Pensándolo bien...

Nikola Tesla soñó con un mundo donde la energía pudiera transmitirse sin cables, de forma libre, abundante y global. Su proyecto más ambicioso fue la construcción de la Torre Wardenclyffe (1901-1917), que tenía por objetivo principal demostrar la posibilidad de transmitir energía eléctrica a través de la atmósfera o del suelo mediante ondas electromagnéticas de baja frecuencia. Tesla creía que la Tierra funcionaba como un conductor gigante y que, mediante una adecuada resonancia, la energía podía llegar a cualquier punto del planeta.

Los pilares de la propuesta de Tesla fueron el uso de la conductividad del suelo y la ionosfera como canales de transmisión; la tecnología basada en resonancia electromagnética; el objetivo de distribuir energía globalmente sin cables, gratuita o de muy bajo coste y transmitir información y energía simultáneamente, como anticipación de las telecomunicaciones modernas. Sin embargo, la falta de financiación, las dudas técnicas, la oposición de los intereses económicos ligados a las redes eléctricas tradicionales y el aislamiento científico de Tesla impidieron que su proyecto llegara a buen puerto.

Hoy día los láseres y la fibra óptica aportan un enfoque práctico del mismo ideal. La investigación actual sobre transmisión de energía por láser a través de fibra óptica mantiene, en esencia, el mismo objetivo filosófico que Tesla, como es el de transmitir energía sin depender de redes eléctricas tradicionales, de forma eficiente, segura y a larga distancia.

El avance de las tecnologías inalámbricas y la miniaturización de dispositivos han transformado radicalmente la vida moderna. Sin embargo, el suministro de energía eléctrica continúa dependiendo, en gran medida, de infraestructuras físicas tradicionales, como redes eléctricas, cables de cobre o sistemas de baterías recargables. Esta dependencia plantea desafíos logísticos, ambientales y de seguridad, especialmente en entornos hostiles o remotos. En este contexto, la posibilidad de alimentar dispositivos mediante haces de láser a través de fibras ópticas representa una innovación disruptiva.

Investigadores de la Universidad de Ottawa, en colaboración con el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar en Alemania, han desarrollado un nuevo tipo de convertidor fotónico que permite transmitir energía de forma más eficiente a largas distancias. Su trabajo, basado en tecnologías de múltiples uniones semiconductoras, promete superar las limitaciones de los sistemas actuales y abrir el camino a nuevas formas de alimentar redes inteligentes, dispositivos remotos e incluso vehículos en el espacio.

La conversión de energía óptica en energía eléctrica no es un concepto reciente. Desde la invención de la célula fotovoltaica moderna a mediados del siglo XX, la Ciencia ha buscado métodos para aprovechar la luz, ya sea solar o artificial, como fuente energética. No obstante, el desarrollo de tecnologías que permitan transmitir energía a través de haces de luz concentrada plantea retos muy distintos a los de la energía solar convencional.

A diferencia de la irradiación solar, que es difusa y de baja densidad energética, los haces láser permiten concentrar grandes cantidades de energía en longitudes de onda específicas, lo que resulta ideal para la transmisión dirigida. Sin embargo, transformar de forma eficiente esa energía luminosa en electricidad en el punto de destino, especialmente a través de largas distancias y en ambientes hostiles, ha sido un obstáculo tecnológico considerable.

En los sistemas convencionales de energía por fibra óptica (Power-over-Fiber, PoF), buena parte de la energía láser se disipa o se pierde por limitaciones de absorción en los convertidores, impidiendo su uso más allá de distancias cortas. Este problema limita sus aplicaciones prácticas y ha motivado investigaciones para mejorar tanto los materiales como los diseños de los convertidores fotónicos.

El equipo del SUNLAB de la Universidad de Ottawa ha propuesto una solución basada en convertidores fotónicos multiunión, inspirados en diseños usados en células solares de alto rendimiento. Mientras que una celda fotovoltaica convencional utiliza una sola capa semiconductora para absorber fotones, las celdas multiunión apilan varias capas con diferentes bandas de absorción, lo que permite capturar un espectro más amplio de energía luminosa y, por tanto, aumentar la eficiencia.

Imagen creada con ayuda de ChatGPT con DALL-E

Una unión semiconductora se forma cuando se juntan dos tipos de material, uno con exceso de electrones (tipo n) y otro con deficiencia (tipo p). Este empalme crea un campo eléctrico interno que permite separar las cargas generadas por la absorción de luz. Cuando se apilan múltiples uniones, cada una puede optimizar la absorción de una parte específica del espectro, como ocurre en los diseños de triple unión usados en satélites espaciales.

Los investigadores lograron una eficiencia del 53% con un convertidor de potencia fotónico de múltiples uniones que, además, alcanzó un voltaje de salida de 2 voltios. Para ponerlo en perspectiva, los convertidores de unión única, previamente utilizados, alcanzaban eficiencias similares pero con una tensión muy inferior, del orden de 0,6 voltios. Este aumento en el voltaje es crucial, ya que permite alimentar dispositivos más exigentes sin necesidad de módulos adicionales de conversión o amplificación.

El equipo de Ottawa, junto con el Instituto Fraunhofer, ha desarrollado un modelo de simulación para estudiar la interacción de los convertidores con longitudes de onda del infrarrojo, específicamente las utilizadas en redes de telecomunicaciones. Esta decisión estratégica permite reutilizar la infraestructura existente de fibra óptica, lo que reduce costos y facilita la implementación a escala. Es una muy conveniente adaptación a la tecnología en operación en la actualidad y los experimentos demostraron que los nuevos dispositivos pueden funcionar eficientemente a más de un kilómetro de distancia. Esta distancia es muy significativa si se considera que, en los sistemas tradicionales, las pérdidas energéticas eran tan elevadas que se volvía inviable alimentar dispositivos más allá de unos cientos de metros. El logro se basa no solo en una arquitectura de materiales optimizada, sino también en la selección precisa de longitudes de onda láser que minimizan la dispersión y absorción a través de la fibra óptica. A diferencia de otras formas de transmisión inalámbrica de energía , como la inducción magnética o las microondas, el uso de fibra óptica también evita problemas de interferencia y exposición a radiación, haciéndolo más seguro y robusto.

Una de las aplicaciones más prometedoras de esta tecnología es su uso en redes de telecomunicaciones inteligentes en entornos peligrosos o de difícil acceso. El sistema podría alimentar sensores de control de alta tensión o dispositivos de supervisión sin riesgo de descargas eléctricas, chispas o incendios, algo esencial en plantas químicas, plataformas petrolíferas, minas subterráneas o áreas propensas a tormentas eléctricas. Además, la posibilidad de transmitir simultáneamente datos y energía a través del mismo cable de fibra óptica multiplica las posibilidades de integración tecnológica. En un solo canal físico se puede mantener comunicación con dispositivos remotos al mismo tiempo que se les proporciona energía, lo que podría transformar el diseño de redes distribuidas, como las de Internet de las Cosas.

Pero el alcance va más allá del planeta. En el contexto de la exploración espacial, la tecnología puede alimentar satélites, drones atmosféricos, vehículos lunares y marcianos sin recurrir a paneles solares ni baterías pesadas. En condiciones donde la luz solar es escasa o donde el mantenimiento es inviable, el envío de energía mediante láser desde una estación madre se convierte en una solución atractiva y eficiente. Incluso en la Tierra, los vehículos aéreos no tripulados, podrían beneficiarse de recarga remota mediante láseres, lo que permitiría misiones más largas y autónomas.

Pese a sus avances, la tecnología aún enfrenta limitaciones prácticas. Uno de los principales retos es la seguridad, ya que los láseres de alta potencia pueden representar un peligro para seres humanos y animales si no están adecuadamente encapsulados o alineados. El uso exclusivo de fibra óptica ayuda a mitigar este riesgo, pero en aplicaciones más abiertas, como la transmisión aérea de energía, se requerirán protocolos estrictos y dispositivos de corte automático en caso de desviaciones. Otra dificultad es el costo de los convertidores multiunión, cuyo proceso de fabricación es más complejo que el de las células solares convencionales. La eficiencia total del sistema depende no solo del convertidor, sino también del láser emisor, del acoplamiento con la fibra y del aislamiento térmico. En ambientes de alta temperatura o humedad, estos factores pueden degradar la eficiencia y requieren diseños resistentes y de bajo mantenimiento.

La propuesta marca un hito en la transmisión fotónica de energía eléctrica. Al alcanzar una eficiencia superior al 53% y generar un voltaje útil a distancias superiores a un kilómetro, esta tecnología abre nuevas posibilidades para alimentar dispositivos en entornos hostiles, remotos o inaccesibles. Más allá de su aplicación en redes de telecomunicaciones, la innovación tiene potencial en sistemas espaciales, sensores industriales, entornos con riesgo de ignición y vehículos autónomos. La posibilidad de integrar energía y datos en un mismo canal óptico representa un cambio de paradigma en la ingeniería de redes distribuidas.

La relación entre esta tecnología moderna de transmisión de energía por láser a través de fibra óptica y la propuesta de Nikola Tesla a finales del siglo XIX e inicios del XX es profunda y significativa, aunque sus principios físicos y enfoques técnicos difieren. Ambas comparten una visión común: la de una transmisión de energía a distancia sin depender de las redes eléctricas convencionales, con un fuerte impulso utópico y transformador.

A pesar de sus diferencias metodológicas, hay similitudes notables, ya que ambos sistemas buscan eliminar la dependencia del cobre y del cableado eléctrico tradicional, facilitando el acceso a la energía en lugares remotos; ambos proponen una infraestructura alternativa y más flexible frente a las grandes redes eléctricas centralizadas; la idea de combinar transmisión de datos y energía fue esbozada por Tesla y hoy se hace realidad con la tecnología láser-fotónica; el enfoque hacia entornos hostiles o remotos coincide en el objetivo, ya que Tesla pensaba en zonas rurales o no conectadas; hoy se piensa en minería, espacio o zonas de desastre. Tesla fue visionario en imaginar un mundo donde la energía fluye como lo hace la información hoy por internet, y aunque su método no se concretó, su inspiración ha permeado a generaciones de ingenieros y científicos. La tecnología moderna de alimentación óptica puede entenderse como una realización parcial, tecnológicamente viable y localizada de esa idea.

Es muy probable que Nikola Tesla hubiera recibido con entusiasmo la tecnología de transmisión energética mediante láseres. Aunque él confiaba en métodos más radicalmente inalámbricos, la precisión, eficiencia y aplicabilidad práctica del láser en fibra óptica encarna parte de su visión. De hecho, en varios escritos Tesla especulaba con el uso de rayos de energía concentrada, lo que más tarde algunos interpretaron como prefiguraciones del láser, y también llegó a hablar de "rayos de la muerte", armas de energía dirigida. Aunque esos proyectos tenían aplicaciones distintas, muestran que Tesla intuía el poder de canalizar energía en haces de luz. Además, el hecho de que esta tecnología permita alimentar dispositivos en condiciones extremas y sin riesgo de incendios ni chispas, tal como proponía Tesla para entornos industriales, habría reforzado su convicción de que el futuro debía desprenderse del cableado pesado e inseguro.

Se trata de una genealogía de la utopía energética. El proyecto del SUNLAB no es una simple innovación tecnológica, sino un eslabón en la cadena de una visión que Tesla ayudó a imaginar. Aunque la propuesta moderna se apoya en fundamentos distintos y en una infraestructura más contenida (láseres, fibra óptica, convertidores semiconductores), el espíritu es similar, con desmaterializar las redes eléctricas; democratizar el acceso a la energía; aumentar la seguridad y flexibilidad de la transmisión y llevar la energía allá donde hoy no llega. En definitiva, el trabajo actual es una concreción técnica y pragmática de un sueño que, aunque incompleto en su momento, Tesla ayudó a sembrar.

Sopa de letras: UTOPÍA ENERGÉTICA

Soluciones: RIEMANN Y LA FUNCIÓN DE DIOS