Tesla y la invisibilidad

Segundo teslablog dedicado a las capacidades extraordinarias que en el futuro podremos adquirir gracias a la ciencia. En este caso, Tesla se centra en los adelantos logrados en el campo de la invisibilidad. Pero antes de que los analistas se adentren en los vericuetos científicos desplegados por el inventor de la plataforma vibradora, conviene detenerse en algunos aspectos que merecen nuestra atención.

Por un lado, volvemos a ver a un Tesla lector y culto, cargado de referencias que van desde la inevitable y contemporánea “El Hombre Invisible” (H.G.Wells, 1897), hasta la no menos inevitable capa de invisibilidad del “niño mago” de J.K. Rowling, escrita más de cincuenta años después de la muerte de Tesla, en una de esas pequeñas distorsiones temporales tan habituales en estos teslablogs. En cualquier caso, no cabía esperar un menor afán lector por parte de una persona que confiesa haber leído todos los volúmenes que Voltaire escribió “al ritmo de setenta y dos tazas de café negro diarias” (Nikola Tesla, "My Inventions: the autobiography of Nikola Tesla” - Electrical experimenter magazine in 1919).

Pero al margen de este aspecto, sin duda, otro elemento muy discutido entre los analistas hace referencia a la aparición de otro personaje: el hombre invisible. Aunque no es la primera vez que lo hace (T4-refNewYorker3327-25-04-2012), su presencia era de esperar en un capítulo dedicado a la ciencia de la invisibilidad. Pero la sorpresa surge en los fotogramas finales, cuando Tesla de manera abierta y directa le llama por su nombre: “¡Anda Marconi, que me vas a volver tu a robar las patentes!” ¿Es Marconi el hombre invisible? ¿Es realmente el inventor italiano el protagonista de la obra de Wells? ¿o es todo un delirio creado por la mente de Tesla? Tal vez se trata de una metáfora de la imagen que para Tesla proyecta el de Bolonia: la de un ser sin sustancia, escondido entre falsos vendajes y un roba patentes incluso un poco tonto.

En realidad, no es la primera que Tesla vierte su opinión sobre Marconi. Ante una pregunta del periodista Dragislav L. Petkovic, y en una de las contadísimas ocasiones en que Tesla prescindió de su habitual cortesía, respondió: “El señor Marconi es un burro” (Dragislav L. Petkovic, "A Visit to Nikola Tesla", Politika, n° 6824, Belgrado, 27 de abril de1927) Pero dejemos estos aspectos para los historiadores y centrémonos en la ciencia y tecnología desplegada en este teslablog, uno de los más didácticos (y largos) de la serie, algo paradójico tratándose de invisibilidad y del maestro de la luz. En cualquier caso, y como bien define Tesla, hay tres enfoques actuales para lograr esto de la invisibilidad.

¿Invisibilidad? No, camuflaje óptico

Hace unos años, investigadores de la Laboratorios Tachi, de la Universidad de Tokyo, dejaron boquiabiertos a más de uno con unas imágenes que parecían sacadas de una versión manga de Harry Potter y su famosa capa de la invisibilidad. Repuestos de la impresión, llegaba la explicación: no se trataba de invisibilidad, aunque logra un efecto parecido, sino de lo que se denomina camuflaje óptico, una técnica muy deseada en algunos campos, especialmente el militar, y que permite literalmente hacer transparentes los objetos. ¿Y cómo? Desde un punto de vista conceptual es sencillo: si quieres que vean a través de ti, muestra por delante lo que tienes a tu espalda.

Básicamente necesitas una cámara de vídeo, una computadora, un proyector, un componente óptico llamado “divisor de haz”, y un tejido – la capa - confeccionado con un material altamente reflectante. Este tipo de material es muy común. Por ejemplo, se encuentra en las señales de tráfico o en esas espectaculares pantallas que se ven en algunos centros comerciales. La ventaja de estos materiales es doble. Por un lado, reflejan la luz en la misma dirección que la luz incidente, lo que a su vez hace que este reflejo sea muy brillante a los ojos de un observador situado de frente.

Una vez nos hemos cubierto con este tejido altamente reflectante, situamos una cámara a nuestra espalda que recoja todo lo que ocurre. Tras pasar por un computador, que realiza las oportunas correcciones de perspectiva y enfoque, la imagen es proyectada frontalmente sobre el tejido reflectante gracias a un proyector situado delante nuestro. Es decir, la capa hace de pantalla de proyección ante los ojos de un observador. Para evitar que el proyector tenga que estar a la altura de estos, y se rompa la ilusión, se emplea el “divisor de haz”, un dispositivo reflectante por un lado y transparente por el otro. A los ojos del observador, el tejido simulará una auténtica capa de invisibilidad, eso siempre que no se mueva o cambie el ángulo de visión, ya que entonces la ilusión desaparecerá y nuestra tejido mágico se mostrará tristemente opaco.

En realidad, lograr un total camuflaje óptico en todas direcciones y en todo el espectro de frecuencias implicaría que nuestro abrigo o tejido de camuflaje tuviera que estar compuesto por multitud de pequeñas cámaras y proyectores programados para recoger la luz de diferentes ángulos y a su vez capaces de ofrecer una imagen coherente en función del ángulo de observación. Un dispositivo así requiere forzosamente de un importante desarrollo en nanotecnología, capaz de crear un tejido compuesto por diferentes dispositivos ópticos literalmente miniaturizados.

Aunque parezca un juego tecnológico, hay que reconocer que las aplicaciones del camuflaje óptico pueden ser numerosas. Desde cabinas de avión completamente transparentes para los pilotos hasta carrocerías de coches completamente transparentes para sus ocupantes, o esquinas que dejan ver el otro lado de la calle.

Metamateriales: doblar la luz

Cámaras, proyectores, ordenadores, etc. Como Tesla menciona, el camuflaje óptico puede ser un buen truco tecnológico, pero no es lo que entendemos por invisibilidad. Para lograrlo la auténtica invisibilidad hay que cumplir forzosamente un peaje: doblar la luz.

Cuando la luz atraviesa un medio material ve afectada su dirección, velocidad de propagación, intensidad y color. Por tanto, y como bien reflexiona Tesla, si existiera un material capaz de desviar y dirigir la luz hasta el punto que esta lo rodeara completamente -como hace el agua de un río con una roca en medio de su cauce–, cualquier objeto recubierto de dicho material permanecería totalmente transparente ante nuestros ojos.

No existen materiales en la naturaleza con esta capacidad, pero gracias al desarrollo de la nanotecnología se están diseñando en el laboratorio materiales con unas propiedades únicas basadas exclusivamente en su estructura periódica a escala microscópica.

Entre estos “metamateriales” existe una familia con propiedades ópticas singulares, al poseer un índice de refracción negativo. Estos NIM, del acrónimo en inglés Negative Index Metamaterial, tienen la particularidad de poder guiar las ondas electromagnéticas (radio, luz visible, etc.) a través de su interior. Las ondas se propagan en torno a los objetos que cubre dicho metamaterial volviendo a sus trayectorias originales como si los hubieran atravesado sin distorsión. Cualquier objeto recubierto por un metamaterial de este tipo, así como el propio metamaterial, es invisible en un determinado rango de longitudes de onda.

Esta propiedad del metamaterial depende del tamaño de su estructura, que debe ser del mismo orden que la longitud de onda de la radiación sobre la que queremos actuar. En 2006, investigadores de la Universidad de Duke lograron un metamaterial capaz de hacer invisible un objeto en microondas y ya se están obteniendo los primeros metamateriales capaces de actuar sobre la radiación visible, aunque esto implica manejar subestructuras de una millonésima de metro. Eso sí, una persona totalmente cubierta por un metamaterial de este tipo tampoco vería nada del exterior (pobre Harry).

Pero no solo con los NIM se puede alcanzar la ansiada invisibilidad. Las propiedades de los metamateriales pueden explotar otro tipo de cauces para alcanzarla. Por ejemplo, en un trabajo reciente, investigadores de la Universidad de Dallas emplearon las excepcionales capacidades térmicas de una lámina de nanotubos de carbono alineados para lograrlo. La extremadamente baja capacidad para almacenar calor de este material, unido a su alta habilidad para transferir dicho calor al entorno, lo convierten en un sistema magnífico para crear bruscos gradientes en el índice de refracción del medio que le rodea, ya sea líquido o gas. Esta brusca variación provoca en la luz la llamada deflexión fototérmica, más conocida como “efecto espejismo”, ya que es el mismo efecto óptico que la arena calentada por el Sol provoca en el desierto. Precisamente esta capacidad para doblar la luz podría permitir que un objeto recubierto de este material quedara invisible a los ojos del mundo.

Invisibilidad en el tiempo

Supongamos un ladrón con amplios conocimientos científicos que desea robar un cuadro delante de nuestras narices. Un posible método para burlar nuestras cámaras de seguridad sería hacerse con una capa de metamaterial que lo hiciera totalmente invisible. Pero incluso así no evitaría levantar sospechas cuando mágicamente el cuadro se despegara de la pared y saliera flotando de la habitación. En este caso podría cubrir el cuadro con otra capa de metamaterial, pero de nuevo el vigilante se percataría de que algo extraño ocurre cuando el cuadro se hiciera repentinamente invisible. La única manera de burlar nuestra férrea seguridad sería lograr que todo el robo permaneciera oculto ante nuestros ojos, como si nunca hubiera ocurrido, es decir, conseguir que todo el evento sea invisible en el tiempo.

Hasta ahora hemos descrito técnicas para lograr la invisibilidad espacial, es decir, que una zona del espacio y cualquier objeto que contenga permanezcan invisibles a nuestros ojos y detectores. Pero, ¿se podría lograr el mismo efecto en el tiempo?, es decir, ¿podemos oscurecer un periodo de tiempo concreto y hacerlo inaccesible para cualquier observador? De lograrlo, cualquier evento que transcurriera en dicho instante resultaría indetectable, como si nunca hubiera ocurrido. Algo muy deseable para los ladrones de museos (como bien sugiere Tesla, a día de hoy las posibilidades de la invisibilidad parecen limitarse a aplicaciones, digamos, poco éticas).

Puede parecer desconcertarte pero, al fin y al cabo, la detección de un objeto se debe a los cambios que este produce en la luz cuando interacciona con ella (por ejemplo, un cambio de dirección). En el caso de la invisibilidad espacial, los metamateriales logran cancelar estos cambios, creando un auténtico agujero espacial en el que aparentemente no hay nada. En el caso de un evento temporal se lograría el mismo efecto restaurando la luz - antes de entrar en el detector - al mismo estado que se encontraba previo a la acción que se quiere ocultar, como en esos robos donde se logra manipular la cámara de seguridad para que muestre la misma imagen hasta que ya es demasiado tarde.

Aunque suponemos que no con fines delictivos, investigadores de la Universidad de Cornell han logrado hacer invisible una acción completa en el tiempo. En este caso, el evento a ocultar no consistía en el robo de un cuadro, sino en algo más simple: la interacción de un pulso óptico con un láser. En condiciones normales, este pulso provocaba una modificación en las características espectrales del láser fácilmente detectable, es decir era un fenómeno “visible”. Pero empleando un ingenioso sistema óptico basado en el conocido fenómeno de la dispersión, mediante el cual la velocidad de propagación de la luz en un medio varía con la frecuencia, los investigadores fueron capaces de abrir durante unos instantes un “hueco” en el espectro de frecuencias del haz láser para volver a cerrarlo antes de que este llegara, aparentemente inalterado, al detector. Mientras este “hueco temporal” estaba abierto, la interacción del pulso óptico con láser era totalmente indetectable ya que no quedaba huella en las características espectrales de este. Es decir, bastaba activar la “lente temporal” – como así la definieron – para que el evento permaneciera invisible al detector. El único problema es que este agujero temporal solo podía permanecer abierto durante 50 picosegundos, un periodo un poco corto como para dar tiempo a robar un cuadro.

Conclusión

Ya sea mediante camuflaje óptico o cubierto por un metamaterial, este teslablog demuestra que Tesla logró vengarse por fin de su competidor Marconi, aunque parece que este episodio, como tantos otros, ha quedado oculto a los ojos de la historia, quizá invisible en el tiempo.