Invisibilidad, ¿realidad o cosa de magia?

Esta idea de ciencia ficción ha sido un tema muy estudiado en el marco de la ciencia. Y os preguntaréis: ¿Cómo puede ser posible? Os daré la clave: metamateriales.

NOVEMBER 5, 2020

12:00 AM

Por Pablo Cerero Sánchez

¿Quién no ha soñado con tener la capa de invisibilidad de Harry Potter? ¿Cuántos hemos deseado poder hacer que algo desaparezca por arte de magia? ¿Y si te dijera que no es cosa de brujos y pudiese estar al alcance de nuestras manos?

Esta idea de ciencia ficción ha sido un tema muy estudiado en el marco de la ciencia. Y os preguntaréis: ¿Cómo puede ser posible? Os daré la clave: metamateriales.

Harry Potter y su capa de invisibilidad.

Para conseguir la invisibilidad no hay más que jugar con las desventajas del ojo humano. No es ningún descubrimiento que el ojo humano no es perfecto y que, de todo el espectro electromagnético de la luz, tan solo es capaz de detectar un intervalo de longitudes de ondas muy pequeño, lo que conocemos como luz visible. Esto permite engañarlo sin necesidad de que el nuevo material sea funcional en todo el espectro.

Varios estudios corroboran que la capa de invisibilidad es factible y que actualmente existen prototipos con carácter militar. El Departamento de Energía Estadounidense del Lawrence Berkley National Laboratory junto con la Universidad de California, han desarrollado un prototipo de capa óptica ultra fina que puede ocultar objetos con luz visible. A su vez, la empresa canadiense Hyperstealth Biotechnology, mucho más ambiciosa, anunció el registro de cuatro patentes, entre ellas la de un nuevo material llamado “Quantum Stealth” y su primer prototipo. Este nuevo tejido es capaz de modificar el tratamiento de la luz. Esta empresa orienta esta tecnología a un uso militar.

Como se ha comentado anteriormente, la clave para desarrollar esta nueva tecnología revolucionaria son los metamateriales. Los metamateriales son aquellos materiales artificiales que presentan propiedades electromagnéticas inusuales debido, no a su composición, sino a la estructura diseñada. Constituye una estructura periódica, cuya dimensión máxima será menor que la longitud de onda con la que vaya a trabajar. Esta capa “invisible” es un tipo de metamaterial llamado cristal fotónico. Los cristales fotónicos se caracterizan por la existencia de una banda prohibida, photonic bandgap. El objetivo es replicar el comportamiento de los semiconductores, pero con fotones: para una longitud de onda, la luz no se puede propagar por el material en ninguna dirección. Esto se consigue con interferencias.

Cristal fotofónico a base de nano- ladrillos.

Si se quiere un medio totalmente invisible, donde la luz no interaccione, se necesita las propiedades del vacío. Como esto no permite poder utilizar el material en una situación al uso, podemos tener invisibilidad imperfecta donde las diferencias con la invisibilidad total sean imperceptibles para el ojo. Es aquí donde la imperfección del ojo juega un papel clave.

Comportamiento de un cristal fotónico.

Es así como trabaja el cristal fotónico, engañando al ojo humano y desviando la luz. Para que se entienda de forma fácil, la luz no llega a incidir en el objeto, sino que lo esquiva de tal forma que cera la imagen que hay detrás del objeto generando así la sensación de que este objeto no está. Esto solo es posible por estos materiales de múltiples aplicaciones.

Este metamaterial no solo es capaz de evitar que se propague luz visible si no que puede evitar cualquier tipo de longitud de onda. A nivel teórico, esto está demostrado por múltiples estudios pero, como siempre, llevarlo a un terreno práctico es un verdadero quebradero de cabeza para los científicos. Actualmente, esta necesidad tiene origen en sentido puramente militar. Con este material se podría conseguir ser invisible en rayos infrarrojos, rayos X, incluso podría hacer invisible ante una cámara térmica. Pero a su vez esto podría ser beneficioso para poder buscar otras aplicaciones más constructivas.

Un equipo de matemáticos de la Universidad de Manchester trabaja en la teoría de capas de invisibilidad para desarrollar cubiertas que protejan los edificios y la estructura de las vibraciones y los desastres naturales como los terremotos. Esto supone un cambio radical para gran parte de la humanidad que vive en zonas de riesgo sísmico. Esta capa de invisibilidad camuflaría al edificio de ciertos comportamientos debido a las ondas sísmicas. Es como si las ondas sísmicas no “vieran” el edificio y pasaran de largo. Esto supondría salvar a un gran número de vidas y evitar daños materiales de muchos lugares del mundo que por desgracia sufren las consecuencias de terremotos todos los años. Esto se consigue llegando a controlar la dirección y velocidad de las ondas elásticas.

Edificio derruido después de un terremoto.

Otra aplicación en la que podría ser útil esta capa de invisibilidad es para proteger centrales nucleares ya que como se ha dicho esta capa se puede diseñar para cualquier longitud de onda del espectro. Podría evitarse la gran capacidad de penetración de estas ondas en la materia.

Éstas, junto con otras muchas aplicaciones, hacen que la investigación en esta “capa de invisibilidad” sea de tanto interés. Los cristales fotónicos no solo nos regalan ese deseo tan soñado de niños, y no tan niños, de ser invisibles, si no que podemos llegar a tener aplicaciones vitales en circunstancias catastróficas.

ENLACE al video del primer prototipo de capa invisible de Hyperstealth Biotechnology:

Autora: Carlota Martín, Analista técnico

Nuestro autor

Pablo Cerero Sánchez

Analista I+D+i

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