Cómo 5G puede impulsar la investigación científica

A medida que 5G se implementa en los Estados Unidos, los clientes inalámbricos pueden esperar descargas más rápidas y una transmisión fluida, pero la red inalámbrica de quinta generación podría afectar mucho más que nuestros teléfonos inteligentes y tabletas. La mayor velocidad y capacidad de 5G, así como las nuevas características, abrirán un mundo de posibilidades para los científicos que trabajan en proyectos basados ​​en datos o en entornos remotos o extremos.

A través de su Iniciativa 5G, la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU. Está financiando proyectos en los laboratorios nacionales del DOE para demostrar cómo la tecnología inalámbrica avanzada beneficiará la investigación científica fundamental. Basado en el conocimiento de los científicos de los laboratorios nacionales durante un 2020 taller denominada “Innovación energética habilitada por 5G”, la Oficina de Ciencias estableció la iniciativa y otorgó $ 6 millones en 2021.

Las redes 5G superan a 4G en movimiento de datos, incluido el ancho de banda (datos por segundo), la latencia (o retraso) y la densidad (la cantidad de dispositivos compatibles). La red puede transmitir hasta 100 veces más datos con retrasos de solo milisegundos, a la par con muchas redes cableadas. 5G también puede admitir aproximadamente 100 veces más dispositivos dentro de un área determinada porque la red se construye a partir de muchas celdas más pequeñas, más densas y modulares.

Estas actualizaciones significan que 5G puede respaldar avances en campos ricos en datos como la inteligencia artificial, la automatización y la ciencia de la información cuántica que 4G no puede. En particular, los científicos están interesados ​​en utilizar estas capacidades para impulsar dispositivos inalámbricos en el campo y en el laboratorio. Los dispositivos inalámbricos que recopilan datos, como sensores o drones, se encuentran en el “borde” del continuo digital, o una serie de componentes electrónicos conectados, desde dispositivos pequeños hasta grandes centros de datos. Los dispositivos en el borde generalmente están programados para realizar una tarea específica, ya sea enviando información o recibiendo instrucciones de una computadora central. Sin embargo, 5G podría impulsar más computación en el borde, haciendo que estos dispositivos de primera línea sean más inteligentes y versátiles.

Por ejemplo, 5G puede admitir una avalancha de dispositivos inalámbricos interactivos con programas de inteligencia artificial, como vehículos autónomos que navegan por el tráfico en las horas pico. En laboratorios y entornos industriales, los robots podrían liberarse de los cables y volverse más ágiles, permitiendo movimientos y tareas cada vez más sofisticados. En grandes instalaciones científicas como fuentes de luz y aceleradores de partículas, los experimentos individuales pueden optimizarse de forma autónoma en tiempo real para resolver un problema científico particular, en lugar de reconfigurarse horas o días después del análisis humano.

Además, la baja latencia de 5G puede permitirnos convertir los sistemas cableados tradicionalmente en inalámbricos, como los sistemas de control industrial que dependen de una red confiable y de alta velocidad para el rendimiento y la seguridad. Los sistemas de control inalámbricos podrían mejorar la forma en que monitoreamos y optimizamos el flujo de electricidad en la red eléctrica, o cómo diseñamos grandes experimentos de vanguardia.

Una nueva característica de 5G podría ser excepcionalmente útil para la ciencia. A diferencia de las generaciones inalámbricas anteriores, las redes 5G se pueden dividir para proporcionar servicios personalizados a diferentes dispositivos conectados. Un dispositivo en la red de un experimento científico puede necesitar una latencia más baja para controlar el funcionamiento de las partes del experimento, mientras que otro dispositivo puede necesitar un mayor ancho de banda para recopilar y compartir datos. El corte de red también reduce el uso de energía al no desperdiciar energía en servicios no utilizados.

En general, se espera que el uso de energía para las redes 5G disminuya hasta en un 90 por ciento, lo que presenta nuevas posibilidades para experimentos que tienen tiempos de recopilación de datos prolongados. Por ejemplo, los experimentos para medir los efectos del cambio climático a menudo colocan sensores y otros equipos en las selvas tropicales, la tundra ártica u otros lugares remotos durante años. Si estos dispositivos usan menos energía, es posible que nunca necesiten baterías nuevas o mantenimiento práctico, lo que reduce los costos, el tiempo y los riesgos para los científicos.

Otras características de 5G, como el alto ancho de banda, también pueden permitir que los sensores de campo se extiendan aún más. Estos sensores distribuidos podrían coordinarse de forma inalámbrica entre sí para recopilar datos de mayor calidad en áreas de superficie más grandes. Además, el rango de frecuencia más alto de 5G puede permitir la conectividad en entornos extremos, como subterráneos, espaciales o dentro de entornos calientes o radiactivos como reactores nucleares. El acceso a entornos extremos podría generar oportunidades de investigación completamente nuevas.

Por último, pero no menos importante, la seguridad y la privacidad de las redes 5G para la ciencia serán esenciales. Parte de la investigación financiada por la Oficina de Ciencias explora cómo podemos proteger la información transmitida a través de redes 5G. Para sistemas como la red eléctrica o los vehículos autónomos, asegurar las comunicaciones inalámbricas no se trata solo de proteger la información, sino también de la seguridad física.

5G tiene el potencial de impactar todas las áreas de la investigación científica y podría revolucionar la infraestructura científica de nuestra nación. Además de las posibles aplicaciones descritas aquí, los científicos probablemente encontrarán otras formas innovadoras de aplicar la tecnología inalámbrica avanzada a la investigación y el descubrimiento.

Artículo cortesía de Oficina de Ciencias.