Investigadores de la universidad de Sevilla desarrollan pruebas para circuitos destinados a tecnología espacial

La atmósfera terrestre no sólo protege a los seres vivos de la radiactividad u otros elementos espaciales que se precipitan contra el planeta. La electrónica que utilizamos día a día en móviles, ordenadores o coches también se benefician de este resguardo, siendo menos propensos a presentar problemas en su funcionamiento. Sin embargo, cuando se trata de tecnología destinada a satélites o robots enviados a explorar planetas, la cosa cambia.

Para un circuito integrado (un microprocesador, por ejemplo), circular por el espacio exterior tiene su precio. Por un lado, estos sistemas sufren efectos acumulativos, es decir, una degradación progresiva por los daños sufridos en cada impacto, lo que lleva a que, con el tiempo, deje de funcionar. Es lo que les está ocurriendo estos días a los robots de Marte. Por otra parte, la radiación instantánea que hay fuera de nuestro planeta afecta a la electrónica en forma de posibles corrupciones de la información que está procesando.

Es por esto que a la hora de diseñar electrónica para el espacio, hay que hacerlo de forma no convencional para poder endurecer el circuito. “Cuesta mucho dinero poner un satélite en órbita, por eso hay que saber cómo protegerlo contra la radiación si no quieres que deje de funcionar con el tiempo” afirma el investigador Miguel Ángel Aguirre. Además, toda precaución es poca, y antes de lanzar, hay que pasar una larga batería de pruebas para ver el comportamiento del aparato.

En la Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla (US), un equipo de investigadores pertenecientes al grupo Ingeniería Electrónica y dirigido por Miguel Ángel Aguirre, trabaja en la puesta a punto de sistemas de testeo de circuitos integrados destinados al espacio. Unas pruebas que ayudan a los ingenieros, entre otras cosas, a depurar y a reducir los costes implicados en el diseño de este tipo de prototipos electrónicos.

“La actividad que nosotros realizamos pasa por desarrollar herramientas que sirvan de ayuda a un diseñador, con las que prever cómo va a responder un circuito integrado ante un fallo causado por la radiación” apunta el investigador. De esta forma, han establecido una serie de pasos previos que depuran el prototipo antes de pasar por el acelerador de partículas, la prueba más costosa (aproximadamente unos 6.000 euros por hora de exposición) y que implica largas listas de espera.

Emulación hardware

La primera de las patas sobre las que se asienta el trabajo de estos investigadores de la Hispalense es el proyecto bautizado con el nombre de FT-Unshades. Se trata de sistema hardware desarrollada para la Agencia Espacial Europea (ESA, en sus siglas en inglés) en el año 2002, y que sirve para emular el funcionamiento de un circuito integrado sin necesidad de construirlo previamente. Una vez puesto en funcionamiento el emulador, se le van insertando los posibles efectos provocados por la radiación (lo que se conoce como inyección de fallos) para su posterior análisis.

Pese a que el FT-Unshades aún se sigue utilizando, “los circuitos son cada vez más grandes y estamos limitados por la propia capacidad del emulador” señala Miguel Ángel Aguirre. Por ello, recientemente este grupo de investigación ha iniciado la creación de un segundo emulador que tendrá un potencial hasta cinco veces mayor que el actual, además de contar con tecnología puntera.

Aparte del tamaño, otro de los aspectos en los que se va a hacer especial énfasis en esta segunda versión del FT-Unshades es en la creación de un nuevo sistema hardware que sea lo más cercano a cómo sería el circuito final testado. “Cuando se trata del espacio, a la gente le gusta probar realmente la pieza que quiere enviar para minimizar riesgos ya que, cuando emulas, puede haber variaciones del original” apunta el responsable del trabajo. 

La idea que tienen en mente desde la Hispalense para este proyecto pasa por diseñar un nuevo sistema que elimine las posibles diferencias con los circuitos finales. Un importante reto tecnológico que aspira llegar al punto en el que se pueda poner el propio emulador en el acelerador, de forma que no haya que materializar el circuito para someterlo al haz de partículas.

Trabajando con partículas

Una segunda línea de trabajo que mantiene abierta el equipo de investigadores liderado por Miguel Ángel Aguirre aborda también la emulación de los problemas ocasionados por el tránsito espacial, en concreto los derivados del impacto de partículas, mediante tecnología láser. 

En este sentido, desde la Escuela Superior de Ingenieros de la Hispalense, estos científicos han dirigido hasta hace escasas semanas la iniciativa titulada Emuláser, un proyecto del Plan Nacional del Espacio financiado por el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI), en el que han estado implicadas varias empresas (entre ellas la andaluza Tecnológica), universidades así como centros de investigación españoles. 

“Gracias al trabajo conjunto y a la tecnología del Centro de Láseres Pulsados Ultracortos Ultraintensos (CLPU), con sede en Salamanca, hemos conseguido hacer los primeros test en España de circuitos integrados mediante técnica láser, situándonos al nivel de los pocos países que pueden realizar estas pruebas, como Francia, Inglaterra o Estados Unidos”, afirma el investigador.

El láser imita las consecuencias que tendría el impacto de una partícula en los circuitos integrados, produciendo un efecto generación de carga en la superficie del semiconducto, situación que se asimila a lo que haría una partícula. “En el emulador hardware lo que hacemos, básicamente, es manipular el circuito, pero con esta tecnología damos un pulso de luz láser sobre la superficie de éste, con la ventaja de que podemos apuntar justo donde queremos con una precisión por debajo de la micra” señala Miguel A. Aguirre.

En opinión de Rogelio Palomo, miembro del equipo, con este sistema no se puede llegar a sustituir las pruebas en el acelerador, “pero sí podemos reducir los errores y el número de veces que tienes que someterlo al haz de partículas, presentando además las ventajas de que no es necesario trabajar en vacío y que los resultados se obtienen más rápidamente”.

En relación con esto, y como tercer pilar de trabajo, el grupo de la Hispalense se haya inmerso en un nuevo proyecto conocido como RENASER, en el que también participan investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid y del Centro Nacional de Aceleradores (CNA), ubicado en Cartuja 93 (Sevilla). El objetivo de este estudio es el de evaluar la capacidad que tiene el CNA para realizar test de circuitos integrados con protones y neutrones pesados reales.

“Estamos empezando a trabajar para ver cuáles son las capacidades reales y cuáles las oportunidades que tiene el centro para realizar este tipo de trabajos. Estamos convencidos que el CNA tiene un sitio en el contexto de los tests de circuitos para espacio” apunta Miguel A. Aguirre, quien informa de que “ya hemos realizado un primer test de acercamiento y estamos desarrollando otra prueba más seria sobre circuitos integrados. Esperamos que con este proyecto podamos llegar a dar una salida comercial a este tipo de trabajos en el CNA”.

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