La radio más pequeña del mundo

Los investigadores han creado la radio más pequeña del mundo a partir de un nanotubo de carbono. El nanotubo, colocado entre dos electrodos, combina las funciones de todos los componentes eléctricos principales de una radio, incluidos el sintonizador y el amplificador. Puede sintonizar una señal de radio y reproducir el audio a través de un altavoz externo.



Buenas vibraciones: Un solo nanotubo de carbono puede sintonizar una señal de radio, amplificarla y demodularla para obtener el audio codificado en la onda de radio portadora. El nanotubo comienza a vibrar (izquierda) en sintonía con una señal de radio si la señal está en la misma frecuencia que la frecuencia de resonancia natural del nanotubo. Los desarrolladores de la radio de nanotubos transmitieron canciones, incluidas Good Vibrations, de los Beach Boys, y Largo, de la ópera Xerxes de Handel, en el laboratorio y pudieron sintonizarlas y escucharlas utilizando la radio de nanotubos.

Si bien la aplicación práctica de la radio es incierta, podría usarse en sensores biológicos y ambientales. Los investigadores ahora están desarrollando sensores microelectromecánicos (MEMS) para medir los niveles de azúcar en sangre o los marcadores de cáncer en el cuerpo. En lugar de que los investigadores utilicen una etiqueta de identificación por radiofrecuencia del tamaño de una estampilla, se podría empaquetar una radio de nanotubos con el sensor basado en MEMS e inyectarla directamente en el torrente sanguíneo, dice Alex Zettl , físico experimental de la Universidad de California, Berkeley, que lidera el desarrollo de la radio de nanotubos. Una vez en el cuerpo, la radio podría proporcionar comunicación inalámbrica entre los diminutos sensores biológicos y un monitor externo. Sin embargo, para hacer eso, la radio de nanotubos tendría que funcionar como transmisor. En este momento, solo está configurado como receptor, pero Zettl dice que la misma física funcionaría como transmisor.





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La radio de nanotubos funciona de manera diferente a la de una radio convencional. Los radios convencionales tienen cuatro partes funcionales principales: antena, sintonizador, amplificador y demodulador. Las ondas de radio que caen sobre una antena de radio crean corrientes eléctricas a diferentes frecuencias. Cuando alguien selecciona una estación de radio, el sintonizador filtra todas las frecuencias menos una. Los transistores amplifican la señal, mientras que un demodulador, típicamente un rectificador o un diodo, separa los datos (la música u otro audio) que se han codificado en una onda electromagnética portadora.

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El equipo de Zettl utilizó un nanotubo de carbono para todas estas funciones. Debido a sus propiedades eléctricas únicas, los nanotubos de carbono se han utilizado anteriormente para fabricar componentes electrónicos como diodos, transistores y rectificadores. Fue una revelación que todo esto pudiera integrarse en el mismo [nanotubo], dice Zettl.

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  • Vea y escuche la radio de nanotubos.

El nanotubo crece sobresaliendo de una superficie de tungsteno, que actúa como un electrodo negativo. La punta del nanotubo de carbono también está cargada negativamente. Un vacío separa el nanotubo de un electrodo de cobre positivo. Los investigadores usan una batería externa para aplicar voltaje entre los dos electrodos. Los electrones saltan desde la punta del nanotubo negativo al electrodo positivo, creando lo que se llama una corriente de emisión de campo.



Zettl explica que el nanotubo no actúa como antena en el sentido convencional. Es decir, en lugar de captar ondas electromagnéticas eléctricamente, las capta mecánicamente. Esto sucede debido a la frecuencia de resonancia natural del nanotubo. Tan pronto como encuentra ondas de radio que coinciden con la frecuencia, el nanotubo comienza a vibrar al paso de las ondas, sintonizándose efectivamente solo con esa señal de radio. Las vibraciones del nanotubo cambian la corriente de emisión del campo y las vibraciones mecánicas se convierten en una señal eléctrica. Una batería externa alimenta la corriente de emisión de campo y amplifica la señal de radio. La emisión de campo es naturalmente asimétrica: permite que la corriente fluya solo en una dirección, al igual que los diodos y rectificadores utilizados en los demoduladores. Entonces, el nanotubo también actúa como demodulador y detecta la música codificada en la onda portadora.

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Para sintonizar una estación de radio diferente, los investigadores cambian la frecuencia de resonancia del nanotubo. Lo hacen cambiando el voltaje aplicado a través de los electrodos. Es como afinar una cuerda de guitarra, dice Zettl. El campo eléctrico tira del nanotubo. Con el mismo nanotubo, los investigadores pueden cubrir toda la banda de radio FM.

Cees Dekker , un investigador de nanotubos de la Universidad Tecnológica de Delft, en los Países Bajos, considera que la nueva radio es una demostración atractiva de que se pueden usar dispositivos muy simples para [herramientas] cotidianas. Queda por ver si el dispositivo se usa o no para sensores, dice, pero por ahora, la simple demostración es un buen comienzo.

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