¿Se Ocultan Las Capas De Invisibilidad A La Vuelta De La Esquina?

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Elena semouchkina ha encontrado formas de utilizar la resonancia magnética para capturar los rayos de luz visible y enrutarlos alrededor de los objetos, volviéndolos invisibles para el ojo humano.

Este artículo de Detrás de las escenas se proporcionó a WordsSideKick.com en colaboración con la National Science Foundation.

En 1897, H.G. Wells creó un científico ficticio que se hizo invisible al cambiar su índice de refracción al de aire, de modo que su cuerpo no podía absorber ni reflejar la luz. Más recientemente, Harry Potter desapareció de la vista después de envolverse en una capa hilada de las pieles de herbívoros mágicos.

Innumerables otros personajes de ficción en libros y películas a lo largo de la historia han descubierto o ideado formas de volverse invisibles, un tema que durante mucho tiempo ha sido un elemento básico de la ciencia ficción y una fuente de fascinación sin fin para los humanos. ¿Quién de nosotros nunca ha imaginado las posibilidades? Pero, por supuesto, no es real.

¿O es eso?

Si bien nadie tiene aún el poder de ponerse una prenda de vestir y desaparecer, Elena Semouchkina, profesora asociada de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad Tecnológica de Michigan, ha encontrado formas de utilizar la resonancia magnética para capturar los rayos de luz visible y guiarlos alrededor de los objetos. hacer que esos objetos sean invisibles para el ojo humano. Su trabajo se basa en los enfoques de transformación óptica, desarrollados y aplicados a la solución de problemas de invisibilidad por los científicos británicos John B. Pendry y Ulf Leonhardt en 2006.

"Imagina que miras el objeto, que está colocado frente a una fuente de luz", explica.

"El objeto sería invisible para su ojo si los rayos de luz se envían alrededor del objeto para evitar la dispersión, y se aceleran a lo largo de estos caminos curvos para llegar a su ojo indistinguible de los rayos rectos directos que salen de la fuente, cuando el objeto está ausente".

En su forma más simple, los haces de luz fluyen alrededor del objeto y luego se vuelven a encontrar en el otro lado para que alguien que esté mirando directamente al objeto no pueda verlo, sino solo lo que está en el otro lado.

"Vería la fuente de luz directamente a través del objeto", dijo Semouchkina. "Este efecto podría lograrse si rodeamos el objeto por una concha con una distribución específica de parámetros de material tales como la permitividad y la permeabilidad".

Ella y sus colaboradores en la Universidad Estatal de Pennsylvania, donde también es profesora adjunta, diseñaron una "capa de invisibilidad" no metálica que utiliza matrices concéntricas de resonadores de vidrio idénticos hechos de vidrio calcogenuro, un tipo de material dieléctrico, es decir, uno que sí lo hace. No conducir electricidad.

En las simulaciones por computadora, la capa hizo que los objetos golpeados por las ondas infrarrojas, aproximadamente una micra o una millonésima de metro de largo, desaparecieran de la vista.

Las posibles aplicaciones prácticas del trabajo podrían ser dramáticas, por ejemplo, en el ejército, como "hacer que los objetos sean invisibles al radar", dijo, así como en las operaciones de inteligencia "para ocultar personas u objetos".

Además, "proteger los objetos de la irradiación electromagnética también es muy importante", dijo, y agregó que "con seguridad, la industria del juego podría usarlo en nuevos tipos de juguetes".

Las estructuras multirresonadoras que comprenden la capa de invisibilidad de Semouchkina pertenecen a "metamateriales", materiales artificiales con propiedades que no existen en la naturaleza, ya que pueden refractar la luz de formas inusuales. En particular, los "radios" de pequeños resonadores de vidrio aceleran las ondas de luz alrededor del objeto haciéndolo invisible.

Hasta hace poco, no había materiales disponibles con los valores de permeabilidad relativa entre 0 y 1, que son necesarios para que la capa de invisibilidad se doble y acelere los rayos de luz, dijo. Sin embargo, los metamateriales, que fueron predichos hace más de 40 años por el científico ruso Victor Veselago, y que se implementaron por primera vez en 2000 por Pendry del Imperial College de Londres, en colaboración con David R. Smith de la Universidad de Duke, ahora lo hacen posible, dijo.

Los metamateriales utilizan redes de resonadores, en lugar de átomos o moléculas de materiales naturales, y proporcionan una amplia gama de relativa permisividad y permeabilidad, incluidos los valores cero y negativos en la vecindad de la frecuencia de resonancia, dijo. Los metamateriales fueron catalogados como uno de los tres descubrimientos de física más importantes de la década por la American Physical Society.

"Los metamateriales se hicieron inicialmente con resonadores de anillos divididos metálicos y matrices de cables que limitaban tanto su isotropía (uniformidad en todas las direcciones) como el rango de frecuencia", dijo Semouchkina. "Dependiendo del tamaño de los resonadores de anillo dividido, podrían funcionar básicamente en microondas y ondas milimétricas".

En 2004, su grupo de investigación propuso reemplazar los resonadores de metal con resonadores dieléctricos. "Aunque parecía extraño controlar las propiedades magnéticas de un metamateral mediante el uso de dieléctricos, hemos demostrado que las matrices de resonadores dieléctricos pueden proporcionar una refracción negativa y otras propiedades únicas de los metamateriales", dijo. "Los resonadores dieléctricos de baja pérdida prometen extender las aplicaciones de los metamateriales al rango óptico, y hemos demostrado esta oportunidad diseñando una capa infrarroja".

Semouchkina y sus colegas informaron recientemente sobre su investigación en la revista Letras de Física Aplicada, publicado por el Instituto Americano de Física. Sus coautores fueron Douglas Werner y Carlo Pantano de Penn State y George Semouchkin, quien enseña en Michigan Tech y tiene una posición adjunta con Penn State.

La National Science Foundation está financiando su investigación sobre metamateriales dieléctricos y sus aplicaciones con un premio de $ 318,520, pero planea solicitar una subvención adicional para realizar estudios específicos sobre estructuras de manto de invisibilidad.

Semouchkina, quien recibió su M.S. Licenciada en Ingeniería Eléctrica y su Ph.D. en física y matemáticas de la Universidad Estatal de Tomsk en su Rusia natal, ha vivido en los Estados Unidos durante 13 años y ha sido ciudadana de los Estados Unidos desde 2005. También obtuvo su segundo doctorado en materiales en 2001 en Penn State.

Ella y su equipo ahora están probando una capa de invisibilidad totalmente dieléctrica ajustada para trabajar en frecuencias de microondas, realizando experimentos en la cámara anecoica de Michigan Tech, un compartimento en forma de cueva en un laboratorio del centro de recursos de energía eléctrica, revestido con conos de espuma de carbón gris altamente absorbentes.

Allí, las antenas de "bocina" transmiten y reciben microondas con longitudes de onda de hasta varios centímetros, es decir, más de 10,000 veces más que en el rango infrarrojo. Ellos están ocultando cilindros de metal de dos a tres pulgadas de diámetro y de tres a cuatro pulgadas de alto con una carcasa compuesta de resonadores cerámicos de tamaño mm, dijo.

"Queremos pasar los experimentos a frecuencias más altas y longitudes de onda más pequeñas", dijo, y agregó: "Las aplicaciones más emocionantes estarán en las frecuencias de luz visible".

Nota del editor:Esta investigación fue apoyada por la National Science Foundation (NSF), la agencia federal encargada de financiar la investigación básica y la educación en todos los campos de la ciencia y la ingeniería. Todas las opiniones, hallazgos y conclusiones o recomendaciones expresadas en este material son las del autor y no necesariamente reflejan los puntos de vista de la National Science Foundation. Ver el archivo detrás de las escenas.


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