Leyes físicas frustran tus sueños de usar capas de invisibilidad a escala Humana
Cuantos no fuimos lo fánaticos o simples televidentes, cuando veíamos la saga Harry Potter y este personaje en una de las películas muestra su capa de invisibilidad y decíamos “¡Eso debe ser mío!”. Pero lamentablemente las leyes de la física rompen tus sueños ? .
Se trata de una tecnología que permite que los objetos se hagan invisibles o indetectables a las ondas electromagnéticas, incluyendo las ondas de radio, microondas, infrarrojos y la luz visible.
La teoría de los investigadores confirma que es factible el uso de capas para ocultar perfectamente un objeto para una longitud de onda específica, pero hacer lo mismo a partir de una iluminación que contiene diferentes longitudes de onda se hace más difícil, ya que el tamaño del objeto aumenta.
Andrea Alù, profesor de ingeniería eléctrica e informática y destacado investigador en el área de tecnología de camuflaje, junto con el estudiante graduado Francesco Monticone, creó un marco cuantitativo que ahora establece los límites de las capacidades de ancho de banda de capas electromagnéticas para objetos de diferentes tamaños y composición.
Como resultado, los investigadores pueden calcular el rendimiento óptimo esperado de los dispositivos de invisibilidad antes de diseñar y desarrollar una capa específica para un objeto de interés. Alù y Monticone describen su trabajo en la revista Optica.
Las capas de camuflaje están hechas de materiales artificiales, los llamados metamateriales, que tienen propiedades especiales que permitan un mejor control de la onda incidente, y pueden hacer un objeto invisible o transparente. Los límites de reciente creación se aplican a las capas hechas de metamateriales pasivos, aquellas que no obtienen energía de una fuente de alimentación externa.
La comprensión de las limitaciones de ancho de banda y el tamaño de encubrimiento es significativa para evaluar el potencial de los dispositivos de camuflaje para aplicaciones del mundo real, tales como antenas de comunicación, dispositivos biomédicos y radares militares, dijo Alu. Su investigación muestra que la eficacia de una capa pasiva está en gran parte determinada por el tamaño del objeto que se oculta en comparación con la longitud de onda de la onda de entrada, y eso cuantifica cómo, para longitudes de onda más cortas, el camuflaje se hace drásticamente más difícil.
Por ejemplo, es factible encubrir una antena de tamaño medio de ondas de radio sobre relativamente amplios anchos de banda para una comunicación más clara, pero es esencialmente imposible ocultar objetos grandes, como un cuerpo humano o un tanque militar a partir de las ondas de luz visibles, que son mucho más cortas que las ondas de radio.
“Hemos demostrado que no será factible suprimir drásticamente la dispersión de la luz de un tanque o un avión para las frecuencias visibles con las tecnologías actualmente disponibles basadas en materiales pasivos”, dijo Monticone en un comunicado. “Pero para objetos comparables en tamaño a la longitud de onda que lasa excita (una antena típica de ondas de radio, por ejemplo, o la punta de algunas herramientas de microscopía óptica), los límites derivados demuestran que se puede hacer algo útil, las restricciones se acortan, y podemos cuantificarlas”.
Además de proporcionar una buena guía práctica para la investigación sobre dispositivos de camuflaje, los investigadores creen que su marco de limitación propuesto puede ayudar a disipar algunos mitos alrededor del camuflaje y su potencial para hacer grandes objetos invisibles.
“La cuestión es ¿podemos hacer una capa pasiva que haga invisibles objetos a escala humana?”, dijo Alu. “Resulta que hay limitaciones estrictas en el recubrimiento de un objeto con un material pasivo y hacer que parezca como si el objeto no estuviera allí, para una onda de entrada y punto de observación arbitrarios”.
Ahora que los límites de ancho de banda para el camuflaje están disponibles, los investigadores pueden centrarse en desarrollar aplicaciones prácticas de esta tecnología acercándose a los límites.
“Si queremos ir más allá de la actuación pasiva de los mantos, hay más opciones”, dijo Monticone. “Nuestro grupo y otros estamos explorando técnicas de ocultación activas y no lineales para ir más allá de los límites. Alternativamente, podemos apuntar a formas más flexibles de invisibilidad, como en dispositivos de camuflaje que introducen retardos de fase mientras la luz se transmite a través, técnicas de camuflaje, y otros trucos ópticos que dan la sensación de transparencia, sin reducción real de la dispersión global de la luz”.
El laboratorio de Alù está trabajando en el diseño de capas activas que utilizan metamateriales conectados a una fuente de energía externa para lograr conseguir la transparencia en un amplio ancho de banda. “Incluso con capas activas, la teoría de la relatividad de Einstein limita fundamentalmente el máximo rendimiento de la invisibilidad”, dijo Alu. “Sin embargo, con los nuevos conceptos y diseños, tales como metamateriales activos y no lineales, es factible avanzar en la búsqueda de la transparencia y la invisibilidad”.
