Envían datos solo con ruido térmico en un laboratorio de Stanford

En una cámara recubierta de espuma en Stanford, un transmisor y un receptor están a temperatura ambiente, y los datos pasan entre ellos sin que el transmisor produzca una sola onda de radio. El equipo de la profesora adjunta Zerina Kapetanovic ha demostrado que el ruido de fondo de los componentes electrónicos puede transportar información. El resultado, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, describe un método que los investigadores llaman comunicación por ruido térmico.

El ruido térmico es el leve zumbido que generan las vibraciones de los electrones en los conductores eléctricos. Los sistemas de radio y de telefonía móvil suelen luchar contra él. Su intensidad depende de la temperatura, y los instrumentos sensibles pueden captarlo: los astrónomos utilizan el ruido térmico emitido por planetas y estrellas lejanos para estudiarlos. La investigación previa de Kapetanovic sobre sensores agrícolas la llevó a preguntarse si un dispositivo podría funcionar como las etiquetas RFID de ventanilla que se usan en los peajes de las autopistas, respondiendo a una consulta sin una señal de radio que consume mucha energía. Según el estudio, un transmisor de radio convencional puede utilizar hasta 1.000 veces más energía para enviar información que un transmisor que solo emplea ruido térmico.

El mecanismo es sencillo de describir. El transmisor, equipado con una antena, alterna entre dos estados eléctricos, un circuito abierto y un cortocircuito, que representan los bits uno y cero. En un estado absorbe el ruido ambiental; en el otro, lo refleja. El receptor amplifica el ruido que rebota en la antena y detecta un patrón: el ruido reflejado parece más caliente o más frío. El amplificador, que los investigadores comparan con un refrigerador de electrones, ralentiza los electrones y hace que el ruido parezca más frío. Joseph Kahn compara el transmisor con un náufrago que hace señales con un espejo de mano: «Es solo un reflector». Modula la señal sin enfriar nada, y eso es lo que al principio desconcertó en el experimento.

Para entender el enlace, el equipo elaboró un modelo de canal, la ecuación que define las variables fundamentales del sistema, una herramienta utilizada en todas las formas de comunicación inalámbrica. Ajustar la configuración según ese modelo mejoró la tasa de transferencia de datos 100 veces. El estudio no da la velocidad resultante en términos absolutos, y los experimentos siguen realizándose dentro de la caja aislada. Los próximos pasos son conectar varios transmisores en una red y asegurarse de que la señal no se pierda en entornos más ruidosos.

Lo que cambia por ahora es la cuestión de hasta dónde puede llegar la comunicación de bajo consumo. Los investigadores consideran que el enfoque es adecuado para situaciones en las que deben transmitirse pequeñas cantidades de datos y la energía es escasa, como la monitorización ambiental, y para lugares sensibles a las interferencias electromagnéticas, como los dispositivos médicos o los observatorios astronómicos. «Esperamos que este sistema de comunicación poco convencional pueda abrir la comunicación inalámbrica a lugares a los que hasta ahora no ha podido llegar», afirmó Geneva Ecola. El estudio no fija un calendario para aplicaciones fuera del laboratorio, y el sistema todavía no se ha probado en el terreno.