Interferómetro en chip
Investigadores de la Universidad de Rochester desarrollaron un interferómetro óptico en un chip fotónico integrado de 2 mm por 2 mm que es capaz de amplificar señales interferométricas sin el correspondiente aumento de ruido extraño.
Los interferómetros fusionan dos o más fuentes de luz para crear patrones de interferencia que brindan información sobre lo que iluminan. “Si quieres medir algo con una precisión muy alta, casi siempre usas un interferómetro óptico, porque la luz es una regla muy precisa”, dijo Jaime Cárdenas, profesor asistente de óptica en la Universidad de Rochester.
Para hacer el chip, el equipo aplicó una amplificación de valor débil. “Básicamente, puede pensar en la técnica de amplificación de valor débil como una amplificación gratuita. No es exactamente gratis ya que sacrificas potencia, pero es casi gratis, porque puedes amplificar la señal sin agregar ruido, lo cual es muy importante”, dijo Cárdenas.
La amplificación de valores débiles se basa en la mecánica cuántica de la luz y básicamente consiste en dirigir solo ciertos fotones que contienen la información necesaria a un detector. El concepto se ha demostrado antes, “pero siempre es con una configuración grande en un laboratorio con una mesa, un montón de espejos y sistemas láser, todo muy meticulosamente y cuidadosamente alineado”, continuó Cárdenas.
“Meiting [Song, estudiante de doctorado en Rochester] destiló todo esto y lo puso en un chip fotónico”, dice Cárdenas. “Y al tener el interferómetro en un chip, puede colocarlo en un cohete o un helicóptero, en su teléfono, donde quiera, y nunca se desalineará”.
En lugar de utilizar un conjunto de espejos inclinados para desviar la luz y crear un patrón de interferencia, como en un interferómetro tradicional, el dispositivo incluye una guía de ondas diseñada para propagar el frente de onda de un campo óptico a través del chip. “Esta es una de las novedades del periódico”, dijo Cárdenas. "Nadie ha hablado realmente sobre la ingeniería de frente de onda en un chip fotónico".
Con los interferómetros tradicionales, la relación señal/ruido se puede aumentar, lo que da como resultado una entrada más significativa, simplemente aumentando la potencia del láser. Sin embargo, Cárdenas señaló que los detectores tradicionales que se usan con los interferómetros solo pueden manejar cierta potencia del láser antes de saturarse, momento en el cual la relación señal/ruido no se puede aumentar. El nuevo dispositivo elimina esa limitación al alcanzar la misma señal de interferómetro con menos luz en los detectores, lo que deja espacio para aumentar la relación señal/ruido al continuar agregando potencia láser. “Si la misma cantidad de energía llega al detector en el dispositivo de valor débil de Meiting como en un interferómetro tradicional, el dispositivo de Meiting siempre tendrá una mejor relación señal/ruido”, concluyó Cárdenas.
Los investigadores planean adaptar el dispositivo para comunicaciones coherentes y aplicaciones cuánticas utilizando fotones comprimidos o entrelazados para habilitar dispositivos como los giroscopios cuánticos.
Cables geniales para cargar vehículos eléctricos
Investigadores de la Universidad de Purdue construyeron un Cable de la estación de carga para vehículos eléctricos que utiliza tecnología de refrigeración de líquido a vapor para reducir el tiempo de carga.
La refrigeración es un aspecto importante de la carga de vehículos eléctricos, ya que las corrientes más altas que viajan a través del cable generan más calor que debe eliminarse para que siga funcionando. El cable y el sistema de refrigeración del investigador pueden ofrecer una corriente 4.6 veces superior a la de los cargadores de vehículos eléctricos más rápidos disponibles en el mercado actual al eliminar hasta 24.22 kilovatios de calor.
Los sistemas de enfriamiento de líquido a vapor capturan el calor tanto en forma de líquido como de vapor, lo que permite eliminar al menos 10 veces más calor que el enfriamiento por líquido puro. Esto permite un diámetro de alambre más pequeño dentro del cable de carga, lo que facilita su manejo.
“La industria tiene una brecha en el conocimiento y la experiencia necesarios para cambiar de refrigeración líquida pura a refrigeración por cambio de fase líquida. ¿Cómo diseñas el sistema? ¿Qué tipo de ecuaciones usas para optimizarlo? Pero tenemos este conocimiento a través de nuestra extensa investigación”, dijo Issam Mudawar, profesor de ingeniería mecánica en Purdue.
Aunque el prototipo aún no se ha probado en vehículos eléctricos, el equipo demostró en el laboratorio que su prototipo admite una corriente de más de 2,400 amperios, mucho más que el mínimo de 1,400 amperios que se necesitaría para reducir los tiempos de carga de los vehículos eléctricos comerciales grandes para cinco minutos. Los cargadores más avanzados de la industria actualmente brindan corrientes de hasta 520 amperios, y la mayoría de los cargadores disponibles para los consumidores admiten corrientes de menos de 150 amperios.
El prototipo imita una estación de carga del mundo real e incluye una bomba, un tubo con el mismo diámetro que un cable de carga real, los mismos controles e instrumentación, y tiene las mismas velocidades de flujo y temperaturas.
Los tiempos de carga dependerán de las clasificaciones de salida de potencia de la fuente de alimentación y del cable de carga, y de la clasificación de entrada de potencia de la batería del EV. Para obtener una carga de menos de cinco minutos, los tres componentes deberán tener una capacidad nominal de 2,500 amperios.
“La industria realmente no necesita que los vehículos eléctricos se carguen más rápido que cinco minutos, pero creemos que podemos aumentar la corriente aún más modificando tanto el estado del líquido entrante como el diseño del espacio de enfriamiento alrededor de los cables conductores en el cable de carga. ”, Dijo Mudawar.
El equipo tiene la intención de trabajar con EV o fabricantes de cables de carga para probar el prototipo en EV dentro de los próximos dos años. Las pruebas determinarán más detalles sobre las velocidades de carga para modelos específicos de vehículos eléctricos.
ropa NFC
Ingenieros de la Universidad de California Irvine proponen una "red de área corporal" de textiles electrónicos que puede permitir Cerca de un campo de comunicación (NFC) en rangos más grandes.
“Si ha sostenido su teléfono inteligente o tarjeta de crédito cerca de un lector para pagar una compra, ha aprovechado las tecnologías de señalización de campo cercano. Nuestras telas funcionan con el mismo principio, pero hemos ampliado el rango significativamente”, dijo Peter Tseng, profesor asistente de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación de la UCI. “Esto significa que potencialmente podría mantener su teléfono en su bolsillo, y simplemente rozando su cuerpo contra otros textiles o lectores, la energía y la información pueden transferirse hacia y desde su dispositivo”.
Amirhossein Hajiaghajani, doctorado de la UCI. estudiante de ingeniería eléctrica e informática, agregó que la invención permite a los usuarios interactuar digitalmente con dispositivos electrónicos cercanos y realizar pagos seguros con un solo toque o deslizando una manga. “Con nuestra tela, la electrónica establece la señalización tan pronto como colocas tu ropa sobre un lector inalámbrico, para que puedas compartir información con un simple apretón de manos o con un simple apretón de manos. Ya no necesitaría desbloquear manualmente su automóvil con una llave o un dispositivo inalámbrico separado, y su cuerpo se convertiría en la insignia para abrir las puertas de las instalaciones”.
En comparación con el NFC típico, que tiene un alcance de unas pocas pulgadas, los investigadores ampliaron el alcance de la señal a más de 4 pies utilizando metamateriales magnéticos pasivos basados en láminas grabadas de cobre y aluminio.
Un nuevo tejido de alta tecnología creado por ingenieros de UCI permite a los usuarios comunicarse con otros, cargar dispositivos de forma inalámbrica y atravesar puertas de seguridad con el movimiento de un brazo. Crédito: Steve Zylius / UCI
Tseng compara la tecnología con un ferrocarril que transmite energía y señales mientras cruza una prenda. Debido a que funciona con inducción magnética en lugar de una conexión continua por cable, es muy flexible y tolerante al movimiento corporal. El sistema permite que se agreguen fácilmente nuevos segmentos, y se pueden emparejar prendas separadas para que “hablen” entre sí, como pantalones que miden los movimientos de las piernas y se comunican con una camisa de monitoreo del ritmo cardíaco.
Una aplicación que los investigadores consideran prometedora son las batas de hospital. También notaron que los materiales involucrados en el sistema son de bajo costo y fáciles de fabricar y personalizar, y las diferentes longitudes y ramas de los "rieles" de metamateriales se pueden prensar con calor sobre la ropa existente.
El puesto Bits de investigación: 15 de marzo apareció por primera vez en Ingeniería de semiconductores.
