Transistores de madera arraigan
Wooden transistors take root.
El silicio siempre ha desempeñado un papel protagonista en la informática. El elemento se valora por su baja resistencia, alto nivel de estabilidad y amplia disponibilidad. Estos factores hacen que la sustancia de origen natural sea ideal para transportar electrones y datos de manera rápida, eficiente y rentable.
Sin embargo, ha surgido una nueva rama de la electrónica. Investigadores de la Universidad de Linköping y el Instituto Real de Tecnología de KTH en Suecia han desarrollado el primer transistor de madera del mundo . Aunque todavía está lejos de ser un dispositivo comercial funcional y no está diseñado para reemplazar a los semiconductores CMOS, la prueba de concepto promete abrir un nuevo capítulo en la informática.
Los transistores basados en plantas podrían ser compatibles con nuevos tipos de sensores y dispositivos, al tiempo que introducen residuos electrónicos compostables. “La fibra de madera introduce propiedades completamente diferentes que podrían llevar a nuevos tipos de sistemas electrónicos y nuevas formas de interactuar con la naturaleza”, dice Isak Engquist, profesor asociado senior de electrónica orgánica en la Universidad de Linköping y coautor del artículo de marzo de 2023, Modulación de la corriente eléctrica en un transistor electroquímico de madera .
Peter Fratzl, director del Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces de Alemania y editor del artículo, agrega: “El uso más informado de los materiales vegetales, basado en un profundo conocimiento de la estructura y las relaciones funcionales en estos materiales naturales, introducirá usos de alto valor para las plantas. Esto incluye la madera como material de almacenamiento de energía, madera transparente y estructuras de madera utilizadas como plantillas para baterías y electrodos”.
Una nueva rama de la electrónica
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Los límites entre las interfaces bióticas y abióticas han surgido como un área de gran interés en los últimos años. La electrónica orgánica altamente flexible basada en polímeros ya se utiliza en pantallas de teléfonos y otros dispositivos. Sin embargo, ahora hay un creciente interés en incorporar una variedad de materiales, desde células humanas hasta plantas reales, en sistemas informáticos. Esto podría dar lugar a tipos completamente nuevos de computación.
Cosas como microestructuras de madera y canales de transporte de agua, estructuras altamente complejas templadas por procesos naturales, son la base de esta investigación, dice Daniel T. Simon, líder del grupo de bioelectrónica orgánica en la Universidad de Linköping. Por ejemplo, los transistores de madera podrían dar lugar a una nueva clase completamente nueva de semiconductores que podrían integrarse con árboles y otras plantas para medir contaminantes, o tal vez programar la producción de frutas.
Los investigadores utilizaron madera de balsa, que posee canales naturales y una estructura celular consistente y uniformemente distribuida, para soportar y regular la electricidad que fluye continuamente. “La estructura porosa de la madera la hace ideal para el transporte y la conductividad de iones”, dice Tran van Chinh, estudiante de doctorado que se desempeñó como investigador principal del proyecto y es coautor del artículo académico del grupo.
El equipo transformó la madera en un transistor al eliminar la lignina, un polímero orgánico que contiene oxígeno que se encuentra de forma natural en los árboles. Este proceso dejó la estructura solo con las largas fibras de celulosa que soportan los canales eléctricos. Luego, los investigadores llenaron los canales con un plástico conductor llamado PEDOT:PSS . El resultado fue una madera eléctricamente conductora (CW) que se utilizó para construir un transistor electroquímico de madera (WECT).
En el pasado, los investigadores solo podían regular el transporte de iones en la madera; no podían construir un circuito completo que pudieran controlar por completo. El avance del grupo proporciona una plantilla para construir transistores electroquímicos. “La madera es muy atractiva porque tiene canales que pueden manejar tanto el transporte iónico como el electrónico, y es compostable y descomponible”, dice Engquist.
Las astillas de madera se vuelven de alta tecnología
Aunque los transistores de madera no pueden competir con el silicio en términos de velocidad y rendimiento, los transistores de madera funcionan solo a alrededor de 1 Hz por ahora, Engquist y otros investigadores dicen que la tecnología podría alterar la relación que los seres humanos tienen con los árboles y las plantas, al tiempo que introduce tipos completamente nuevos de dispositivos. “Hay muchas instancias en las que la velocidad no importa”, dice.
Por ejemplo, los árboles con circuitos de madera podrían funcionar como dispositivos de Internet de las cosas (IoT) que procesan datos utilizando circuitos vivos integrados. Además de controlar el crecimiento y la producción de flores o frutas, Simon cree que la tecnología podría liberar nuevas nanotecnologías, dispositivos portátiles y médicos, e incluso sistemas de almacenamiento de energía orgánica que podrían servir como baterías y supercondensadores.
Una gran ventaja de los circuitos basados en madera en comparación con los transistores CMOS, agrega Simon, es que el agua, la sal y otros elementos corrosivos no afectarán negativamente el rendimiento ni destruirán el circuito. Como resultado, la madera o semiconductores similares basados en biomateriales podrían utilizarse en entornos sensibles, como dentro del cuerpo humano o en ambientes húmedos. “La tecnología probablemente conducirá a nuevas y emocionantes áreas de aplicación”, dice Simon.
Sin embargo, es probable que pasen años para que la tecnología WECT florezca y tenga un impacto significativo en el mundo de la computación. Por ahora, Engquist, van Chinh y otros continúan experimentando con diferentes tipos de madera, variando las orientaciones de las estructuras celulares y combinando materiales con diferentes propiedades poliméricas y conductoras para lograr resultados diferentes.
“Esta investigación es el primer paso importante para desarrollar un nuevo tipo de transistor, uno que amplía en gran medida lo que está disponible hoy en día con el silicio”, concluye Engquist. “En los próximos años, los transistores de madera podrían tener un impacto enorme en la electrónica y la sostenibilidad”.
Samuel Greengard es autor y periodista con sede en West Linn, OR, EE. UU.
