Innovaciones Espaciales en la Vida Cotidiana
La tecnología ‘cámara-en-un-chip’ desarrollada originalmente en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA ahora está presente en miles de millones de dispositivos cotidianos.
- ✅ Tecnología desarrollada para misiones espaciales ahora en dispositivos cotidianos.
- ✅ Sensores CMOS revolucionan la calidad de imagen en múltiples aplicaciones.
- ✅ Impacto significativo en la industria, medicina y exploración espacial.
En los años 80, los sensores de dispositivos de carga acoplada (CCD) eran la tecnología predominante para producir imágenes de alta calidad, utilizadas en misiones científicas espaciales y otras aplicaciones. Sin embargo, en 1990, el Dr. Eric Fossum fue contratado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA para avanzar en la tecnología CCD, pero terminó desarrollando una tecnología diferente: los sensores de metal-óxido-semiconductor complementario (CMOS).
El Nacimiento de una Nueva Tecnología
Los sensores CMOS, a diferencia de los CCD, tienen amplificadores de señal dentro de cada píxel, lo que permite leer las señales directamente desde cada píxel sin necesidad de transferirlas largas distancias. Esto reduce significativamente el voltaje requerido y minimiza problemas como la susceptibilidad a la radiación. Aunque los sensores CMOS existían en los años 90, producían demasiado ruido para aplicaciones científicas. Fossum aplicó una técnica comúnmente utilizada en dispositivos CCD, llamada ‘transferencia de carga intra-píxel con doble muestreo correlacionado’, que mejora la relación señal-ruido.
De la NASA a la Vida Cotidiana
Varias empresas firmaron acuerdos de cooperación tecnológica con el JPL y se asociaron con Fossum y su equipo para desarrollar esta prometedora nueva tecnología. En 1995, Fossum y su colega, la Dra. Sabrina Kemeny, licenciaron la tecnología de CalTech y fundaron una empresa llamada Photobit para desarrollar sensores CMOS. En 1996, Fossum dejó el JPL para trabajar a tiempo completo en Photobit. El equipo de Photobit refinó aún más la tecnología CMOS para acercarla a las capacidades de los CCD, reducir los requisitos de energía y abaratar la fabricación.
Pronto, las cámaras CMOS comenzaron a utilizarse en webcams, cápsulas endoscópicas (pequeños dispositivos tragables con cámaras diminutas para examinar el tracto digestivo) y otras aplicaciones. En 2001, Photobit fue adquirida por Micron Technology, una empresa más grande que dedicó aún más recursos al desarrollo de la tecnología CMOS. Con la posterior explosión de la industria de los teléfonos móviles, para 2013 se fabricaban más de mil millones de sensores CMOS al año, y hoy esa cifra ha crecido a aproximadamente siete mil millones por año.
Aplicaciones Actuales y Futuras
La tecnología CMOS desarrollada por el Dr. Fossum no solo ha permitido avances en la ciencia espacial, sino que también se ha integrado en dispositivos que utilizamos a diario, transformando muchos aspectos de nuestras vidas. Actualmente, casi todas las cámaras digitales de imágenes fijas y de video, incluidas las de los teléfonos móviles, emplean esta tecnología. Además, los sensores CMOS se utilizan en electrónica automotriz, webcams, cámaras deportivas, equipos industriales, cámaras de seguridad (incluidas las de videoporteros), cámaras cinematográficas y para la imagen médica y dental, entre muchas otras aplicaciones.
Además de dominar el mercado comercial y de consumo, los captadores de imágenes CMOS se han utilizado como cámaras de ingeniería para permitir el descenso y aterrizaje del rover Perseverance de la NASA en Marte, en la cámara a bordo de la misión Orbiting Carbon Observatory-3 (OCO-3) que monitorea la distribución del dióxido de carbono en la Tierra, y como captadores científicos en la misión de la sonda solar Parker de la NASA, que está revolucionando nuestra comprensión del Sol. Los captadores de imágenes CMOS están en camino a la luna de Júpiter, Europa, en la misión Europa Clipper de la agencia, y una versión de ultravioleta con respuesta adaptada está en desarrollo para su uso en la próxima misión UVEX (UltraViolet EXplorer) que proporcionará información sobre cómo evolucionan las galaxias y las estrellas.
Los captadores de imágenes CMOS se utilizan de manera rutinaria en el monitoreo del lanzamiento y despliegue de CubeSats y SmallSats. Recientemente se utilizaron para monitorear el despliegue de Pandora, un pequeño satélite que caracterizará las atmósferas de exoplanetas y sus estrellas anfitrionas; BLACKCAT (el Telescopio de Apertura Codificada de Agujeros Negros), un pequeño telescopio de rayos X; y la misión SPARCS (Star-Planet Activity Research CubeSat) diseñada para monitorear y caracterizar las llamaradas estelares de estrellas de baja masa en ultravioleta para proporcionar contexto sobre la habitabilidad de los exoplanetas en sus sistemas. La NASA también está desarrollando descendientes de esta tecnología para su uso en misiones que buscarán vida más allá de la Tierra, como su Observatorio de Mundos Habitables.
La tecnología desarrollada para misiones espaciales ha demostrado ser un puente entre la exploración del cosmos y las necesidades cotidianas en la Tierra. Desde la mejora de la calidad de imagen en dispositivos cotidianos hasta su uso en misiones científicas avanzadas, los sensores CMOS han revolucionado múltiples industrias y continúan impulsando innovaciones que mejoran nuestra calidad de vida.