Una innovadora tecnología posibilitará la impresión 3D de antenas 5G y 6G

En esta página hemos hablado en múltiples ocasiones del potencial del 5G, que ya se está materializando en los países desarrollados. Desde la reducida latencia que asistirá a los vehículos autónomos hasta la cobertura de millones de dispositivos por kilómetro cuadrado que impulsará el Internet de las Cosas, las ventajas son indudables. Sin embargo, no todo el mundo se está beneficiando al mismo ritmo. Lograr que las zonas más desfavorecidas y remotas participen también de estos avances es el objetivo de un proyecto de la Universidad de Sheffield en el Reino Unido.

¿Cuáles son las principales infraestructuras y bandas 5G?

La implantación de las redes 5G requiere cuantiosas inversiones, tanto de espectro radioeléctrico como de hardware en forma de antenas. Tanto es así que la implantación está siendo gradual, con dos tipos de arquitectura:

1. Arquitectura Non-Stand Alone (NSA), que aprovechan la infraestructura 4G existente, aunque con funcionalidades limitadas. Así, cuentan con una latencia de 15 ms y velocidades de hasta 2 Gbps.
2. Arquitectura Stand Alone (SA), que permitirán aprovechar todo el potencial del 5G, incluyendo latencias de 1 ms y velocidades de transmisión de hasta 20 Gbps.

Aparte del hardware empleado, las antenas 5G también se clasifican por las bandas en las que operan.

1. Sub-6, que operan por debajo de 6 GHz, normalmente entre las frecuencias de 3,4 GHz y 3,8 GHz. Estas se utilizan en entornos urbanos, ya que sufren menores interferencias por causa de obstáculos físicos o climáticos.
2. mmWave o milimeter wave, que operan entre los 24 GHz y los 100 GHz. Estas frecuencias ofrecen mayor velocidad y menor latencia, pero requieren un mayor número de repetidores para compensar la falta de penetración. Es el tipo de frecuencia que se empleará prioritariamente en infraestructuras 5G SA.

Impresión 3D de antenas 5G y 6G

Como se puede advertir, las antenas mmWave serán cruciales para sacar todo el jugo a esta tecnología. Y esos son precisamente los dispositivos que el Departamento de Ingeniería Electrónica y Eléctrica de la Universidad de Sheffield ha empezado a fabricar con impresión 3D. La universidad británica acaba de demostrar la viabilidad de las antenas 5G y 6G impresas en 3D, lo que reduce radicalmente el coste y los tiempos de producción.

Así, la nueva técnica recurre a nanopartículas de plata para imprimir antenas en unas pocas horas con un coste de apenas unos euros, y todo ello sin sacrificar funcionalidades. En comparación, las antenas 5G mmWave tradicionales pueden llegar a costar cientos de euros, con una fabricación mucho más lenta.  

Los desarrolladores señalan que el nuevo diseño permitirá producir antenas a gran escala y bajo coste para alcanzar zonas remotas y ofrecer cobertura de forma rápida y eficiente. Criterios como la miniaturización, la rapidez en la fabricación, los costes reducidos o la facilidad de instalación definen la utilidad de este tipo de tecnologías en países en desarrollo. 

Así, proyectos como esta desaladora solar desarrollada por el MIT permiten llevar tecnología, energía o agua a zonas desfavorecidas. También es la razón de ser de la Fundación Acciona que emprende proyectos para llevar agua o electricidad mediante energía limpia a zonas remotas donde no llega nadie, como Oaxaca o los bosques tropicales de Perú. Sin duda, los avances en tecnología e infraestructuras energéticas son una de las claves para el desarrollo de estas áreas.

La era de la electrónica de fabricación aditiva

Ya hemos visto en ocasiones anteriores que la impresión 3D tiene aplicaciones en los campos más variopintos, incluyendo metales y biomateriales. En los últimos años el desabastecimiento de microchips debido a los problemas en las cadenas logísticas por causa de la pandemia y conflictos bélicos ha sido una constante. Y aquí la impresión 3D podría desempeñar también un papel crucial.

La electrónica de fabricación aditiva (AME, por sus siglas en inglés) está permitiendo aplicar la impresión 3D a la producción de semiconductores, sensores, transistores y otros componentes informáticos, así como wearables y todo tipo de circuitos.

Un ejemplo concreto en este terreno es un proyecto de la Universidad de Washington, que ha creado un dispositivo termoeléctrico que convierte el calor corporal en electricidad. Para lograrlo, han empleado un sistema de impresión 3D que genera distintas capas con funcionalidades específicas.

Así, se utiliza un relleno con aleaciones de metal líquido que confieren conductividad al wearable, pero a la vez permiten que pueda estirarse. El dispositivo también contiene microesferas que transmiten el calor a los semiconductores de la capa básica. Según los investigadores, este tipo de wearable podrá imprimirse sobre textiles y superficies curvas.

La electrónica de fabricación aditiva es una técnica de gran potencial. Tanto es así que algunos estudios apuntan a que podría multiplicar por cuatro su valor a lo largo de esta década, alcanzando casi los 40 000 millones de dólares en 2030.

Fuentes:

• Universidad de Sheffield
• Precedence Research
• TechXplore