Palacios (MIT): "Creamos células artificiales que irán por las venas y flotan en el aire"

Que un investigador español reciba, de las manos de Barack Obama, la Medalla Presidencial para Jóvenes Científicos no es algo habitual. De hecho, resulta un hito tan anecdótico como ejemplar. Tomás Palacios, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación del MIT, es una de esas contadas luces que quedarán para los anales de la historia.

Palacios se graduó en Ingeniería de Telecomunicaciones en la Politécnica de Madrid como tantos y tantos estudiantes cada año. Pero pronto puso rumbo a California, donde se doctoró en 2006 y comenzó lo que ya es una de las carreras investigadoras más exitosas del momento. ¿Su campo de actuación? Acabar con la particular omnipresencia del silicio en la informática actual, descubriendo para ello los nuevos materiales que posibilitarán la siguiente generación de la electrónica: mucho más pequeña -casi invisible e imperceptible-, eficiente energéticamente y resistente.

"Hace cinco años, todo el mundo hablaba de cómo continuar mejorando los circuitos electrónicos, cómo hacer microprocesadores más potentes, cómo mejorar la potencia de los ordenadores... Pero ahora ya se han dado cuenta de que, para seguir avanzando, no es suficiente con seguir utilizando el silicio de la electrónica convencional, sino que vamos a necesitar combinarlo con otros materiales, con la electrónica cuántica o con sistemas biológicos", explica Palacios a D+I. "Por primera vez en 50 años somos libres para cambiar el paradigma de la electrónica porque la ley de Moore ya no nos dicta qué hacer".

Esa suerte de ley, profecía constatada sin excepción hasta el momento, anticipa que aproximadamente cada dos años se duplica el número de transistores en un microprocesador. Pero cuando estamos ya rozando los límites naturales del silicio -el elemento con el que se fabrican estos semiconductores- en un contexto que demanda dispositivos cada vez más pequeños, esta norma se encuentra ante su inevitable ocaso.

Con estos avances que tenemos, por primera vez en 50 años somos libres para poder cambiar la electrónica

"El tamaño físico de los transistores se acerca rápidamente al tamaño de los átomos; sus prestaciones no mejoran al ritmo esperado, aunque reduzcamos su tamaño; el acceso a la memoria del sistema es mucho más lento; estos elementos electrónicos cada vez consumen más energía eléctrica y se calientan más, y, además, los costes de las fábricas han aumentado mucho", detalla Tomás Palacios.

Células artificiales

Hablar de una nueva generación de electrónica es algo muy genérico y abstracto. Su traducción en algo tangible, no obstante, tiene nombre propio: células artificiales.

De hecho, Palacios lleva trabajando cinco años en la fabricación de células artificiales y electrónicas, con una gran densidad funcional para ocupar el mismo tamaño de una célula humana (una millonésima de un metro). O, lo que es lo mismo, entre cien y mil veces menor que el menor de los microsistemas basados en silicio. Dispositivos de nuevo cuño que, además, han de ser capaces de captar energía del ambiente (por ejemplo, de las ondas wifi) y procesar información o usar sensores químicos. 

"Ya contamos con un prototipo del tamaño de 50 micras de diámetro. Es el microsistema electrónico más pequeño construido nunca, y es perfectamente autónomo y cuenta con al menos tres sensores químicos, con lógica, con un reloj, con algo de memoria…", detalla Palacios. Presume de su 'criatura' con razón: es la prueba de que podemos avanzar hacia una miniaturización de la informática como nunca podríamos haber soñado.

De hecho, y en este particular camino hacia el 'polvo inteligente' que algunos escritores como Stanislaw Lem, Neal Stephenson o Michael Crichton han anticipado, en el MIT ya se está trabajando en una generación de dispositivos de apenas cinco micras de tamaño.

"Estas células son muy versátiles para flotar en el aire el tiempo que sea necesario mientras detectan compuestos químicos de interés; se pueden introducir en filamentos plásticos de impresoras 3D para transferir esta inteligencia a objetos, también mezclados con polímeros para cambiar las propiedades ópticas y eléctricas de los objetos, y en el futuro estas células se introducirán en el interior de nuestro cuerpo, viajarán por nuestros vasos sanguíneos, para ayudarnos a diagnosticar y tratar un sinfín de enfermedades", adelanta el experto.

"Al principio teníamos muchas ideas, pero pocos prototipos prácticos. Ahora ya tenemos células sintéticas flotando en el aire y midiendo, en tiempo real, la contaminación atmosférica", añade el científico español. "La parte de la tecnología ya está desarrollada y poco a poco iremos viendo nuevas aplicaciones en áreas como el control de procesos químicos, donde se producen reacciones que apenas pueden monitorizarse porque no tenemos dispositivos basados en silicio que puedan resistir esas condiciones. Con otros materiales, sí que podremos introducir sensores en los reactores y ver qué está sucediendo con exactitud". De ahí a minúsculos elementos en la ropa y cualquier medio en que queramos situarlos: el abanico de usos es casi infinito.

Nitruro de galio

Si el silicio ya no sirve para alcanzar el siguiente escalón de la evolución de la electrónica, ¿cuál será el material dominante en el futuro? Aunque Palacios aclara que nunca acabaremos con el anterior, mas bien yendo hacia una convivencia con otras propuestas, hace una década comenzamos a oír hablar del grafeno como el gran material del futuro. Ahora toca hacernos a otro nombre desconocido para muchos: el nitruro de galio. Se trata, en opinión de Palacios, una de las alternativas más prometedoras para superar los límites actuales de la electrónica.

No es que el nitruro de galio sea nuevo, ni mucho menos: es un elemento utilizado en cosas tan mundanas como las bombillas LED. A su favor, unas capacidades únicas para controlar grandes cantidades de corriente o voltaje. Pero su uso en electrónica es todavía incipiente, como destaca el investigador del MIT.

Podremos coger una oblea fabricada en China y, en España, añadirle encima una capa de nuevos materiales

El nitruro de galio no es la única opción que tenemos para superar la "era del silicio". Los materiales bidimensionales, aquellos que se componen de varias 'capas' de escaso espesor con funciones y propiedades extraordinarias, también se antojan como un campo de enorme interés. En concreto, el famoso grafeno (de una capa atómica de espesor) y el disulfuro de molibdeno (de tres capas atómicas) son los que más atracción están teniendo en la actualidad.

Múltiples elementos -presentes y futuros- que, si ya son increíbles en solitario, alcanzan la categoría de magia cuando se combinan entre sí. En el caso de los dispositivos de cinco micras en que trabaja Palacios, sin ir más lejos, ya se emplean todos ellos para conseguir llevar esta innovación a buen puerto. "Es imprescindible elegir nuevos materiales que se puedan integrar de manera fácil con la electrónica que ya tenemos. Así, podremos coger una oblea de silicio fabricada en China y transferir encima una lámina de grafeno para producir dispositivos con aplicaciones realmente interesantes", reconoce Palacios.

¿Oportunidad para España?

Ante este mañana que se presenta en la arena de la electrónica, no podía pasarse por alto el lugar en el que queda España, tanto desde el punto de vista de la ciencia como del empresarial. Y Tomás Palacios, que recientemente participó en un evento en nuestro país de la Fundación Ramón Areces, manifiesta una visión agridulce a D+I sobre este tema. 

"Creo que los nuevos materiales son una muy buena noticia para países como España. La electrónica, tal y como la conocemos hoy en día, tiene una barrera de entrada muy grande: construir una fábrica de semiconductores requiere una inversión de al menos 10.000 millones de euros. Es complicado que España pueda entrar en esa carrera", concreta el investigador. "Pero el futuro de la electrónica no dependerá de esas fábricas, sino de poder mejorar las prestaciones de esos productos con los nuevos materiales. Y ahí todos los países del mundo están empezando de cero".

Pero para poder jugar alguna clase de papel en esta incipiente industria, nuestro país tiene numerosas lagunas que ha de solventar rápidamente. Con elegancia, Tomás Palacios lanza el dardo: "La educación, la ciencia, la tecnología y la ingeniería son claves para diversificar la economía. Es importante que España sea consciente de esto y de hacer llegar este mensaje a los jóvenes españoles, que son los que deben liderar ese futuro y evitar así otra crisis económica como las dos que han tenido que vivir en estos últimos años". 

Para el científico, la actual generación de jóvenes "no tiene culpa" de la situación actual, pero sí que alerta de que su papel será clave para afianzar unmodelo económico "más sostenible y diversificado". En opinión de Palacios, España debería repensar la estrategia de innovación y la importancia de la ciencia "para aprovechar la oportunidad que tenemos por delante".