Sociedad

Metamateriales para diseñar capas de invisibilidad

Aún falta para conseguir un material con el que cubrir objetos y volverlos invisibles, pero los avances con ondas más largas son muy prometedores.

Capa que usa camuflaje óptico, en el que el fondo se proyecta sobre la capa. Museo Nacional de Ciencia Emergente e Innovación (Miraikan) en Tokyo.
Capa que usa camuflaje óptico, en el que el fondo se proyecta sobre la capa. Museo Nacional de Ciencia Emergente e Innovación (Miraikan) en Tokyo. FOTO: Z22 Creative Commons

Quién no ha soñado con ser una mosca en la pared, con ser testigo de una conversación sin ser visto. Quién no ha anhelado ponerse la capa de invisibilidad de Harry Potter en cualquier situación incómoda. La posibilidad de ser invisibles parece cosa de ciencia ficción, pero no está tan lejos de nuestro alcance.

Miremos a la naturaleza: un insecto palo ha desarrollado una apariencia muy similar a la de la vegetación donde vive, de forma que es difícil para sus depredadores (y para el ojo humano) percibirlo a simple vista. Los camaleones y las sepias van más allá, llegando a adaptar su pigmentación a la superficie donde se encuentran. Emulando estas formas de camuflaje, los uniformes militares contienen formas irregulares en tonalidades ocre, verde, castaño, amarillo o negro, que permiten a la persona que lo lleva mimetizarse con el entorno.

En todos estos ejemplos, el insecto, animal o persona se ve, pero no nos damos cuenta porque creemos que estamos viendo lo que tiene detrás. De igual manera, el avión de combate Northrop P-61 se ganó el apodo de Viuda Negra por su color, que le permitía pasar desapercibido en el cielo nocturno. Se introdujo en 1944 y fue el primer avión militar estadounidense diseñado para usar el radar en combate. Sin embargo, Viuda Negra se acabó volviendo vulnerable a su propia tecnología, ya que nada le impedía ser detectada por el radar enemigo.

Esquivando al radar

Con todo, conociendo cómo funciona la detección por radar, es posible esquivarla. En esta tecnología, el emisor lanza ondas de radio que rebotan en el objeto a detectar. Analizando el tiempo de retorno y su longitud de onda, se puede saber a qué distancia está el objeto y si este está en movimiento. Así, la capacidad de detección reside en que las ondas choquen con el objeto a detectar, y que este las refleje para que regresen por el mismo camino hasta volver al emisor. Pero si, en lugar de reflejar las ondas, el objeto las absorbe, o bien desvía su trayectoria para que no regresen al emisor, la detección falla. El “bombardero furtivo” (el Northrop Grumman B-2 Spirit) está fabricado con plásticos y resinas además de acero, y tiene una forma muy característica. Es así como el avión desvía o absorbe la mayor parte de las ondas de radio que recibe, de forma que, a ojos del radar, parece tener apenas el tamaño de un pájaro grande.

Las ondas de radio son iguales a las ondas de luz visible en su naturaleza (ambas son ondas electromagnéticas), y solo difieren en su longitud de onda. De hecho, nuestra visión se asemeja a la detección por radar. Sin embargo, ahora el emisor es diferente al receptor. Cuando las ondas de luz, procedentes del sol o de una lámpara, llegan a un objeto, este interrumpe su camino, reflejando una parte y absorbiendo otra. Nuestros ojos perciben la alteración en el viaje de la onda, además de ver la luz reflejada por el objeto. Si podemos engañar al radar, ¿es posible también esquivar la detección por luz y conseguir la invisibilidad?

Cómo curvar la luz visible

Cada vez hay más experimentos que apuntan que sí, y la clave está en los metamateriales. Estos son materiales creados en el laboratorio con propiedades ópticas que no se encuentran en ningún material natural. Desde hace décadas, la comunidad científica busca maneras de desviar la trayectoria de la luz cuando se topa con un objeto. Si es posible hacer que la luz rodee al objeto sin sufrir ninguna perturbación, parecerá que podemos ver a través del objeto. Es decir, el objeto se volverá invisible a nuestros ojos. ¿Cómo conseguirlo? Cubriendo el objeto con ciertos metamateriales.

La misión principal de los metamateriales es modificar el índice de refracción de la luz. Si metemos una cuchara en un vaso de agua, parecerá doblada. Esto se debe a que, al pasar del aire al agua, la luz se frena. Al cambiar de velocidad de manera repentina, el haz de luz se curva, con lo que la cuchara parece doblarse. El índice de refracción describe esta diferencia de velocidad con respecto del vacío: cuanto más alto, más despacio viaja la luz en el medio. Por ejemplo, en el aire, la luz viaja muy poco más despacio que en el vacío, y su índice de refracción es de 1,0003. El vidrio es más denso y frena más a la luz, con lo que tiene un índice de refracción de 1,5.

Para los medios naturales, este índice es constante: la luz se frena al pasar del aire al medio, pero una vez dentro del medio, su velocidad no cambia. El haz de luz describe una línea recta antes de entrar en el medio, se curva en el instante de penetrar, y continúa después trazando otra línea recta. Imaginemos, sin embargo, que pudiéramos tener un índice de refracción cambiante: esto señalaría que la luz serpentea a través del medio. Para que la luz rodee a un objeto, necesitamos ir un paso más allá, y conseguir también que el índice de refracción sea negativo. Ningún medio natural posee esta propiedad, pero se pueden diseñar metamateriales para conseguirla.

Hacia la capa de invisibilidad

Esto es lo que hizo un equipo de la Universidad de Duke en 2006: a partir de una lámina de cobre, insertaron pequeños pedazos de otros materiales para obligar a las ondas a curvarse alrededor de la lámina. Fue un gran paso hacia una verdadera capa de invisibilidad, aunque las ondas que consiguieron curvar todavía no eran de luz visible: eran microondas. En general, los implantes que se insertan en los metamateriales deben ser más pequeños que la longitud de onda del haz que pretenden curvar. Las microondas tienen una longitud de onda de unos pocos centímetros, con lo que construir implantes más pequeños fue una tarea asequible.

Más difícil es curvar la luz visible. Incluso la longitud de onda visible más larga, la de luz roja, mide unos cientos de nanómetros, y fabricar implantes más pequeños requiere de nanotecnología. Con todo, ha habido avances en este sentido, aunque aún habrá que esperar para ver (o no) una verdadera capa de invisibilidad.

Para aligerar la espera, podemos imaginar ya algunos usos para estas capas: desde camuflar aviones de combate también durante el día, hasta evitar que la cabina del avión restrinja la visión del piloto. Incluso se podrían cubrir partes de nuestros coches con metamateriales que eliminen el ángulo muerto de los espejos retrovisores. Más allá de las aplicaciones bélicas, la invisibilidad podría salvar vidas.

QUE NO TE LA CUELEN:

  • Convertirte en Harry Potter tiene un precio. Si te envuelves en una capa de invisibilidad hecha con metamateriales no podrás ver lo que hay fuera: la capa en sí no es transparente.

REFERENCIAS (MLA):