Un CD casi indestructible

La era de los CD no ha terminado, las nuevas investigaciones en el área de la óptica abren una ventana al futuro. El secreto está en la velocidad.

Gramófono de Berliner, en Museo de la Telecomunicación Vicente Miralles Segarra. Universidad Politécnica de Valencia.
Gramófono de Berliner, en Museo de la Telecomunicación Vicente Miralles Segarra. Universidad Politécnica de Valencia.

Tal día como hoy, el 8 de noviembre de 1877, el inventor germano-estadounidense Emile Berliner patentaba el gramófono. Berliner introdujo importantes mejoras respecto al fonógrafo de Edison y una de estas fue que se utilizó por primera vez un registro plano, no cilíndrico como en el caso del mencionado fonógrafo. Ciento cuarenta y cuatro años después estamos en las puertas de lograr un disco en el que podrían caber más de 100 millones de canciones para estar escuchando durante todo un milenio. Y todo en la mitad de tamaño de los primeros sencillos en los que cabían una o dos canciones.

 

Hacia la era de las cinco dimensiones

Los más nostálgicos amantes de la música, películas o datos de los 90 están de suerte. Un grupo de siete investigadores de la Universidad de Southampton (Reino Unido) han ideado un método potencial para lograr escritura rápida en discos de almacenamientos que podrían albergara hasta 500 TB. El compact disc (CD) de toda la vida, pero reinventado. Aquellas personas que grababan discografías completas de su cantante favorito en formato comprimido, usaban un CD con una capacidad de 700 MB. Significa que este nuevo disco valdría por unos 700.000 de aquellos CD's que tantas alegrías dieron. Lo cierto es que el CD fue teniendo mejoras en el el soporte y la forma de grabación. En el año 1996 se lanzaron los DVD (disco versátil digital), con una capacidad de 4,7 GB, que convirtió en reyes del mambo a los adictos a los datos. Si hacemos el cálculo nos sale que el disco propuesto tendría una capacidad equivalente a diez mil de aquellos DVD's donde se podían ya albergar series televisivas completas. El año 2002 nos trajo el Blu-ray, para disfrutar de películas de alta definición. Los siete magníficos de Southampton nos traen una opción con una densidad diez mil veces superior a los discos Blu-ray.

El equipo, liderado por Yuhao Lei, propone un método para mejorar considerablemente la velocidad de escritura. En los casos citados arriba (CD, DVD y Blu-ray) estamos hablando de escritura y lectura láser. El problema no es tanto la capacidad sino el tiempo para grabar los datos. La imprenta de Gutenberg supuso un salto cuantitativo en el registro de datos. Si bien hubo intentos anteriores, sería en el siglo XV cuando Gutenberg dejó a los copistas en el paro. Tal vez estemos en la antesala de un evento parecido, con esta técnica de almacenamiento de datos ópticos de cinco dimensiones (5D), basada en nanoestructuras anisotrópicas de alta densidad en vidrio de sílice. El nombre de este tipo de almacenamiento se debe a que hay dos dimensiones ópticas (polarización e intensidad del pulso láser) más tres espaciales usadas para registrar los datos. Una tecnología que evita además los daños térmicos ocasionados en discos ópticos anteriores, puesto que el punto de incidencia del láser es más pequeño. Si bien no es un disco indestructible por el paso del tiempo, sí que superaría la exigencia del dueño.

 

El AVE de los discos ópticos

Según los autores del artículo, los grandes inconvenientes de los discos duros son su alto consumo energético y su corta vida útil. Proponen la escritura y lectura óptica como una solución, pero no la que teníamos hasta ahora, pues los CD y DVD tienen baja capacidad y una vida útil de una década.

Los grandes avances ocurridos en el uso de láseres de femtosengundos abren una vía para solucionar ambos problemas. Este tipo de láseres asientan su operación a nivel cuántico, mediante impulsos muy cortos, de femtosegundos (1 fs= 0,000 000 000 000 001 s), por lo que se reduce significativamente el espacio necesario para almacenar información a la par que aumenta considerablemente la velocidad de escritura y lectura. El equipo de investigación de los investigadores de Southampton lograron escribir 5 GB en 50 capas, lo cual demuestra una velocidad de 106 voxel/s, es decir, unos 225 kB/s. Esto significa que se podría copiar más de 100 páginas por segundo, es decir, el Ulises de Joyce en menos de diez segundos o copiar los 5 millones de páginas de la Biblioteca Nacional de España en unas 14 horas. Sin embargo, para grabar un disco entero tardaríamos al menos un par de meses. Los siguientes pasos serán aumentar aún más la veolicdad. Se aspira a llegar al orden de los MB/s y para ello una de las claves en las que se ampara la propuesta son las propiedades birrefringentes de los nanohuecos donde se escriben los datos. La birrefringencia es una propiedad óptica que consiste en la capacidad que tienen ciertos materiales para desdoblar un rayo de luz en dos rayos polarizados. El espato de Islandia es el más conocido y puede encontrarse con facilidad en diferentes tiendas virtuales. Incluso podría ser la mítica piedra que usaron los Vikingos para navegar, como sugiere un estudio entre investigadores de diversas universidades. 

Discos del siglo XIX

Patente del gramófono de Berliner
Patente del gramófono de Berliner

Cuando Edison inventó el fonógrafo en 1870 no podía ni imaginar que en menos de diez años ya estaría siendo desplazado por un sistema de grabación más barata y eficiente. La lucha por encontrar más rapidez de grabación y escritura, menor gasto energético y más capacidad había comenzado. Mucho antes de la era óptica con el lanzamiento del laserdisc, el antecesor del CD y todo lo que vino después. Tal vez nunca haya oído hablar del laserdisc, como tampoco habrá leído nunca nada sobre el fonoautógrafo. Se trata de un dispositivo que sería el precursor de los fonógrafos y gramófonos, patentado por francés Édouard-Léon Scott de Martinville el 25 de marzo de 1857. La terminación “grafo” hace referencia a que este dispositivo era capaz de “dibujar” el sonido sobre una línea de hollín que impregnaba un cilindro. El inconveniente es que el sistema no permitía la reproducción posterior. Sin embargo, en 2008 un grupo de científicos del Lawrence Berkeley National Laboratory de la Universidad de Berkeley (California) logró reproducir el primer registro sonoro de la historia. Diez segundos de la popular canción francesa Au clair de la lune, más de una década antes que Edison.

 

Referencias

Yuhao Lei, Masaaki Sakakura, Lei Wang, Yanhao Yu, Huijun Wang, Gholamreza Shayeganrad, and Peter G. Kazansky, "High speed ultrafast laser anisotropic nanostructuring by energy deposition control via near-field enhancement," Optica, 8, 1365-1371 (2021).

 

 

Eugenio Manuel Fernández Aguilar

Eugenio Manuel Fernández Aguilar

Soy físico de formación, aunque me interesan todas las disciplinas científicas. He escrito varios libros de divulgación científica y me encanta la Historia de la Ciencia.

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