Ver en la oscuridad gracias al uso del grafeno

Aunque la noticia se publico hace cierto tiempo me ha parecido interesante rescatarla y compartirla con vosotros, ya que es increíble la velocidad a la que los productos relacionados con la visión están evolucionando actualmente gracias a dos factores: los nuevos materiales (como el grafeno) y los nuevos actores (como Google).

Noticia:

Lentillas de grafeno para ver en la oscuridad

El descubrimiento del grafeno y del procedimiento para aislarlo ha supuesto uno de los principales revulsores de la industria tecnológica en las últimas décadas. Centenares de equipos científicos de todo el mundo estudian sus propiedades y trabajan en nuevas aplicaciones para este material, formado por láminas de un solo átomo de carbono de espesor.

Una de las líneas de investigación está dedicada a las propiedades fotosensibles del grafeno. Esta sustancia interesa a los científicos porque es capaz de registrar las ondas procedentes de todo el espectro luminoso: desde las ondas de infrarrojos hasta las de ultravioleta pasando por supuesto por todo el espectro visible.

Por ello, no es de extrañar que su incorporación a las cámaras de fotos sea uno de los objetivos a perseguir. Concretamente, investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang proponían esta mejora el verano pasado. Con grafeno, lograron fabricar un sensor 1.000 veces más sensible a la luz que los de las cámaras actuales, además de optimizar el consumo de energía de estos equipos, ya que el nuevo sensor podría operar con voltajes más bajos.

Siguiendo en esta vía, un equipo de la Universidad de Michigan ha dado los primeros pasos para desarrollar unas lentillas de grafeno que incorporen visión de infrarrojos, una de las tecnologías que utilizan los dispositivos de visión nocturna. Los resultados de su investigación han sido publicados en la revista Nature Nanotechnology (link).

Grafeno para ‘cazar’ todos los infrarrojos

Insisten en que se trata de la primera fase de un proyecto más largo, pero de momento han logrado crear un detector de ondas de luz provenientes de todo el espectro infrarrojo, hecho de grafeno, muy fino y que funciona a temperatura ambiente.

“Podemos hacer todo el diseño súper fino”, dice Zhaohui Zhong, profesor asistente de ingeniería eléctrica y computacional. “Tanto que puede utilizarse en lentes de contacto o integrarse en un teléfono móvil».

Hay varios conceptos clave en este trabajo. Por un lado, La radiación infrarroja. Los rayos infrarrojos ocupan una parte del espectro luminoso de mayor longitud de onda que la luz visible, y son una de las señales que se utilizan con fines científicos o militares para ver animales o personas en la oscuridad, fugas de calor y determinados elementos químicos en el ambiente. También se utilizan rayos infrarrojos, por ejemplo, en medicina para monitorizar la corriente sanguínea o en procesos de restauración de un cuadro para ver lo que hay bajo las capas de pintura.

Sin embargo, al contrario de lo que ocurre con el espectro visible de la luz, que es captado al completo por cámaras con un solo chip, para captar el espectro infrarrojo hace falta una combinación de sensores que capturen los rayos infrarrojos cercanos, medios y lejanos a la vez. Para entender mejor el desafío que esta investigación ha supuesto, conviene señalar que los sensores de infrarrojos medios y los de infrarrojos lejanos hay que mantenerlos normalmente a temperaturas muy bajas para que funcionen, lo que añade aparatosidad a estos dispositivos.

Si no hay señal eléctrica, no hay sensor

Como decíamos al principio, el grafeno es una solución a este problema: detecta de una vez todo el espectro infrarrojo (así como la luz visible y la luz ultravioleta). Pero esta ventaja hasta ahora no se ha podido aprovechar, ya que este material no es capaz de capturar luz suficiente como para generar una señal eléctrica detectable (que es precisamente lo que hace un sensor de infrarrojos).

El desafío para la generación actual de sensores basados en el grafeno es que su sensibilidad es muy pobre. Es entre cientos y miles de veces más baja de lo que requeriría un dispositivo pensado para comercializarse

Es una debilidad provocada por la propia composición del grafeno: con un solo átomo de espeso, solo absorbe un 2,3 % de la luz que recibe. Y si no hay señal eléctrica, no sirve como sensor.

“El desafío para la generación actual de sensores basados en el grafeno es que su sensibilidad es muy pobre. Es entre cientos y miles de veces más baja de lo que requeriría un dispositivo pensado para comercializarse”, explica Zhong.

De forma que él y su equipo se plantearon cómo conseguir que el grafeno emita una señal eléctrica más potente sin perder su versatilidad como sensor y sus características físicas. Y dieron con una idea: en vez de medir los electrones liberados cuando la luz infrarroja incide sobre el grafeno, amplificaron la señal midiendo como esa luz afectaba a una corriente situada junto al grafeno.

Cómo potenciar la señal eléctrica

Para construir este sistema, colocaron una capa aislante entre dos capas de grafeno. En la capa inferior crearon una leve corriente. Cuando la luz daba sobre la capa superior, ésta liberaba electrones, creando túneles o agujeros con carga positiva que producen un campo eléctrico, y éste a su vez afecta a la corriente eléctrica de la capa inferior. Midiendo los cambios en esta corriente, los investigadores pueden deducir la potencia de la luz que incide sobre el grafeno, y así dibujar una imagen utilizando esos rayos infrarrojos.

El dispositivo (todavía un prototipo) creado por el equipo del profesor Zhong es del tamaño de una uña, y éste asegura que es fácilmente escalable para hacerlo más pequeño, de forma que se pueda aplicar a todo tipo de equipos fotosensibles, como cámaras de fotos o incluso el ojo humano. “Si lo integramos en unas lentillas o en otros dispositivos llevables, puede expandir tu visión. Proporciona otra forma de interaccionar con tu entorno”.

Aunque la idea de integrar un dispositivo electrónico en una lentilla suena como algo sacado de una película de ciencia ficción, lo cierto es que ésta no es la primeva vez que un concepto de este tipo se plantea como una realidad cercana. Hace a penas dos meses Google daba a conocer el proyecto para desarrollar unas lentillas con un sensor de glucosa incorporado, pensadas para controlar la diabetes.