Tecnologías ópticas en fase de investigación.

 

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1) La holografía, un nuevo horizonte.

a. Descripción

Los programas y sistemas que trabajan con documentos audiovisuales obligan a que las mejoras en el campo de almacenamiento documental se centren en conseguir dispositivos más rápidos y de mayor capacidad.

Los actuales sistemas ópticos que todavía dominan el mercado, empiezan a tener dificultades para aumentar su capacidad de almacenamiento y mantener una velocidad de acceso razonable. Para solventar este problema se han venido “comprimiendo” los datos o, lo que es lo mismo, codificando los datos en una cantidad menor de bits para ahorrar espacio y tiempo de transmisión. Como este sistema obliga a utilizar un programa específico para comprimir y descomprimir, la velocidad de grabación se ralentiza y el tiempo de acceso aumenta.

Pero para que un sistema multimedia se eficaz, necesita dispositivos de gran capacidad de almacenamiento, fáciles de manipular, versátiles para todo tipo de usos o archivos (desde presentaciones multimedia hasta programas informáticos), de rápido acceso y de consumo reducido. Todas estas razones presentan al almacenamiento holográfico como una sólida alternativa.

Los discos ópticos, son soportes que tienen en común bidimensionalidad y almacenan la información en su superficie. La nueva generación de sistemas de almacenamiento conlleva la alternativa de utilizar la holografía como una tecnología capaz de almacenar en tres dimensiones, externa e internamente.

El disco versátil holográfico emplea una técnica conocida como holografía colinear, en los cuales dos láseres un rojo y otro azul-verde se combinan en un único haz.  El láser azul-verde es usado para leer datos de una capa holográfica a la cumbre del disco y el láser rojo  es usado para leer la información desde una capa tradicional de CD de aluminio situada debajo, la cual se utiliza para posicionar y controlar la cabeza lectora sobre el disco, de forma similar a la utilizada en un disco duro convencional (en un CD o DVD esta información está intercalada entre los datos). Además de estas dos capas se emplea otra capa situada entre las dos capas anteriores que actúa como filtro, para permitir el paso del láser rojo y reflejar el láser azul-verde, lo cual impide que se produzcan interferencias. Es decir este almacenamiento holográfico, en lugar de limitarse a la superficie del disco (como los discos ópticos actuales), la nueva tecnología utiliza el volumen total del disco, multiplicando su capacidad.

Es una tecnología que aúna a otras tecnologías: informaciones de cabeza, pista, sector (procedentes de los discos duros convencionales); láser rojo de 650nm (procedente del tipo de lectora que tiene el DVD); capas de aluminio (procedentes de la tecnología CD convencional), entre otras.

 

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b. Ventajas e inconvenientes

-VENTAJAS-

La capacidad de almacenamiento

Utilizando un sistema holográfico para el almacenamiento de datos se podrían guardar 10 Gb de datos en un centímetro cúbico (frente a los 100 Kb por centímetro cuadrado de los soportes magnéticos).  El disco tendría una capacidad de hasta 3,9 terabytes (TB) de información (aproximadamente ochenta veces la capacidad de un disco Blu-ray).

La velocidad de acceso

  • La selección aleatoria de información, propia de los discos ópticos.
  • Sus posibilidades de transferencia, que permite la recuperación paralela de información en un intervalo de tiempo que puede llegar a 1 Gb por segundo frente a los 0.035 Gb (36 Mb) de un disco Blu-ray.
  • Su acceso paralelo; es decir, la posibilidad de colocar la información de la manera que se quiera y de obtenerla a la misma velocidad. Se toma una cadena de bits de golpe, de una sola vez, y que funciona como una gran banda ancha.

Compatibilidad

  • Los datos se guardan con patrones tridimensionales que representan bits de información, pero a pesar de la aparente complejidad del sistema, los cabezales de lectura/escritura son relativamente sencillos, y aseguran que los consumidores podrán reproducir  CD, DVD, y discos Blu-ray en los futuros reproductores micro-holográficos. Esta clase de “retrocompatibilidad” sin dudas ayudaría a popularizar el formato.

-INCONVENIENTES-

  • Alto costo comercial, que lo hace todavía no competitivo
  • No es posible actualizar datos sin regrabar todo el holograma. La técnica holográfica no permite modificar sólo una parte del holograma. No hay que olvidar que todo lo registrado en el soporte tiene intensidad, ángulo y forma de grabación, no se puede regrabar por partes. Este inconveniente se está solventando con los hologramas multiplexados (sobreimpresionar varios hologramas sin interferirse ni perjudicarse). No obstante, se sigue trabajando en la obtención de grabadoras y reproductores holográficos que tengan un tamaño y un precio en el mercado.

 

2) Disco recubierto de proteínas: PCD

a. Descripción:

Protein-Coated Disc (PCD) (su traducción sería “disco recubierto de proteínas”) es una tecnología de disco óptico está ahora en mitad de su desarrollo en la universidad de Harvard, a cargo del profesor V. Renugopalakrishnan.

El PCD incrementaría en gran medida la capacidad de almacenamiento en comparación de discos ópticos holográficos. En esta nueva tecnología, se toma un DVD normal y se cubre con una proteína especial sensible a la luz obtenida de una arqueobacteria (microorganismos unicelulares). La cantidad de información que se puede almacenar es muy densa, debido a que las proteínas tienen tan solo unos pocos nanómetros, las cuales en principio permitía capacidades de almacenamiento de hasta  50 terabytes en un solo un disco.

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b. Funcionamiento:

Esta tecnología se basa en guardar la información en proteínas fotosensibles. Dicha proteína habita en ciénagas saladas.

Esta bacteria almacena luz solar en forma de energía química. Cuando la luz incide sobre ella, pasa a diferentes estados con una determinada forma y color, antes de volver de nuevo a su “estado basal” (estado de menor energía). La vida media de estos estados intermedios no es muy larga (algunos milisegundos), por lo que se ha trabajado en conseguir mutantes donde estos estados sean más estables, para eso se debe modificar el ADN de los microbios para producir proteínas capaces de mantener ese estado intermedio en varios años.

La lectura es muy sencilla, una proteína en “estado basal” se considera un cero y una proteína en cualquiera de los estados intermedios es un uno. Para escribir información se precisa un láser que incida sobre las proteínas que necesiten ser unos y modifique su estado.

 

3) Almacenamiento óptico 3d

a. Descripción:

El almacenamiento óptico en 3D esta relacionada y compite con los discos holográficos vistos anteriormente.

El almacenamiento óptico en 3D  es el término dado a cualquier forma de almacenamiento óptico de datos en el que la información puede ser registrada y/o leída en una resolución óptica de tres dimensiones (de forma contraria a la de dos dimensiones empleada por ejemplo en CD.

Esta tecnología puede conseguir niveles de almacenamiento cercanos al PetaByte (1000 TeraBytes) en un disco del tamaño de un DVD convencional.  El registro de los datos y su lectura se realiza mediante láseres que van más allá de una capa en el interior del CD, sino que utilizan la estructura volumétrica del mismo. La luz del láser debe viajar a través de otros puntos de datos (capas más superiores) antes que alcance el punto de lectura o grabación que se desea. Por lo tanto tenemos que tener en cuenta la posible superposición de datos y tener medios para evitarlos. Como se ha visto anteriormente los discos holográficos también utilizan el volumen del disco leyendo en varias capas diferentes pero con la diferencia de que utilizamos dos láseres cada uno realizando una función diferente mientras que en este tipo de almacenamientos sólo utilizamos un láser.

Ningún producto comercial basado en el almacenamiento de datos en 3D ha llegado al mercado en masas, aunque varias compañías están desarrollando activamente la tecnología.

b. Características técnicas:

Los actuales sistemas de almacenamiento, como el CD y el DVD almacenan los datos mediante una serie de marcas reflectantes en la superficie interior del disco. Con el fin de aumentar la capacidad  de almacenamiento, es posible que los discos puedan contener dos e incluso más de estas capas de datos, pero su número es muy limitado ya que el láser de direccionamiento interactúa con cada capa hasta llegar a la capa deseada. Los métodos 3D de almacenamiento óptico evitan este problema mediante el uso de métodos de dirección.

Un prototipo de este sistema puede utilizar un disco que se parece mucho a un DVD transparente. El disco contiene muchas capas de información, cada una de una profundidad diferente. Con el fin de registrar la información en el disco el láser es llevado a una profundidad particular que corresponde con la capa en la que se desea escribir, siendo en la misma donde existe una máxima concentración del foco del láser. Como el disco gira y los movimientos del cabezal de lectura se realiza a lo largo del radio, la capa se escribe igual que la escritura de un DVD-R. La profundidad del foco puede cambiarse y situarse en una u otra capa para poder leer o escribir en la deseada. La distancia entre las capas pude ser de 5 a 100 micrómetros, lo que permite más de 100 capas de información para almacenamiento en un solo disco.

Representación esquemática de una sección transversal a través de un disco de almacenamiento óptico 3D (zona amarilla) a lo largo de una pista de datos (marcas de color naranja). Se ven cuatro capas de datos, el láser está situado en  la tercera desde la parte superior. El láser pasa a través de las dos primeras capas y sólo interactúa con la tercera, ya que aquí la luz tiene una intensidad alta:

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4)  LS-R (Tecnología de capas)

a. Descripción:

 LS-R, o el disco se selección de capas, es el término acuñado por Hitachi en 2003 para una tecnología de disco óptico de nueva generación que permite mayores densidades de almacenamiento de datos que el formato DVD  o discos Blu-ray, permitiendo el uso de un gran número de capas de datos en un solo disco. En anteriores tecnologías de discos ópticos, sólo un número relativamente pequeño de las capas de datos se pueden incorporar en un solo disco, ya que las reflexiones procedentes de las diferentes capas interfieren entre sí. Sin embargo, en LS-R, sólo la capa de interés genera una reflexión, lo que significa que un número muy grande de capas, teóricamente, se pueden apilar en el mismo disco. Esta hazaña se logra mediante un mecanismo de selección electrónica, mediante el cual cada capa de datos está recubierta con electrodos y sólo los electrodos asociados con la capa de interés se activan. Esta activación cambia el “seleccionado” de la capa de datos de ser transparente a ser reflexiva u opaca, por lo que puede ser dirigida.

Es posible que esta tecnología, aunque interesante, se mantendrá en los ámbitos de la investigación, ya sea porque es sustituida por una tecnología alternativa (como el almacenamiento holográfico u otra variante de ópticos  3D ‌‌ de almacenamiento de datos), o bien porque no se puede hacer para ser económicamente viable. La necesidad de que el disco sea meticulosamente construido a partir de muchas capas de diferentes materiales, y la necesidad de la unidad para poder hacer frente a cada capa eléctricamente, puede hacer que esta solución demasiado cara para su comercialización.
En la siguiente generación LS-R puede competir con otros de próxima generación de formato de disco óptico como el disco holográfico versátil y los formatos de disco recubiertos de proteínas.

b. Características técnicas:

En la aplicación de Hitachi, la tecnología LS-R utiliza una película electro crómica, por ejemplo de óxido de tungsteno o un material orgánico para lograr el cambio óptico. Se ha demostrado que un prototipo de viabilidad de dos capas, y se estimó que un CD de 20 capas podría proporcionar un Terabyte de capacidad de datos. La activación eléctrica de las capas se ha logrado con electrodos transparentes de ITO, y una fuente de alimentación sin contacto se ha desarrollado con el fin de permitir funcionamiento a largo plazo (dado que el disco está girando a varios miles de RPM).

 

Como se puede observar tanto los discos 3d como esta tecnología de capas, parten de una idea en común, aprovechar todo el volumen del disco para no ceñirse en un una sola superficie de datos. Lo que las diferencia es la forma utilizada para ir accediendo a la diferentes niveles de datos, que por ejemplo en la tecnología de capas, es la propia capa que va ser (leída o escrita) la que se ilumina mientras que en la tecnología 3d es el propio láser quien se va graduado según el nivel al que se sitúa la linea de datos.

5) Bibliografía

http://www.engadget.com

http://www.wikipedia.com

http://www.xataka.com

http://www.zonaDVD.com

http:// www.monografias.com

http:// www.dtforum.net

http:// www.informatica-hoy.com

http:// www.computerworld.com

http:// www.newscientist.com

http:// www.colossalstorage.net

http:// www.ezinearticles.com

http://www.slideshare.net esquinadigital.wordpress.com

http://www.esquinadigital.wordpress.com

http://www.ojocientifico.comojocientifico.com

http://www.techbloog.com

http://www.elguruinformatico.com

http://www.noticias-tecnologia.com

http://www.muycomputer.com

http://www.universodigitalnoticias.com

http://www.cavsi.com

http://intercambiosos.org

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