«Laboratorio en un chip» avanzado: los científicos han creado un espectrómetro ultrapequeño y potente
La herramienta abre la puerta al uso generalizado de espectrómetros portátiles
Los investigadores en el campo de la espectrometría óptica han creado un mejor instrumento para medir la luz. Este avance podría mejorar todo, desde las cámaras de los teléfonos inteligentes hasta el monitoreo ambiental.
La investigación, dirigida por la Universidad Aalto de Finlandia, desarrolló un espectrómetro increíblemente pequeño y poderoso que cabe en un microchip y funciona con inteligencia artificial. Su investigación fue publicada recientemente en la revista Science.
El estudio utilizó una clase relativamente nueva de materiales súper delgados conocidos como semiconductores bidimensionales, y el resultado es una prueba de concepto para un espectrómetro que podría integrarse fácilmente en una serie de tecnologías, como plataformas de inspección de calidad, sensores de seguridad, biomédica, analizadores y telescopios espaciales.
“Hemos demostrado una forma de construir espectrómetros que son mucho más pequeños que los que se usan normalmente en la actualidad”, dijo Ethan Minot, profesor de física en la Facultad de Ciencias de la Universidad Estatal de Oregón que trabajó en el estudio. “Los espectrómetros miden la fuerza de la luz en diferentes longitudes de onda y son muy útiles en muchas industrias y todos los campos de la ciencia para identificar muestras y caracterizar materiales”.
Minot afirmó que el nuevo espectrómetro podría caber en la punta de un cabello humano, a diferencia de los espectrómetros convencionales que necesitan grandes componentes ópticos y mecánicos. Según el nuevo estudio, dichos componentes podrían reemplazarse con nuevos materiales semiconductores e inteligencia artificial, lo que permitiría reducir drásticamente el tamaño de los espectrómetros desde los más pequeños disponibles actualmente, que tienen el tamaño de una uva.
“Nuestro espectrómetro no requiere ensamblar componentes ópticos y mecánicos separados o diseños de matrices para dispersar y filtrar la luz”, dijo Hoon Hahn Yoon, quien dirigió el estudio con su colega de la Universidad Aalto, Zhipei Sun Yoon. “Además, puede lograr una alta resolución comparable a los sistemas de sobremesa, pero en un paquete mucho más pequeño”.
El dispositivo es 100% controlable eléctricamente con respecto a los colores de la luz que absorbe, lo que le otorga un gran potencial de escalabilidad y usabilidad generalizada, dicen los investigadores.
“Integrarlo directamente en dispositivos portátiles como teléfonos inteligentes y drones podría mejorar nuestra vida diaria”, dijo Yoon. “Imagínese que la próxima generación de cámaras de nuestros teléfonos inteligentes podrían ser cámaras hiperespectrales”.
Esas cámaras hiperespectrales podrían capturar y analizar información no solo de longitudes de onda visibles, sino también análisis e imágenes infrarrojos.
“Es emocionante que nuestro espectrómetro abra posibilidades para todo tipo de nuevos dispositivos e instrumentos cotidianos para hacer también nueva ciencia”, dijo Minot.
En medicina, por ejemplo, ya se está probando la capacidad de los espectrómetros para identificar cambios sutiles en el tejido humano, como la diferencia entre tumores y tejido sano.
Para el monitoreo ambiental, agregó Minot, los espectrómetros pueden detectar exactamente qué tipo de contaminación hay en el aire, el agua o el suelo, y cuánto hay allí.
“Sería bueno tener espectrómetros portátiles de bajo costo que hicieran este trabajo por nosotros”, dijo. “Y en el entorno educativo, la enseñanza práctica de los conceptos científicos sería más efectiva con espectrómetros compactos y económicos”.
También abundan las aplicaciones para los aficionados orientados a la ciencia, dijo Minot.
“Si le gusta la astronomía, podría estar interesado en medir el espectro de luz que recolecta con su telescopio y que esa información identifique una estrella o un planeta”, dijo. «Si la geología es tu pasatiempo, podrías identificar las piedras preciosas midiendo el espectro de luz que absorben».
Minot cree que a medida que avanza el trabajo con semiconductores bidimensionales, «descubriremos rápidamente nuevas formas de utilizar sus nuevas propiedades ópticas y electrónicas». La investigación sobre semiconductores 2D se ha llevado a cabo en serio durante solo una docena de años, comenzando con el estudio del grafeno, el carbono dispuesto en una red de panal con un grosor de un átomo.
“Es realmente emocionante”, dijo Minot. “Creo que continuaremos teniendo avances interesantes mediante el estudio de semiconductores bidimensionales”.
El estudio fue financiado por la Academia de Finlandia.
Fuente: SciTechDaily