Guatemala diseña su primer nanochip: Un proyecto de la UVG con impacto y oportunidades

En la Universidad del Valle de Guatemala (UVG) se está diseñando el primer nanochip guatemalteco, un proyecto que podría tener un gran impacto en el desarrollo del país y abrir oportunidades en esta millonaria industria.

Carlos Esquit*, especial para Prensa Libre

13 de febrero de 2025

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09:00h

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Las tarjetas electrónicas, microchips y transistores están diseñados con materiales denominados semiconductores. (Foto Prensa Libre: Shutterstock)

Guatemala está cerca de alcanzar un hito científico que se espera  impacte en el desarrollo del país: el diseño de su primer nanochip. Detrás del proyecto se encuentra un equipo de docentes, investigadores y estudiantes de la Universidad del Valle de Guatemala (UVG), que podría abrir las puertas al país para incursionar en la industria de semiconductores.

Antes, vale la pena responder a esta pregunta: ¿qué es un nanochip y para qué sirve? Así como el cuerpo humano se compone de material biológico, como órganos, tejidos y células, casi todo lo que en la actualidad conocemos como tecnología es, básicamente, creación dependiente  de la Ingeniería Electrónica,  se compone  de material no biológico.

Las tarjetas electrónicas, microchips y transistores, que desde hace décadas han sido fabricados por el  ser humano, están diseñados con materiales denominados semiconductores. Estos tienen propiedades  que les permiten crear transistores en circuitos integrados —microchips—, entre los cuales el más utilizado ha sido el silicio,  abundante en la corteza terrestre.

Desde  electrodomésticos, consolas de videojuegos, computadoras y vehículos  hasta equipos biomédicos en hospitales y laboratorios de diagnóstico,  tecnología militar e internet existen y se mejoran gracias a los microchips que los componen y les dan  “inteligencia”. 

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En esta “era digital” estamos conscientes de que el mundo se transforma mediante elementos cada vez más cotidianos como las telecomunicaciones, el internet o la inteligencia artificial, que  existen  gracias a  los microchips que componen el hardware.

La industria de diseño y fabricación de semiconductores es, hasta ahora, en extremo exclusiva y bastante rentable, con muy pocas empresas que se dedican a esta tarea, dominada por Estados Unidos, China, Taiwán, Corea del Sur y Japón.  Según la Asociación de Industria de Semiconductores, las ventas alcanzaron los US$627 billones en el 2024. Desde su invención, los circuitos integrados se componen de transistores sumamente pequeños. Al inicio eran de tamaños micrométricos —milésimas de milímetro—. En la actualidad, los transistores más modernos son fabricados en tamaños nanométricos —de millonésimas de milímetro—.

Detrás del sueño del nanochip

Cuando recibí la beca Fulbright del Departamento de Estado del gobierno de Estados Unidos, a principios del 2006, decidí especializarme en Nanoelectrónica. Mi primera motivación es que me apasiona la ciencia y la tecnología, y la segunda porque hace 19 años visualicé uno de mis sueños: desarrollar mis capacidades y conocimientos para volver a Guatemala, con el objetivo de actualizar y transformar la  Ingeniería Electrónica de nuestro país.

Mi plan ha consistido en preparar talento humano para llegar al punto en que podamos  diseñar y luego fabricar micro/nanochips, y así desarrollar al país como ninguna otra industria lo puede hacer.  El mejor medio para lograr ese sueño era trabajar para una universidad, por lo que me emocioné al recibir la oportunidad de regresar  e incorporarme como director de Ingeniería Electrónica en la UVG, en el 2009.

Ahora, en el 2025, dirigiendo los programas de ingenierías Electrónica, Mecatrónica y Biomédica de UVG, y después de mucho trabajo   junto a un excelente equipo de talento humano, estamos a punto de lograr un primer hito fundamental en la ruta de ese sueño.

Luego de establecer el área de Nanoelectrónica y   cinco años después de arduo trabajo de algunas decenas de estudiantes, así como el valioso apoyo de mi brazo derecho en este proyecto, el ingeniero Jonathan de los Santos, ¡estamos  finalizando el diseño del primer nanochip en la historia de Guatemala y uno de los primeros de la historia de toda Latinoamérica!

El nanochip guatemalteco será fabricado en una de las plantas de Taiwan Semiconductor Manufacturing Company  (TSMC), la empresa más avanzada del mundo en la elaboración de semiconductores.

Este proyecto puede ser la piedra angular para que en el futuro tengamos industria relacionada con diseño y/o fabricación de semiconductores, que nos permita soñar con que Guatemala logre el desarrollo.

En las próximas ediciones de esta serie compartiremos con los lectores los conceptos detrás del diseño de nuestro nanochip, desde los principios de la electrónica y el proceso de diseño a nivel nanoescala, pasando por las personas que han participado en este proyecto, hasta los detalles de fabricación de nuestro nanochip en la mencionada TSMC.

*Director del Departamento de ingenierías Electrónica, Mecatrónica y Biomédica y miembro del Instituto de Investigaciones de la UVG

Serie de publicaciones en Prensa Libre

Por la relevancia y el impacto que podría tener este proyecto en el desarrollo del país, al abrir la posibilidad de entrar a competir en la industria de diseño y fabricación de semiconductores, Prensa Libre hará una serie de publicaciones mensuales, los jueves, a partir de este 13 de febrero.

El objetivo es que los lectores se familiaricen con los conceptos detrás del diseño de un nanochip, los principios de la electrónica y el proceso del diseño a nivel nanoescala y su fabricación. A la vez, daremos a conocer al equipo que este año trabaja enfocado en el diseño del primer nanochip guatemalteco.

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La ceremonia de entrega fue el 15 de febrero en un desayuno que se llevó a cabo en la ciudad de Seattle, Estados Unidos. Arrechea estuvo acompañada de su esposo -el también científico- Jalel Sager y su pequeña hija Aya de cuatro meses.

La guatemalteca junto con otras cuatro científicas de Sri Lanka, Kenia, Bangladesh y Yemen fueron reconocidas en la categoría de Mujeres Científicas en los Países en Desarrollo.

El galardón tiene el peso de sus investigaciones que han sido desarrolladas durante años y que ha inspirado a muchos.

“El reconocimiento y la visibilidad son aspectos importantes de una carrera científica. Estamos orgullosos y felices de poder darle a estas inspiradoras científicas el reconocimiento que se merecen: por su ciencia sobresaliente, su compromiso de construir un mundo mejor y su persistencia en circunstancias difíciles”, dijo la presidenta de la OWSD, Jennifer Thomson.

Parte de esas circunstancias a la que hace mención la fundación, es que las mujeres premiadas son originarias de países en donde no hay apoyo a los científicos y el acceso a la educación es precaria.

Arrechea creció en la colonia El Milagro, zona 6 de Mixco y dice estar orgullosa de haber pertenecido a una zona roja. “Estoy orgullosa de haber nacido en una familia con limitaciones económicas porque me enseñaron a luchar para salir adelante” cuenta en una charla Ted Talks en la que participó.

En 2018 fue nombrada una de las 50 Mujeres Desafiantes en América Central por la revista Estrategia y Negocios.

Las galardonadas fueron:

• Susana Arrechea  de la Universidad San Carlos de Guatemala; en ingeniería química y nanotecnología;
• Champika Ellawalla Kankanamge  de la Universidad de Ruhuna, Sri Lanka; en ingeniería ambiental;
• Chao Mbogo  de la Universidad Metodista de Kenia; en informática;
• Samia Subrina  de la Universidad de Ingeniería y Tecnología de Bangladesh; en ingeniería electrónica y nanotecnología; y
• Fathiah Zakham  de la Universidad Hodeidah en Yemen; en bioingeniería y microbiología.

La investigación

Arrechea recibió su licenciatura en ingeniería química de la Universidad de San Carlos de Guatemala (Usac) y trabajó allí como profesora de química física antes de cursar su maestría y doctorado en nanociencia y nanotecnología en la Universidad de Castilla-La Mancha, España.

Después de graduarse Cum Laude, trabajó como investigadora visitante en la Universidad de California-Berkeley como parte de un proyecto Fulbright Nexus sobre energía renovable, y más tarde en el Centro de Estudios de Biotecnología de la Universidad del Valle de Guatemala

La investigación de Arrechea se centra en las posibles aplicaciones industriales y ambientales de materiales como nanopartículas, nanotubos y grafeno, que pueden emplearse para crear materiales de construcción más sostenibles, en el tratamiento del agua y en dispositivos solares y otras soluciones de energía renovable.

El tratamiento aplicado es amigable con el ambiente y agrega beneficios en cuanto a duración y secado rápido. Rajesh Ingle, representante de Raymond Centroamérica, indica que las cinco fábricas de la empresa exportan 40 millones de metros al año a más de 60 países.

Los trajes con la nueva tecnología están disponibles en la colección Colletti Navidad 2018 y se pueden adquirir en las tiendas Emporium Oakland Mall, Miraflores, Peri Roosevelt, Montúfar, Pradera Xela, Interplaza Xela y Utz Ulew Mall.
Durante el lanzamiento, Dinesh Kumar Srivastava, primer secretario de la Embajada de India, indicó que la industria textil de ese país busca la innovación de sus productos, así como la exportación constante.
El diplomático expresó que la India lanzó becas relacionadas con este y otros sectores. La industria textil india involucra a cerca de 35 millones de trabajadores directos en ese país.

Un día de 2003, cuando estudiaba en la Universidad de California San Diego (UCSD), estaba trabajando en el laboratorio del departamento de Química y Bioquímica.

Link estaba en el proceso de hacer una fina película multicapa de silicio poroso sobre un sustrato cristalino cuando el chip de silicio accidentalmente se rompió.

¡A cualquiera le pasa!

Notó que cada uno retenía las propiedades del original, de manera que podían funcionar independientemente.

En agosto de ese año la universidad anunció:

UCSD químicos desarrollan partículas de silicio que se autoensamblan:Un primer paso hacia robots del tamaño de un grano de arena.

Efectivamente, el percance que tuvo Link en el laboratorio llevó al desarrollo chips de silicio del tamaño de granos de polvo que le permiten a los científicos detectar de forma rápida y remota una variedad de agentes biológicos y químicos.

Trabajó asesorada por su profesor Michael Sailor, quien había estado explorando el campo de sensores de silicio poroso desde 1990, con vistas a encontrar usos para estos fuera del laboratorio.

Un polvo más fino

El término 'polvo inteligente' fue acuñado por Kris Pister, profesor de ingeniería eléctrica en Universidad de California Berkeley en 1996. Se refería a “un sistema autónomo de detección, computación y comunicación” que se “empaqueta en una mota cúbica milimétrica (una pequeña partícula)”.

Sus diminutos granos de silicio se unían espontáneamente, se orientaban y percibían su entorno local.

Tenían dos caras como espejos de diferente color: verde en un lado y rojo en el otro.

Cada superficie podía ser modificada para que encontrara y se pegara a un objetivo deseado, y para que ajustara ligeramente su color indicándole al observador qué había encontrado.

¿Cómo?

Tomaron un chip de silicio, similar a los utilizados en las computadoras, y usando químicos hicieron que un lado de la superficie fuera reflectante porosa y repelente al agua o hidrofóbica. La del lado opuesto también era reflectante porosa pero de un color distinto e hidrófila.

Luego con vibraciones la rompieron en pedazos minúsculos, del tamaño del diámetro de un cabello: cada uno, un sensor.

No sólo eso, la intensidad del color será distinta según la sustancia que agregaste, pues depende de cuánto líquido oleoso entra en los diminutos poros, y eso te ayudaría a identificarla.

Sueños y realidades

“La visión es construir dispositivos en miniatura que puedan moverse con facilidad a través de un pequeño ambiente, como una vena o una arteria, a objetivos específicos, localizar y detectar compuestos químicos o biológicos y reportar esta información al mundo exterior”, explicó Sailor.

“Podrían utilizarse para controlar la pureza del agua potable o del mar, detectar agentes químicos o biológicos peligrosos en el aire o incluso para localizar y destruir células tumorales en el cuerpo”, anticipó.

No se equivocó.

Hoy en día se usa para detectar todo, desde tumores fatales hasta agentes biológicos.

Y la lista sigue creciendo.