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Crean diminutos vehículos impulsados solo por luz

Pequeños «vehículos» pueden controlarse y ponerse en movimiento solamente a través de la luz que se conduce hacia ellos, según un nuevo estudio. La innovación demuestra que la luz se puede emplear para mover partículas microscópicas de manera controlada y en direcciones complejas, e incluso transportar otros objetos mediante estas partículas.

Una nueva investigación desarrollada en la Universidad Tecnológica de Chalmers, en Suecia, ha permitido crear «metavehículos» que pueden controlarse solamente dirigiendo luz hacia ellos. Las partículas microscópicas logran realizar precisos y complejos movimientos, dirigidas por la luz que se aplica sobre ellas. Además, pueden transportar otros elementos que superan en 15 veces su tamaño: podrían emplearse en aplicaciones ópticas y para movilizar componentes a través de soluciones celulares.

Para lograr su objetivo, los científicos utilizaron una metasuperficie óptica para recubrir a las partículas microscópicas y diseñar los «metavehículos». Las metasuperficies ópticas son estructuras conformadas por nanopartículas que han sido diseñadas y ordenadas con sumo cuidado, permitiendo de esa forma conducir la luz de maneras inusuales e innovadoras.

La potencia de la luz

Los vehículos microscópicos, fabricados a una escala de alrededor de una milésima de milímetro, fueron colocados en un recipiente con agua y «estimulados» mediante un láser de enfoque débil, una técnica que busca desenfocar ligeramente el punto del láser para alcanzar determinados objetivos.

La idea era dirigir una onda plana de luz sobre ellos: luego de calibrar correctamente la intensidad y la polarización de la luz, los investigadores comprobaron que era posible controlar el movimiento y la velocidad de los diminutos vehículos con máxima precisión.

Según una nota de prensa, en el transcurso del experimento pudieron verificar que los vehículos microscópicos podían navegar en múltiples direcciones y hasta realizar complejas figuras bajo distintos parámetros. ¿Cómo es posible que la luz pueda conducirlos de esa forma?

Los especialistas explicaron que todo se debe a la ley de acción-reacción: cuando la luz golpea a los «metavehículos» y se desvía en una dirección específica, produce una acción que tendrá como resultado una reacción similar. Precisamente, la reacción se observa cuando el pequeño vehículo se aleja en dirección opuesta a la elegida por la luz.

Un ejemplo gráfico de este fenómeno puede encontrarse en el billar: cuando uno de los jugadores impulsa una bola y la misma choca contra otra con fuerza, ambas toman direcciones contrarias. Es el mismo efecto que se ha logrado en este experimento: en este caso, las fuerzas de acción y reacción son desarrolladas por la luz aplicada y por las partículas microscópicas.

Tema relacionado: La luz puede hacer levitar objetos.

Innovaciones y aplicaciones

Aunque ya se conocía el poder de la luz para movilizar objetos microscópicos, como sucede por ejemplo con la técnica de «pinzas ópticas», que permite controlar partículas con gran precisión gracias a un rayo láser enfocado al detalle, el nuevo estudio ha concretado otros avances dignos de consideración.

Por ejemplo, los científicos destacaron que se ha empleado un rayo láser de enfoque débil, demostrando que incluso una luz desenfocada puede utilizarse para manejar objetos microscópicos de forma compleja y hacer que transporten otros elementos que los superan ampliamente en tamaño.

Los investigadores que desarrollaron el nuevo estudio, publicado recientemente en la revista Nature Nanotechnology, resaltaron además que si la técnica es mejorada a futuro podría permitir obtener resultados de mayor precisión en la conducción de los vehículos microscópicos, facilitando por ejemplo su uso en el transporte de sustancias dentro de una célula.

Además de su aplicación biotecnológica, creen que puede llegar a tener una notable inserción en el mundo de la óptica, por ejemplo para desarrollar microscopios más avanzados, cámaras más precisas o pantallas electrónicas inteligentes, entre otros posibles usos.

Referencia

Microscopic metavehicles powered and steered by embedded optical metasurfaces. Andrén, D., Baranov, D.G., Jones, S. et al. Nature Nanotechnology (2021).DOI:https://doi.org/10.1038/s41565-021-00941-0

Video: Chalmers University of Technology / YouTube.

Foto: la luz puede utilizarse para maniobrar partículas microscópicas de manera controlada. Un nuevo estudio ha verificado que es posible hacerlas tomar múltiples direcciones y hasta llevar objetos de dimensiones mucho mayores. Crédito: Denis Baranov.

Pablo Javier Piacente

Pablo Javier Piacente

Pablo Javier Piacente es periodista especializado en comunicación científica y tecnológica.

1 comentario

  • Esto revolucionará todo, hasta el momento hemos creado electrónica estática, que sólo mueve energía (corriente) entre componentes estáticos. Ahora se crearán conductos que transportan y mueven nano elementos. Un aparato se modificará internamente para adaptarse a los requerimientos, sistemas de equilibrio en laboratorios, sistemas anti-sísmicos, en vehículos varios elementos se moverán por el sistema interno. Muchos materiales tendrán algoritmos temporales para deshacer un aparato cumpliéndose cierta condición. Un sistema que modifica sus componentes unido a un giroscopio y sensores puede imitar las funciones de un célula o sistemas orgánicos.