lunes, 10 de octubre de 2016

¿Cuán lejos estamos de capturar y mover objetos con un rayo de luz al estilo de "Star Trek"?

¿Cuán lejos estamos de capturar y mover objetos con un rayo de luz al estilo de "Star Trek"?
BBC Mundo08-09-2016
Redacción
BBC Mundo


© Proporcionado por BBC World Service Trading Limited Nave espacial

No hay que ser un amante de "Star Trek", que cumple 50 años desde que se transmitió el primer capítulo televisivo, para sentir fascinación por las innovaciones científicas que allí se exploran y materializan.
El rayo tractor es sin lugar a dudas una de ellas. En ese universo de ficción, las naves espaciales son atrapadas y transportadas por un rayo, como si se tratara de un control remoto.
En los últimos cinco años, investigadores de diferentes países han tratado de hacer realidad lo que hemos visto en nuestras pantallas y lo han hecho a escalas diminutas.
Y es que la idea de que la luz ejerce una fuerza no es nada nueva.



© Proporcionado por BBC World Service Trading Limited Elenco de Star Trek

Se cumplen 50 años del primer capítulo de Star Trek transmitido por televisión, muchos celebran mientras que otros se adentran en sus laboratorios. Esta foto es del elenco en 1988.
"En 1619, el matemático, astrónomo y astrólogo alemán Johannes Kepler planteó que las colas de los cometas se expanden lejos del Sol porque la luz solar ejerce una fuerza sobre ellos", le explicó a BBC Mundo el profesor David Grier, profesor de Física y director del Centro de la Materia Blanda de la Universidad de Nueva York.
250 años después esa hipótesis fue confirmada por el físico matemático escocés James Clerk Maxwell.
"Demostró que la luz es una onda electromagnética y que las ondas electromagnéticas pueden empujar objetos iluminados de la misma manera que lo hacen las ondas de agua", señaló Grier.
Empujar vs jalar
Según el investigador, Maxwell se enfocó en las denominadas "ondas planas", las cuales se asemejan al modo de luz que se proyecta por puntos láser.
Esos modos de luz pueden empujar objetos hacia abajo pero no jalarlos, indicó el experto.


© Proporcionado por BBC World Service Trading Limited La nave USS Enterprise

El Museo Smithsoniano en Estados Unidos tiene una exhibición especial a propósito de los 50 años de la transmisión de Star Trek. Aquí se observa la nave USS Enterprise.
"La contribución de mi equipo ha sido descubrir una nueva familia de modos de luz especialmente estructurados que hacen lo opuesto: tiran objetos iluminados más que empujarlos. Lo que es incluso más notable es que jalan a lo largo de su longitud", dijo Grier.
Según el profesor, el grupo de investigadores que lidera se dieron cuenta que habían descubierto una manera de crear un rayo tractor.

"En una semana, transformamos con éxito un rayo láser ordinario en un rayo tractor usando hologramas generados por computadora y confirmamos que funciona en el laboratorio".
Grier señala que debido a que la fuerza ejercida por la luz es minúscula, el rayo tractor funciona con objetos muy pequeños, de tan solo unos pocos micrómetros de longitud, "comparable con el tamaño de una célula y con las partículas de polvo que forman las colas de los cometas".
Hacia el centímetro
El primer rayo tractor que creó Grier y su equipo jaló objetos en una distancia de 10 micrómetros y es que, como explicó, técnicamente es difícil crear los modos de luz especiales para ese fin.
"Hemos extendido los 10 micrómetros a 100 micrómetros y ahora estamos trabajando en una versión a escala de 1 centímetro", indicó.



© Proporcionado por BBC World Service Trading Limited Escena de Star Trek

"Poder mover objetos pequeños en distancias grandes tiene una gama de potenciales aplicaciones que incluye la exploración espacial", señaló Grier.
Según el investigador, el progreso depende de los avances continuos que se hagan en el campo de la teoría de las fuerzas ópticas.
"Una vez la versión a escala 1 centímetro empiece a funcionar, no debería haber razones fundamentales para que no se extienda el rango a 1 metro o incluso a 1 kilómetro", indicó.
Grier explica que un rayo tractor jala los objetos gracias a la ley de conservación del momento, una de las leyes clásicas de la física.
El principal desafío es crear un haz de luz con la estructura correcta, indicó el profesor.
Hasta ahora, los intentos se han enfocado en avances tecnológicos relacionados con la fuerza para jalar y con el rango que se puede abarcar.
"Hemos estado aprendiendo nuevas formas de crear estos extraños modos y seguiremos refinando su diseño. Tengo mucha confianza de que este proceso nos llevará a la meta del rango de 1 kilómetro", señaló Grier.
"Poder mover objetos pequeños en distancias grandes tiene una gama de potenciales aplicaciones que incluye la exploración espacial", señaló Grier.
Ultrasonido
Los investigadores de la Universidad de Nueva York no han sido los únicos que dicen que han creado un rayo tractor.
En 2014, investigadores de la Universidad Dundee, en el Reino Unido, también lo aseguraron.
© Proporcionado por BBC World Service Trading Limited Una replica de una nave espacial de Star Trek
Star Trek ha fascinado a varias generaciones de personas.
Los físicos utilizaron una matriz de ultrasonido para ejercer una fuerza sobre un objeto y de esa forma jalarlo hacia la fuente de energía.
"Esta es la primera vez que se demuestra que un rayo tractor acústico funciona y la primera vez que un haz ha sido usado para mover un objeto más grande que aquellos de medidas microscópicas", indicó la doctora Christine Demore, quien participó en el estudio.
"Fuimos capaces de demostrar que se puede ejercer una fuerza suficiente sobre un objeto de alrededor un centímetro de tamaño para capturarlo y moverlo al dirigir haces gemelos de energía de una matriz de ultrasonido hacia la parte de atrás del objeto".
En 2015, ingenieros británicos desarrollaron un sistema que podía agarrar, sostener y mover objetos pequeños sin tocarlos al usar hologramas hechos con ondas de sonido.
© Proporcionado por BBC World Service Trading Limited Holograma
Una red de altavoces programados crean hologramas invisibles a partir de ondas de ultrasonido.
En su momento la tecnología se comparó con el rayo tractor de la ciencia ficción.
El equipo probó la técnica en objetos pequeños, del tamaño de un guisante, los cualespudieron manipular desde una distancia de 30-40 centímetros.
La esencia de la tecnología era que un objeto colocado en una región "tranquila" puede ser capturado si está rodeado por ondas de sonido de muy alta intensidad. A medida de que el entorno cambia, el objeto se puede mover alrededor.
Los investigadores programaron una red de pequeños altavoces para emitir ultrasonidos en modelos de ondas con formas complejas y cambiantes que interactuaban y se asemejaban a pinzas y tornados.
Y en 2013, investigadores de la Universidad de St. Andrews de Inglaterra y del Instituto de Instrumentos Científicos (ISI) de la República Checa también lograron atrapar partículas microscópicas con un rayo de luz al proporcionarles una fuerza negativa para atraerlos hacia la fuente de la luz.

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