Desarrollan una cámara con una lámina de fibra

En los últimos tiempos, se está experimentando con textiles y fibras a los que se les añaden moléculas biológicas para transformarlos en objetos tecnológicos. Así, por ejemplo, se ha conseguido convertir seda en sensores o algodón en tela electrónica, tras introducirlo en una solución de nanotubos.

Según se explica en la revista Technology Review la idea es utilizar estos textiles electrónicos, flexibles y cómodos de llevar, para la detección de cosas como la sangre en un soldado o los patógenos que circulan en el aire.

El último ejemplo de estos trabajos nos llega del Laboratorio de Investigación Electrónica, del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), en el que un grupo de investigadores ha integrado una serie de sensores de luz en unas fibras de polímero, creando así una cámara.

Cámara flexible

Yoel Fink, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería, además de investigador principal del proyecto, señala que las cámaras estándar necesitan un tipo de lentes que a menudo son rígidas y pesadas.

Por el contrario, una cámara hecha con estas fibras sería robusta, ligera e incluso plegable, y podría utilizarse en telescopios plegables de gran tamaño o integrarse en los uniformes de los soldados.

Anteriormente, el equipo de Fink había demostrado ya que era posible integrar materiales semiconductores en las fibras y crear sensores de temperatura o luz que puedan ser tejidos para crear distintas formas y tamaños. Ahora, los investigadores han logrado integrar, concretamente, ocho sensores dentro de una fibra de polímero, más de lo que hasta el momento se había conseguido.

Cómo se hizo

Para poder crear la cámara, los investigadores integraron los ocho sensores de luz semiconductores en un cilindro de polímero con un diámetro de 25 milímetros, controlando el espaciado y el ángulo del sensor dentro de la fibra.

Una vez que los sensores, hechos de un tipo de vidrio semiconductor, estuvieron colocados en su posición, el cilindro de polímero fue calentado y después estrechado para que el diámetro encogiese hasta alcanzar un diámetro de cientos de micrómetros (un proceso idéntico al que se fabrica la fibra comercial que se utiliza en las aplicaciones de telecomunicaciones) sin por ello perder la orientación de los sensores.

Fabien Sorin, investigador de post doctorado que desarrolló la cámara de fibras, señala que construyó una red de 36 por 36 fibras y conectó los sensores semiconductores de la fibra a unos electrodos. Cuando la luz choca con los semiconductores, esto hace que se desplacen los electrones dentro del material, creando así una corriente eléctrica. La intensidad de esta corriente proveniente de las fibras se envía a un algoritmo, ejecutado en un ordenador adjunto, que crea la imagen del objeto que se coloque cerca de la lámina de fibra.

Los ocho sensores están agrupados en pares, consistentes en un sensor interno y uno externo, afirma Sorin en TechnologyReview; “Si conocemos el grosor de la primera capa, y conocemos el tipo de material, es posible reconstruir la energía del fotón puesto que esta energía está directamente relacionada con la profundidad con la que el fotón penetra en el material.”

En otras palabras, los sensores internos ofrecen un tipo de información que permite a los investigadores saber de qué energía estamos hablando, y que se corresponde con la longitud de onda, el color o la luz.

La capa externa de sensores se usa para determinar el ángulo con el que la luz está penetrando en la fibra, lo que se podría usar para crear imágenes tridimensionales, señala Sorin. Los sensores se distribuyen uniformemente alrededor del centro de la fibra. Si algunos sensores recogen una gran cantidad de fotones, al contrario que los sensores adyacentes, los investigadores pueden determinar el ángulo en el que se están originando los fotones.

Posibles aplicaciones

Este estudio es una demostración muy ingeniosa de cómo las fibras con múltiples materiales se pueden utilizar para varias aplicaciones, afirma Juan Hinostroza, profesor de ciencias de la fibra y diseño de ropa en la Universidad Cornell. “Creo que esta es sólo la primera de las numerosas aplicaciones posibles que nos ofrece esta tecnología,” afirma.

Hinestroza cree que este tipo de fibras se podrían tejer o hilar en las telas para detectar la temperatura, la ocupación y el tráfico en una sala o terminal, o para detectar la presencia de trazos de determinados gases peligrosos.

John Rogers, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, afirma que el estudio está relacionado con un “cada vez mayor número de informes que exploran métodos nuevos e inusuales, y a veces inspirados por la biología, para crear imágenes,” entre los que se incluyen una cámara esférica, con forma de ojo, que fue desarrollada con anterioridad por su grupo.

Sorin afirma que el siguiente paso para el equipo del MIT es construir incluso más capas de sensores dentro de la fibra, que se puedan usar para re-crear imágenes con múltiples colores. Es posible añadir más capas, aunque podría resultar un auténtico reto.

“Si se colocan más capas dentro de la fibra, se hace más difícil mantener la uniformidad interna,” afirma Sorin. Será necesario llevar a cabo una serie de pruebas para determinar los parámetros más apropiados, tales como la velocidad con que las fibras puedan ser alineadas, así como la longitud máxima que pueda mantener la orientación original de los sensores.

Espejos y sistema óptico

Este no es el primer trabajo de Fink y su equipo con fibras. En 2002, por ejemplo, el MIT publicaba un artículo en el que se hablaba de la creación de espejos de alto rendimiento con la forma de fibras pilosas y flexibles que podían ser incorporadas en tejidos o en papel.

Sus aplicaciones iban desde su uso para introducir “códigos” en la ropa que identificaran a la persona que la llevara, a la posibilidad de tejer con ellas trajes ligeros capaces de reflejar energía y, por tanto, protectores contra las explosiones de calor.

En 2006, otro artículo también publicado por el MIT informaba del desarrollo de un sofisticado sistema óptico hecho de redes similares a las telas de araña, tejidas con fibras que detectaban de luz.

Los científicos afirmaron que estas fibras, que podían medir la dirección y la intensidad de la luz sin lentes, filtros ni detectores, podrían mejorar los telescopios espaciales.