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Los receptores de ondas de radio se redujeron a una centésima parte de su tamaño original.

Michele y Tom Grimm/Alamy

Un nuevo diseño podría hacer antenas voluminosas, que se muestran aquí en una torre de telefonía celular, hasta cien veces más pequeñas.

Las antenas de metal que envían y reciben señales de televisión y ondas de radio pronto podrían ser reemplazadas por películas diminutas hasta cien veces más pequeñas, dicen los científicos. Entre los posibles beneficios se encuentran teléfonos inteligentes más pequeños y tecnología portátil, y dispositivos implantables miniaturizados para estimular las células cerebrales.

Las antenas convencionales son voluminosas porque transmiten señales haciendo oscilar una corriente de electrones arriba y abajo de un cable de metal, enviando radiación electromagnética (EM) con una longitud de onda relacionada con el tamaño del cable. Para la parte más utilizada del espectro de ondas de radio, esto significa que las antenas deben tener centímetros, o decenas de centímetros, de largo, según la longitud de onda de la radiación que emiten.

Pero en un artículo publicado en Nature Communications1, el ingeniero Nian Xiang Sun, de la Universidad Northeastern en Boston, y sus colegas informan sobre la creación de antenas en miniatura que detectan y transmiten señales EM de una manera nueva. En este diseño, las antenas que detectan y emiten ondas de radio pueden tener menos de un milímetro de ancho, dice Sun.

Las antenas prototipo funcionan acoplando ondas acústicas (vibraciones en un material) con ondas electromagnéticas. Emplean una membrana piezoeléctrica delgada, que vibra cuando se somete a una corriente eléctrica. Esta vibración, a su vez, estira y comprime una película adherida que contiene partículas magnéticas. Esa acción crea un campo magnético oscilante y, a su vez, una onda electromagnética. El proceso ocurre a la inversa para captar ondas de radio: la radiación entrante establece un campo magnético oscilante en la película, que induce vibraciones en la membrana adherida, cuya forma cambiante genera la señal eléctrica.

La antena puede ser tan pequeña porque las ondas acústicas en su membrana viajan más lentamente que las ondas electromagnéticas que generan. Una onda de radio de frecuencia ultra alta de 1 GHz (gigahercios), por ejemplo, oscila mil millones de veces por segundo. En una milmillonésima de segundo, esta onda, moviéndose a la velocidad de la luz, recorre 30 centímetros. Pero una película delgada que oscila a la misma frecuencia se mueve solo unos pocos cientos de nanómetros.

La idea de una antena magnética ultracompacta se propuso hace dos años2, pero esta es la primera vez que se prueba un prototipo, dice Sun. "Este trabajo ha llevado el concepto original un paso más cerca de la realidad", dice Yuanxun Ethan Wang de la Universidad de California en Los Ángeles, uno de los científicos que ideó la teoría subyacente. Wang advierte que aún no está claro si las antenas pequeñas superan a las antenas tradicionales en todos los aspectos.

Sun dice que su equipo ya está trabajando con empresas para comercializar la tecnología y espera que los sistemas de comunicación que utilizan estas pequeñas antenas estén en uso "dentro de dos o tres años".

Las antenas podrían usarse en chips en el cerebro, dice Sun. Los investigadores biomédicos ya utilizan la estimulación magnética transcraneal, en la que una bobina magnética colocada fuera de la cabeza induce corrientes eléctricas dentro del cerebro, para tratar la depresión y la migraña; la técnica también se está investigando para tratar los trastornos del aprendizaje. Pero dirigir las ondas electromagnéticas desde la bobina es complicado. Un chip implantable y controlable que recibe y emite radiación electromagnética podría estimular las neuronas con mayor precisión, si su antena pudiera encogerse.

Sun cree que las aplicaciones de consumo, como las tecnologías portátiles y los teléfonos inteligentes, también podrían beneficiarse. El tamaño de la antena no siempre es el factor limitante para los teléfonos inteligentes, pero los desarrolladores están incorporando cada vez más múltiples antenas de diferentes tamaños para servicios como Wi-Fi, GPS y comunicación de campo cercano para pagos sin contacto, señala Sun, por lo que reducir el tamaño de las antenas podría ayudar a simplificar su diseño.

Nan, T. et al. Naturaleza Común. http://dx.doi.org/10.1038/s41467-017-00343-8 (2017).

Yao, Z., Wang, YE, Keller, S. y Carman, GP IEEE Trans. Propagación de antenas 63, 3335–3344 (2015).

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