NanoRadios

Originalment: NanoTube Radio.

Ahir estava llegint un paper bastant interessant, d'un tema que va sorgir parlant amb el "nanoteam" així sobre idees del Josep Miquel. Va sortir la Nano-electromecànica, concepte que expicat per ell semblava bufar i fer ampolles. És per això que em va semblar interessant i em vaig posar a buscar...

Em vaig topar amb un grup de recerca de la Universitat de Berkeley que maneja el tema bastant bé. Un dels papers que hi vaig trobar tenia just aquest nom: "Nanotube Radio". La idea principal és que fent servir un tub de dimensions "nano" fet d'un material anomenat grafí (graphene) i que està a tot arreu en aquests móns de déu, s'aconsegueix reproduir la funció de fins a quatre components d'una ràdio convencional.

Heus aquí un nanotub, suposadament...

Fins ara, la miniaturització d'una ràdio ha vingut donada pel tema de fer cada cop més petits els components. Això es pot fer, però fins cert punt. D'això se l'anomena Top-Down Approach, que en anglès seria "de arriba a abajo". Tu tens un aparell i estàs a dalt de tot, i intentes anar fent-lo petit, cada cop més avall.

----------------------------------------------------------
Sigui com sigui, anem per parts. Com funciona una ràdio?

Se sap que l'oïda humana pot arribar a percebre senyals fins a 20kHz. La parla se sol comprendre fins a 4 kHz. Això vol dir, que quan la nostra veu passa per un micròfon, el senyal que es capta té moltes components: una d'elles es repeteix 1000 cops per segon (1 kHz), una altra 2000 cops (2 kHz) i així infinitament entre 0 i 4 kHz. Aquest és "l'ample de banda".

Quan una emissora de ràdio emet, el que fa és passar aquest senyal a una freqüència determinada, més alta, mitjançant un procés que es diu modulació en freqüència (o freqüència modulada: FM). Com sabeu, per la ràdio convencional, aquest nombre està entorn als 100 MHz, 100 milions de repeticions per segon. Les emissores paguen per poder emetre a cert CANAL de freqüència (el que sintonitzem a la ràdio, aquesta freqüència a la que l'emissora passa el senyal), amb cert AMPLE DE BANDA, de manera que mai dos canals se solaparan. Això és clau per explicar la recepció.

Una ràdio rep, mitjançant una antena, senyals que viatgen en tot el ventall de freqüències que ens interessa. Més tard, un filtre deixarà passar NOMÉS el senyal de la freqüència que nosaltres haguem seleccionat. Més tard un amplificador variable augmentarà la potència del senyal perquè ho poguem sentir bé (sí sí, quan pugem el volum estem tocant aquest amplificador). Finalment, un demodulador tornarà a passar la veu o la música o el que sigui a la seva freqüència original, que farà que ho poguem sentir a través d'un altaveu.


Tant el filtre de sintonització, com l'amplificador com el demodulador són circuits electrònics, actualment. Quan comentava el tema de la miniaturització, passava per fer cada cop més petits aquests circuits. Però arriba un moment, que per temes físics i atòmics fins i tot podríem dir, s'arriba a un límit. Pel cas de l'antena succeeix una cosa semblant: no la podem fer infinitament petita perquè llavors perd la seva capacitat de detectar senyal en aquestes freqüències que ens interessen.

----------------------------------------------------------
És aquí doncs, on la nanotecnologia, o com vulgueu dir-li ha de trobar noves solucions. Estant en el laboratori, parlant amb la gent, i llegint papers, es parla molt de novel solutions, de novel paradigms, és a dir, de solucions i models nous, trencadors, que no tinguin res a veure amb el que ja sabem del món; noves veritats.

La gràcia de la investigació d'aquesta gent és que amb un tub de 500nm de llarg i pocs nm de diàmetre, ha conseguit crear l'efecte simultani d'una antena, del filtre, de l'amplificador i del demodulador. El circuit consisteix en el nanotub acoblat a un electrode, i molt aprop d'un altre electrode. Una font de corrent dóna energia a tot el circuit.


La font carrega d'electrons el nanotub, cosa que el fa sensible a camps elèctrics oscil·lants. Quan una senyal de certa freqüència fa incidència sobre el nanotub, aquest vibra, fent passar electrons a l'electrode que té encarat, creant un corrent que justament segueix la forma del senyal. Ja tenim la recepció. Per tant, podem dir que actua d'antena.

Depenent de la intensitat de la font, el tub serà sensible a unes o altres freqüències. És com una corda de guitarra: amb la font podem tensar o destensar el nanotub (que fa de corda) de manera que vibri per freqüències més altes o baixes (més agut o més greu). Així doncs, la part de filtre sintonitzador està solucionada. Aquest procés es considera "sintonització fina" i ens dóna suficient llibertat com per sintonitzar qualsevol emissora de ràdio. Òbviament, quan el nanotub rep senyal que no és de la freqüència adequada, es queda igual.

Nanotub estàtic i nanotub vibrant quan està ben sintonitzat

El fet que les freqüències siguin aquestes i no unes altres molt més baixes o molt més altes, ve determinat per la longitud del nanotub. A més curt, més ràpid vibra, per tant freqüències més altes. Per tant, el que es fa es construir-se un nanotub molt llarg i després escurçar-lo aplicant una font de corrent molt potent, que va treient àtoms de la punta del nanotub. Aquesta és la "sintonització burda", que es faria en el procés de fabricació.

Tant l'amplificació com la demodulació jo no sabria explicar-la en termes profans. De totes maneres, en el paper tampoc s'explaien en aquest tema. Fan servir les matemàtiques que surten de tots aquests raonaments per explicar l'amplificació i la demodulació.


Res, aquesta és l'equació del senyal de sortida I(t) en funció de l'entrada γ(t). Es produeix amplificació ajustable i demodulació per dependre la sortida directament de l'entrada, i per fer-ho en un factor que pot ser molt més gran que 1.

-------------------------------------------------------
I això funciona?

Segons ells, han aconseguit transmetre i rebre, amb una configuració semblant a la que ens expliquen, àudio entre dos nanotubs situats a varis metres de distància entre ells. Han aconseguit, en viu, sintonitzar i escoltar l'emissió, passant-la abans per un altre amplificador extern i posant-lo en un altaveu.

És més, han penjat vídeos on graven el so i es veu com sintonitzen el nanotub i aquest es posa a vibrar. Òbviament ho han fet amb un microscopi dels que estan fora de l'abast de MOOOOLTA gent. En el primer que mostren, van fer servir la cançó "Good Vibrations", dels Beach Boys. Quins cachondos!

El nanotub vibra... i com els surt bé l'experiment... good vibrations (JA-JA)

És cert que aquests experiments es fan en condicions sempre molt favorables (en el buit) i que queda molt per recórrer i investigar. Però, sigui com sigui, això demostra que és real la comunicació ràdio (ones de MHz) entre dos elements de mida nano. No té perquè fer-se servir per implementar nanoradios per escoltar música, òbviament. Pot tenir molts altres usos, com col·locar-ho en les nanomàquines a mode d'interruptor. La comunicació en MHz és favorable en termes de penetració en els materials: poden atravessar parets, teixits, el cos humà... de manera que per exemple, un metge desde fora, podria enviar ones d'aquest tipus per activar/desactivar remotament les nanomàquines del cos d'un pacient. O inclús enviar comandes per a aquestes nanomàquines.