Autor: Manuel Iván González Martín del grupo Energías Renovables y Medio Ambiente Atmosférico de la Universidad de Burgos.
Los condensadores, la clave de nuestros teléfonos
Con frecuencia, las cosas más sofisticadas y glamurosas que nos rodean tienen un origen prosaico y más bien anodino. Aquí os hablaré de una de esas cosas: el funcionamiento de las pantallas táctiles de teléfonos, tabletas y fauna similar.
En efecto, desde hace no tanto tiempo nos hemos acostumbrado a acercar el dedo a la pantalla de un dispositivo y darle toquecitos aquí y allá. Como siempre ocurre en el ámbito de la tecnología, damos por sentado que el dispositivo hará exactamente lo que esperamos de él y que además lo hará al instante.
Hay varios fenómenos físicos que los fabricantes de estos cacharros aprovechan para saber en qué punto exacto y en qué momento exacto posamos el dedo sobre sus pantallas. De ellos, la mayor parte de las pantallas actuales utilizan la llamada tecnología capacitiva. Por motivos que quedarán claros un poco más adelante, esta tecnología se basa en un artilugio modesto y simple a más no poder, denominado condensador.
¿Cómo funciona un condensador?
Para quien no tenga muy frescas las cosas que le contaron en las clases de ciencias del instituto hay que decir que un condensador consiste en dos placas metálicas –o sea, conductoras– enfrentadas y próximas, pero separadas por un material aislante. Las dos placas se conectan mediante sendos cables a circuitos eléctricos, como se sugiere en el diagrama.
Los condensadores pueden tener aspectos y tamaños muy diversos. En la siguiente imagen, el ejemplar de la izquierda es un condensador grandote destinado, con propósitos puramente demostrativos, a un laboratorio de alumnos; sus placas son circulares y el material aislante es simplemente aire. Los de la derecha son condensadores de circuitos prácticos reales; su tamaño suele ser mucho menor gracias a que las placas conductoras, y la capa aislante interpuesta son sumamente finas y con frecuencia están enrolladas para ahorrar espacio. El aislante de todos estos condensadores se manufactura con una gran variedad de materiales: papel, mica, plástico, compuestos cerámicos, etc.
¿Para qué sirven los condensadores?
Los condensadores son elementos modestos, pero imprescindibles, en toda clase de circuitos y aparatos eléctricos y electrónicos; en particular, como veremos, en las pantallas de nuestros teléfonos.
El número más importante de todo condensador es su capacidad. Los circuitos en los que se insertan los condensadores habitualmente tienen uno o varios generadores eléctricos, que generan voltajes en diversas zonas de esos circuitos. Pues bien, resulta que, cuando entre las placas de un condensador establecemos un voltaje V, una de las dos placas adquiere una carga positiva Q y la otra adquiere la misma cantidad de carga, pero negativa (por cierto, siempre me he preguntado por qué a la carga eléctrica se la suele designar mediante las letras Q o q, a pesar de que, hasta donde yo sé, en ningún idioma la palabra “carga” empieza por cu).
A lo que iba. También resulta que, si duplicamos, triplicamos, etc. el voltaje aplicado entre las placas, la carga Q se duplica, triplica… respectivamente. Por eso tiene sentido describir cada condensador mediante una cantidad, denominada capacidad, que se define como el cociente entre carga adquirida y voltaje aplicado:
Que no cunda el pánico, porque esta es la única fórmula de este documento. La capacidad, en principio, se mide en faradios (F). Sin embargo, como casi todos los condensadores del mundo mundial tienen capacidades muy inferiores a 1 F, es costumbre expresarlas en microfaradios (mF), nanofaradios (nF) o picofaradios (pF).
Poniéndolo en práctica
Ya, pero ¿Qué tiene que ver todo esto con la pantalla de nuestros teléfonos? Un poco de paciencia, que ya falta menos. Por el momento conviene saber que la capacidad de todo condensador depende del tamaño de sus placas, del grosor de la capa aislante que se interpone entre ellas y del material de que está hecha esa capa aislante. Una parte lo que acabo de contaros lo podemos comprobar mediante un experimento extremadamente sencillo:
El espectador avispado probablemente estará empezando a barruntar en qué dirección apunta todo esto. Pues sí, la pantalla de nuestro teléfono está plagada de condensadores. La siguiente animación explica cómo son estos condensadores y cómo se las arreglan los fabricantes para que nos pasen desapercibidos:
Ahora presenciemos otro sencillo experimento que, si he sabido explicarme, acabará de desvelar el modo de operación de nuestras pantallas:
Cada vez que se detecta un incremento de capacidad (con respecto a la capacidad “normal”) en uno de los múltiples condensadores de que está provisto, el teléfono interpreta que en la intersección correspondiente hay un dedo posado. Como el toque en una intersección modifica también la capacidad en las intersecciones vecinas, no es necesario tener una miríada de tiras para localizar el punto de toque con una precisión excelente.
En la práctica, nuestras pantallas poseen unas pocas decenas de tiras longitudinales y otras pocas de tiras transversales, dando lugar a unos cuantos cientos de condensadores en total, un número suficientemente bajo como para que el muestreo de todas sus capacidades se pueda completar en unos pocos milisegundos. Por tanto, el teléfono tiene información precisa y casi instantánea de los gestos que hacemos sobre la pantalla: posar brevemente un dedo, deslizarlo por la pantalla, posar dos dedos y separarlos, etc.
Y así, algún día que estemos aporreando el teléfono sin ton ni son, parémonos por un instante y recordemos los principios físicos simples que permiten que nuestros toqueteos desencadenen una respuesta del dispositivo.
Referencia
Anik, Mahadi. (2020). An Overview of Capacitive Touchscreen Display Technology, https://www.researchgate.net/publication/344477490_An_Overview_of_Capacitive_Touchscreen_Display_Technology
