Sin baterías y generando su energía: la Game Boy que inspira el dispositivo del futuro

Dicen los tecnólogos que en un futuro no tan lejano la mayoría de los ordenadores serán pequeños, estarán extendidos y no necesitarán nunca más baterías nuevas —porque no tendrán—. Su última prueba es una Game Boy sumamente inusual.

Diseñado a medida para funcionar totalmente sin baterías, el dispositivo está alimentado por pequeños paneles solares, así como por las pulsaciones de botones de la persona que está jugando. Así es: incluso después del apocalipsis, los supervivientes al menos tendrán el Tetris.

Las implicaciones de esta demostración son potencialmente grandes, y no solo para los adictos a los videojuegos. En nuestro futuro libre de baterías, sensores de carbono, humedad y luz que duren décadas podrían ser dispersados por drones en granjas; las ciudades inteligentes podrían verse inundadas de dispositivos de vigilancia que todo lo ven y todo lo oyen; los vehículos y los edificios usarán la inteligencia artificial para anticipar las necesidades y realizar tareas sencillas, y habrá ‘implantables’ en nuestro cuerpo que integrarán más estrechamente a los humanos con todo lo conectado a internet.

El director general de Nvidia, Jensen Huang, ha predicho que este futuro de la informática incluirá a la larga miles de millones de dispositivos. “Espero que no todos utilicen batería”, dice Josiah Hester, profesor adjunto de ingeniería informática en la Universidad del Noroeste y codirector del proyecto de Game Boy.

Hay muchos motivos prácticos y ambientales para aspirar a sensores sin batería en todo, desde puentes (para supervisar su seguridad) hasta el cuerpo humano (para controlar nuestra salud). Pero, con o sin batería, una preocupación clave es lo que les pasa a los datos de un sensor cuando se queda sin carga.

Para abordar este problema, el equipo de investigación de Game Boy trastocó una ley fundamental de los ordenadores: si lo apagas, pierdes el trabajo no guardado. Su sistema, por el contrario, puede quedarse sin alimentación por completo, incluso varias veces por segundo, y en el momento en el que consigue carga suficiente —por ejemplo, de un jugador impaciente que machaca los botones— lo retoma todo justo donde lo dejó.

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Conocido como ‘intermittent computing’, este sistema confía en un chip de memoria todavía desconocido. Casi todos los ordenadores en la historia han tenido dos formas diferentes de memoria: la volátil RAM y un almacenamiento permanente pero de acceso más difícil, que incluye de todo, desde tarjetas perforadas y cinta magnética a discos duro y memoria ‘flash’. Pero estos investigadores están utilizando un nuevo tipo de RAM —RAM ferroeléctrica o F-RAM— que elimina la distinción. Es tan fácil y rápidamente accesible como una RAM normal, pero tan persistente como un soporte de almacenamiento permanente. Además, solo necesita una cantidad mínima de electricidad para hacerla funcionar, y no se degrada con el tiempo, como les pasa a las memorias ‘flash’.

Jasper de Winkel, estudiante de doctorado en la Universidad Técnica de Delft, en Holanda, y líder técnico del proyecto sin batería de Game Boy, casó esta memoria permanente de bajo consumo con un procesador de Ambiq, una firma con sede en Austin especializada en procesadores para 'smartwatches', sensores industriales y otros dispositivos de bajo consumo.

El paquete completo —incluidos la memoria, el procesador y la pantalla— consume de media 11,5 milivatios de potencia. Eso lo convierte, según los cálculos del investigador, en unas 20 veces más eficiente que la Game Boy original de 1989. En comparación, un ‘smartphone’ medio consume entre uno y tres vatios de su batería cuando se utiliza, o alrededor de 100 veces más energía.

La generación de energía no ha mejorado drásticamente en las últimas décadas, pero sí hemos mejorado el uso de ínfimas cantidades

Es esta combinación de atributos —que no necesite reiniciarse nunca, que utilice muy poca energía y que la consiga del medio ambiente— lo que da lugar a un sistema que podría ser un ordenador ‘infinito’, dice Hester. El objetivo de la informática eterna son unos sensores, radios y otros dispositivos minúsculos que recopilen, procesen y transmitan datos hasta que se terminen rompiendo físicamente. Sin confundirla con una ‘máquina de movimiento perpetuo’, estas podrían ser incorporaciones reales a nuestro medio ambiente, repartidas por tierra y mar, proporcionando una infraestructura de recopilación de datos que podría sobrevivir a sus creadores.

La cosecha de energía no ha mejorado drásticamente en las últimas décadas, pero “lo que ha cambiado es lo que se puede hacer con esas ínfimas cantidades de energía”, dice Joshua R. Smith, profesor en la Universidad de Washington, donde encabeza el grupo de investigación Sistema de Sensores (no estuvo involucrado en el proyecto Game Boy).

Smith y sus colaboradores han demostrado que es posible utilizar las ondas de radio que ya recorren nuestro entorno para alimentar pequeños sensores y ordenadores. En 2005, este grupo fue el primero en mostrar un pequeño microprocesador impulsado por ondas radiales emitidas sobre una distancia considerable. En uno de los últimos proyectos del laboratorio, el equipo accionó de forma inalámbrica una cámara de vídeo pequeña y sin batería. A principios de 2021, Jeeya Wireless, una ‘startup’ fundada para comercializar la tecnología subyacente, lanzará su primer chip.

Por muy atractiva que suene, esta tecnología siempre será limitada, especialmente si la comparamos con los ordenadores más potentes con los que hemos crecido. Es física pura: sistemas pequeños que utilizan muy poca energía podrían volverse inteligentes de la misma forma que el genio del mundo invertebrado, la araña saltarina, ha conseguido meter una cantidad impresionante de audacia en un cuerpo pequeño, pero no se trata de construir una civilización de arañas saltarinas y enviar al resto a la Luna.

“Algo como tu móvil seguramente siempre tenga batería”, dice Smith. “Pero a lo mejor cuando esa batería se acabe, podrá seguir utilizándose con una funcionalidad reducida, utilizando el aprovechamiento de energía”.

Aun así, con una creciente gama de procesadores y sensores que pueden autoalimentarse con tan poco como unos cientos de microvatios de potencia —menos de la mitad de la potencia generada por una mosca en vuelo—, el número de posibles fuentes de energía ambiente se multiplica considerablemente.

Además de las formas existentes de captación de energía, desde ondas radiales y energía solar a vibraciones, hay algunas en proceso de desarrollo que suenan más a ciencia ficción. Por ejemplo, investigadores de la Universidad del Noroeste han probado recientemente una nueva fibra que puede convertir el calor corporal, o cualquier energía térmica, en electricidad. El resultado podría ser, por ejemplo, un sombrero que alimenta sensores de salud, o un abrigo de esquí que carga por goteo tu móvil. Otros investigadores de varios organismos están trabajando en formas de producir electricidad a partir de los microbios que viven en el suelo.

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Y cuando se combinan múltiples fuentes de energía, se consigue un paquete que podría llegar a sitios a los que pocos ordenadores han llegado —como hasta el material de construcción—. Los investigadores ya han propuesto anteriormente colocar sensores inalámbricos en hormigón fresco, donde podrían monitorizar la presión más o menos de forma indefinida.

“Un puente tiene una vida útil estimada de 50 años, y en EEUU los dejamos hasta 200 años, porque así es como construimos”, dice Hester. “Imagina conseguir datos de la tensión y la presión en alta resolución de todo el puente durante todo ese tiempo”.

En otras palabras, puede que algún día sepamos que es hora de una reparación cuando el propio puente nos pida ayuda.