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Crean una capa de invisibilidad fina y que altera menos el brillo de la luz

Podría tener otras aplicaciones, como concentrar la energía solar y acelerar las comunicaciones ópticas


Investigadores de Estados Unidos han desarrollado una capa de invisibilidad fina y que, al estar hecha de materiales dieléctricos y no metálicos, no altera el brillo de la luz alrededor del objeto oculto. La tecnología podría tener otras aplicaciones, como concentrar la energía solar, y aumentar la velocidad de la señal en las comunicaciones ópticas.




Patrón reflejo de un objeto descubierto (arriba) y otro cubierto (abajo) por la capa de invisibilidad. Imagen: Li-Yi Hsu. Fuente: UC San Diego.
Patrón reflejo de un objeto descubierto (arriba) y otro cubierto (abajo) por la capa de invisibilidad. Imagen: Li-Yi Hsu. Fuente: UC San Diego.
Investigadores de la Universidad de California en San Diego (EE.UU.) han desarrollado un nuevo diseño para un dispositivo de camuflaje que supera algunas de las limitaciones de las "capas de invisibilidad".

El dispositivo es fino y además no altera el brillo de la luz alrededor del objeto oculto. La tecnología podría tener otras aplicaciones, como concentrar la energía solar, y aumentar la velocidad de la señal en las comunicaciones ópticas.

"La invisibilidad puede parecer magia al principio, pero sus conceptos subyacentes son familiares para todos. Todo lo que hace falta es una manipulación inteligente de nuestra percepción", dice Boubacar Kanté, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computación, y autor principal del estudio, en la nota de prensa de la universidad.

"La invisibilidad completa todavía parece fuera de alcance hoy en día, pero podría ser una realidad en un futuro próximo gracias a los recientes avances en dispositivos de camuflaje".

Como su nombre indica, las capas son dispositivos que cubren los objetos para hacerlos parecer invisibles. La idea detrás del camuflaje es cambiar la dispersión producida por un objeto de las ondas electromagnéticas, tales como la luz y el radar, para que sea menos detectable a esas frecuencias de onda. Uno de los inconvenientes de los dispositivos de camuflaje es que normalmente son voluminosos.

"Los estudios previos sobre recubrimientos requerían muchas capas de materiales para ocultar un objeto, y el manto terminaba siendo mucho más grueso que el tamaño del objeto que se estaba cubriendo", dice Li Yi-Hsu, estudiante de ingeniería eléctrica, y autor del estudio, que fue publicado recientemente en la revista Progress In Electromagnetics Research. "En este estudio, mostramos que podemos utilizar una hoja de recubrimiento de una sola capa, delgada".

Los investigadores dicen que su manto también supera otro inconveniente fundamental de los dispositivos de camuflaje existentes, las pérdidas: reflejan la luz con una intensidad más baja que la que golpea su superficie.

"Si se ve una fuerte caída en el brillo alrededor del objeto oculto, es un indicador evidente de que hay algo. Esto es lo que sucede cuando se utiliza un dispositivo de camuflaje con pérdidas", dice Kanté. "Lo que hemos logrado en este estudio es un manto "sin pérdidas". No pierde nada de la intensidad de la luz que se refleja".

Material

Muchas capas tienen pérdidas porque están hechas con partículas metálicas, que absorben la luz. Los investigadores explican que una de las claves para el diseño de su nuevo manto es el uso de materiales no conductores llamados dieléctricos, que a diferencia de los metales no absorben la luz.

Esta capa incluye dos dieléctricos, una cerámica propia y teflón, que están adaptados estructuralmente a una escala muy fina para cambiar la forma en que las ondas de luz se reflejan en el manto.

En sus experimentos, los investigadores diseñaron específicamente una capa "alfombra", que funciona cubriendo un objeto que se sitúa encima de una superficie plana. La capa hace que todo el sistema -objeto y superficie- parezcan planos, imitando el reflejo de la luz en la superficie plana.

Cualquier objeto refleja la luz de forma diferente desde una superficie plana, pero cuando el objeto está cubierto por el manto, la luz de diferentes puntos se refleja fuera de sincronía, cancelando en la práctica la distorsión total de la luz causada por la forma del objeto. "Este dispositivo de camuflaje básicamente engaña al observador al hacerle pensar que hay una superficie plana", dice Kanté.

Software

Los investigadores utilizaron un software con simulación electromagnética para diseñar y optimizar la capa. El manto fue modelado como una matriz fina de teflón en el que se incluyeron muchas pequeñas partículas cerámicas cilíndricas, cada una con una altura diferente en función de su posición en el manto.

"Al cambiar la altura de cada partícula dieléctrica, hemos sido capaces de controlar el reflejo de la luz en cada punto de la capa", explica Hsu. "Nuestras simulaciones por ordenador muestran cómo se comportaría en la realidad nuestro dispositivo. Hemos sido capaces de demostrar que una capa delgada diseñada con partículas dieléctricas con forma de cilindro puede ayudarnos a reducir significativamente la sombra del objeto".

"Usando esta tecnología", explica Kanté, "podemos hacer algo más que hacer que las cosas sean invisibles. Podemos cambiar a voluntad la forma en que se reflejan las ondas de luz y en última instancia concentrar una gran área de luz solar en una torre de energía solar, igual que hace un concentrador solar. También esperamos que esta tecnología tenga aplicaciones en óptica, diseño de interiores y en arte".

Referencia bibliográfica:

L. Y. Hsu, T. Lepetit y B. Kante: Extremely thin dielectric metasurface for carpet cloaking. Progress In Electromagnetics Research (2015).

Miércoles, 8 de Julio 2015
UC San Diego/T21
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