Electrónica - X (Diez) Curiosidades

Microchips con rectángulos auto-ensamblables

Una nueva técnica permite la producción de estructuras complejas de microchips en un paso de auto-ensamblaje.

David L. Chandler, MIT News Office. Original (en inglés).

Investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) han desarrollado un nuevo método para crear el complejo conjunto de cables y conexiones en microchips, utilizando un sistema de polímeros de auto-ensamblaje. El trabajo podría conducir eventualmente a una manera de hacer componentes más compactos en chips de memoria y otros dispositivos.

El nuevo método — desarrollado por el estudiante de doctorado visitante del MIT, Amir Tavakkoli, de la Universidad Nacional de Singapur, junto con otros dos estudiantes graduados y tres profesores en los departamentos de Ingeniería Eléctrica y Ciencias Computacionales (EECS) y de Ingeniería y Ciencia de los Materiales (DMSE) — es descrito en un artículo que será publicado este próximo mes de Agosto en la revista Advanced Materials; el artículo está disponible en línea ahora.

El proceso está estrechamente relacionado a un método que el mismo equipo describió el mes pasado en un artículo en Science, que hace posible la producción de configuraciones tridimensionales de cables y conexiones utilizando un sistema similar de polímeros autoensamblables.

En el nuevo artículo, los investigadores describen un sistema para producir matrices de cables que se encuentran en ángulos rectos, formando cuadrados y rectángulos. Si bien estas formas son la base para la mayoría de los diseños de circuitos de microchips, éstos son difíciles de producir a través del auto-ensamblado. Cuando las moléculas se auto-ensamblan, explica Caroline Ross, la profesora de Toyota de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y co-autora de los artículos, tienen una tendencia natural a crear formas exagonales — como en un panal o en un conjunto de burbujas entre hojas de vidrio.

Por ejemplo, un conjunto de rodamientos pequeños en una caja “tiende a dar una simetría hexagonal, incluso aunque esté en una caja cuadrada”, Ross dice. “Pero eso no es lo que quieren los diseñadores de circuitos. Ellos quieren patrones con ángulos de 90 grados” — para superar la tendencia natural fue esencial producir un útil sistema de auto-ensamblaje, dice ella.

La solución del equipo crea una serie de pequeños postes en la superficie que guían los patrones de las moléculas de polímero de auto-ensamblaje. Esto resulta que tiene otras ventajas también: Además de producir patrones cuadrados y rectangulares perfectos de diminutos cables de polímeros, el sistema también permite la creación de una variedad de formas del material mismo, incluyendo cilindros, esferas, elipsoides y cilindros dobles. “Puedes generar este asombroso conjunto de características”, Ross dice, “con una plantilla muy simple”.

Karl Berggren, un profesor asociado de ingeniería eléctrica en el MIT y co-autor del artículo, explica que estas formas complejas son posibles porque “la plantilla, que está recubierta con el fin de repeler uno de los componentes poliméricos, causa una gran tensión local en el patrón. El polímero se tuerce y gira para tratar de evitar esta tensión, y al hacerlo se reorganiza en la superficie. Así podemos vencer las inclinaciones naturales de los polímeros, y hacer que creen patrones mucho más interesantes”.

Este sistema también puede producir características tales como conjuntos de agujeros en el material, cuyo espaciamiento está mucho más cerca de lo que se puede lograr utilizando métodos de fabricación de chips convencionales. Eso significa que puede producir características mucho más compactas en el chip de lo que los métodos actuales pueden crear — un paso importante en los esfuerzos en curso para empacar más y más componentes electrónicos en un determinado microchip.

“Esta nueva técnica puede producir múltiples [formas o patrones] simultáneamente”, dice Tavakkoli. Puede también hacer “patrones complejos, que es un objetivo para la fabricación de nanodispositivos”, con menos pasos que los procesos actuales. La fabricación de una amplia área de circuitos complejos en un chip utilizando la litografía por haz de electrones “podría tomar varios meses” dice. Por el contrario, utilizando el método de polímero auto-ensamblable tomaría sólo unos pocos días.

Eso está todavía demasiado lejos de la fabricación de un producto comercial, pero Ross explica grandes áreas en que este paso debe hacerse una sola vez para crear un patrón maestro, que luego pueda ser utilizado para estampar un revestimiento en otros chips en un proceso muy rápido de fabricación.

La técnica podría extenderse también más allá de la fabricación de microchips, dice Ross. Por ejemplo, un enfoque para la búsqueda de empacar cada vez mayores cantidades de datos en medios magnéticos como discos duros de computadoras, es utilizar un revestimiento magnético con un patrón muy fino estampado en él, definiendo con precisión las áreas donde cada bit de datos va a ser guardado. Un patrón tan fino podría potencialmente ser creado utilizando este método de auto-ensamblaje, ella dice, y luego estampado en los discos.

Craig Hawker, un profesor de química y bioquímica en la Universidad de California en Santa Barbara, que no estuvo involucrado en este trabajo, dice “Hay una necesidad y requisitos crecientes en la industria para encontrar una alternativa a la fotolitografía tradicional para la fabricación de dispositivos microelectrónicos de vanguardia. Este trabajo representa un logro fundamental en este campo y demuestra claramente que estructuras antes consideradas imposibles de alcanzar por una estrategia de auto-ensamblaje puede ahora ser preparada con un alto grado de fidelidad”.

Los colegas de Tavakkoli y Ross en este trabajo son los estudiantes de doctorado de DMSE, Adam Hannon y Kevin Gotrik, el profesor de DMSE, Alfredo Alexander-Kats y el profesor de EECS, Karl Berggren. La investigación, que incluye trabajo en el Laboratorio de Nanoestructuras y el centro de Litografía de Escaneo por Haz de Electrones del MIT, fue financiado por la Semiconductor Research Corporation, el Center on Functional Engineered Nano Architectonics, el Instituto Nacional de Recursos, la Alianza Singapore-MIT, la National Science Foundation, la Taiwan Semiconductor Manufacturing Company y Tokyo Electron.

Reimpreso con permiso de MIT News.

Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)

Nuevo chip que captura energía de múltiples fuentes

Un sistema desarrollado en el MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) podría combinar energía recolectada de la luz, calor y vibraciones, para ejecutar sistemas de vigilancia.

David L. Chandler, MIT News Office. Original (en inglés).

Los investigadores del MIT han dado un paso significativo hacia los sistemas de vigilancia sin baterías — que podría finalmente ser utilizado en dispositivos biomédicos, sensores del medio ambiente en lugares remotos y medidores en puntos de difícil acceso, entre otras aplicaciones.

El trabajo previo del laboratorio de profesor Anantha Chandrakasan del MIT, se ha enfocado en el desarrollo de chips de computadora y comunicación inalámbrica, que pueden operar a niveles de energía extremadamente bajos, y en una variedad de dispositivos que pueden aprovechar el poder de la luz natural, el calor y vibraciones en el medio ambiente. El desarrollo más reciente, llevado a cabo con el estudiante de doctorado Saurav Bandyopadhyay, es un chip que podría aprovechar las tres de estas fuentes de energía ambiental a la vez, optimizando el suministro de energía.

El circuito de combinación de energía se describe en un artículo que se publicará este verano en el Diario de Circuitos de Estado Sólido del IEEE.

“La recolección de energía se está convirtiendo en una realidad”, dice Chandrakasan, el profesor de Ingeniería Eléctrica de Keithley y director del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias Computacionales del MIT. Los chips de bajo consumo de energía que pueden recopilar datos y transmitirlos a una estación central están en desarrollo, así como los sistemas para aprovechar la energía de fuentes ambientales. Pero el nuevo diseño logra un uso eficiente de múltiples fuentes de energía en un solo dispositivo, una gran ventaja ya que muchas de estas fuentes son intermitentes e impredecibles.

“La clave aquí es el circuito que combina eficientemente muchas fuentes de energía en una sola”, dice Chandrakasan. Los dispositivos individuales necesarios para aprovechar estas pequeñas fuentes de energía — como la diferencia entre la temperatura del cuerpo y el aire exterior, o los movimientos y vibraciones de cualquier cosa de una persona que camina a un puente en vibración porque el tráfico pasa sobre él – ya se han desarrollado, muchos de ellos en el laboratorio de Chandrakasan.

Combinando el poder de estas fuentes variables requiere un sofisticado sistema de control, Bandyopadhyay explica: Por lo general cada fuente de energía requiere su propio circuito de control para cumplir con sus requisitos específicos. Por ejemplo, circuitos para aprovechar diferencias térmicas producen típicamente sólo de 0,02 a 0,15 voltios, mientras que las células fotovoltaicas de baja potencia pueden generar de 0,2 a 0,7 voltios y los sistemas de recolección de vibraciones pueden producir hasta 5 voltios. La coordinación de estas diferentes fuentes de energía en tiempo real para producir una salida constante es un proceso difícil.

Hasta ahora, la mayoría de los esfuerzos para aprovechar múltiples fuentes de energía simplemente han conmutado entre ellos, aprovechándose del que esté generando la mayor cantidad de energía en un momento dado, dice Bandyopadhyay, pero que puede desperdiciar la energía que está siendo entregada por las otras fuentes. “En lugar de eso, se extrae la energía de todas las fuentes”, dice. El enfoque combina la energía de múltiples fuentes al cambiar rápidamente entre ellas.

Otro desafío para los investigadores fue reducir al mínimo la energía consumida por el circuito de control en sí, para dejar lo más posible a los dispositivos que en realidad está alimentando — tales como sensores para medir la frecuencia cardíaca, azúcar en la sangre, o las tensiones en un puente o una tubería. Los circuitos de control optimizan la cantidad de energía extraída de cada fuente.

El sistema utiliza una innovadora arquitectura de doble vía. Usualmente, las fuentes de energía serían usadas para cargar un dispositivo de almacenamiento, tal como una batería o un supercondensador, que luego alimentarían al verdadero sensor u otro circuito. Pero en este sistema de control, el sensor puede ser alimentado desde un dispositivo de almacenamiento o directamente de la fuente, evitando el sistema de almacenamiento por completo. “Eso lo hace más eficiente”, dice Bandyopadhyay. El chip utiliza un solo inductor de tiempo compartido, un componente crucial para apoyar a los múltiples convertidores necesarios en este diseño, en vez de independientes para cada fuente.

David Freeman, jefe tecnólogo de soluciones de suministro de energía en Texas Instruments, que no participó en este trabajo, dice: “El trabajo que se realiza en el MIT es muy importante para permitir la recolección de energía en diferentes entornos. La capacidad de extraer energía de varias fuentes diferentes ayuda a maximizar la potencia para una mayor funcionalidad de sistemas como los nodos de sensores inalámbricos”.

Sólo recientemente, dice Freeman, compañías como Texas Instruments han desarrollado microcontroladores de muy baja potencia y transceptores inalámbricos que podrían ser alimentados por esas fuentes. “Con innovaciones como éstas que combinan múltiples fuentes de energía, estos sistemas pueden ahora comenzar a aumentar la funcionalidad”, dice. “Los beneficios de operar desde múltiples fuentes no sólo incluye la maximización de la energía máxima, sino que también ayuda cuando puede ser que una sola fuente de energía esté disponible”.

El trabajo ha sido financiado por el Interconnect Focus Center, un programa combinado de la Defense Advanced Research Projects Agency y compañías en las industrias de defensa y de semiconductores.

Reimpreso con permiso de MIT News.

Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)

Plastic Logic y la animación de video a color en papel electrónico

Plastic Logic, una compañía de electrónica de plástico del Reino Unido, ha hecho una demostración de animación de video a color en una pantalla plástica flexible.

Aunque hasta ahora hemos visto como se están popularizando los e-book readers (lectores de libros electrónicos) en todas partes, la innovación de Plastic Logic amplía aún más las posibilidades, pues la compañía comenta que esto es el primer ejemplo de transistores orgánicos de película fina (OTFT) operando a una velocidad de video. La velocidad de reproducción es un tanto baja (12 cuadros por segundo), ya que si se incrementa, se pierde contraste en las imágenes, pero están trabajando para mejorar esto.

De cualquier manera, con esto se pueden lograr dispositivos tipo tablet más sofisticados que los actuales, que puedan mostrar videoclips simples y contenido Flash de sitios web, pero manteniendo un bajo consumo de energía.

El papel electrónico no necesita luz de fondo, pues tiene la misma capacidad de reflejar luz que el papel común. Además es ligero, delgado, flexible, resistente y únicamente gasta energía cuando tiene que actualizar la pantalla. Es verdad que al reproducir videos se requiere actualizar constantemente, pero aún así, el consumo de energía sigue siendo menor que el de una pantalla equivalente con retroiluminación LCD.

Plastic Logic también mostró que el papel electrónico puede emplearse como accesorio de smartphones, permitiendo transmitir inalámbricamente en segundos imágenes y otros archivos a una pantalla de papel electrónico para visualizarlos en un mayor tamaño.

Actualmente la compañía trabaja junto con varias empresas de smartphones para desarrollar este concepto y está llevando a cabo una investigación colaborativa y desarrollos relacionados con electrónica, fotónica y sistemas eléctricos.

Referencia
http://news.techworld.com/ (en inglés)

Calidad de anotaciones de Antología de Genes deducidas computacionalmente

Ontología de Genes (GO – Gene Ontology) se ha establecido como el estándar indiscutible para la anotación de función de las proteínas. La mayoría de las anotaciones se deducen vía electrónica, es decir, sin la supervisión de curador individual, pero que son ampliamente consideradas poco fiables. Al mismo tiempo, que dependen crucialmente de estas anotaciones automatizadas, como la mayoría de los genomas secuenciados recientemente no son organismos modelos. en este trabajo se presenta una metodología para evaluar de manera sistemática y cuantitativamente las anotaciones electrónicas. Mediante la explotación de los cambios en las sucesivas versiones de la base de datos de anotación de Ontología de Genes UniProt, (UniProt Gene Ontology Annotation) se evaluó la calidad de las anotaciones electrónicas en términos de especificidad, fiabilidad y cobertura.

En general, no solo encontramos que las anotaciones electrónicas han mejorado significativamente en los últimos años, sino también su fiabilidad ahora rivaliza con la de anotaciones inferidas por los curadores cuando se utilizan pruebas distintas de los experimentos de la literatura primaria. Este trabajo proporciona los medios para identificar el subgrupo de anotaciones electrónicas que pueden ser confiables – un resultado importante dado que más del 98% de todos los comentarios se deducen, sin curación directa.

También se informa de variaciones significativas entre los métodos de inferencia, los tipos de anotaciones, y los organismos. Así mismo proporciona una guía para los usuarios de Ontología Genética y sienta las bases para la mejora de métodos computacionales para la inferencia de la función GO.

Más información
http://www.ploscompbiol.org/ (en inglés)

Nuevo material comparte muchas de las propiedades inusuales del grafeno

Materiales similares grafeno — Imagen: Dominick Reuter

Pequeños filmes de antimonio-bismuto tienen el potencial para nuevos chips semiconductores y dispositivos termoeléctricos.

David L. Chandler, MIT News Office. Original (en inglés)

El grafeno, una capa de carbono de un solo átomo de grueso, ha dado lugar a muchas investigaciones sobre sus propiedades únicas electrónicas, ópticas y mecánicas. Ahora, investigadores en el MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) han encontrado otro compuesto que comparte muchas de las características inusuales del grafeno – y en algunos casos tiene interesantes propiedades complementarias a este material tan discutido.

El material, un delgado filme de bismuto-antimonio, puede tener una variedad de diferentes características controlables, encontraron los investigadores, dependiendo de la temperatura ambiente y la presión, el grueso del material y la orientación de su crecimiento. La investigación, llevada a cabo por el candidato a doctorado de ciencia e ingeniería de materiales Shuang Tang y el profesor del instituto Mildred Dresselhaus, aparece en el diario Nano Letters.

Cómo el grafeno, el nuevo material tiene propiedades electrónicas que son conocidas como conos Dirac bidimensionales, un término que se refiere al trazado gráfico de energía con forma de cono contra la cantidad de movimiento para electrones moviéndose a través del material. Estas propiedades inusuales – que permiten a los electrones moverse de una manera diferente a la que es posible en la mayoría de los materiales – podría dar a los filmes de bismuto-antimonio propiedades que son altamente deseables para aplicaciones en la manufactura de chips electrónicos de próxima generación o en generadores y enfriadores termoeléctricos.

En dichos materiales, dice Tang, los electrones “pueden viajar como un rayo de luz”, potencialmente haciendo posibles nuevos chips con habilidades computacionales mucho más rápidas. El flujo de electrones podría ser en algunos casos cientos de veces más rápido que en chips convencionales de silicio, dice.

Similarmente, en una aplicación termoeléctrica – donde una diferencia de temperatura entre los dos lados de un dispositivo crea un flujo de corriente eléctrica – el movimiento mucho más rápido de electrones, junto con propiedades fuertes de aislamiento térmico, podrían permitir producción de energía mucho más eficiente. Esto podría probar ser útil en darle energía a satélites al explotar la diferencia de temperatura entre la luz solar y los lados oscuros, dice Tang.

Dichas aplicaciones siguen especulativas en este punto, dice Dresselhaus, por que se necesita más investigación para analizar propiedades adicionales y eventualmente para probar muestras del material. Este análisis inicial estuvo basado principalmente en modelado teórico de las propiedades del filme de bismuto-antimonio.

Hasta que este análisis sea llevado a cabo, dice Dresselhaus, “nunca pensamos en el bismuto” como teniendo el potencial para propiedades de cono de Dirac. Pero encuentros recientes inesperados involucrando una clase de materiales llamados aislantes topológicos sugirió otra cosa: Experimentos llevados a cabo por un colaborador Ucraniano sugirió que las propiedades del cono de Dirac podrían ser posibles en filmes de bismuto-antimonio.

Mientras que resulta que los delgados filmes de bismuto-antimonio pueden tener algunas propiedades similares a aquellas del grafeno, cambiando las condiciones también permite que una variedad de otras propiedades sean realizadas. Eso abre la posibilidad de diseñar dispositivos electrónicos hecho del mismo material con propiedades variantes, depositando una capa sobre la otra, en lugar de capas de diferentes materiales.

Las propiedades inusuales del material pueden variar de una dirección a otra: Electrones moviéndose en una dirección podrían seguir las leyes de la mecánica clásica, por ejemplo, mientras que aquellos moviéndose en una dirección perpendicular obedecen la física relativista. Esto podría permitir dispositivos que prueben la física relativista en una manera más barata y más simple que los sistemas existentes, dice Tang, aunque esto falta por probarse a través de experimentos.

“Nadie ha hecho ningún dispositivo todavía” del nuevo material, advierte Dresselhaus, pero añade que los principios son cercanos y los análisis necesarios deberían de tomar menos de un año en llevarse a cabo.

“Todo puede suceder, realmente no sabemos”, dice Dresselhaus. Dichos detalles quedan por ser subsanados, ella dice, añadiendo: “Muchos misterios quedan antes de que tengamos un dispositivo real”.

Joseph Heremans, un profesor de física en la Universidad Estatal de Ohio quien no estuvo involucrado en esta investigación, dice que mientras que algunas propiedades inusuales del bismuto se han conocido por un largo tiempo, “lo que es sorprendente es la riqueza de los sistemas calculados por Tang y Dresselhaus. La belleza de esta predicción es mejorada aún más por el hecho de que el sistema es bastante accesible experimentalmente”.

Heremans agrega que en investigaciones posteriores sobre las propiedades del material de bismuto-antimonio, “habrá dificultades, y algunas pocas ya son conocidas”, pero dice que las propiedades son lo suficientemente interesantes y prometedoras que “este artículo debe estimular un esfuerzo experimental más grande”.

El trabajo fue patrocinado con una beca de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos.

Imagen: Shuang Tang / Profesora Mildred Dresselhaus.

Reimpreso con permiso de MIT News.

Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)