinivasa Narasimhan y Robert Tamburo, de la Universidad Carnegie Mellon en Pittsburgh, Pensilvania, Estados Unidos, permite disfrutar de faros más brillantes que cualquiera de los hoy disponibles en el mercado y que además, a diferencia de estos, no causan deslumbramientos a otros conductores en la carretera.

El sistema diseñado por Narasimhan, Tamburo y el resto de los científicos del grupo usa un proyector DLP (por las siglas en inglés de Digital Light Processing, o Procesamiento Digital de la Luz), en vez de un faro típico o de un conjunto de LEDs. Esto permite dividir el haz de luz en un millón de rayos delgados, cada uno de los cuales puede ser controlado de manera independiente por el ordenador de a bordo.

El sistema inteligente de faros detecta a los vehículos que se acercan y oscurece las porciones del foco que incidirían contra sus parabrisas, como muestra el gráfico superior. Las fotos (abajo) muestran cómo se ve un faro inteligente desde otro coche acercándosele de frente cuando la función antideslumbramiento está desconectada y cuando está conectada. (Imágenes: Instituto de Robótica de la Universidad Carnegie Mellon)

La cámara del sistema vigila la carretera, haciendo un seguimiento de los vehículos que se acercan, las eventuales gotas de lluvia o copos de nieve, y también otros objetos de interés como las señales de tráfico. El millón de rayos de luz pueden entonces ser ajustados por el sistema de modo que los que incidirían sobre el parabrisas de otro vehículo no lo hagan, mientras que el resto de los rayos pueden iluminar con plena intensidad todo lo demás, incluyendo las señales de tráfico. Estos cambios constantes en la configuración del foco de luz no suponen diferencias significativas en la iluminación general, de tal modo que el usuario normalmente ni se percatará de ellos.

El tiempo que transcurre desde la detección por la cámara hasta el correspondiente ajuste en la iluminación es de entre 1 y 2,5 milésimas de segundo. Esta reacción casi instantánea significa que en la mayoría de los casos el sistema no necesita algoritmos sofisticados para predecir dónde un vehículo que se acerca o un copo o gota estarán cuando entren en acción los ajustes al haz de luz.

El sistema es capaz de mantener un foco potente en la carretera sin deslumbrar a otros conductores siempre y cuando la velocidad del automóvil del usuario no supere lo que es normal en una autopista. La lluvia y la nieve son más exigentes en ese sentido, y el sistema solo puede reducir eficazmente el brillo indeseado si el automóvil circula a baja velocidad. Con velocidades más altas el sistema pierde eficacia. De todos modos, cuando llueve o nieva siempre es mejor conducir despacio. Y también conviene evitar velocidades excesivas en las autopistas.

Además de impedir deslumbramientos, el proyector puede ser empleado para proyectar líneas que marquen mejor el carril para el conductor, algo muy útil en casos de carreteras con la pintura de las rayas deteriorada o cuando la nieve dificulta ver tales bordes. Cuando el sistema trabaja conectado a un dispositivo de navegación, los faros programables pueden también proyectar flechas u otras señales direccionales sobre puntos de la carretera para indicarle al conductor dónde exactamente debe girar o hacer otras operaciones.

Todo esto y más se puede hacer con un mismo faro inteligente.

INGENIERÍA Reciclar baterías de automóvil viejas para fabricar células solares

Un método propuesto recientemente por unos investigadores permitiría reciclar materiales procedentes de baterías de coche desechadas (una fuente potencial de contaminación por plomo) en nuevos paneles solares de larga vida útil que proporcionarían energía libre de emisiones. El mismo proceso tendría doble utilidad.

El sistema, ideado por el equipo de Angela M. Belcher, Paula T. Hammond y Po-Yen Chen, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, se basa en un avance reciente en las células solares que hace uso de un compuesto basado en la perovskita, un mineral descubierto en Rusia en la década de 1830. Los compuestos de este tipo para células solares han progresado rápidamente desde los resultados prometedores pero modestos de los experimentos iniciales hasta un punto donde su eficiencia es casi tan competitiva como la de otros tipos de células solares.

Las descripciones iniciales de la tecnología de la perovskita identificaron la utilización de plomo, cuya producción a partir de menas sin procesar puede producir residuos tóxicos, como una desventaja. Pero, utilizando plomo reciclado de viejas baterías de automóvil, el proceso de fabricación puede ser empleado para desviar material tóxico de los vertederos y reutilizarlo en paneles fotovoltaicos que podrían continuar produciendo energía durante décadas.

Este nuevo uso del plomo de las baterías reviste especial importancia ya que la tecnología de las baterías está sufriendo cambios rápidos, con nuevos tipos más eficientes, como por ejemplo las de ión-litio, que se están apoderando rápidamente del mercado. A medida que se complete esta transición, solo en Estados Unidos serán 200 millones las baterías de plomo-ácido que  acabarán por ser retiradas, y eso podría causar muchos problemas medioambientales.

El plomo de una sola batería de coche podría abastecer a suficientes paneles solares como para que proporcionasen energía para 30 hogares. (Ilustración: Christine Daniloff / MIT)

Hoy en día, en países como Estados Unidos, el 90 por ciento del plomo recuperado del reciclaje de viejas baterías se emplea para producir nuevas baterías, pero con el tiempo, el mercado de las nuevas baterías de plomo-ácido es probable que disminuya, dejando potencialmente una gran acumulación de plomo sin aplicación obvia.

En un panel solar, la capa que contiene plomo estaría totalmente encapsulada por otros materiales, lo que se da en la actualidad con muchos paneles solares. Esto limita el riesgo de contaminación por plomo en el medio ambiente. Cuando los paneles acaban siendo retirados, el plomo puede ser reciclado en nuevos paneles solares.

Sorprendentemente, debido a que el material fotovoltaico basado en la perovskita adopta la forma de una película delgada de apenas medio micrómetro de grosor, el análisis del equipo de investigación muestra que el plomo de una sola batería de coche abastecería a suficientes paneles solares como para suministrar energía para 30 hogares.

Como ventaja adicional, la producción de células solares basadas en perovskita es un proceso relativamente simple y benigno. Tiene la ventaja de ser un proceso a baja temperatura, y el número de pasos es reducido en comparación con la fabricación de células solares convencionales.

Todos esos factores ayudarán a que el nuevo método de producción se pueda poner en práctica a gran escala y a bajo costo.