Imagine apuntar su teléfono inteligente a un bocadillo salado que encontró en la parte posterior de su despensa e inmediatamente saber si sus ingredientes se han vuelto rancios.
Los dispositivos llamados espectrómetros pueden detectar químicos peligrosos basados en una "huella digital" única de luz absorbida y emitida. Pero estos instrumentos de división de luz han sido voluminosos y costosos, evitando su uso fuera del laboratorio.
Hasta ahora. Los ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison han desarrollado un espectrómetro tan pequeño y simple que podría integrarse con la cámara de un teléfono celular típico sin sacrificar la precisión.
"Este es un espectrómetro compacto de un solo disparo que ofrece alta resolución con bajos costos de fabricación", dice Zhu Wang, quien estaba entre el equipo de ingenieros eléctricos que creó el dispositivo.
Los investigadores publicaron una descripción de los dispositivos recientemente en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
Los dispositivos del equipo también tienen una capacidad avanzada llamada imagen hiperespectral, que recopila información sobre cada píxel individual en un orden de imágenes para identificar materiales o detectar objetos específicos en medio de un fondo complicado.
La detección hiperespectral, por ejemplo, podría usarse para detectar vetas de minerales valiosos dentro de las rocas o para identificar plantas específicas en un área altamente vegetada.
La huella digital espectral de cada elemento incluye longitudes de onda de luz emitidas o absorbidas únicas, y la capacidad del espectrómetro para detectar esa luz es lo que ha permitido a los investigadores hacer todo, desde analizar la composición de compuestos desconocidos para revelar la composición de estrellas distantes.
Los espectrómetros usualmente dependen de prismas o rejillas para dividir la luz emitida por un objeto en bandas discretas, cada una correspondiente a una longitud de onda diferente. El fotodetector de una cámara puede capturar y analizar esas bandas. La huella digital espectral del elemento sodio, por ejemplo, consistede dos bandas con longitudes de onda de 589 y 590 nanómetros.
Los ojos humanos ven la luz de longitud de onda de 590 nanómetros como un tono naranja amarillento. Las longitudes de onda más cortas corresponden a azules y púrpuras, mientras que las longitudes de onda más largas aparecen rojas. La luz del sol contiene un arco iris completo mezclado, que vemos como blanco.
Para resolver la diferencia entre una mezcla de diferentes colores, los espectrómetros generalmente deben ser relativamente grandes, con una longitud de trayectoria larga para que los haces de luz viajen y se separen. Sin embargo, el equipo creó pequeños espectrómetros, que miden solo 200 micrómetros en cada lado aproximadamente uno20 del área de la punta de un bolígrafo y lo suficientemente delicada como para recostarse directamente sobre un sensor de una cámara digital típica.
Ese pequeño tamaño fue posible porque los investigadores basaron su dispositivo en materiales especialmente diseñados que obligaron a la luz entrante a rebotar varias veces antes de llegar al sensor. Esas reflexiones internas alargaron el camino a lo largo del cual la luz viajó sin agregar volumen, lo que aumentó los dispositivos'resolución.
Y los dispositivos realizaron imágenes hiperespectrales, resolviendo dos imágenes distintas de los números 5 y 9 a partir de una instantánea de una proyección superpuesta que combinó el par en algo indistinguible a simple vista.
Ahora el equipo espera aumentar la resolución espectral del dispositivo, así como la claridad y nitidez de las imágenes que captura. Esas mejoras podrían allanar el camino para sensores aún más mejorados.
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Materiales proporcionado por Universidad de Wisconsin-Madison . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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