Los experimentos de invisibilidad que nos han hecho soñar

Un poro de Harry Potter

Investigadores de la Universidad de Saint Andrews en Escocia publicaron en la revista New Journal of Physics en 2010 la creación de un material flexible llamado Metaflex que permitía avanzar en la creación de una capa de invisibilidad, como la famosa prenda de Harry Potter. Este metamaterial, compuesto de meta-átomos capaces de desligarse de una superficie rígida, interactúa de forma especial con la luz. En vez de reflejarla, la curva, de manera que los rayos que lo rodean recuperan su trayectoria y siguen su camino. Lo que se sitúa detrás se esfuma en el aire en el rango de luz visible para el ojo humano, de forma que cualquiera puede comprobarlo.

Su muestra medía medía 5x8 milímetros cuadrados. No podría cubrir por entero al famoso mago, pero es una forma de empezar a «coser» su capa. Según sus creadores, el nuevo material podría utilizarse para crear ropa inteligente y lentes de contacto desechables.

Encubrimiento plasmónico

Investigadores de la Universidad de Texas consiguió el pasado año volver invisible un objeto tridimensional al aire libre, pero no el rango de luz visible sino en el de las microondas. A diferencia de otros experimentos, que hasta ahora se habían limitado a hacer «desaparecer» objetos bidimensionales, este estudio, publicado en el New Journal of Physics, demuestra por vez primera que es posible conseguir que un objeto cualquiera se vuelva invisible sin necesidad de someterlo a condiciones de laboratorio. Además, la funciona desde cualquier dirección, es decir, sin importar la posición en la que se encuentre el observador.

Los científicos utilizaron un método llamado «encubrimiento plasmónico» y lograron ocultar un tubo cilíndrico de 18 cm. Cuando un rayo de luz incide sobre un objeto cualquiera, rebota sobre él y se dispersa en otras direcciones, igual que una pelota de tenis que rebotara contra una pared. Pero los metamateriales plasmónicos no tratan la luz de la misma manera. Y cuando los campos de dispersión de una «capa plasmónica» interfieren con los del objeto que se quiere volver invisible, se anulan mutuamente, consiguiendo un efecto de transparencia total desde cualquier ángulo de observación. Es como si el objeto que tenemos delante no estuviera allí.

La capa elástica

Investigadores de la Universidad de Yonsei (Corea del Sur) y de la de Duke (EE.UU). crearon la primera capa de invisibilidad con metamateriales «elásticos», capaces de deformarse para adaptarse a los cambios en la forma de los objetos. Estos pueden cambiar de tamaño, pero siguen sin verse. Los metamateriales inteligentes guían la radiación suavemente alrededor del objeto de la misma manera que el agua fluye alrededor de una piedra en medio de un río. Estos materiales le permiten deformarse alrededor del objeto a ocultar, de tal forma que el mismo ingenio sirve para hacer desaparecer distintas cosas. La capa funcionó con objetos cuya altura variaba alrededor de 10 mm en una banda bastante extensa de 10 a 12 GHz. Además, sus autores creen que es una estructura barata para construir a gran escala.

Sin reflejos fantasmales

Científicos de la Universidad de Duke crearon una capa de invisibilidad con metamateriales con la que lograron ocultar por completo un objeto cilíndrico de 7,5 centímetros de ancho y uno de alto en el rango de microondas, sin reflejos fantasmales ni el más mínimo rastro, algo que sí ocurría en los primeros intentos. El experimento, descrito en la revista Nature Materials, explica que las estructuras que incorporan metamateriales pueden ser diseñadas para guiar a las ondas electromagnéticas alrededor de un objeto, de tal forma que aparezcan en el otro lado como si hubieran pasado a través de un volumen vacío del espacio. En la práctica, el objeto se vuelve invisible.

Las primeras capas de invisibilidad, en vez de ocultar el objeto por completo, funcionaban de forma muy parecida a las reflexiones que se ven en un cristal transparente, con un resultado algo fantasmal. La nueva capa evita esto con un material más complicado de fibra de vidrio con cobre.

Más sobre la investigación aquí.

Una capa de oro y silicio

Ingenieros de las universidades de Stanford y Pensilvania crearon el pasado año un detector lumínico que puede «ver sin ser visto». Descrito en la revista Nature Photonics, el dispositivo tiene unos nanocables de silicio cubiertos por una fina capa de oro. Los científicos emplearon un método denominado camuflaje plasmónico, una técnica muy parecida a la empleada por sus colegas de la Universidad de Texas pero que no solo funciona en el rango de microondas, sino que también es eficaz en la mayor parte del espectro visible de la luz.

Invisible a los campos magnéticos

No se trata de una capa de invisibilidad a la vista, sino a los campos magnéticos. Científicos de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) presentaron en la revista Science un cilindro que hace imposible que se detecte lo que esconde en su interior.

El contenedor indetectable para los campos magnéticos fue fabricado en un laboratorio especializado de Bratislava (Eslovaquia) con un material superconductor de alta temperatura, que se puede refrigerar fácilmente con nitrógeno líquido, y se recubrió de una aleación de hierro, níquel y cromo. Los investigadores aseguran que utilizaron una ecuación extraordinariamente simple.

Los campos magnéticos son fundamentales para la producción de energía eléctrica, para el diseño de los motores de todo tipo de dispositivos mecánicos, y para instrumentos como las memorias de ordenadores y teléfonos móviles. Por ello, su control es un hito importante para el desarrollo tecnológico.

Según explica los investigadores, sus resultados abren las puertas a posibles aplicaciones médicas (como «ocultar» los marcapasos en los pacientes que deban someterse a resonancias magnéticas), o en seguridad (detectores de metales).

Un cristal y un método casi «casero»

En este experimento no hay sofisticados metamateriales inteligentes, sino un sencillo cristal. Dos equipos internacionales de investigadores independientes escondieron al ojo humano y en luz visible un objeto tridimensional, de centímetros de diámetro, cientos de veces más grande que las ondas de luz y algo mucho mayor de lo que otros equipos habían logrado jamás, utilizando una calcita, un cristal natural, barato y asequible.

En la revista Physical Review Letters y en Nature Communications, físicos de la Universidad de Birmingham, del Imperial College de Londres, de la Universidad Técnica de Dinamarca y del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) describen cómo utilizaron dos piezas triangulares de calcita pegadas juntas, colocadas en un espejo. De esta forma, el tamaño de la zona de invisibilidad no se limita por la tecnología disponible, sino solo por el tamaño del cristal de calcita.

La capa ultrafina

Lo que tiene de especial esta capa de invisibilidad del equipo de la Universidad de Texas en Austin, los mismos que fueron capaces de ocultar un objeto tridimensional, es que es mucho más delgada y ligera. Mide solo unos micrómetros de espesor y puede ocultar objetos tridimensionales a las microondas en su ambiente natural, en todas las direcciones y desde todas las posiciones del observador.

La capa ultradelgada, descrita en New Journal of Physics de la Sociedad Alemana de Física, ha sido denominada «metapantalla». El manto se elaboró uniendo tiras de cinta de cobre de 66 micras de espesor a una película flexible de policarbonato de 100 micras con un diseño de rejilla. Se utilizó para ocultar una varilla cilíndrica de 18 cm a las microondas. Los investigadores creen que también pueden ocultar objetos de forma irregular y asimétricos con la misma técnica.

Un manto invisible con una impresora 3D

Un laboratorio de la Universidad de Duke (Carolina del Norte, Estados Unidos) asegura que cualquiera podría, con una impresora 3D doméstica, fabricar su propia capa de invisibilidad sin salir de casa. Dicen en “Optics Letters” que el proceso resulta barato y sencillo, y puede realizarse en poco tiempo, entre tres y siete horas.

La capa invisible fabricada en las pruebas de Duke tiene la apariencia de un queso gruyer y está hecha de dos materiales: plástico ABS, muy resistente a los golpes, y aire. El objeto en cuestión mide 3 centímetros de grosor y podría cubrir 14 centímetros de diámetro, aunque es posible unir varias piezas hasta obtener el tamaño deseado.

David Smith, coautor del estudio, explica que la luz atraviesa el material de la capa, de manera que al situarse sobre un objeto opaco los hilos de fibra óptica del plástico se doblan sobre el objeto. Entonces se dejan huecos similares a agujeros que dejan pasar la luz, aunque no permiten observar que debajo hay algo.

Más sobre este estudio aquí.

Óptica para ocultar a una persona

Nada de metamateriales, sino un buen conocimiento de la óptica y mucho ingenio en el uso de los espejos. John Howell, profesor de Física de la Universidad de Rochester en Nueva York, ha construido, con la ayuda de su hijo Benjamin, de 14 años, una especie de capa óptica de invisibilidad sencillísima y barata -solo se ha gastado unos 113 euros- que permite ocultar al ojo humano, en todo el espectro óptico, algo tan grande como una persona. El vídeo es realmente divertido.

El artículo en el que explica cómo lo ha hecho aparece publicado en ArXiv y te lo hemos contado aquí.