Estos materiales podrían hacer realidad la ciencia ficción

The New York Times Company12-05-2021

Estos avances y otros muchos que se vislumbran en el horizonte podrían producirse gracias a los metamateriales, que permiten controlar los haces de luz con la misma facilidad con que los chips de las computadoras controlan la electricidad.

El término metamateriales se refiere a una amplia clase de materiales manufacturados compuestos por estructuras más finas que la longitud de onda de la luz visible, las ondas de radio y otros tipos de radiación electromagnética. Juntos, están dando a los ingenieros un control extraordinario en el diseño de nuevos tipos de sensores ultraeconómicos que van desde una lente de telescopio hasta un termómetro infrarrojo.

“Estamos entrando en la fase de consumo de los metamateriales”, afirma Alan Huang, director de tecnología de Terabit Corp., una consultora de Silicon Valley, que realizó las primeras investigaciones sobre computación óptica durante sus doce años en los laboratorios Bell. “Irá mucho más allá de las cámaras y los proyectores, y dará lugar a cosas que no esperamos. Es realmente un campo de ensueño”.

Los primeros productos de consumo que aprovecharán los económicos metamateriales serán los teléfonos inteligentes, que mejorarán su rendimiento, pero la capacidad de controlar las ondas de luz de otras maneras también permitirá en poco tiempo la creación de productos como las gafas de realidad aumentada que sobreponen imágenes computarizadas en el mundo real.

Las tecnologías no son nuevas. A principios del siglo XIX, el físico francés Augustin-Jean Fresnel propuso la idea de aplanar y aligerar las lentes ópticas empleando una serie de ranuras concéntricas para enfocar la luz. Una de las principales innovaciones de los metamateriales es que se construyen con subcomponentes más pequeños que la longitud de onda del tipo de radiación que pretenden manipular.

Por ejemplo, para fabricar una lente con metamateriales, se corta el silicio (que no es más que vidrio) tan fino que sea transparente, y luego se pueden incrustar estructuras en esa fina capa que enfocan la luz a su paso.

Uno de los primeros en darse cuenta del potencial comercial de los metamateriales fue el físico Nathan Myhrvold, exdirector de Microsoft Research.

“Cuando empecé a trabajar en esto, era bastante controvertido”, dice Myhrvold. “Había científicos que decían que todo era una tontería”.

Desde entonces, Myhrvold ha fundado media decena de empresas basadas en tecnologías de metamateriales. Varias de esas empresas pretenden llegar a los mercados ópticos de consumo, como Lumotive, una empresa con sede en Seattle que está desarrollando un sistema de imágenes lídar sin piezas móviles.

Los lídares utilizan láseres para crear mapas precisos de los objetos circundantes hasta distancias de cientos de metros. Los lídares son muy utilizados por las empresas que desarrollan vehículos autónomos, y en la actualidad son en su mayoría sistemas mecánicos que hacen girar con rapidez un rayo láser para crear un mapa.

En cambio, Lumotive utiliza una tecnología de pantalla de cristal líquido desarrollada originalmente para paneles planos con el fin de “dirigir” un haz de luz láser. El sistema resultante es mucho menos costoso que el lídar mecánico, lo que permite considerarlo para una serie de nuevas aplicaciones, como los drones de reparto, los coches autodirigidos y los robots domésticos móviles, como las aspiradoras inteligentes.

Dado que la industria automotriz está repleta de fabricantes de lídares, los responsables de la empresa Lumotive han reorientado sus esfuerzos hacia nuevos mercados de robots domésticos e industriales. Todavía no han anunciado clientes.

“Vamos en una dirección en la que uno de los otros atributos que tenemos es la capacidad de escalar estas cosas hasta un tamaño muy pequeño, lo que nos hace únicos”, dijo Bill Colleran, director ejecutivo y cofundador de Lumotive.

Otra empresa que intenta aprovechar el potencial de los metamateriales es Metalenz, fundada en 2017 por Robert Devlin y Federico Capasso, que ahora trabaja en una nueva manera de fabricar lentes ópticas utilizando tecnologías potentes y baratas de fabricación de chips informáticos.

Muchos tipos de metamateriales se están fabricando con el mismo equipo que fabrica chips de computadora. Esto es importante porque presagia una generación de microprocesadores baratos que aprovechan la luz, del mismo modo que los chips de computadora aprovecharon la electricidad en la década de 1960. Esa innovación dio lugar a una nueva y amplia industria de consumo: los relojes electrónicos, seguidos de los videojuegos y luego de las computadoras personales. Todo surgió de la capacidad de grabar circuitos en el silicio.

Al aprovechar la tecnología de los microprocesadores, será posible fabricar a bajo costo decenas de miles o incluso millones de lentes bidimensionales capaces de curvar la luz a partir de patrones de materiales transparentes incrustados en su superficie, a una fracción del costo de los lentes ópticos actuales.

La pregunta a la que deben responder estas empresas es si pueden ofrecer suficiente rendimiento mejorado y menor costo para convencer a los fabricantes de que abandonen sus componentes actuales (en este caso, los lentes de plástico baratos).

Un primer paso evidente para la nueva tecnología será sustituir los lentes de plástico de los celulares, algo que Metalenz empezará a hacer el año que viene, pero ese es solo el primer mercado masivo de los metamateriales. Según Devlin, también habrá aplicaciones para controlar la manera en que interactuamos con las computadoras y los sistemas de seguridad de los automóviles, así como para mejorar la capacidad de los robots de bajo costo para moverse en entornos concurridos.

Al parecer, Apple está trabajando en el diseño de un sistema que trasladará muchas funciones de los teléfonos inteligentes a lo que finalmente serán gafas finas y ligeras.
        

• El atributo más poderoso de la microelectrónica fue la capacidad de reducir la escala de los circuitos, al hacerlos más rápidos, más potentes y menos costosos, durante muchas décadas. De modo similar, los metamateriales transformarán la manera en que los diseñadores aprovechan los haces de luz.

Por ejemplo, los científicos que están terminando un avanzado telescopio milimétrico que se instalará en el Observatorio Simons de Chile el año que viene, han recurrido a los metamateriales para las baldosas que recubrirán el interior del telescopio, con el fin de capturar prácticamente toda la luz dispersa. Los fotones que caen en la superficie de las baldosas son atrapados por una superficie de estructuras cónicas ultrapequeñas, explica Mark Devlin (sin relación con el fundador de Metalenz), profesor de astronomía y astrofísica de la Universidad de Pensilvania, que dirige el diseño del telescopio.

“Las baldosas son ligeras, baratas, fáciles de instalar y no se caen”, comentó.
        

•  Los metamateriales, que podrían mejorar los teléfonos inteligentes y cambiar cómo usamos otras tecnologías, les permiten a los científicos controlar las ondas de luz de otras maneras. (James Yang / The New York Times). 

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