Un grupo de científicos estadounidenses ha desarrollado un modelo de comunicación inalámbrica que funciona sin la señal de radio habitual, a partir del ruido térmico. A primera vista, incluso parece vulnerar el segundo principio de la termodinámica, que prohíbe obtener trabajo útil a partir del calor sin un efecto correspondiente sobre el entorno. El hallazgo podría servir para crear canales de comunicación allí donde el uso de la radio no es posible o no es deseable.
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El ruido térmico son las fluctuaciones aleatorias de tensión que provoca el movimiento térmico de los electrones en los conductores. Está presente siempre y no requiere gastar energía adicional para generarse. Los científicos se preguntaron si podría utilizarse para transmitir información a distancia sin una señal de radio activa. Ese enfoque tendría aplicación en casos en los que cualquier interferencia de radio resulta indeseable, por ejemplo junto a equipos médicos, en radioastronomía y en muchos otros ámbitos. Y ello sin contar con la notable eficiencia energética de este tipo de soluciones.
Para el experimento se creó un transmisor con una antena que alternaba entre dos estados eléctricos: circuito abierto y circuito cerrado. Cada estado correspondía a uno de los símbolos binarios, 0 o 1. La conmutación modificaba las propiedades de la antena como reflector: interactuaba de forma distinta con el ruido térmico, cuyas características variaban según si el circuito estaba abierto o cerrado. De forma aproximada, puede imaginarse como la conexión a la antena de un circuito más frío o más caliente siguiendo un algoritmo determinado para transmitir datos con sentido.
Conviene señalar que todos los componentes del receptor y del transmisor tenían aproximadamente la misma temperatura, aunque eso no significa que el ruido térmico fuera idéntico en ambos circuitos. En otras palabras, la antena alternaba entre dos estados distintos, lo que modificaba su capacidad de reflexión. La impedancia del circuito del transmisor cambiaba con la conmutación y alteraba su adaptación con el receptor. Este registraba ese cambio como una débil señal electromagnética generada, en esencia, por el ruido térmico.
No se trata de obtener información de la nada. En este desarrollo no hay vulneración del segundo principio de la termodinámica. Se consume cierta cantidad de energía en conmutar los circuitos del transmisor, codificar la información y hacer funcionar los circuitos del receptor. Por eso, incluso sin ningún gradiente térmico (diferencia de temperatura) entre transmisor y receptor, lo que corresponde a las condiciones que contempla el segundo principio de la termodinámica, es posible transmitir información entre ambos.
Para explicar el mecanismo del fenómeno, los investigadores construyeron un modelo matemático del canal de comunicación que describe cómo las características eléctricas del transmisor influyen en el ruido recibido y en la posibilidad de distinguir los bits transmitidos. A partir de ese modelo pueden crearse soluciones prácticas. Con él, el equipo optimizó el sistema experimental y multiplicó por 100 la velocidad de transmisión de datos en comparación con demostraciones anteriores de este enfoque.
Entre las posibles aplicaciones figuran sensores medioambientales autónomos, sistemas de identificación por radiofrecuencia y equipos sensibles a las interferencias electromagnéticas, como aparatos médicos y observatorios astronómicos. La transmisión de información mediante ruido térmico puede consumir hasta 1.000 veces menos energía que la transmisión con una señal de radio activa, lo que abre amplias perspectivas.