El Dr. Francisco Pizarro, académico e investigador del laboratorio de telecomunicaciones de la Escuela de Ingeniería Eléctrica (EIE) de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso (PUCV) se encuentra desarrollando un proyecto del Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (FONDECYT) -11180434- titulado Implementation of Reconfigurable Plasma-Based RF Devices for Medium and High Power Densities, el cual busca indagar en la interacción del plasma y las ondas electromagnéticas, para observar la viabilidad de esta condición en la elaboración de antenas reconfigurables u otros dispositivos de alta frecuencia.

Sobre el desarrollo de esta investigación, conversamos con el docente para conocer más a fondo los alcances de este proyecto y el balance del trabajo realizado hasta el momento:

¿En qué contexto se dió este proyecto? ¿Cómo se originó la idea?

Francisco (F): Cada vez están saliendo nuevos estándares en comunicación, y para afrontar esta situación, hay que tener nuevas tecnologías que respondan a ellos. Cómo podemos, entonces, con un mismo sistema, responder a varios sistemas al mismo tiempo, es una problemática que se puede indagar. Me refiero a tener un único dispositivo en alta frecuencia, pero que te sirva para varias tecnologías, como puede ser comunicación satelital pero también, para telefonía. Esta agilidad de cambiar las propiedades de un sistema de telecomunicaciones, en este caso, lo que es antenas, con un solo "botón", es lo que llamamos un sistema reconfigurable.

La literatura científica al respecto tiene resuelto mucho de esto pero en bajas potencias, ya que en altas, los componentes se ven afectados o no aguantan ese nivel. Ocurre que la forma en que la onda electromagnética interactúa con el plasma, dependerá de las características de este último. Con cuánta potencia estoy alimentando el plasma, el tipo de gas, y la presión en que esté. Esta característica es sencilla de controlar, y viene a funcionar como una "perilla" externa, la cual, a la hora de experimentar, resulta muy útil precisamente por la facilidad de control.

¿En qué ha consistido el trabajo desarrollado hasta este momento?

F: Hemos probado la interacción del plasma con varias topologías que pueden ser usadas para altas potencias. Hemos probado con topologías que se conocen como resonadores dielétricos, insertándoles el plasma... también en lo que son las metasuperficies y en el fondo, probando en tecnologías en las cuales el plasma puede tener mayor interacción. Hasta este punto, nos hemos concentrado en todas las estructuras que pueden ser candidatas para albergar el plasma y así hacer la interacción de forma óptima. De esto hemos obtenido varios artículos. Lo que sigue es ver el tema de la implementación. Ya tenemos los candidatos y las simulaciones, ahora toca construir y medir en este último año de trabajo.

¿Quiénes integraron el equipo de trabajo? ¿cuánto tiempo duró su ejecución?

F: Este trabajo contó con la colaboración del Laboratorio de Plasma y Conversión de Energía (LAPLACE) perteneciente al Centro Nacional de Investigación (CNRS), Francia, y del laboratorio de plasma de la Pontificia Universidad Católica de Chile (PUC), y también permitió a los egresados Pablo Stuardo y Matías Ramírez, realizar sus tesis para optar al título de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, mención Ingeniería Eléctrica. También contamos con la presencia de dos practicantes de origen francés llamados Theo Delage y Lucas Pierson.

¿Qué balance se hace de este trabajo? ¿presentaron dificultades durante el proceso?

F: Hay dos cosas importantes. La primera es la curva de aprendizaje de este tema, que puede ahuyentar a los estudiantes, al tratarse de física de plasma y conceptos que no son triviales. Es una dificultad propia del tema y que por supuesto necesitó de un gran esfuerzo por parte de los tesistas que colaboraron. Todos ellos lograron sortear eso de buena manera.

Lo segundo tiene que ver con la flexibilidad en el análisis del comportamiento del plasma. Hay mucha física dura que hay que entender. Encontrar esos parámetros ha sido difícil, pero ya tenemos ideas y prototipos que nos toca validar. Por supuesto, se ha presentado la situación que todos conocemos con el COVID-19 y que ha sido un obstáculo para la parte experimental. Aún así, en este proyecto en particular, todavía podemos obtener avance en análisis teórico y en lo que es simulación.

¿A qué tipo de equipamiento se tuvo que recurrir?

F: Un equipo que compramos fue un analizador vectorial de redes (VNA), que nos permite ver la interacción que tendrán los sistemas cuando pongamos el plasma. También un generador de señales de alta potencia, que ha sido adquirido con apoyo de la Escuela. Este proyecto también recae en el apoyo de colegas que mantienen laboratorios especializados en plasma, que cuentan con los implementos necesarios para llevar a cabo la parte experimental. En cuanto a software, utilizamos HFSS de Ansys, para las simulaciones de onda electromagnética. Este programa ya es usado en docencia en la EIE, por lo que los muchachos ya tienen un conocimiento previo al momento de llegar a la tesis.

¿Qué proyecciones se observan a raíz de este trabajo?

F: El año pasado tuve la suerte de obtener financiamiento para un proyecto a nombre de la Matsumae International Foundation (MIF), de Japón, para hacer una pasantía en la Universidad de la Prefectura de Shiga, en Hikone, trabajando con el Dr. Osamu Sakai para el segundo semestre del próximo año. Este proyecto tiene que ver con el uso o implementación del plasma como metamaterial. Esto a raíz de que el plasma tiene propiedades algo exóticas desde la perspectiva electromagnética, como lo es el hecho de que si tú lo combinas con otras estructuras, tú puedes hacer que este conjunto se comporte como un material que no existe en la naturaleza, una vez interactúe con una onda electromagnética. Esto es lo que se conoce como permitividad o permeabilidad negativa. El profesor Sakai, precisamente, ha indagado con profundidad en este tópico. Este trabajo vendría a extender lo realizado en este proyecto FONDECYT y el tema en particular, como también la experiencia demostrada en el mismo.

Para concluir, ¿porqué investigar y profundizar en este tipo de tecnologías? ¿cómo podemos definirlas y cuál es su importancia?

F: Esta es una investigación básica, en el sentido de base y que se aleja de la aplicación, proyectos que también mantengo y no desmerezco, por supuesto. Este tipo de apuestas en investigación también deben hacerse, y dejar para el futuro la evaluación de las aplicaciones de los resultados que uno obtiene. Investigar en lo fundamental o lo exploratorio es importante e interesante ya que puede que en el futuro desemboquen en ideas muy diferentes de lo original que uno tiene en mente.

Para conocer más sobre la labor del laboratorio de telecomunicaciones de la EIE, puede visitarse el sitio web oficial.