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Hacia un manto de invisibilidad "perfecto"

Última actualización: Lunes, 12 de noviembre de 2012

Se trata de una compleja técnica que permitirá "redireccionar" la luaz.

Científicos en Estados Unidos lograron por primera vez hacer un objeto completamente invisible a microondas.

En años recientes ha habido muchos intentos de tornar un objeto invisible a diferentes longitudes de onda, pero los materiales usados siempre reflejaban algo de luz.

Investigadores de Duke University consiguieron ahora resultados perfectos aunque bajo ciertas condiciones: la ilusión sólo funciona en una dirección y sería muy difícil repetirla con luz visible en lugar de microondas.

La idea del manto de invisibilidad surgió en 2006, cuando los científicos John Pendry, del Imperial College de Londres, y David Schurig y David Smith, de la Duke University, publicaron un estudio en la revista Science exponiendo su teoría sobre una nueva "óptica transformacional", cuya meta era controlar la transmisión de la luz. Poco después, en otro trabajo en la misma publicación, los científicos detallaron el primer experimento con microondas, ondas de longitud mayor que la luz visible.

Los estudios desataron una cadena de experimentos en distintos laboratorios con diferentes longitudes de onda, pero jamás se había logrado hasta ahora un resultado perfecto.

En términos simples, "la idea es controlar la luz que proviene de un objeto para guiarla alrededor de otro que se quiere ocultar y hacer que luego regrese al mismo trayecto original", le dijo Pendry a la BBC. "La explicación puede parecer simple, pero llevar esto a la realidad es algo muy complejo".

Controlar la transmisión de la luz requiere usar los llamados meta-materiales, objetos fabricados que tienen propiedades ausentes en los objetos naturales.

De la misma forma que los cables tradicionales dieron paso a las fibras ópticas, los meta-materiales podría revolucionar la forma en que la luz y otras ondas son transmitidas y controladas.

Meta-materiales

Los científicos de Duke tienen vasta experiencia en la creación de meta-materiales.

Patrón de diamante utilizado en la nueva estructura Imagen: Nature Materials

El diseño más complejo de diamante eliminó el problema del reflejo de luz en los bordes. Imagen: Nature Materials

Las estructuras que incorporan esos materiales pueden ser diseñadas para que guíen las ondas electromágneticas alrededor de un objeto, emergiendo del otro lado como si hubieran atravesado un espacio vacío, efectivamente cubriendo el objeto con un "manto de invisibilidad".

"Para fabricar los primeros mantos se experimentó mucho con la fabricación de meta-materiales muy intrincados", dijo Nathan Landy, investigador del laboratorio dirigido por David R. Smith en la escuela de ingeniería de la Duke University.

"Pero uno de los problemas era el reflejo de ondas en los bordes del objeto".

Landy explicó este fenómeno comparándolo a lo que sucede con la luz reflejada por un vidrio. El observador puede ver sin problemas a través del vidrio, pero sabe que se trata de un vidrio por la luz reflejada por la superficie.

"En experimentos anteriores la meta era demostrar el principio básico de la invisibilidad, por lo que habíamos dejado a un lado el problema con los reflejos".

Landy redujo ahora la reflectividad utilizando una estrategia de fabricación diferente. El manto original consistía de tiras de fibra de vidrio en sentido paralelo y en interfaces, con grabados de cobre. El científico siguió ahora un diseño similar, pero agregó tiras de cobre para crear un material con una estructura más compleja. Las tiras forman un patrón de diamante, en el que el centro está vacío.

Los cambios en los bordes del diamante permitieron que las ondas de microonda viajaran perfectamente alrededor de un cilindro de un cm de altura y 7,5 de diámetro.

"Según nuestro conocimiento se trata del primer manto que logra una transformación exacta para lograr invisibilidad perfecta", le dijo Smith a la BBC.

El manto está dividido en cuatro cuadrantes y Landy explicó que en experimentos anteriores los reflejos se producían en los bordes o esquinas de espacios dentro del meta-material.

"Luego de muchos cálculos cambiamos la posición de las tiras para corregir el problema en las interfaces".

Landy explicó que el nuevo manto logró "dividir la luz en dos ondas que viajan alrededor del objeto y resurgen como una única onda con pérdidas mínimas por reflectividad".

Aplicaciones

¿Cuán factible es que se logre algún día un manto de invisibilidad?

Uno de los problemas es que las estructuras que guían el trayecto de las ondas no pueden ser mucho más grandes que la longitud de las ondas de las que se ocultan. En el caso de la luz visible, estamos hablando de apenas cientos de mil millonésimas de metro.

Los esfuerzos hasta ahora o bien utilizan ondas más largas que las que podemos ver, u ocultan objetos tan pequeños que no podemos percibirlos.

"Lo que se obtendrá en el futuro será algo muy diferente a lo que la gente tiene en mente cuando piensa en un manto, es decir, algo fino y flexible con lo que un pueda envolverse. No creo que esto llegue a ser realidad y francamente, ésa no es la meta de los científicos"

John Pendry, Imperial College

Para Pendry, lo que se obtendrá en el futuro "será algo muy diferente a lo que la gente tiene en mente cuando piensa en un manto, es decir, algo fino y flexible con lo que un pueda envolverse".

"No creo que esto llegue a ser realidad y francamente, ésa no es la meta de los científicos", dijo el investigador del Imperial College.

"Pero las ondas de luz no son las únicas de las que podemos ocultarnos".

La matemática utilizada en la nueva óptica se aplica también en otros casos y hay investigaciones dirigidas a obtener mantos que ocultan objetos por ejemplo, de campos magnéticos, ondas térmicas e incluso ondas sísmicas.

La aplicación en microondas es además fundamental, ya que esas longitudes se utilizan en telecomunicaciones y radares. "Nosotros no podemos verlas, pero esas ondas son visibles, por ejemplo, a celulares y radares. Nadie querría subirse a un avión que no tenga un buen radar que detecte microondas", dijo Pendry.

Los celulares ya incorporan meta-materiales en sus antenas y estos materiales podrían, al permitir la manipulación de la luz, conducir a una internet más veloz.

En la industria de defensa, por otra parte, un objetivo podría ser el desarrollo de barcos, tanques o aviones invisibles a diferentes longitudes de onda de luz y sonido.

Para Pendry, el nuevo manto "es una base sobre la que muchos investigadores pueden seguir avanzando. En este campo todo se reduce a qué tipo de materiales se pueden diseñar. Y el nuevo manto lleva el diseño a otro nivel".

El estudio de Landy sobre el material en patrón de diamante y el nuevo manto fue publicado en la revista Nature Materials.

Contexto

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