Electricidad y Electrónica

Microactuadores y relés electrostáticos
Los relés de lengüeta, o reed relays, mencionados en el capítulo 7, admiten variantes
microscópicas de tiempos de respuesta muy pequeños, y comparables con los de los
transistores. Además de establecer o de abrir un contacto, pueden realizar pequeños
movimientos en mecanismos microscópicos; en ese caso se llaman actuadores.
Los actuadores electrostáticos son, especialmente, efectivos en los tamaños pe-
queños. No consumen corriente por la compuerta, y en eso se asemejan a los tran-
sistores  de  efecto  de  campo.  Si  la  lengüeta  de  un  relé  de  este  tipo  es,
suficientemente, larga, se puede sujetar por los dos extremos, y también se flexiona
al polarizar la compuerta; eso torna el relé menos sensible a las vibraciones y al
sonido. Su funcionamiento es reversible: el movimiento de su lengüeta varía la
capacitancia, y eso induce una señal en la compuerta, con lo que el actuador sirve,
además, de acelerómetro capacitivo, o instrumento para medir aceleraciones.
Nanotubos, nanoláminas y nanoesferas
Se llaman nanotubos los cilindros de diámetro prácticamente atómico. Tienen
variadas aplicaciones nanotecnológicas, y tuvieron su origen en fibras de grosor
mucho mayor, y de propósitos modestos, como el de reforzar estructuras de plás-
tico. El vidrio, por ejemplo, es un material cuya resistencia a la rotura a la tracción
es pequeña; no mucho mayor que la de los plásticos. Pero cuando se lo hila fina-
mente, adquiere una resistencia a los esfuerzos muy elevada, que no tiene una
barra maciza de la misma sección transversal total. El clásico concepto de resis-
tencia a la tracción, en newton por metro cuadrado, o kilogramos por centímetro
cuadrado, no tiene aplicación en el caso de los hilados, porque la fuerza resistente
parece no ser proporcional a la sección, en centímetros cuadrados, como en los
objetos más gruesos, sino al perímetro, en centímetros lineales. En el conjunto de
las fibras de vidrio que refuerzan el plástico de una caña de pescar, un aislador o
el eje de un motor, la cantidad total de perímetro de las fibras hiladas  es muy
grande, y lo mismo ocurre con la fuerza que puede resistir el haz. Lo mismo se
E l e c t r i c i d a d   y   e l e c t r ó n i c a
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Microrelé electrostá-
tico de lengüeta móvil,
de  10 
 de  ancho,  2
de  espesor  y  100  de
largo,  separada  2 
,
desarrollado  en  la
Northeastern Univer-
sity,  Boston,  Estados
Unidos.  Resistencia
de  contacto,  20 
;
tensión,  100  V;  co-
rriente, 1 mA; tiempo
de  actuación,  1 
s;
vida,  10  millones  de
operaciones.   
l
Compuerta 
Cátodo 
Ánodo 
Compuerta 
Cátodo 
Ánodo 
Corriente 
l
Relé electrostático. Cuando se polariza la compuerta,
atrae la lámina flexible del ánodo, que establece con-
tacto con el cátodo.
Garrocha de resina e-
póxica  reforzada  con
fibras de vidrio de un
grosor  de  cien  nanó-
metros. El vidrio ocupa
aproximadamente  el
70 % de la masa, y la
mitad de su volumen.
l
Cap 19:Maquetación 1  06/10/2010  03:49 a.m.  Página 236

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experimentó con fibras de carbono, que resultaron aun más resistentes que las de
vidrio, ambas de grosor cercano a un micrón, diez veces más fino que el de una
tela de araña.
Descubierto ese hecho, se fabricaron fibras cada vez más delgadas, para usarlas
como refuerzo, hasta tropezar con el límite atómico. Es imposible hacer una fibra
de grosor menor que el de un átomo, y, de hecho, debe tener un diámetro de
varios átomos, para que éstos se puedan acomodar en una estructura estable.
En el caso del carbono, esa estructura es una malla hexagonal cerrada en forma
de tubo, que recibió el nombre de nanotubo.
Aunque los nanotubos se conocen, en teoría, desde 1950, la evidencia de su
existencia, y su fabricación, datan de 1991 (en 1994 se logró una estructura plana,
llamada grafeno, por su semejanza con el grafito). Sus propiedades son nuevas y
extrañas, y dan lugar a variadas aplicaciones. Forman parte de MEMS, como piezas
móviles, y como conductores eléctricos. Se estudia la posibilidad de almacenar
átomos de hidrógeno en esos tubos, sin necesidad de mantenerlo a presión, lo que
sería de gran utilidad en los automóviles que usen ese elemento gaseoso como
combustible. Se aprovecharía su torsión estructural para fabricar nanomotores.
Resisten, además grandes fuerzas.
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Y si se los pudiera hacer muy largos (actual-
mente no llegan a tener ni un micrón de longitud), se podrían usar como cables
capaces de conducir muchos amperes por milímetro cuadrado. 
Para fabricar nanotubos se vaporiza carbono (con arcos eléctricos, láseres, u
otros medios), y se deja que su vapor se condense y cristalice sobre superficies frías.
Los nanotubos se forman naturalmente al ordenarse los átomos, y su grosor y lon-
gitud dependen de las temperaturas de los vapores y de las paredes del recipiente,
y de otros parámetros del proceso.
Con técnicas similares, Jun Ni y otros investigadores construyeron, en 2009,
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S i s t e m a s   m i c r o e l e c t r o m e c á n i c o s
N a n o e n g r a n a j e s
atómicos  de  fule-
reno.  (Imagen  de  la
NASA).  El  fulereno,
como  el  grafito  y  el
diamante, resulta de
una de las formas en
que se pueden unir y
ordenar  los  átomos
de carbono. Su nom-
bre rinde homenaje a
Richard Buckminster
Fuller, arquitecto crea-
dor de la cúpula geo-
désica, o geoda. 
l
l
Representación  artística  de  varios  nanotubos  de  carbono.
Cada átomo de ese elemento ocupa un nodo de la red. Hay tubos
de una sola capa, como éstos, y otros de estructura más com-
pleja, con varias capas vinculadas entre sí mediante enlaces
atómicos. Esta figura no representa la torsión que pueden tener
los nanotubos, hacia la izquierda o hacia la derecha.
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En 1895, mucho antes de los satélites, el científico ruso Konstantin Tsiolkovsky, mientras admiraba la hoy famosa
torre diseñada por Alexandre Gustave Eiffel, y comentaba con él su diseño, concibió la idea de hacer una construcción
de más de cien mil kilómetros de altura, que se mantendría erguida y tirante gracias a la rotación terrestre, para
usarla como escalera para poner cargas en órbita, con gran ahorro de energía en comparación con los cohetes. El
material necesario para erguir una antena o torre semejante, de grosor y densidad uniforme, debería resistir decenas
de miles de kilogramos por centímetro cuadrado. Pues bien, los nanotubos de carbono satisfacen, hoy, esa exigencia.
Cap 19:Maquetación 1  06/10/2010  03:49 a.m.  Página 237

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