domingo, 31 de agosto de 2008

La quimera que podría dejar de serlo


El antiguo mito de la invisibilidad, reservada sólo a los dioses, podría dejar de serlo en menos de una década. Varios grupos de investigadores de todo el mundo andan al acecho de uno de los objetos más preciados de la literatura fantástica: la capa de la invisibilidad.

Hace unas semanas diversos medios de comunicación lanzaban una noticia, casi al unísono, acerca de la posibilidad de haber conseguido un fenómeno sólo reservado a la literatura fantástica: la invisibilidad de cuerpos tridimensionales. El hallazgo se atribuía a científicos de la Universidad de Berkeley y del Lawrence Berkeley Laboratory, en California. Lo cierto es que se ha avanzado mucho en este terreno, pero conviene no olvidar la trayectoria de muchos otros investigadores que han puesto su empeño en esta tarea. Los métodos son muchos y variados, pero todos dirigen su estudio a encontrar la manera más eficaz de alcanzar uno de los sueños más ancestrales del hombre.

Ícaro y sus alas de cera, el capitán Nemo y la ciudad bajo el mar, el viaje a la luna de Cyrano de Bergerac, la bíblica Torre de Babel, la máquina del tiempo o el hombre invisible de H. G. Wells. Todos estos mitos y leyendas que nos han acompañado a lo largo de la historia no dejan de ser la expresión misma de la curiosidad innata del hombre, elevada a su máxima potencia.

El ser humano, consciente de sus limitaciones y de su pequeñez e indefensión frente a la Naturaleza, ha suplido estas carencias con la imaginación y, mediante la literatura y la tradición oral, ha ido alimentando esa curiosidad poco a poco, a lo largo de los siglos, haciéndose la misma pregunta: “¿Cómo sería si…?”La pregunta que ahora se hacen muchos investigadores es: “¿Cómo sería si pudiéramos hacernos invisibles?”.

DISPOSITIVOS CAMALEÓNICOS

Hace ya unos años, se idearon algunos dispositivos de invisibilidad basados principalmente en conceptos “camaleónicos”, es decir, imitando el fondo ante el cual estaba situado el objeto a “esconder”. El inventor estadounidense Roy Alden ideó un sistema de detectores y emisores de luz que proyectaban una réplica de la escena existente detrás del objeto, sobre el propio objeto, de manera que el observador no podía verlo desde ninguna perspectiva.Por otro lado, investigadores de la Universidad de Tokio, dirigidos por el profesor Susumu Tachi, consiguieron también el efecto óptico de la invisibilidad. Utilizaron un sistema consistente en un visor que refleja imágenes estereoscópicas sobre un tejido que cubre al objeto o a la persona, dando la impresión de que dicho elemento es transparente. Tal y como explican Tachi y sus colaboradores en “Visuo-Haptic Display Using Head-Mounted Projector”, artículo publicado en el año 2000 por IEEE Computer Society (http://www.computer.org/), esta técnica, a través de la cual el usuario “observa objetos opacos como si fueran traslúcidos”, recibe el nombre de “Camuflaje Óptico”.

PROBEMOS CON LA DISPERSIÓN LUMÍNICA

En marzo de 2005, los ingenieros Andrea Alú, de la Universidad de Roma, y Nader Engheta, de la Universidad de Pensilvania (Filadelfia), consiguieron el efecto óptico de la invisibilidad a nivel microscópico.

La técnica consistía en reducir la visibilidad de los objetos, desde cualquier ángulo, deteniendo la dispersión lumínica que emiten. Para conseguir esto, era necesario recubrir el objeto de una capa de plasmones, es decir, ondas de electrones que se originan cuando los electrones se mueven rítmicamente por la superficie de un material metálico.

"Vemos el cielo azul porque cuando la luz del sol se proyecta sobre la atmósfera terrestre, ésta difunde más fácilmente las frecuencias más altas, o sea, aquellas cercanas a los rayos ultravioletas", explicó a Nature el ingeniero italiano. "Algunos materiales”, agregó, “consiguen anular este fenómeno. Se trata de ‘materiales tipo’ con características electromagnéticas similares a la de los electrones libres (plasma) y que anulan la luz reflejada por un objeto. Entonces el objeto cubierto por esa capa resulta invisible", explicó. Según su teoría, cuando la capa de plasmones y la dispersión lumínica del objeto entran en resonancia, el objeto deja de ser visible para el ojo humano. Una capa o cobertura fabricada con un material compuesto de plasmones esparciría mal la luz, siempre que la frecuencia lumínica fuera similar a la frecuencia de resonancia de los plasmones. De esta forma, la dispersión lumínica procedente de la capa de plasmones cancelaría la emisión lumínica del objeto.El principal inconveniente de esta teoría estriba en que, fuera de las frecuencias de resonancia, este dispositivo de invisibilidad dejaría de funcionar.

INNOVANDO CON LOS “METAMATERIALES”

“Matemáticamente, es imposible para un material evadir por completo la luz, lo que indica que no podría ser completamente invisible”, explicaba en declaraciones a la agencia Reuters el profesor de Física Teórica de la Universidad de Saint Andrews (Escocia), Ulf Leonhardt, autor de otro estudio sobre la invisibilidad, publicado en el New Journal of Physics. La cuestión es si los científicos serán capaces de reducir estas imperfecciones hasta el punto de que dejen de ser relevantes.

A principios del 2006, varios equipos de científicos de diferentes partes del mundo centraron sus investigaciones en las propiedades de los “metamateriales”. Sir John Pendry, experto en la materia y profesor del Departamento de Física del Imperial College de Londres, junto con los profesores David Schuring y David R. Smith, de la Universidad de Duke, en Carolina del Norte, idearon un dispositivo consistente en una capa o cubierta fabricada con un material especial, de tal manera que la luz incidente sobre el objeto recubierto con esta capa se desviaba, rodeando al objeto, y emergiendo después en la misma dirección. “De esta forma, se puede ver lo que está detrás del objeto, como si éste no estuviera allí”, comenta el profesor Pendry en una entrevista concedida a EL COLOMBIANO (http://www.elcolombiano.com/) en ese mismo año.

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Para hacer esto posible, se necesita que la capa esté fabricada con un “metamaterial”. Los metamateriales son materiales cuyas propiedades electromagnéticas van más allá de lo habitual. Son compuestos ordenados cuyas propiedades físicas se definen a partir de la estructura del propio metamaterial, y no de su composición química. Tienen gran importancia en Óptica, y sus aplicaciones van desde la Medicina hasta la Electrónica, pasando por la Física de Materiales, donde se utilizan en el diseño de materiales capaces de tener un índice de refracción ajustable.

Para que la estructura interna del metamaterial afecte a la radiación electromagnética incidente, sus componentes deben ser de menor o igual tamaño que la longitud de onda de la luz que lo ilumina. Pero si lo que se busca es crear un metamaterial homogéneo, con un índice de refracción definido, los componentes de la estructura han de ser mucho menores que dicha longitud de onda. Además, este metamaterial debe ser “zurdo”, es decir, que presente un índice de refracción negativo. Dicho de otro modo, cuando se hace incidir una luz sobre un metamaterial zurdo, el haz refractado se desvía en dirección opuesta a la que predicen las leyes de la Física.

Combinando diferentes materiales o materiales estructurados con distintos patrones, se pueden crear estructuras para controlar la luz. De esta manera, el metamaterial con un índice de refracción negativo desviará la radiación electromagnética incidente.

El siguiente paso era conseguir metamateriales invisibles a las ondas radar… ¡Y lo consiguieron!

En octubre de ese mismo año, utilizando una capa fabricada con un metamaterial que contenía diez anillos de fibra de vidrio cubiertos con elementos de cobre, los profesores Schuring y Smith hicieron experimentos en los que consiguieron hacer “desaparecer” a un pequeño cilindro de cobre, que no fue detectado por microondas. “La capa de metamaterial redirige las microondas alrededor del objeto de la misma manera que el agua de un río se desliza alrededor de un obstáculo”, explicó en una entrevista a la BBC el profesor John Pendry, coautor del experimento.

El experimento seguía un esquema sencillo. Se medían las microondas que se desplazan en un campo electromagnético sin obstáculos. Después, se colocaba el cilindro de cobre en el campo y se medían las dispersiones de las microondas. Por último, se colocaba la capa de invisibilidad sobre el cilindro de cobre y se volvían a medir las dispersiones en las microondas. La conclusión a la que llegaron los expertos es que aunque la capa no reducía por completo las dispersiones, sí lo hacía en gran medida.

Según Pendry, “en principio, se podría utilizar el mismo mecanismo para “esconder” objetos con luz visible, pero se necesitan estructuras de metamateriales más complejas y pequeñas. La longitud de onda de la radiación óptica -luz visible- es menor que una micra, lo que implica que la microestructura debe tener unas pocas decenas de nanometros de ancho”, algo que los científicos están intentando desarrollar y adonde van dirigidas las investigaciones que ahora han salido a la luz.Este avance tecnológico empieza a ser interesante para la industria militar, ya que si un objeto puede ser ocultado de las microondas, también lo puede ser de un radar. Sin embargo, la ansiada capa de invisibilidad de Harry Potter aún tendrá que esperar. Más que una capa “se trataría de algo sólido, como un cobertizo”, agrega Pendry.

LLEGA EL SÉPTIMO DE CABALLERÍA: LA INFORMÁTICA

A mediados del pasado año, un equipo internacional de matemáticos –el doctor Sébastien Guenneau, de la Universidad de Liverpool, y los profesores Frédéric Zolla y André Nicolet, de la Universidad de Marsella– demostraron, utilizando un modelo informático especialmente diseñado (llamado GETDP) que también se puede conseguir que los objetos parezcan invisibles a corta distancia, cuando la luz viaja como una onda en lugar de como un haz, como ocurre en los experimentos llevados a cabo a grandes distancias.“Con este nuevo modelo informático podemos probar que la luz se puede desviar alrededor de un objeto que está cubierto por una de estas capas y no difractarse por el objeto”, explica el doctor Guenneau en la página Web de la Universidad de Liverpool (www.liv.ac.uk). “En primer lugar, para que el mecanismo de invisibilidad funcione, la luz debe separarse en dos o más ondas produciendo un nuevo patrón de onda. Con este nuevo patrón, conseguimos regiones de luz y de sombra, necesarias para que el objeto parezca invisible. Hasta ahora, sin embargo, no estaba claro si los fotones (las partículas constituyentes de cualquier forma de luz) podían dividirse y formar nuevas ondas cuando la fuente de luz está cerca del objeto”, señala el investigador.

Y ESPAÑA NO ES MENOS

A mediados del 2007, un equipo de investigadores de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV), dirigidos por los catedráticos Javier Martí (director del Centro de Nanofotónica de la UPV) y Mario Sorolla (del Laboratorio de Ondas Milimétricas de la Universidad Pública de Navarra), publicó en la revista Optics Express de la Sociedad Americana de Óptica un artículo titulado “Metamaterial con índice de refracción negativa a frecuencias ópticas en el espectro visible”.

El metamaterial creado por DAS Photonics, empresa ligada al Centro de Nanofotónica, aún está en el proceso de desarrollo. Se trata de una capa metálica con un dieléctrico que ofrece una invisibilidad limitada, ya que no cubre todo el espectro visible y, por tanto, deja ver varios colores. Además, al no rodearle toda la luz que le llega, el objeto “no se hace invisible sino que se convierte en una sombra”, explicó Martí en las jornadas sobre tecnología fotónica aplicada a la Defensa, celebradas en Valencia a mediados del año pasado.

Desde que John Pendry y sus colaboradores consiguieran con éxito la primera observación del fenómeno, los estudios se han ido multiplicando. Todo parece indicar que la respuesta a aquella mítica pregunta está cada vez más cerca.

1 comentario:

www.portaldelperiodista.blogspot.com dijo...

Muy interesante el blog, saludos, Juan Pablo Peralta

www.portaldelperiodista.blogspot.com


ciao!

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