Ingenieros de la Universidad de Arizona (EEUU) descubren cómo aprovechar mejor la llamada “refracción negativa” para usos muy diversos
Una investigación de la Universidad de Arizona (EEUU) ha revelado cómo metamateriales tallados con una impresora 3D pueden servir para ocultar objetos o personas, por refracción negativa, sin necesidad de que se pierda energía en el proceso, como solía ocurrir. El avance permitirá fabricar capas de invisibilidad o construir microscopios que registren objetos tan pequeños como proteínas o virus individuales, entre otras aplicaciones.
Una investigación de la Universidad de Arizona (EEUU) ha revelado cómo metamateriales tallados con una impresora 3D pueden servir para ocultar objetos o personas, por refracción negativa, sin necesidad de que se pierda energía en el proceso, como solía ocurrir. El avance permitirá fabricar capas de invisibilidad o construir microscopios que registren objetos tan pequeños como proteínas o virus individuales, entre otras aplicaciones.
Los
metamateriales son materiales artificiales con propiedades que no se
encuentran normalmente en los materiales naturales. Estas propiedades
se obtienen a partir de la estructura de dichos metamateriales, y no de su
composición. En una investigación reciente, realizada por Hao Xin, profesor
de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Arizona (EEUU), se ha
descubierto que los metamateriales pueden ayudar a fabricar superlentes para
microscopio –de manera que estos podrían registrar detalles a nivel molecular- o
escudos para ocultar aviones militares, e incluso a personas. Por tanto, en este
estudio se ha dado un paso adelante hacia la invisibilidad.
Patrones geométricos que te vuelven invisible
En un comunicado de la Universidad de Arizona, se explica cómo se lograría este último punto. Para empezar, Xin y su equipo han fabricado en laboratorio, con una impresora 3D, metamateriales, a partir de metales, plásticos y otras sustancias.
Similares a bolas de plástico poroso y a pequeñas placas de circuitos de cables de cobre, los objetos resultantes tienen una configuración especial, con patrones geométricos capaces de doblar ondas de energía de forma anómala. En particular, exhiben una propiedad llamada “refracción negativa”, que permite refractar dichas ondas en la dirección opuesta a la de cualquier material existente.
El resultado es el siguiente. Por ejemplo, si miramos una pajita dentro de un vaso de agua a través de un prisma de refracción negativa, la pajita aparecería invertida: el trozo que en realidad está sobre la superficie del agua aparecería por debajo de esta y, además, estaría inclinado en la dirección contraria a la que en realidad está.
Otro ejemplo. En un escenario más futurista, si se colocase a una persona una capa con propiedades refractarias artificialmente diseñadas, solo se vería una parte o nada de esa persona, en función de la distribución del índice de refracción del metamaterial que conforme dicha capa (es decir, en función de cómo las ondas lumínicas que de ella rebotasen alcanzaran los ojos del espectador).
Los metamateriales con refracción negativa, sin embargo, han presentado desde siempre un problema bastante irritante para los ingenieros: reducen la fuerza de las ondas y, en consecuencia, provocan una pérdida de energía.
Xin y su equipo han resuelto este problema, aseguran, con el diseño de “un metamaterial que conserva la refracción negativa, pero no disminuye la energía”. De hecho, incluso provoca una ganancia de energía, señalan los investigadores.
Esto ha sido logrado mediante la incorporación en los metamateriales de diodos simples que funcionan con baterías de túnel (un tipo de dispositivo semiconductor), usando técnicas de micronanofabricación.
Metamateriales que a un tiempo tengan refracción negativa y sean capaces de ganar energía ayudarían a superar problemas como la difracción en las lentes, que impide que incluso los microscopios más sofisticados puedan registrar objetos extremadamente finos, como proteínas o virus individuales.
La invisibilidad, cada vez más cerca
Más allá de estas superlentes para usos biomédicos, los metamateriales están siendo estudiados para producir circuitos de microondas de alto rendimiento, edificios más energéticamente eficientes o más resistentes a terremotos; convertidores de energía solar más potentes; e incluso para la mejora de las tecnologías de sensores y antenas.
La invisibilidad parece cada vez más cercana, si se tienen en cuenta este y otros avances recientes, como el los camuflajes ópticos fabricados a un coste de 150 dólares o el de la impresora 3D que fabrica mantos de invisibilidad en cuestión de horas.
Fuente: Tendencias 21 y UANEWS
Patrones geométricos que te vuelven invisible
En un comunicado de la Universidad de Arizona, se explica cómo se lograría este último punto. Para empezar, Xin y su equipo han fabricado en laboratorio, con una impresora 3D, metamateriales, a partir de metales, plásticos y otras sustancias.
Similares a bolas de plástico poroso y a pequeñas placas de circuitos de cables de cobre, los objetos resultantes tienen una configuración especial, con patrones geométricos capaces de doblar ondas de energía de forma anómala. En particular, exhiben una propiedad llamada “refracción negativa”, que permite refractar dichas ondas en la dirección opuesta a la de cualquier material existente.
El resultado es el siguiente. Por ejemplo, si miramos una pajita dentro de un vaso de agua a través de un prisma de refracción negativa, la pajita aparecería invertida: el trozo que en realidad está sobre la superficie del agua aparecería por debajo de esta y, además, estaría inclinado en la dirección contraria a la que en realidad está.
Otro ejemplo. En un escenario más futurista, si se colocase a una persona una capa con propiedades refractarias artificialmente diseñadas, solo se vería una parte o nada de esa persona, en función de la distribución del índice de refracción del metamaterial que conforme dicha capa (es decir, en función de cómo las ondas lumínicas que de ella rebotasen alcanzaran los ojos del espectador).
Los metamateriales con refracción negativa, sin embargo, han presentado desde siempre un problema bastante irritante para los ingenieros: reducen la fuerza de las ondas y, en consecuencia, provocan una pérdida de energía.
Xin y su equipo han resuelto este problema, aseguran, con el diseño de “un metamaterial que conserva la refracción negativa, pero no disminuye la energía”. De hecho, incluso provoca una ganancia de energía, señalan los investigadores.
Esto ha sido logrado mediante la incorporación en los metamateriales de diodos simples que funcionan con baterías de túnel (un tipo de dispositivo semiconductor), usando técnicas de micronanofabricación.
Metamateriales que a un tiempo tengan refracción negativa y sean capaces de ganar energía ayudarían a superar problemas como la difracción en las lentes, que impide que incluso los microscopios más sofisticados puedan registrar objetos extremadamente finos, como proteínas o virus individuales.
La invisibilidad, cada vez más cerca
Más allá de estas superlentes para usos biomédicos, los metamateriales están siendo estudiados para producir circuitos de microondas de alto rendimiento, edificios más energéticamente eficientes o más resistentes a terremotos; convertidores de energía solar más potentes; e incluso para la mejora de las tecnologías de sensores y antenas.
La invisibilidad parece cada vez más cercana, si se tienen en cuenta este y otros avances recientes, como el los camuflajes ópticos fabricados a un coste de 150 dólares o el de la impresora 3D que fabrica mantos de invisibilidad en cuestión de horas.
Fuente: Tendencias 21 y UANEWS
Referencia bibliográfica:
Hao Xin, et al. Microwave Gain Medium With Negative Refractive Index. Nature Communications (2015). DOI: 10.1038/ncomms6841.
Hao Xin, et al. Microwave Gain Medium With Negative Refractive Index. Nature Communications (2015). DOI: 10.1038/ncomms6841.