Edison estaría orgulloso: una vieja lámpara habla el idioma de la óptica ondulatoria

Investigadores de la Universidad de Michigan han desarrollado un dispositivo inusual basado en una lámpara incandescente. A diferencia de los LED modernos y otras fuentes de luz tradicionales, este nuevo invento genera una radiación especial con ondas electromagnéticas "torcidas", que giran en direcciones opuestas y se reflejan simétricamente entre sí.

El elemento principal de la estructura es un filamento de tungsteno con una estructura única. Se le han incorporado elementos en espiral a micro y nanoescala, lo que da como resultado ondas de luz con polarización elíptica.

En la naturaleza, este tipo de fenómenos ópticos son bastante raros. Uno de los pocos seres vivos capaces de percibir este tipo de luz es el camarón mantis. Este posee 12 tipos de fotorreceptores, cuatro veces más que el ojo humano, que solo tiene tres tipos de células para captar los colores rojo, verde y azul.

El sistema visual del camarón mantis le permite ver no solo todo el espectro de luz visible, sino también parte de las regiones ultravioleta e infrarroja. Además, este pequeño depredador puede distinguir la radiación polarizada de forma circular, lo que lo convierte en un verdadero campeón en calidad de visión entre las criaturas marinas.

El funcionamiento de la nueva lámpara depende directamente del régimen térmico, que determina la longitud de onda. Para controlar con precisión este parámetro, el dispositivo está equipado con una pantalla especial que muestra en tiempo real la temperatura del filamento.

Para comprender mejor el principio de funcionamiento de este dispositivo, es importante entender la naturaleza de la radiación polarizada. Imaginemos una onda de luz como una cuerda vibrando. Con luz normal, la cuerda vibra de manera caótica en todas las direcciones. Pero en la nueva lámpara, las ondas de luz se mueven de manera ordenada en una trayectoria elíptica, como si la punta de la cuerda dibujara un óvalo en el espacio. Este movimiento es diferente tanto del simple vaivén en un solo plano (polarización lineal) como del giro circular uniforme. En el caso de la polarización elíptica, la amplitud de las oscilaciones cambia constantemente, creando un patrón complejo similar a una espiral alargada. Este fenómeno ocurre, por ejemplo, cuando el sol se refleja en la superficie del agua.

Este mismo efecto es el que se utiliza en las gafas de sol polarizadas. Sus lentes filtran la luz reflejada en superficies horizontales, reduciendo los reflejos. Este efecto es especialmente notable en la playa o al conducir.

En realidad, en el reino animal, la capacidad de distinguir la radiación polarizada está bastante extendida. Las abejas y las hormigas la usan como una brújula natural para orientarse, mientras que criaturas marinas como los pulpos y algunos peces la emplean para cazar o camuflarse de los depredadores.

La tecnología desarrollada abre nuevos horizontes en la creación de sistemas de visión artificial. La luz "torcida" permitirá a los robots obtener una imagen más completa de su entorno, identificar con mayor precisión las texturas de las superficies y reconocer objetos gracias a un mejor contraste en las imágenes.

Según explica el profesor Nicholas Kotov, director del Centro de Partículas Complejas y Sistemas Parciales de la NSF, también mejorará la seguridad del transporte autónomo si se implementa ampliamente. La estructura diversa del pelaje de los animales y las telas de la ropa humana interactúan de manera diferente con la luz, lo que, en teoría, permitiría a los sistemas identificar objetos vivos en la carretera.

La visualización médica es otra área potencial de aplicación. Con imágenes detalladas de tejidos, los médicos podrían realizar diagnósticos extremadamente precisos en etapas tempranas de las enfermedades.

En el campo de la ciencia de materiales, el invento abrirá nuevas oportunidades para estudiar la estructura de las sustancias. Los equipos avanzados proporcionarán información más detallada sobre la composición de los materiales a nivel microscópico. Además, aumentará la capacidad de transmisión de las líneas de comunicación existentes sin necesidad de instalar nuevos cables. Incluso, mediante un control mejorado de la polarización de la luz, se podrían desarrollar nuevos protocolos de transmisión de datos con un nivel superior de protección contra intercepciones.

Aunque las lámparas incandescentes eran consideradas una tecnología obsoleta en la era de los LED, han encontrado inesperadamente una segunda vida. Sin embargo, los investigadores señalan que aún se deben realizar estudios adicionales y resolver varios problemas técnicos antes de que estos dispositivos puedan producirse en masa.