Fotónica integrada: de los vehículos autónomos a la comunicación cuántica
Se espera que quinientos millones de coches nuevos lleguen a las carreteras de todo el mundo de aquí a 2040 y serán vehículos cada vez más autónomos. Sustituir parte de la electrónica por fotónica podría mejorar la resolución de sus sensores y abrir nuevas posibilidades para los componentes y sistemas de los automóviles. Al mismo tiempo, podría permitir reducir el tamaño, el peso y el consumo de energía. Por consiguiente, la fotónica integrada y la optoelectrónica híbrida serán elementos fundamentales de las futuras generaciones de vehículos autónomos, desde automóviles hasta drones. Las herramientas de diseño actuales se centran principalmente en la electrónica o la fotónica, con la consiguiente pérdida de todos los efectos optoelectrónicos de la interfaz. El equipo del proyecto DRIVE-In, que cuenta con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie, ha proporcionado herramientas de diseño y de otros tipos mediante la formación de investigadores noveles en fotónica integrada en toda la cadena de valor.
La próxima generación de componentes fotónicos
La tercera generación de componentes fotónicos, que se encuentra en desarrollo en la actualidad, se centrará en productos y tecnologías integrados de mayor valor. Apoyarán la adquisición y visualización de información del entorno, como radar, visión y visión nocturna, lo que posibilitará la seguridad activa. Según el coordinador del proyecto, Francisco Javier Díaz Otero, de la Universidad de Vigo: «Se espera que los circuitos integrados fotónicos sean los únicos habilitadores de la cartografía tridimensional mediante la detección y medición de distancias por luz (LIDAR), trece cámaras diferentes, sensores de fotodiodos para detección de lluvia y luminosidad, pantalla de visualización frontal para información crucial de seguridad, sistemas de iluminación frontal adaptativos y sistemas de comunicación en interiores y aplicaciones multimedia. En DRIVE-In se abordaron los elementos y componentes principales de estos sistemas».
Cuatro investigadores noveles, una gran cantidad de logros técnicos y comerciales
El equipo de DRIVE-In aportó fundamentos científicos y experiencia de desarrollo industrial en el campo pionero de la simulación, el diseño y la modelización del «software» y el «hardware» de los circuitos integrados fotónicos. Los investigadores llenaron un vacío crítico con un nuevo modelo para la simulación de la interfaz híbrida fotónica-electrónica que es compatible con los programas comerciales de simulación existentes. Los investigadores noveles también desarrollaron nuevos componentes para aplicaciones de automoción, incluidos novedosos láseres. Además, «se simuló, diseñó, fabricó y probó en distintos entornos automovilísticos un sistema LIDAR pasivo completo basado en un método innovador que utiliza acopladores de rejilla con patrones inclinados y rayados. Sus prestaciones eran comparables a las de las máquinas existentes, que son más grandes, más pesadas o consumen más energía», señala Díaz. Los avances en automoción encontraron aplicación en otros ámbitos. «Se utilizaron rejillas, láseres y fotodetectores para nuestro dispositivo LIDAR en comunicaciones ópticas y cuánticas, y se diseñó un emisor cuántico monofotónico. Esto produjo resultados interesantes cuando se aplicó a circuitos de distribución de clave cuántica», añade Díaz. Finalmente, se obtuvieron varias patentes y en 2022 se creó una empresa derivada, SPARC, como fundición que producirá diferentes productos fotónicos basados en semiconductores III-V. El plan de negocio y el modelo comercial atrajeron a varios inversores y a las autoridades públicas españolas. La explotación comercial está prevista para 2026.
Impulsar la innovación en la fotónica europea
A pesar de la pandemia de COVID-19 y los consiguientes cierres de fundiciones y de la formación y reuniones en línea, el equipo de DRIVE-In cumplió con éxito sus objetivos. Además de resultados técnicos y comerciales, ha formado investigadores con excelentes aptitudes transferibles y capacidad para transformar ideas abstractas y desafiantes en resultados influyentes y prácticos. Todos los investigadores noveles fueron contratados por organizaciones de investigación y tecnología o empresas tecnológicas inmediatamente después de finalizar el proyecto. Como resume Díaz: «El proyecto ha creado una red activa y duradera de jóvenes investigadores. Sus contactos personales y su conocimientos especializados ayudarán a Europa a dar forma al futuro de la investigación en fotónica integrada».
Palabras clave
DRIVE-In, fotónica, LIDAR, optoelectrónica, láser, vehículos autónomos, circuitos integrados fotónicos, comunicaciones cuánticas, distribución de clave cuántica, seguridad activa
