Buenas, esto es BIMPRAXIS, el podcast donde el BIM se encuentra con la inteligencia artificial.
Exploramos la ciencia, la tecnología y el futuro desde el enfoque de la arquitectura, ingeniería y construcción.
¡Empezamos!
Solemos pensar en la inteligencia artificial, en la computación moderna,
y lo que nos viene a la mente son, pues, algoritmos de una complejidad casi incomprensible, ¿no?
Software que parece hacer magia.
Totalmente.
Pero a menudo olvidamos que toda esa inteligencia abstracta, toda esa nube digital, se sostiene sobre algo muy físico, muy tangible.
El microchip.
Exacto, el microchip.
Y si pudiéramos hacer zoom en uno de esos chips, lo que veríamos sería algo así como una metrópolis a escala nanométrica.
Una ciudad con miles de millones de habitantes.
Y miles de ciudadanos diminutos.
Los transistores.
Eso es.
Y esa metrópolis tiene una ley urbanística, digamos, implacable.
La ley de Moore.
Para que la tecnología avance, para que nuestros móviles sean más potentes,
esos ciudadanos tienen que ser cada vez más pequeños.
Y vivir más apretados.
Y durante más de 50 años, lo conseguimos.
La ciudad crecía en densidad sin parar.
Sin parar.
Pero alrededor de 2015 nos topamos con un muro.
Un límite físico.
Y la solución a ese muro, la herramienta que nos permite seguir construyendo esa ciudad, es, bueno, es una única máquina.
Posiblemente el producto comercial más complejo que la humanidad ha construido jamás.
Vale.
Antes de entrar en esa máquina, que promete, creo que es crucial que entendamos la escala de la que hablamos.
Porque se habla mucho de nanotecnología, pero la palabra nano casi ha perdido su significado, ¿no?
De tanto usarla.
Sí, se ha vaciado un poco de contenido.
Ayúdanos a visualizar un nanómetro.
A ver.
Imagina que tomas un cabello humano.
Su diámetro es de unos 80.000 nanómetros.
80.000.
Ahora imagina que pudieras cortar ese cabello en 80.000 lonchas finísimas, a lo largo.
Cada una de esas lonchas tendría el grosor de un nanómetro.
Uf.
O para ser aún más precisos, un nanómetro es el grosor que ocupan más o menos 5 átomos de silicio puestos en fila.
5 átomos.
De acuerdo.
Ahora la misión ya parece directamente imposible.
¿Cómo demonios?
¿Primes o dibujas circuitos con un detalle de apenas 5 átomos de ancho?
Ahí está el kit de la cuestión.
El proceso se llama fotolitografía.
En esencia, es como un proyector de diapositivas muy avanzado.
Vale.
Usas luz para proyectar el patrón de un circuito sobre una oblea de silicio.
El problema es una ley básica de la física.
La difracción.
¿Qué significa eso en este contexto?
Pues que cuando intentas dibujar líneas más pequeñas que la propia longitud de onda de la luz que estás usando,
la luz se desparrama.
Es como la tinta en papel mojado.
La imagen se vuelve borrosa e inútil.
Era como intentar pintar el ojo de una aguja con una brocha gorda.
Imposible.
Exacto.
La única salida era encontrar una brocha mucho más fina.
Es decir, una luz con una longitud de onda muchísimo más corta.
La luz ultravioleta extrema, o EV.
Justo.
Y lo fascinante aquí es que la tecnología para generar y controlar la luz EV es tan...
¿Tan?
Endiabladamente compleja, que durante décadas se consideró imposible.
Y no es una exageración.
Imposible.
Hoy, solo una empresa en el mundo, la neerlandesa ASML, es capaz de fabricar estas máquinas.
Y de ellas depende literalmente el futuro de casi toda la tecnología.
De acuerdo.
Aquí es donde tenemos que profundizar.
Si en los años 80 o 90 le decías a un ingeniero que ibas a construir una máquina de EV,
¿qué te respondían?
Porque suena que los problemas eran gigantescos.
No solo gigantescos.
La comunidad científica pensaba que era una idea absurda.
Pioneros como el japonés Hiroo Kinoshita, que empezó a investigar esto en los 80,
fueron ridiculizados.
Ah, sí.
En conferencias.
Les decían que era un sueño imposible, una pérdida de tiempo y de dinero.
Y, bueno, tenían sus razones.
Porque se toparon con dos obstáculos que parecían insalvables.
¿Cuáles eran?
El primero es que la luz EV es increíblemente delicada.
Es absorbida por prácticamente todo.
Todo.
Incluso por el aire.
Así que, para empezar, toda la máquina, que es del tamaño de un autobús,
debía operar en un vacío casi perfecto.
Un vacío más puro que el del espacio exterior.
Vale.
Un reto de ingeniería mayúsculo, pero supongo que factible.
¿Cuál era el segundo problema?
El que de verdad parecía el fin del camino.
Que si el aire la absorbe, imagínate el cristal.
Las lentes, la herramienta que llevamos siglos usando para enfocar la luz,
desde Galileo.
Hasta nuestros móviles, son opacas para la EV.
O sea que, ¿la luz no las atraviesa?
No, se la comen.
No puedes usar lentes para enfocarla.
Y claro, si no puedes enfocar la luz, no puedes proyectar una imagen nítida.
El concepto entero parecía un callejón sin salida.
Entiendo.
Si no puedes usar lentes para dirigir la luz, ¿qué usas?
La única alternativa es que la luz rebote en algo.
Espejos.
Exacto.
Pero no un espejo.
No un espejo cualquiera.
Se necesitaban los espejos más perfectos jamás creados.
Y curiosamente, la tecnología base no vino de la industria de los semiconductores.
¿De dónde vino?
De la investigación de armas nucleares en laboratorios de Estados Unidos.
Necesitaban espejos para manipular rayos X,
que tienen propiedades similares a la EUV.
¿Y qué tienen de especial estos espejos?
¿Cómo son?
Son una maravilla.
Una obra de ingeniería a escala atómica.
No es una simple capa de plata.
Están formados por más de cien capas alternas de silicio y molibdeno.
¡Cien capas!
Y cada una de estas capas tiene un grosor de apenas unos pocos átomas.
Están depositadas con una precisión absoluta para que, juntas,
sus reflejos se sumen y consigan que rebote aproximadamente el 70% de la luz EUV.
El otro 30% se pierde.
Y cuando dices perfectos, las analogías que usan para describir su superficie son alucinantes.
Totalmente.
La que se usaba para la luz UV.
La que se usaba para las primeras generaciones era que si uno de estos espejos tuviera el
tamaño de Alemania, la imperfección más grande, la montaña más alta en su superficie,
sería de tan solo un milímetro.
¡Un milímetro en toda Alemania!
¡Es increíble!
Y yo que me quejo cuando el protector de pantalla del móvil me queda con una burbuja
de aire.
Es otro universo de precisión.
Vaya.
Pues espera.
Porque en las máquinas más nuevas, la precisión es todavía mayor.
La nueva analogía es que si el espejo tuviera el tamaño del planeta Tierra…
La Tierra entera.
La mayor protuberancia en toda su superficie tendría el grosor de una carta de baraja.
Son literalmente los objetos más lisos jamás creados.
Lo he entendido.
Han creado los espejos más perfectos de la historia.
Un problema resuelto.
Pero un espejo no sirve de nada si no tienes luz que reflejar.
Y acabas de decir que la luz UV no existe de forma natural en la Tierra.
No.
No existe.
El Sol la produce.
Pero nuestra atmósfera, por suerte, la broma.
¿Por qué?
Porque la luz UV no se bloquea.
Entonces, ¿de dónde la sacan?
¿La inventan?
Básicamente, sí.
Tenían que crearla.
Tenían que construir, y esto suena a ciencia ficción pura y dura, un sol artificial en
miniatura dentro de la propia máquina.
¿Un sol artificial?
Sí.
Y la solución que encontró ASML después de años es el llamado plasma producido por
láser.
El concepto es tan extremo que cuesta creer que funcione.
Descríbeme el proceso, porque esto hay que oírlo para creerlo.
Es una danza de una precisión increíble.
Primero, la máquina dispara una minúscula gota de estaño fundido.
¿Minúscula cómo?
Del tamaño de un glóbulo blanco.
Y la dispara a 250 kilómetros por hora a través de la cámara de vacío.
Ya empezamos fuerte.
¿Y después?
Justo cuando la gota pasa por el punto exacto, un primer pulso de láser de alta potencia
la impacta y la aplasta.
Espera.
¿Por qué aplastarla?
¿Por qué no impactar la gota esférica directamente con el láser principal y ya está?
Buena pregunta.
Porque una esfera es una forma muy densa y pequeña.
Si le disparas con toda la potencia de golpe, la energía no se distribuiría de forma eficiente.
Gran parte se desperdiciaría.
Ah, vale.
Al convertirla primero en una especie de tortita, maximizas la superficie de impacto para el pulso principal.
Es un paso crucial para asegurar que toda la gota se vaporice de manera uniforme y genere el plasma perfecto.
Entendido.
Pura eficiencia.
Entonces tenemos una tortita de estaño fundido.
Una tortita de estaño volando por el vacío.
¿Ahora qué?
Inmediatamente después, un segundo prepulso láser expande esa tortita y la convierte en una nube de gas de estaño con la forma ideal.
Y entonces, una fracción de microsegundo más tarde, llega el golpe de gracia.
El láser principal.
Un tercer pulso, el principal, un monstruo de decenas de kilovatios de potencia, choca contra esa nube de gas.
¿Y qué le hace?
La aniquila.
La calienta a más de 220.000 grados kelvin.
Madre mía.
Para que nos hagamos una idea, eso es unas 40 veces la temperatura de la superficie del sol.
¿Cuarenta veces?
Ese calor extremo arranca los electrones de los átomos de estaño creando una bola de plasma incandescente que emite un destello de luz, incluida la apreciada luz EV.
Es una locura.
Y aquí viene lo que de verdad rompe cualquier escala.
Este ballet de precisión atómica no ocurre de vez en cuando.
La máquina lo repite 50.000 veces por segundo.
Espera, para un momento. Has dicho 50.000 veces por segundo.
50.000.
No por minuto ni por hora. Por segundo.
Por segundo. 50.000 veces.
Eso significa que en el tiempo que has tardado en decir esa frase, esa máquina ha creado un cuarto de millón de plats de soles artificiales.
Exacto.
Mientras tú y yo tenemos esta conversación, una sola de estas máquinas ha generado cientos de millones de estas explosiones. Es una escala que no entra en la cabeza.
50.000 pequeñas explosiones solares cada segundo. Y no puede fallar ni un solo disparo. La gota, los tres láseres, todo sincronizado a nivel de nanosegundos. Cero margen de error.
Increíble.
Los propios ingenieros de ASML describen cada explosión como una mini supernova. Y no es una forma de hablar. Para entender la onda de choque que generaba cada bolita, tuvieron que usar la misma fórmula matemática que se usa para las supernovas.
Pero eso me genera una pregunta obvia.
Si tienes 50.000 explosiones de estaño por segundo, la cámara se tiene que hielar de residuos. Es como hacer una barbacoa dentro de un quirófano. ¿Cómo mantienes esos espejos perfectos y limpios?
Ese fue el problema que casi hunde todo el proyecto. Durante años, fue el gran quebradero de cabeza. Un espejo de estos cuesta cientos de miles de euros. Y una sola partícula de estaño puede arruinarlo.
¿Y cómo lo solucionaron?
Pues de nuevo, una locura de ingeniería con varias capas.
A ver, sorpréndeme.
Lo primero fue inyectar gas hidrógeno a altísima velocidad, creando un flujo que atraviesa la cámara como un huracán de categoría 5.
¿Un huracán?
Sí. Este flujo de gas acula como un escudo. Frena y enfría los restos de estaño antes de que puedan llegar al espejo.
Una cortina de gas protectora. Ingenioso.
Pero no era suficiente. Algunas partículas se colaban. Así que añadieron una segunda capa de protección, esta vez química.
El hidrógeno reacciona con cualquier partícula de estaño que se pegue al espejo y forma un gas.
Un gas que puedes extraer.
Exacto. Un gas llamado estanano. Lo succionas con las bombas de vacío y listo.
Vale, una solución física y otra química. Parece un buen plan.
Lo era, pero seguía sin ser perfecto. Los espejos se seguían degradando lentamente. Y el descubrimiento final, el que lo hizo todo viable, fue casi un accidente.
¿Ah, sí?
Sí.
Un ingeniero se dio cuenta de que los espejos parecían estar más limpios cada vez que abrían la máquina para mantenimiento. ¿Por qué? Porque al abrirla, entraba aire.
El aire los limpiaba.
Concretamente, el oxígeno del aire. Descubrieron que si inyectaban una cantidad infinitesimal y controlada de oxígeno en el sistema, ese oxígeno reaccionaba con el estaño y lo eliminaba del espejo de forma continua.
Un sistema de autolimpieza a nivel atómico.
Exacto.
Eso permitía que los espejos funcionaran sin degradarse durante un año entero. Ese fue el avance que lo cambió todo.
Es increíble. Una cadena de problemas de ciencia ficción, cada uno con una solución aún más increíble.
Pongamos en perspectiva la máquina completa. El resultado final de todo esto.
La máquina actual, el modelo más avanzado, cuesta más de 350 millones de euros.
¡350 millones!
Pesa 180 toneladas, como un Airbus A320.
Para enviarla a un cliente como Intel o Samsung, se necesitan 250 contenedores que viajan en siete aviones Boeing 747.
¡Siete Boeings!
Y se ensambla en destino durante meses, en salas mil veces más limpias que un quirófano, donde una mota de polvo es un enemigo mortal.
Y una vez está funcionando, ¿qué ocurre dentro?
Pues dentro, para mover las obleas de silicio a la velocidad necesaria, hay componentes que se mueven con aceleraciones de más de 20 Gs.
¿20 Gs?
Eso es cinco veces la aceleración que experimenta un piloto de Fórmula 1 en una curva. Y todo en un vacío perfecto.
Todo este despliegue de tecnología, el sol artificial, los espejos perfectos, el huracán de hidrógeno…
Todo tiene un único objetivo final. La precisión.
Porque al fabricar un chip, se imprimen docenas de capas de circuitos una encima de otra, y deben estar perfectamente alineadas.
¿De qué nivel de precisión hablamos?
La precisión que consigue esta máquina es de un nanómetro.
Un nanómetro. Volvemos al inicio. Me has dicho que eso son cinco átomos de silicio.
Me estás diciendo que esta máquina de 180 toneladas es capaz de imprimir una capa y luego la siguiente encima con un error de alineación máximo del grosor de cinco átomos.
Exactamente. Esa es la precisión que se necesita para fabricar los chips de los últimos smartphones o los servidores de inteligencia artificial.
Es… sencillamente absurdo. No parece ingeniería, parece magia. Y esto nos lleva a la última analogía, la de la puntería.
Sí, la que describe la precisión con la que los espejos dirigen la luz. Es el equivalente a que una persona esté de pie en la Tierra, apunte con un puntero láser a la Luna…
Vale.
… y sea capaz de acertarle a una moneda de diez céntimos que hemos dejado allí. Y no sólo acertarle, sino poder decidir si el punto de luz da en la cara o en la cruz de la moneda.
¿Cuesta procesar?
Sí.
Que algo así sea real y esté funcionando ahora mismo en fábricas de todo el mundo.
Y si conectamos todo esto, estamos hablando de un viaje tecnológico de más de tres décadas. Una idea que, como decíamos, cuando fue presentada por pioneros como Kinoshita o Andy Howery-Luke en Estados Unidos, fue literalmente ridiculizada.
Les dijeron que era estúpido.
Que violaba principios básicos de la ingeniería. Que nunca funcionaría.
Y sin embargo aquí estamos.
Aquí estamos. Gracias a la perseverancia.
A miles de millones de dólares de inversión de empresas como Intel, Samsung o TSMC. Y a la colaboración de miles de ingenieros y científicos. Lo imposible se hizo realidad.
Es una historia increíble.
Y esta máquina no es sólo una maravilla técnica. Es la base física sobre la que se está construyendo nuestro futuro digital. Desde el móvil en nuestro bolsillo hasta los centros de datos que entrenan las sillas del mañana.
Hay una cita que se atribuye a George Bernard Shaw y que resume perfectamente.
El hombre razonable se adapta al mundo. El irrazonable persiste en intentar adaptar el mundo a sí mismo. Por lo tanto, todo progreso depende del hombre irrazonable.
Totalmente de acuerdo. Si todos esos ingenieros y científicos hubieran sido razonables, se habrían rendido.
Sin duda.
Y nuestro progreso tecnológico, tal y como lo conocemos, se habría estancado hace una década. No tendríamos los avances en IA ni los móviles que tenemos hoy.
Así que, para terminar.
Dejamos una idea en el aire para quien nos escucha. Esta historia demuestra que los límites de lo posible son, a menudo, límites de nuestra imaginación o nuestra perseverancia.
¿Qué otros avances que hoy nos parecen irrazonables, o pura ciencia ficción, quizá la computación cuántica, la energía de fusión, podrían ser la base de la tecnología del futuro?
Y la pregunta más importante.
¿Cuánta perseverancia, cuánta colaboración y cuánta bendita irrazonabilidad se necesitará para lograrlo?
¿Cuánta irrazonabilidad se necesitará para convertirlos en realidad?
Y hasta aquí el episodio de hoy. Muchas gracias por tu atención.
Esto es BIMPRAXIS. Nos escuchamos en el próximo episodio.