c3 2cm31 eq2- cables cuánticos
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Instituto Politécnico Nacional.
Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería
y Ciencias Sociales y Administrativas.
Lic. En Ciencias de la Informática.
Tema:
Tecnologías emergentes.
Caso de estudio:
Cables cuánticos.
Trabajo entregado por:
Cuéllar Espíndola Jorge Iván.
Cruz Domínguez Ana Cristina.
García Rivas Berenice.
Meza Gallegos Guillermo.
Ramírez Morales Jonathan.
Coordinador:
Gómez Gutiérrez Aída Monserrat.
Fecha:
Miércoles, 21 de noviembre del 2012.
Equipo 2.
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Contexto Nacional e Internacional III 2CM31
Introducción.
Con el paso del tiempo se han desarrollado múltiples innovaciones dentro de la tecnología,
así como la creación de ciertas tendencias que en un futuro pueden llegar a ser viables para
comercializarse, algunas premisas son necesarias para interpretar las tendencias mayores
de las nuevas tecnologías de información.
Las nuevas tecnologías de la información comprenden las tecnologías físicas con respecto a
los ordenadores y a las telecomunicaciones, también a las tecnologías inmateriales, que
abarcan los sistemas operativos y programas informáticos que contienen.
Con la finalidad de crear nuevas herramientas que nos faciliten la vida y lleguen a satisfacer
nuestras necesidades básicas, el mundo se ve envuelto en una serie de cambios, ideas,
creaciones dentro de las cuales podemos mencionar a las tecnologías emergentes, y siendo
más precisos a los cables cuánticos que según la MIT podrían llegar a revolucionar los
actuales sistemas de transmisión de electricidad.
Estos cables son fabricados mediante la nanotecnología con nanotubos de carbón, su
principal diferencia con los tradicionales es que son más ligeros y más fuertes, lo que permite
transmitir una mayor cantidad de electricidad transmitida por los cables de la actualidad.
Pero adentrémonos más en esta nueva tecnología emergente, en el siguiente texto
mostraremos algunos antecedentes, una explicación más detallada de su composición,
ventajas, desventajas y algunas de sus aplicaciones.
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Contenido
Introducción. ............................................................................................................................. 2
Contenido ................................................................................................................................. 3
Tecnologías emergentes: Cables cuánticos. ............................................................................ 4
Estructura. ................................................................................................................................ 5
Antecedentes. ........................................................................................................................... 6
Costos. ...................................................................................................................................... 6
Ventajas .................................................................................................................................... 7
Desventajas. ............................................................................................................................. 8
Aplicaciones. ............................................................................................................................. 9
Conclusiones. ......................................................................................................................... 10
Bibliografía. ............................................................................................................................. 10
Equipo 2.
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Tecnologías emergentes: Cables cuánticos.
Las tecnologías emergentes son definidas como "innovaciones científicas que pueden crear
una nueva industria o transformar una existente. Incluyen tecnologías discontinuas derivadas
de innovaciones radicales, así como tecnologías más evolucionadas formadas a raíz de la
convergencia de ramas de investigación antes separadas. Cada una de estas tecnologías
ofrece una rica gama de oportunidades de mercado que proporcionan el incentivo para
realizar inversiones de riesgo". El problema que plantean estas nuevas tecnologías, tanto a
los directivos de las empresas maduras como a los de las empresas de nueva creación, es
que las herramientas de gestión tradicionales no son capaces de resolver con éxito los
nuevos desafíos generados.
Estas tecnologías se pueden enlistar en diez más importantes que se presentan a
continuación:
1. Redes Aéreas
2. Cables cuánticos
3. Fotónica con silicona
4. Metabolómica
5. Microscopio de Fuerza Magnética
6. Memoria universal
7. Fábricas de bacteria
8. Enviromaticas
9. Virus de teléfono móvil
10. Biomecatrónica
En esta ocasión hablaremos de los Cables cuánticos.
Son fabricados con nanotecnología a partir de nanotubos de carbón. Son más ligeros y más
fuertes que los cables tradicionales, lo que permite en teoría transmitir en un cable 10 veces
más electricidad que la cantidad transmitida por cables en la actualidad. Según los expertos,
gracias a las nano-propiedades de los cables cuánticos, estos pueden llevar corrientes
eléctricas sin producir resistencia y calor, por lo que no requieren equipos costosos de
refrigeración.
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El objetivo de los investigadores, es hacer un cable que produce tan poca resistencia
eléctrica que no genera calor. Al ser fabricados a nano escala y debido a la física cuántica,
un cable cuántico puede llevar corrientes eléctricas sin sufrir resistencia.
Una vez desarrollado, este tipo de cable no solo tendrá mayor capacidad de transferencia
que los cables actuales, sino que reducirá los costes globales de transmisión eléctrica, ya
que hace innecesaria la aplicación de costosos métodos de refrigeración aplicados en la
actualidad para combatir el calor generado.
Estructura.
A partir de un mismo elemento químico es posible tener sistemas muy diferentes
dependiendo de cómo se unen los átomos. En el caso del carbono, gracias a investigaciones
y experimentos en los últimos años, se encontró que es posible tener una nueva estructura
estable, denominada grafeno, en la que los átomos de carbono forman una lámina que tiene
un solo átomo de grosor.
Un nanotubo es una lámina de grafeno que se enrolla sobre sí misma para formar un tubo. El
diámetro de estos tubos es de apenas 1 nanómetro (un millón de veces más pequeño que un
milímetro), pero, sin embargo, su longitud puede ser de varios centímetros. Nunca antes se
había conseguido fabricar un tubo molecular con una proporción tan alta entre longitud y
diámetro.
Una nano-estructura compuesta de 60 átomos de carbono estructurados en un espacio
cerrado y perfectamente simétrico y similar a un icosaedro, con la estructura en forma de
balón de fútbol.
Para poder producir cierta longitud de un cable cuántico, son necesarios miles de millones de
nanotubos, inclusive la fabricación de ellos de forma automatizada, sería una tarea bastante
lenta y costosa.
Los cables cuánticos permiten confeccionar un tejido de nanotubos capaz de conducir la
electricidad a muy largas distancias y con una pérdida mínima (0.021%), a comparación de
un cable de cobre, el cual tiene perdidas de un 5% por cada 160 Km de transmisión.
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Antecedentes.
La revolución del electromagnetismo y de aquella posibilidad de manipular los átomos uno
por uno, hace que la manera de concebir el mundo tecnológico sea convergente, y con ello a
través de la nanotecnología hacen posible la creación de pequeñas pilas de átomos de
carbono que se comportan como conductores de energía eléctrica.
Con el paso del tiempo se ha presentado una creciente miniaturización en los dispositivos
electrónicos de uso doméstico, dicha reducción de tamaño ha sido posible gracias a la
correspondiente reducción de los componentes que forman parte de los circuitos y elementos
internos de los mismos. Desde hace años, se está incrementando la demanda de los
dispositivos de comunicación en todos los aspectos como en la transmisión de electricidad,
de comunicaciones, redes y la transferencia de datos.
Con todos estos estudios y pruebas, se desarrollaron los cables cuánticos los cuales están
compuestos por billones de nanotubos de carbón fabricados con nanotecnología, que
apilados en una estructura robusta forman un tubo cuya película interna está formada por
átomos de carbón. Estos cables se crean disparando un láser de alta potencia y precisión
sobre un objetivo compuesto por carbono, con esto los electrones viajan bajo este cable
perfectamente alineado, formando así un cable cuántico.
Costos.
Hablar del costo de esta tecnología es complejo, ya que no hay suficiente información para
decir un costo exacto del mismo.
Para darnos una idea del costo, en abril del 2005 la NASA invirtió 11 millones de dólares con
la universidad de Rice, por un lapso de 4 años, para desarrollar hilo cuántico con una
conductividad 10 veces mejor que el cobre con un sexto del peso. Sería hecho con
nanotubos de carbono.
Otro ejemplo es la adquisición del primer ordenador cuántico comercial, el D-Wave One; por
la empresa Lockheed Martin, por la cantidad de 10 millones de dólares.
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Ventajas
Es importante conocer las ventajas que esta nueva tecnología ofrece, entre las cuales se
encuentran:
- Llevan corrientes eléctricas sin producir resistencia y calor.
- No requieren equipos costosos de refrigeración.
- Ofrecen una mayor conductividad eléctrica que el cobre (menor resistencia).
- Menor peso que el aluminio y mayor resistencia que el acero.
- Ahorro de metales y la energía necesaria para manipularlos, desde la fundición hasta la
construcción de grandes torres que soportan cables los cuales transmiten la corriente de una
ciudad a otra.
- Un solo nanotubo perfecto es de 10 a 100 veces más fuerte que el acero por peso de
unidad y poseen propiedades eléctricas muy interesantes, conduciendo la corriente eléctrica
cientos de veces más eficazmente que los tradicionales cables de cobre
- Es el material más duro que se conoce, más incluso que el diamante. Un cable de un cm
cuadrado de sección de este material soportaría un peso de más de mil toneladas. El
equivalente de un cable de acero estaría en torno a las 10 toneladas.
- La resistencia eléctrica es extremadamente baja, debido a que los electrones apenas
colisionan en su camino. Esto hace que los nanotubos cuenten con altísimas movilidades
electrónicas y soporten densidades de corriente eléctrica miles de veces más grandes que
los mejores cables de cobre.
- Son más ligeros y más fuertes que los cables tradicionales, lo que permite en teoría
transmitir en un cable 10 veces más electricidad que la cantidad transmitida por cables en la
actualidad.
- Conducen la electricidad sin pérdida de energía, y por tanto, podrían utilizarse en lugar de
los conductores para ahorrar energía.
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- No tienen resistencia, y por consiguiente no generan calor cuando se hace pasar corriente
eléctrica por ellos. En un conductor ordinario, la pérdida de energía debida a su resistencia
se disipa en forma de calor. Este calor impone un límite al número de componentes
electrónicos que pueden ser empaquetados juntos. Utilizando superconductores se pueden
empaquetar herméticamente un gran número de componentes electrónicos, sin preocuparse
por la disipación de calor.
- Tienen capacidad para crear campos magnéticos intensos. Estos campos pueden ser
generados por imanes superconductores relativamente pequeños.
- Pueden utilizarse para formar uniones Josephson, que son conmutadores
superconductores. Su funcionamiento es similar al de un transistor, pero la unión Josephson
es capaz de conmutar a una velocidad 100 veces superior.
Desventajas.
Sus principales desventajas son:
- Precios elevados.
- Los nanotubos deben crearse artificialmente.
- Para crear un tramo de cable cuántico de 15 centímetros de largo se necesitan miles de
millones de nanotubos.
- La fabricación automatizada por medio de robots sería una tarea bastante lenta y costosa.
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Aplicaciones.
Actualmente existe un gran número de nuevos productos que tienen su origen en la
nanotecnología, un claro ejemplo son los cables cuánticos, los cuales deberían ser
considerados a mediano y largo plazo dentro del desarrollo tecnológico, ya que cuentan con
un gran potencial como material (omitiendo costos) para entrar a formar parte del utillaje
eléctrico en un futuro no muy lejano, los cables cuánticos hechos a base de nanotubos
podrían ser tan eficientes como los metálicos tradicionales pero pesando sólo la sexta parte
de lo que pesan actualmente. Su uso práctico se define donde el peso es un factor crítico,
por ejemplo en los aviones y los automóviles, como se ha mencionado anteriormente las
propiedades tanto eléctricas, mecánicas y térmicas con las que cuentan los cables cuánticos
son un factor determinante para su aplicación.
Los cables cuánticos son considerados superconductores y poseen la capacidad para
transportar corriente de aproximadamente mil millones de A/cm2, mientras que los alambres
de cobre se funden con tan solo llegar al millón de A/cm2, por lo cual en el campo de la
electrónica se puede esperar que sustituyan a los cables constituidos de cobre y de silicio.
Entre otras aplicaciones postula como:
-Supercondensadores, recordemos que un condensador es un elemento de un circuito
eléctrico que almacena cargas eléctricas. Estos mejorados con cables cuánticos combinan
una larga durabilidad y alta potencia en comparación con supercondensadores
convencionales.
- Celdas solares, si los cables cuánticos de baja densidad son dispuestos de forma vertical
se pueden crear estructuras extremadamente negras ideales para absorber la luz de todas
las longitudes de onda y desde todos los ángulos posibles, brindando una mejor captación de
ondas solares para su transformación en energía eléctrica
- En la electrónica ya que los cables cuánticos desempeñarían el mismo papel que los cables
de silicio en los dispositivos electrónicos pero a escala molecular, donde los semiconductores
dejan de funcionar.
-En la computación, creando con los cables cuánticos mejores interconexiones o bien
utilizándolos sobre circuitos integrados, con ello se consumiría menos energía y el tiempo de
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respuesta de los dispositivos y de acceso a datos aumentaría utilizando un escaso consumo
energético.
- Biomedicina: Utilizando los nanotubos de carbono como redes en donde se hagan crecer
células nerviosas, encontrando un aumento en la señal neuronal y por medio de éstos se
podrían llegar a restructurar y reconectar neuronas dañadas.
Conclusiones.
Vivimos en un mundo de constantes cambios, donde las personas han tenido el interés por
mejorar su calidad de vida, los cambios tecnológicos no se hacen esperar un claro ejemplo
de ello son las tecnologías emergentes, las cuales se pueden ver como una esperanza que
ofrecerá la mejora de la condición humana, consideramos que los cables cuánticos son una
excelente opción a desarrollar puesto que hoy en día la energía es de vital importancia para
el ser humano, ya que sin ella no podría hacer prácticamente nada, al evaluar las ventajas
que se obtienen observamos que es una tecnología amigable con el ambiente, nos brinda
mayor durabilidad y lo más importante reduciría los costes globales de transmisión eléctrica
ya que hace innecesaria la aplicación de costosos métodos de refrigeración aplicados en la
actualidad para combatir el calor generado.
Bibliografía.
http://avances-nanotecnologia.euroresidentes.com/2005/04/cables-cunticos.html
http://marie1011.50megs.com/rich_text_9.html
http://todonanotecnologia.blogspot.mx/2007/08/cables-cuanticos.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Nanotubo
http://www.cibermitanios.com.ar/2008/06/progresos-cientificos-que-estan.html
http://www.nanored.buap.mx/nanoaplicaciones.html
http://www.solociencia.com/ingenieria/11101902.htm