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Relojes moleculares podrían incrementar la precisión de sistemas de posicionamiento en terminales móviles

Los relojes atómicos, hasta ahora los más precisos, dependen de la resonancia estable de átomos, al ser expuestos a una frecuencia específica, para medir exactamente un segundo. Los satélites GPS tienen instalados varios de estos relojes. Mediante la triangulación de señales procedentes de estos satélites, que proporcionan datos tridimensionales para posicionamiento, nuestro smartphone y otros receptores terrestres pueden determinar su propia ubicación.

La imagen muestra el chip transmisor del reloj (en rosa) conectado a un conjunto de circuitos. En conexión con él, se halla un contenedor (derecha), en el que una señal de 231,061 GHz generada desde el chip excita la rotación de moléculas de sulfuro de carbonilo.

Pero los relojes atómicos son grandes y caros. Nuestro smartphone, por tanto, posee un reloj interno mucho menos preciso que depende de tres señales satelitales para la función de navegación y que no está libre del riesgo de error al indicar ubicaciones. Los errores se pueden disminuir con correcciones procedentes de señales de satélite adicionales, pero esto degrada el rendimiento y la velocidad de la navegación. Cuando las señales se debilitan o desaparecen, como sucede en áreas rodeadas por edificios altos en los que estas se reflejan, o en túneles, nuestro teléfono básicamente cuenta con su reloj y un acelerómetro para estimar nuestra ubicación y hacia dónde vamos.

El equipo de Ruonan Han, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, ha construido un reloj en un chip que expone moléculas específicas (no átomos) a una frecuencia exacta y ultraelevada que hace que giren. Cuando las rotaciones moleculares causan la máxima absorción de energía, se obtiene un valor específico y periódico. Como con la resonancia de átomos, este giro es lo bastante constante y fiable como para poder servir de referencia precisa de tiempo.

En los experimentos, el reloj molecular sufrió en promedio un error inferior a 1 microsegundo por hora, lo cual es comparable con la precisión de los relojes atómicos en miniatura, y 10.000 veces más estable que los relojes de oscilador de cristal de los smartphones. Dado que el reloj es completamente electrónico y no requiere los componentes voluminosos y con alto consumo energético que se usan para aislar y excitar átomos, es fabricable con la común y barata tecnología CMOS utilizada para producir todos los chips de los teléfonos inteligentes.

El reloj molecular permitirá, en definitiva, mejorar de manera notable la precisión y el rendimiento de navegación en los smartphones y otros dispositivos de uso común.