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.
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.
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