El espía de Dios: Inhibidores de frecuencias

Volvemos con un libro. Acabo de terminar «El espía de Dios», una novela policiaca donde un asesino en serie anda suelto en el Vaticano, en pleno cónclave tras la muerte de Juan Pablo II. En uno de los capítulos, los protagonistas entran en el Domus Sanctae Marthae, un edificio donde los cardenales del cónclave residen mientras dure el mismo. Una de las medidas de seguridad que tiene el edificio es un inhibidor de señal. En boca de uno de los personajes, «En éste p(...) edificio no funciona nada. No hay cámaras en los pasillos, no funcionan los teléfonos ni los móviles ni los walkie talkies. Nada más complicado que una p(...) bombilla, nada que requiera de ondas o de unos y ceros para funcionar.». Más adelante, se descubre que el asesino, que normalmente utiliza una videocámara para documentar el tormento de sus víctimas, usó en el edificio una vieja cámara de fotos mecánica, previendo que un aparato electrónico no funcionaría.

En realidad, un inhibidor no impide que un aparato electrónico funcione. Lo que hace es emitir una serie de señales de bastante intensidad, en determinadas frecuencias. Estas señales actúan como ruido en el canal, de forma que cualquier otra señal en la misma banda de frecuencias, queda enmascarada por el ruido, siendo casi imposible su correcta interpretación. Pero los dispositivos afectados pueden emitir su señal perfectamente. Es como si para impedir que dos personas hablen en una habitación, ponéis un equipo de música a toda pastilla, para que no se puedan oir. No estáis impidiendo que alguien hable tapándole la boca, sino que generáis un ruido mucho mayor para que no se le entienda. El principio es el mismo.

Como podréis suponer, hay una forma de contrarrestar un inhibidor: aumentando la potencia de tu propia señal, para que tenga mucha más intensidad que el ruido generado. Pero esta característica no es algo que suelan tener dispositivos convencionales, como un teléfono móvil, o el transmisor de un detonador. Por eso los inhibidores se suelen utilizar como medida de seguridad en determinados ámbitos.

Una vez entendido cómo funciona, parece evidente que un inhibidor no puede afectar al funcionamiento interno de un dispositivo electrónico, como se menciona en el libro. Un smartphone, si bien no podría realizar llamadas ni conectarse a una Wi-Fi, puede seguir utilizándose para sacar fotos, vídeos, o jugar al videojuego de moda (si no requiere conexión a Internet). Por supuesto, cualquier videocámara, sería perfectamente utilizable.

Terra Nova: Pulsos electromagnéticos, y arreglando microchips

Una de las series que sigo actualmente, y que llevo al día, es Terra Nova. Se trata de una serie promocionada como «la última creación de Spielberg» (aunque sólo es uno de los productores ejecutivos), que trata de un grupo de «peregrinos» que viajan a la época de los dinosaurios, huyendo de un futuro devastado. El título de la serie es el nombre de la colonia que establecen allí.

Pero no voy a hablar de viajes en el tiempo. En uno de los episodios (el sexto), un meteorito explota en el aire, muy cerca de la colonia, produciendo un pulso electromagnético que frie todos los microchips de Terra Nova. Ordenadores, circuitos, iluminación, incluso las armas (que funcionan con un chip) dejan de funcionar.

Lo primero que propone uno de los personajes es sustituir los chips quemados por otros de repuesto. Desde luego, parece buena idea llevarse un buen cargamento de recambios si viajas a una época prehistórica. Pero el jefe de la colonia dice que los chips de repuesto también se han quemado. No importa si un chip está conectado o no a un circuito, es afectado igualmente por un PEM.

Bueno, esto tiene un poco de buena ciencia. Por un lado, rompe el tópico de que un circuito sólo se ve afectado si está «encendido», tan usado en la ficción. Eso no es así, como ya comenté en su día. Pero también os expliqué que lo que hace un PEM es inducir corrientes eléctricas muy altas, en conductores. Un michochip no es un conductor, pero las patillas y las pistas de los circuitos impresos en los que está conectado, sí. Así, un PEM no induce directamente corrientes en el interior de un chip, pero sí en dichas patillas y en el circuito impreso en el que está conectado. Las patillas de un chip son bastante pequeñas, así que es posible que no basten para que se induzcan corrientes suficientemente elevadas para quemar el chip (tampoco hace falta mucha intensidad). Así que los chips más afectados serían precisamente los que forman parte de un circuito, donde sí que se inducirían corrientes muy altas. Si el chip está guardado en una caja, es posible que no le pase nada (y mucho mejor si el exterior de la caja es metálico, ya que haría de jaula de Faraday). En cualquier caso, como habréis notado, estoy hablando de posibilidades. Podría o no podría ocurrir.

Seguimos. Resulta que en la colonia tienen una máquina para fabricar chips, por lo que podrían reponer en un tiempo razonable los más importantes (como los de los equipos médicos). El problema es que la máquina funciona con un chip que también se ha quemado. Así que se lo llevan a un personaje bastante peculiar, que lo examina con una lente de joyero o relojero, y lo compara con arreglar un reloj de precisión. Finalmente se pone a ello, y al final del episodio la situación se ha solucionado.

Bueno, un chip no se puede arreglar como insinuan en el episodio, con una lupa y unas pinzas. Para empezar, los «componentes» por llamarlos de alguna manera, son demasiado pequeños. En un chip, la carcasa que vemos y cogemos con la mano, es mucho mayor que el dispositivo de silicio que hay en su interior. Éste trozo de silicio es muy pequeño, y puede haber desde varios cientos hasta más de un millón de transistores en él. Y teniendo en cuenta que la serie empieza en el futuro (en el siglo XXII), podemos asumir sin riesgos que el número debe ser incluso mayor. Sencillamente, no se pueden observar con una simple lente. Se necesitaría un microscopio electrónico (que no funcionaría por el PEM)

Además, un chip no está formado por componentes separados que podamos montar o desmontar, sino que está hecho de una única pieza. Por eso se llama circuito integrado. Hace tiempo expliqué cómo funciona una célula solar fotovoltaica. Ahí mencionaba una acción muy importante, común a todo dispositivo semiconductor: el dopaje (nada que ver con los deportes). Básicamente, al silicio se le introducen impurezas determinadas, en lugares determinados, para alterar sus propiedades eléctricas. Pues bien, un microchip sigue el mismo esquema. Se trata de un único componente sólido, que ha sido sometido a diversos procesos de dopaje y abrasión (eliminando partes del sustrato original). Para ello se utilizan técnicas de fotolitografía. La idea es que en vez de dopar selectivamente distintas regiones del silicio, se dopa toda una capa, y luego se eliminan aquellas partes no deseadas, siguiendo un patrón.

Así que sencillamente, no se puede arreglar un microchip con una lente y unas pinzas de relojero. No hay componentes que manipular, extraer, meter, recolocar... Es un único componente de una pieza.

Como nota final, y fuera ya de la temática de este blog, el episodio nos muestra una situación que merece la pena considerar, para darnos cuenta hasta qué punto nos hemos vuelto dependientes de la tecnología. ¿Qué pasaría si un día, dejaran de funcionar todos los aparatos eléctricos y electrónicos? Pensadlo bien, y considerad todas las implicaciones. Aterrador, ¿verdad?

Monitores con nieve

Actualización (18 de mayo de 2009): He cambiado parte de la explicación, ya que la causa no es que la señal sea analógica, sino que esté modulada en radiofrecuencia.

Hace poco, viendo un episodio de Smallville, me fijé en un recurso que me suena haber visto en otros sitios. La escena era la siguiente: una habitación con las paredes cubiertas de pantallas, y un ordenador con su respectivo monitor, en el centro de la misma. Un virus informático es introducido en el sistema, y entonces las imágenes de los monitores comienzan a bailar y desaparecer, hasta ser sustituidas por la clásica imagen de ruido o nieve que aparecía en las televisiones algo antiguas cuando seleccionábamos un canal no sintonizado. Sin embargo, esto no puede ocurrir en un monitor de ordenador, a menos que deliberadamente reproduzcamos un vídeo a pantalla completa de dicho fenómeno (y no creo que eso estuviera en las prioridades del programador del virus).

¿Por qué se produce (o producía) la nieve? Antes de las pantallas de plasma, la alta definición, la televisión digital y todas las modernidades que nos rodean, la televisión que todo hijo de vecino tenía en su casa era un armatoste con un tubo de rayos catódicos, y una única entrada de radiofrecuencia (a la que llamábamos «toma de la antena» o simplemente «antena»). Por dicha entrada llegaban las señales (que efectivamente, procedían de la antena) de los distintos canales, todos ellos modulados en radiofrecuencia. ¿El qué? Bueno, hace bastante expliqué un poco qué es eso de la modulación. Resumiendo un poco, la información de audio y vídeo debe «meterse» en una señal electromagnética, de forma que luego se pueda extraer. Además, como hay muchas emisoras, cada una tiene que limitar su señal a un rango determinado de frecuencias. Esto se hace eligiendo una frecuencia concreta (portadora) a cuyo «alrededor» viaja la información. Pues bien, al proceso de generar una señal electromagnética, en un determinado rango de frecuencias, y con la información que queremos (en este caso, audio y vídeo), se le denomina modulación (y pido perdón a mis compañeros telecos por la extremada simplificación de esta explicación).

Así que tenemos múltiples emisoras, emitiendo en distintas frecuencias. Todas estas señales electromagnéticas llegan a nuestra antena, que las convierte en corrientes eléctricas para que puedan llegar por un cable hasta el sintonizador de nuestra tele. Como cada emisión va en una frecuencia diferente, lo que hay que hacer para seleccionar un canal es determinar la frecuencia portadora que nos interesa, y descartar el resto. Una vez hecho eso, la señal se «demodula», obteniendo el audio y vídeo del que queremos disfrutar.

Pero el audio y el vídeo son en realidad señales eléctricas, así que hay que utilizar un altavoz para convertir la señal de audio en sonido, y un cacharro más complejo para convertir la señal de vídeo en una secuencia de imágenes. En las televisiones de tubo o CRT (las que tenían una enorme parte trasera) el aparato era un tubo de rayos catódicos que dirigía un haz de electrones sobre una pantalla fosforescente. El punto donde los electrones impactaban en la pantalla, brillaba durante un instante (y el brillo dependía de la intensidad del haz). Así, el haz recorría toda la pantalla, una y otra vez, dibujando imágenes, con la suficiente rapidez como para crear la ilusión de movimiento (25 imágenes por segundo en el sistema PAL, que es lo que se usa por estos lares).

Lo importante de toda esta historia que os he contado, es que hay que demodular la señal, es decir, hay que extraer la información de esa frecuencia portadora. Debido al sistema utilizado para ello, el sintonizador «intenta» extraer la información, sin importar lo que haya en la entrada. es que la electrónica del aparato era analógica. ¿Qué quiere decir? Pues que las pequeñas variaciones de la señal electromagnética se traducían directamente en variaciones de la imagen. Además, el haz barría la pantalla una y otra vez, sin importar si había señal o no. ¿Y qué pasaba si no habia señal? Pues que las únicas señales variaciones eléctricas que aparecían era el inevitable ruido blanco que aparece en todo sistema eléctrico, es decir, el sintonizador demodulaba el ruido, y que el haz seguía como patrón una pequeña señal aleatoria, de forma que dibujaba puntos claros y oscuros de forma aleatoria.

La entrada de radiofrecuencia no es la única que tiene un televisor, al menos, uno mínimamente moderno. Es habitual encontrar al menos una entrada euroconector (esa que es muy ancha, con dos hileras de pines), y no es raro que tenga también una entrada de audio (formada por dos conectores, pintados de color rojo y blanco) junto a una de vídeo compuesto (un conector igual a los de audio, pero de color amarillo), o una de S-Vídeo (redondo, más grueso, con pines). La señal que llega a cualquiera de estas entradas no está modulada en radiofrecuencia, sino que viaja «tal cual» (por decirlo de alguna forma, aunque no sea demasiado exacto). Y si no hay señal, no se pinta nada en la pantalla, de forma que si uno selecciona una de estas entradas sin señal, veremos simplemente una imagen negra.

¿Cómo funciona un monitor de ordenador? Bueno, a un monitor llega una señal digital, que es interpretada por el aparato para mostrar imágenes. Una señal digital es básicamente una secuencia de números. Como podéis suponer, los números no viajan así como así, sino que son representados de distintas formas (por ejemplo, pulsos de distinta intensidad). La ventaja de una señal digital es que es más resistente al ruido: podemos distorsionar levemente la señal, y seguir siendo capaces de interpretar los números de forma correcta. La entrada de un monitor es distinta a las que he mencionado, pero lo importante es que la señal no está modulada en radiofrecuencia, y el monitor no tiene un sintonizador, como ocurre con un televisor. Como consecuencia de ello, ante la ausencia de señal, no se interpretará el ruido de fondo de ninguna forma, es decir, no sé intentará «pintar» el ruido blanco, sino que no se pintará nada. Veremos una aburrida imagen negra (o si el aparato es más sofisticado, un pequeño letrero de «Sin señal», «No signal» o similar).

Así que, si por el motivo que sea, un ordenador deja de transmitir la señal de vídeo al monitor, no veremos nieve, sino una pantalla negra, tal vez con algún mensaje generado por el propio monitor. Y eso sólo si la señal se interrumpe, lo que quiere decir que el virus debe alterar la configuración de video del ordenador infectado, o apagarlo (cosa que no veo de utilidad a la hora de destruir datos). Puede quedar muy efectivo que las pantallas muestran nieve, para informar al espectador de lo que ocurre (otros directores prefieren la animación de una calavera con dos huesos cruzados; no-premio al que sepa de qué peli estoy hablando), pero a menos que el diseñador del virus sea tan gracioso que haya programado una rutina específica que simule nieve en un monitor, es algo que no puede ocurrir.

Baterías y el efecto memoria

Cuando nos compramos un teléfono móvil, un ordenador portátil, una cámara digital o cualquier aparato con una batería recargable, inevitablemente el vendedor nos da el mismo consejo: hay que descargar totalmente la batería antes de cada recarga. Y como nos lo dice el que nos vende el aparato, pues le creemos. Y sin embargo, esto no es del todo cierto.

Antes de explicar por qué, vamos a ver un poco por encima cómo funciona una batería química y recargable. Una batería está compuesta por lo que se denominan células. Una célula consiste básicamente en un recipiente con dos materiales en su interior (electrodos), separados físicamente por otro material que permite contacto eléctrico entre ellos (electrolito). Las reacciones químicas de su interior producen un exceso de electrones en un electrodo (el polo negativo), y una ausencia de ellos en el otro (el polo positivo). Si unimos ambos extremos mediante un circuito, los electrones circularán desde el polo negativo al positivo, y tendremos una corriente eléctrica. En algunos casos, las reacciones son reversibles aplicando una corriente externa en sentido opuesto. Tenemos entonces una célula recargable, que podemos cargar y descargar varias veces.

Una pila pequeña de toda la vida (las típicas AA o AAA) está formada por una sóla célula (y además, muchas son no recargables). Sin embargo, las baterías de los dispositivos que he mencionado al principio, están formadas por más de una célula.

Básicamente existen tres tipos de baterías comercializadas para estos aparatos: de niquel-cadmio (Ni-Cd), de niquel-hidruro metálico (Ni-MH) y de iones de Litio (Li-Ion). Cada una de ellas tiene características diferentes, debido precisamente a su composición y reacciones químicas que se producen.

Las baterías Ni-Cd son las más antiguas de las tres. Tienen el llamado efecto memoria, que es la causa de que se recomiende descargar completamente la batería. Este efecto consiste en que la batería parece «recordar» el nivel de carga que tenía cuando se comienza a recargar, de forma que al utilizarse nuevamente, sólo se descarga hasta dicho nivel, disminuyendo obviamente su tiempo de uso. Sin embargo, esto no sucede cada vez que se carga una batería que no ha sido descargada totalmente. Para que aparezca el efecto memoria, la batería debe descargarse varias veces consecutivas hasta un mismo nivel (por ejemplo, al 50% de su carga). Aún así, es recomendable hacer descargas completas con cierta frecuencia, pero teniendo en cuenta que no es necesario hacerlo todas las veces (eso puede incluso acortar la vida de las baterías).

Y cuando digo descargar totalmente, no me refiero a quitarle hasta el último electrón, sino descargarla con su uso normal. Como he comentado antes, una batería tiene varias células. En un mundo ideal, las células serían totalmente idénticas, con idéntica carga, y se descargarían al mismo ritmo. Pero en el mundo real, es normal que alguna célula se descargue antes que otra. Si una célula es completamente descargada, sus vecinas aún tienen carga, y se sigue extrayendo corriente, la célula descargada se ve atravesada por la corriente de sus vecinas, deteriorándose. Si la célula queda inutilizada, habremos perdido su capacidad de carga, y por tanto, la batería en su totalidad tendrá menos capacidad.

Afortunadamente, los circuitos de los aparatos alimentados por estas baterías, están diseñados para evitar esto. Aunque las células mantienen más o menos el mismo voltaje exterior, a medida que se descargan, inevitablemente disminuye algo. En el caso de que una célula se descarge completamente, el voltaje total de la batería disminuye de forma más apreciable, por lo que se puede interrumpir el circuito al detectar un nivel de voltaje por debajo de determinado valor, deteniendo la descarga. Pero si utilizamos algún otro medio para descargarla, como conectándola a un simple circuito casero con una pequeña resistencia (una bombilla o un LED, para así saber si sigue circulando corriente o no), puede producirse el efecto antes mencionado, dañando nuestra batería. Por eso es preferible descargarla con el uso normal del aparato. Fijáos que en este caso, la batería perderá capacidad, y un usuario podría pensar que no la descarga lo suficiente en cada ciclo, cuando en realidad es justo al contrario.

De hecho, la causa física del efecto memoria, es la formación de unos cristales que hacen que el voltaje de algunas células disminuyan bruscamente antes de descargarse del todo. La circuitería externa detectará la caída de voltaje, y considerará que la batería se ha descargado, interrumpiendo el circuito.

Las baterías Ni-MH son más modernas que las Ni-Cd, y aunque también sufren el efecto memoria, este es menor. Lo dicho para las Ni-Cd es igualmente aplicable para estas.

Las baterías Li-Ion son las más modernas, y estas sí que no sufren el efecto memoria. Es más, el agotar estas baterías de forma completa antes de cada recarga, puede acortar su vida útil, por lo que lejos de ser una práctica recomendable, es algo que hay que evitar. Eso no quiere decir que no se pueda «apurar» la batería. De hecho, es conveniente descargarla completamente de vez en cuando (una vez al mes, por ejemplo).

Una cosa de la que no nos suele avisar el vendedor, y que es dañino para las baterías, es la sobrecarga. Uno puede pensar que cargando la batería más tiempo del necesario, se puede «ganar carga extra». Sin embargo, las sobrecargas continuadas también dañan nuestra batería, formando otra vez esos cristales en su interior, y produciendo el dichoso efecto memoria. Si el cargador es bueno, puede interrumpir la carga al detectar que la batería está completamente cargada, y evitar este problema.

¿Cómo sé qué batería utiliza mi aparato? Normalmente deberían venir en la propia batería, o en el manual (ese que nunca leemos). Así, si la batería es de Li-Ion (cada vez más usadas), no intentéis descargarla siempre hasta el final.

Para los curiosos y hambrientos de saber, os dejo una lista de enlaces sobre el tema:

• Baterías defectuosas: un problema candente
• Baterías de Litio-Ion: Mitos y Leyendas
• Battery Information - Sci.Electronics.Repair FAQ (en inglés)
• Dan's Quick Guide to Memory Effect, You Idiots (también en inglés)

Jericho: soldando componentes electrónicos

Hace unas semanas dediqué un artículo a la serie Jericho. Hoy volvemos a ella, aunque para detallar un error sutil, que posiblemente haya pasado desapercibido para muchos, salvo para los que alguna vez hemos tenido que soldar algún circuito. En uno de los episodios, unos supuestos marines llegan al pueblo, con promesas de comida y ayuda. Como tienen la radio estropeada, uno de ellos (una, en realidad) pide ayuda al prota y se van a arreglarla. Así, asistimos a un diálogo entre la chica y el prota, mientras ella empuña un soldador y una placa de circuito impreso, y se dedica a soldar aquí y allá.

El problema es que sólo utiliza eso: un soldador. ¿Y? Pues que le falta un elemento adicional: estaño de soldar. Veamos, cuando se quieren soldar componentes electrónicos, cables finos, o cualquier elemento en un circuito de baja potencia, no se funde directamente el metal de lo que queremos unir, sino que se utiliza el mal llamado «estaño de soldar». Y digo mal llamado, porque en realidad no es estaño, sino una aleación de estaño y plomo, con alma de resina. Esta aleación tiene un punto de fusión bastante bajo (las hay por debajo de los 200 ºC) y es el metal que forma realmente la soldadura. Para ello, acercamos el soldador y el estaño al punto que queremos soldar, el estaño se funde cubriendo la zona de unión, y retiramos el soldador (y el resto del estaño no utilizado) para dejar que la soldadura se enfríe.

El estaño es imprescindible para soldaduras de este tipo, ya que si no, nos veríamos obligados a fundir directamente el metal de las patas de los componentes. Y eso es algo que por un lado nos destrozaría el componente, al tener que elevar la temperatura mucho más (el punto de fusión del metal de las patas no es tan bajo), y por otro sería impracticable, ya que el soldador no podría proporcionar suficiente calor para ello.

Otro detalle muy importante es que para este tipo de soldaduras, hay que estar atento a lo que se hace. Hay componentes electrónicos que son muy sensibles a la temperatura, y pueden estropearse con facilidad si dejamos aplicado el soldador demasiado tiempo. Las patillas de los componentes son metálicas, y por tanto, buenas conductoras térmicas, por lo que en poco tiempo (segundos) la temperatura del componente comienza a elevarse. Y si lo hace demasiado, simplemente nos lo cargamos (lo sé por experiencia). Para evitar esto, se puede recurrir a una pinza metálica colocada en las patas donde se realiza la soldadura. Así, la pinza absorbe parte del calor, y el interior del componente se calienta menos.

Sin embargo, en la serie, la chica habla despreocupadamente con el prota, dejando en ocasiones el soldador apoyado sobre el circuito durante demasiado tiempo, mientras mira a su interlocutor. A menos que estuviese soldando únicamente cables (y no parecía el caso, pues era una placa de circuito impreso), esa manera de soldar es una forma segura de quemar algún componente.