Un equipo de científicos liderado por la Universidad de Aalto, en Finlandia, y que incluye a un investigador de materiales de la Universidad Estatal de Oregón, ha desarrollado una revolucionaria herramienta para medir la luz que se podría incorporar en una gran variedad de tecnologías y aplicaciones.
El estudio, publicado recientemente en la revista Science, ha dado como resultado un espectrómetro ultra-pequeño, pero potente, que se puede montar en un microchip y se opera con inteligencia artificial.
El espectrómetro se basa en una nueva clase de materiales super-delgados conocidos como semiconductores bidimensionales, lo que demuestra la viabilidad de una herramienta que se podría incorporar fácilmente en una variedad de tecnologías, incluyendo plataformas de inspección de calidad, sensores de seguridad, analizadores biomédicos y telescopios espaciales.
“Hemos demostrado una forma de construir espectrómetros que son mucho más pequeños que lo que se utiliza usualmente en la actualidad. Los espectrómetros miden la intensidad de la luz a diferentes longitudes de onda y son muy útiles en muchas industrias y todos los campos de la ciencia para identificar muestras y caracterizar materiales”, explica Ethan Minot, profesor de física en la Facultad de Ciencias de la Universidad Estatal de Oregón.
Los espectrómetros tradicionales requieren componentes ópticos y mecánicos voluminosos, mientras que el nuevo dispositivo podría montarse en la “punta de un cabello humano”, apunta Minot. La investigación sugiere que estos componentes pueden ser reemplazados por nuevos materiales semiconductores e Inteligencia Artificial, lo que permitiría reducir drásticamente el tamaño de los espectrómetros más pequeños de la actualidad, que tienen, más o menos, el tamaño de una uva.
“Nuestro espectrómetro no requiere el ensamblaje de componentes ópticos y mecánicos separados o diseños de matriz para dispersar y filtrar la luz. Además, puede lograr una alta resolución comparable a los sistemas de mesa, pero en un paquete mucho más pequeño”, detalla Hoon Hahn Yoon, quien lideró el estudio con su colega de la Universidad de Aalto, Zhipei Sun Yoon.
El dispositivo es 100% eléctricamente controlable en lo que respecta a los colores de la luz que absorbe, lo que le da un potencial masivo de escalabilidad y uso generalizado, según los investigadores. Su integración directa en dispositivos portátiles, como smartphones y drones, implicaría mejoras muy importantes. Por ejemplo: la próxima generación de cámaras de nuestros smartphones podrían ser cámaras hiperespectrales, capaces de capturar y analizar información no solo de longitudes de ondas visibles, sino también permitir imágenes y análisis infrarrojos.
La aplicabilidad de los espectrómetros es amplia y diversa, con un gran potencial en diferentes áreas. En medicina, por ejemplo, los espectrómetros ya se están probando por su capacidad para identificar cambios sutiles en el tejido humano, como la diferencia entre tumores y tejido sano.
Además, los espectrómetros también son útiles en la detección de contaminación ambiental, lo que permitiría conocer con precisión el tipo y la cantidad de contaminación presente en el aire, el agua o el suelo. Gracias a su miniaturización, se podría contar con espectrómetros portátiles y económicos para realizar este trabajo.
Por otro lado, en el ámbito educativo, el uso de espectrómetros compactos y económicos permitiría una enseñanza más efectiva de los conceptos científicos prácticos. También existen aplicaciones para aficionados a la ciencia, como la medición del espectro de luz recolectada con un telescopio, lo que permitiría identificar estrellas y planetas, o para los aficionados a la geología, al medir el espectro de luz que absorben las piedras preciosas.
La espectrometría óptica es, por tanto, una herramienta ampliamente utilizada en la identificación de materiales y la caracterización de muestras. El nuevo dispositivo desarrollado por los científicos de la Universidad de Aalto y la OSU tiene el potencial de revolucionar la espectrometría óptica y expandir su uso en diversos campos, desde la medicina hasta la astronomía.
En resumen, este avance científico representa un hito importante en el campo de la espectrometría óptica y la nanotecnología, ya que permite una mayor miniaturización de los dispositivos espectroscópicos y un mayor control sobre la luz que se utiliza en estos dispositivos. Además, abre la puerta a una amplia gama de nuevas aplicaciones, desde el control de calidad hasta la investigación científica y la detección de contaminantes ambientales. Sin duda, este desarrollo es un paso más hacia el futuro de dispositivos portátiles y económicos que permitan la detección y análisis de materiales con gran precisión y facilidad.
Créditos de imagen: Oregon State
