El humilde y activo transistor en el espacio exterior

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Robot Perseverance

En julio de 1969, a bordo del Apolo 11, el hombre pisó por primera vez la superficie iluminada de la luna usando los primeros componentes electrónicos, particularmente transistores, empaquetados en un circuito integrado. En aquel tiempo, las televisiones a color eran una novedad, no había computadoras en los hogares y los teléfonos operaban conectados por cable a una caja de conexión adherida a la pared. Cincuenta años después, en enero de 2019, la sonda Chang’e-4, que debe su nombre a la diosa de la luna en la mitología china, exploró por primera vez el lado oscuro de la luna con instrumentos plagados de transistores.

El mundo ha cambiado sustancialmente desde 1969. Actualmente, los modernos y ahora comunes teléfonos inteligentes poseen más capacidad de cómputo, es decir, contienen más transistores, millones de ellos, que las computadoras que llevaron al hombre a la luna. El transistor es el ingrediente semiconductor principal de todo circuito electrónico y de la computadora digital más sofisticada.


¿Qué son los semiconductores? Un semiconductor es un elemento que conduce parcialmente la electricidad.


Por tanto, se puede asumir que un semiconductor es un material “semibueno” para conducir electricidad; conduce menos electricidad que un conductor como el alambre de cobre, pero más que un aislador como el plástico. Algunos de los materiales semiconductores intrínsecos o puros más comunes son el silicio, el germanio y el carbono.

¿Qué es un transistor? Es un dispositivo electrónico hecho de semiconductores que controla el flujo de una corriente eléctrica y se utiliza como amplificador para incrementar el tamaño de señales muy pequeñas o como interruptor sin partes mecánicas móviles, para dejar pasar, o no, corrientes eléctricas; ofrece la capacidad de generar dos estados lógicos, 0 y 1, que es la forma en que realizan sus operaciones las computadoras digitales. Los transistores constan de tres capas de material semiconductor conectadas a tres terminales llamadas: emisor (E), base (B) y colector (C). En algunos transistores, a las capas externas que se mezclan con otros materiales y presentan un exceso de electrones, se les denomina tipo N; a la capa intermedia, la cual se combina también con otros materiales y provoca una carencia de electrones o genera huecos, se les llama tipo P. A estos transistores se les denomina NPN; en otros transistores, la capa intermedia puede ser tipo N y las capas en los extremos tipo P, a éstos se les conoce como PNP.

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Analogía de la operación del transistor en conexión de emisor común.

Los transistores funcionan como si tuvieran un operador dentro, cuyo trabajo perpetuo es ajustar el flujo de electrones que permiten pasar, cuando se aplica una corriente eléctrica o voltaje a una capa en particular. Por ejemplo, en un transistor como interruptor, una pequeña corriente en la terminal B bloquearía o permitiría el paso de electrones entre las terminales C y E; el transistor, entonces, podría estar encendido o apagado, lo que se traduce en los 1 y 0 del lenguaje binario.

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Uno de los primeros transistores NPN

A lo largo de décadas, las computadoras digitales y los dispositivos electrónicos se han vuelto cada vez más rápidos y más pequeños. Los fabricantes de circuitos integrados han reducido el tamaño de estos diminutos interruptores electrónicos y los han empaquetado en espacios microscópicos de aproximadamente 20 nanómetros.

Se estima que el límite pueda ser de 10 nanómetros o tan sólo ¡30 átomos de ancho!

La tecnología evoluciona a las computadoras que utilizan la física cuántica para crear nuevas formas de computación, donde se aprovecha la capacidad subatómica que les permite existir en más de un estado; es decir, un 1 y un 0 al mismo tiempo y realizar operaciones a velocidades exponencialmente más altas que las computadoras convencionales y con un consumo de energía mucho menor. Sin embargo, todavía están lejos de ser comercializadas a gran escala.

La electrónica utilizada por el robot Perseverance, enviado al planeta Marte, debe soportar ambientes extremos de alta radiación. Entre sus objetivos, se encuentra la recolección de muestras para identificar posible vida microbiana. La computadora principal que realiza el control del tren motriz, ruedas, suspensión y cámaras del robot es una computadora con tecnología de 1992 probada exitosamente en satélites, la cual soporta radiaciones intensas. La razón fundamental para usar esta tecnología considera que entre más cerca se coloquen los transistores en el circuito integrado, más susceptible será la computadora a la radiación.

Definitivamente, se continúan haciendo proezas con el humilde transistor, al enviar robots a planetas lejanos y, por qué no, tal vez en un futuro ayude a buscar áreas habitables que podrían ser ideales para laboratorios y viviendas donde los científicos y futuros colonizadores puedan algún día trabajar.


Dr. Rito Mijarez Castro / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Instituto Nacional de Electricidad y Energías Limpias