lunes, 21 septiembre 2020 15:43

En busca de la imagen perfecta

Cada vez son más frecuentes las noticias de la creación de una capa de invisibilidad (encubrimiento) o un nuevo camuflaje óptico basado en metamateriales. Gracias al avance de las ingenierías ópticas, estos dispositivos, aunque lejos de convertirse en aplicaciones tangibles, han abandonado el terreno de la entelequia.

«Es un campo aún muy verde, las aplicaciones suenan todas a ciencia ficción y los dispositivos concretos no están inventados todavía», dice Pablo Benítez, investigador en el Centro de Domótica Integral de la UPM. Su grupo trabaja tanto en ?invisibilidad? como en ?superresolución?, una cualidad que permitirá construir microscopios, escáners o antenas de radar con mucha más resolución ?cantidad de detalles que pueden capturar?, y microchips mucho más pequeños y rápidos. En definitiva, trabajan para obtener una «imagen perfecta», sin pérdidas de nitidez.

La búsqueda de la imagen perfecta empieza con la Lente de Ojo de Pez, un modelo teórico descrito por el físico James Clerk Maxwell en 1853, que ofrecía una resolución sin pérdidas aunque solo bajo ciertas condiciones. Un siglo más tarde, el alemán Rudolf Karl Luneburg descubrió que sus propiedades mágicas ?rayos de luz que salían, se propagaban y volvían a reunirse en el mismo punto? «eran, en realidad, propiedades de la esfera», señala Benítez. Sus investigaciones abrieron la puerta a la ciencia actual sobre encubrimiento y superresolución. «Lo que se hace con el encubrimiento es coger un espacio normal, con sus ondas y sus rayos, y abrir un agujero en medio. Los rayos rodean la esfera y vuelven a reunirse», explica.

Lo más difícil era reducir la longitud de onda de la luz, y ahí es donde entran en juego los metamateriales. «Un material con propiedades muy raras, que tiene lo que se denomina en óptica un índice de refracción negativo», explica el investigador, «eso no existe en la naturaleza y por eso se utilizan metamateriales que simulen esas propiedades».

El primero en tener éxito fue el inglés John Pendry con su Superlente, diseñada en 2000. Para Juan Carlos González, investigador en el mismo grupo, «el motor del desarrollo de metamateriales ha sido esa lente. Muchísimos grupos de todo el mundo han intentado construirla».

Hasta hace unos años se pensaba que no se podían alcanzar resoluciones menores a lambda sobre 3 (?/3) que equivale a la longitud de onda de la luz. Esta resolución máxima se conoce como ?límite de Abbe?. El gran éxito de la Superlente de Pendry es que logró superarlo, consiguiendo una resolución de ?/4. Habemus superresolución. Sin embargo, reconoce Benítez, «esta lente, pese a la ganancia en resolución, está muy limitada» por el uso de metamaterial.

Para estos investigadores, no eran la solución anhelada. «Tienen muchas dificultades prácticas. El metamaterial es muy sensible a las pérdidas ópticas. Si no es perfecto, no se obtiene superresolución. Por otro lado, sólo es capaz de formar imágenes a unas distancias muy pequeñas», dice Benítez. «Trabajamos en una alternativa a los metamateriales».

Ahí fue cuando volvieron ?mediante el trabajo del físico alemán Ulf Leonhard- al Ojo de Pez de Maxwell. Explica Benítez que «la luz viaja en línea recta, pero dentro de una esfera ir recto significa seguir los círculos máximos. Si en la Tierra no tuviésemos continentes y tiraras una piedra en el Polo Norte, las ondas se propagarían y acabarían concentradas en el Polo Sur».

La novedad de Leonhard consistía en introducir en el sistema un «absorbente perfecto». Un elemento que, colocado en el ?Polo Sur?, sirviera de sumidero de la radiación electromagnética ?la luz? entrante.

Esta idea generó una gran controversia en el mundo académico, con no pocos trabajos publicados predicando que la idea no podía funcionar, o que esos absorbentes eran imposibles de fabricar. En esta parte de la historia entran Benítez, Miñano, González y el resto de este equipo. «Demostramos que sí era posible», apuntan orgullosos.

El año pasado, estos investigadores ?junto a otros de distintos centros españoles? desarrollaron un prototipo alternativo al que bautizaron como Guía Onda Geodésica Esférica. Las primeras simulaciones teóricas ofrecían una superresolución apabullante, de ?/3000. «Era algo teórico, usando materiales perfectos», dice González. Había que ponerlo a prueba experimentalmente.

El prototipo, realizado en metal y que se ubica en la Universidad de Valencia, consiste en dos semiesferas interiores y dos exteriores, atornilladas y con ranuras para meter con precisión dos cables coaxiales, uno sirve de «Polo Norte» e introduce la energía al sistema y otro, que oscila entre los dos círculos interiores, hace de «Polo Sur» o absorbente.

Consiguieron una superresolución de ?/103. Es decir, treinta veces más allá del límite de Abbe. «La diferencia entre este resultado y el anterior es que este material tiene pérdidas». El siguiente paso será disminuirlas, y mejorar la cantidad de detalle. «La idea», dice Benítez, «es construir una especie de claraboya de metacrilato dentro de la cual la luz iría guiada».

«Este es el superdispositivo megaavanzado de superresolución», bromea el investigador, «conceptualmente muy sencillo y fácil de fabricar». De hecho, lo hicieron en un taller mecánico. Pero han hecho falta más de 150 años de cálculos para llegar a esto.