Investigadores de la Universidad de Stanford han construido uno de los circuitos de nanotubos de carbono más complejos hasta la fecha. La semana pasada hicieron una demostración con un sencillo robot que da la mano con un circuito sensor-interfaz en la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido celebrada en San Francisco.

Ahora que los transistores de silicio que hay dentro de los ordenadores están llegando a sus límites físicos, la industria de los semiconductores estudia las posibles alternativas, y una de las más prometedoras son los nanotubos de carbono. Los diminutos transistores fabricados con estos nanomateriales son más rápidos y tienen una mayor eficiencia energética que los de silicio, y los modelos informáticos predicen que los procesadores de nanotubos de carbono podrían consumir muchísima menos energía. Pero está resultando difícil convertir los transistores individuales en circuitos complejos que funcionen.

El circuito de nanotubos de carbono utilizado en la demostración convierte una señal analógica de un condensador -el mismo tipo de sensor que se encuentra en muchas pantallas táctiles- en una señal digital comprensible por un microprocesador. Los investigadores de Stanford armaron una mano de maniquí de madera con el interruptor condensador en la palma. Cuando alguien agarraba la mano, se encendía el interruptor y el circuito de nanotubos enviaba una señal al ordenador, que activaba un motor en la mano robótica, haciendo que subiera y bajara para dar la mano a quien la hubiera agarrado.

Otros investigadores ya habían hecho demostraciones con circuitos sencillos de nanotubos, pero este es el más complejo construido hasta la fecha y demuestra que los transistores de nanotubos se pueden hacer en grandes cantidades, explica Subhasish Mitra, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática, que ha dirigido el trabajo junto con Philip Wong, profesor de ingeniería eléctrica en Stanford.

El circuito de nanotubos sigue siendo relativamente lento, los transistores son grandes y están muy separados en comparación con los últimos circuitos de silicio. Pero el trabajo es una demostración experimental del potencial de la tecnología de computación de nanotubos de carbono.

"Esto demuestra que los transistores de nanotubos de carbono se pueden integrar en circuitos lógicos que funcionan con bajo voltaje", afirma Aaron Franklin, investigador en electrónica de nanotubos en el Centro de Investigación Watson de IBM (EE.UU.). El grupo de Franklin ha hecho una demostración de esta hazaña a escala de un único transistor, y otros han demostrado que teóricamente es posible, pero verlo en un circuito complejo es importante, afirma Franklin.

Trabajar con nanotubos de carbono presenta muchos retos, dado que hasta un 30 por ciento de los mismos son metálicos y no semiconductores, con lo cual tienen el potencial para quemar un circuito. Los nanotubos también tienden a crecer enredados como espaguetis, lo que puede hacer que los circuitos cambien impredeciblemente. El método adoptado por el grupo de Stanford es trabajar con estas imperfecciones, creando técnicas de diseño de circuitos que toleran los errores y les permiten construir circuitos que funcionan incluso cuando los materiales de inicio tienen fallos. "Queremos aumentar a complejidad del circuito, después volver para mejorar los métodos de construcción y después hacer circuitos aún más complejos", afirma Wong.

"No se diferencia demasiado de los primeros pasos con el silicio", afirma Ashraf Alam, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Purdue (EE.UU.). Comparados con la electrónica de los teléfonos inteligentes y superordenadores basados en silicio de la actualidad, tanto los primeros transistores de silicio como los primeros circuitos integrados eran de muy mala calidad. Pero el silicio superó los primeros baches y la industria de los semiconductores perfeccionó la construcción de circuitos integrados cada vez más densos fabricados con transistores cada vez más pequeños.

"La variación y la imperfección van a ser el aire que respiremos en la tecnología de los semiconductores", explica Wong, y no solo para quienes trabajen con nuevos materiales, sino para la tecnología de silicio convencional. Los chips de vanguardia actuales usan transistores de 22 nanómetros -miles de millones en cada chip- y hay muy poca variación en su rendimiento; la industria de los semiconductores ha dominado la técnica de fabricar estos diminutos aparatos a escalas tremendas, con un rendimiento muy alto.

El impulso por miniaturizar cada vez más los transistores al tiempo que se mantiene un escrupuloso control de calidad ha permitido la aparición de tecnologías que van desde los teléfonos inteligentes hasta los superordenadores. Pero fallos inevitables, a escala de un único átomo, pronto llevarán a una variación en el rendimiento que habrá de tenerse en cuenta a la hora de diseñar circuitos. "El camino hacia delante pasa necesariamente por diseños con tolerancia a los errores, porque nunca conseguiremos que los materiales sean completamente perfectos", sostiene Wong.