Diseño y desarrollo de sistemas basados en dispositivos magnéticos para aplicaciones en espacio y defensa

Resumen

En este trabajo de tesis ha tenido como objetivo el diseño, desarrollo y puesta en funcionamiento de sistemas y dispositivos basados en magnetismo, en diferentes campos de la ingeniería electrónica, de instrumentación y de telecomunicaciones. El documento que se presenta a continuación está dividido en todas aquellas áreas donde se han hecho significativos aportes durante el periodo de investigación. El objetivo fue, desde el principio, juntar el conocimiento adquirido en ingeniería con las necesidades existentes en entornos de investigación científica relativa a ingeniería de materiales, investigación extraplanetaria de propiedades magnéticas, mejoras en la ciertos aspectos sensibles relativos a la seguridad personal o desarrollo y despliegue de nuevas redes para las sociedades hiperconectadas. El carácter multidisplinar que ha tomado este trabajo es una prueba significativa de las muchas aplicaciones que puede tener el magnetismo, como base principal sobre la que se sustentan nuevos dispositivos o mejoras de los ya existentes. Desde el punto de vista de la investigación científica, el estudio de propiedades magnéticas está permitiendo a la ingeniería de materiales abrir camino en la investigación de comportamientos en la materia que hasta ahora no había podido abordarse y que están permitiendo el desarrollo de nueva física, siendo un claro ejemplo la espintrónica y el desarrollo de nanomateriales. Son innumerables los dispositivos empleados para la seguridad de personas, el tráfico de mercancías y el control fronterizo y de zonas sensibles. Pero muchos de estos dispositivos son manipulables o tienen fallos que pueden comprometer seriamente la integridad de la gente o los países. Muchos se basan en análisis ópticos y suponen un aporte de información que, si bien es cierto que han ido mejorando a lo largo de los años en muchas ocasiones pueden ser deficientes. Durante el desarrollo de este trabajo se puso el foco en diseñar sistemas que mejoraran la tecnología ya existente pudiendo sustituirla o ser un complemento de la misma. Se emplearon sensores magnéticos para obtener información sobre vehículos en zonas donde es necesario llevar a cabo un control de los mismos, sobre todo teniendo en cuenta que las leyes y medidas adoptadas por ciertos países, en la actualidad, hacen que se necesiten adoptar medidas mucho más exhaustivas y precisas. Nos encontramos en la actualidad en un modelo de sociedad que tiende a la hiperconexión. En los países desarrollados, casi la totalidad de la población vive a través de dispositivos conectados con otros dispositivos, dibujando redes de contacto donde los datos y la información personal ha dejado de pertenecer al individuo para convertirse en datos dentro de una gran nube siendo accesibles casi en su totalidad. Esto está permitiendo una interactuación con el entorno mucho más fluida, y humana ya que dispositivos electrónicos que hasta ahora han estado aislados de nuestro entorno, se han convertido en parte integrante de él y son conocedores de la cantidad de información suficiente como para poder “hablar” con nosotros. La mejora de redes de corto alcance, el surgimiento del paradigma del “Internet de las Cosas”, la centralización de servicios al ciudadano en el teléfono móvil, la aparición de sistemas de comunicación más rápidos y seguros y un sinfín de mejoras en los dispositivos y tecnologías están trayendo una serie de ventajas evidentes: ciudades inteligentes, casas domóticas, coches autónomos, conectividad humana total y mundial, nuevos modelos de negocio, libertad en desplazamientos, nuevos métodos de aprendizaje, étc. Pero también tienen problemas subyacentes: problemas relativos al hacking de información sensible, comercialización con datos privados, sociedades individualistas y aisladas, falta de regulación en las nuevas profesiones, étc. En la última parte del trabajo de tesis hemos puesto el foco en proponer alternativas para mejorar ciertas características que tienen que ver con cómo se despliegan las redes de corto alcance, enfocadas a IoT, y como son los dispositivos que forman parte de dichas redes. Hemos querido mejorar la seguridad de dichos despliegues diseñando un dispositivo basado en RFID que permita tener memoria almacenada. De esta forma se podría grabar datos en él mediante sistemas mucho más seguros y blindados contra ataques externos, así como implementar un protocolo a nivel de enlace que permitiera hacer la red mucho más segura. En cuanto al objetivo de hacer mejoras en las redes de corto alcance, planteamos un sistema receptor basado en campo magnético. Este receptor detecta variaciones en dicho campo cuando un transmisor emite información. La ventaja principal radica en dos puntos: por un lado, al tratarse de transmisión por campo magnético, la red puede desplegarse en medios dispersivos como el agua salada, llevando las redes de corto alcance e IoT a escenarios de aplicación no contemplados anteriormente, por otro lado, la antena receptora es un sensor magnético que detecta la señal de transmisión directamente y sin necesidad de que dicha señal module una portadora, esto permite que el sistema de comunicaciones sea mucho más versátil y optimizable en función de las condiciones en las que se establece el enlace. Todos los diseños llevados a cabo han seguido el mismo proceso: de la idea subyacente ha salido el marco teórico donde se ha pensado como aplicar los principios físicos a un futuro dispositivo o sistema. Después, se ha construido un primer prototipo válido para poder justificar la viabilidad de la idea de origen. Por último, se han hecho las mejoras necesarias para que el diseño funcionara de forma correcta y finalmente se han obtenido los últimos resultados y pruebas de validación, de cara a una posible futura publicación como artículo o patente.