Alas de mariposas sirven de inspiración para sensores de temperatura

InnovationNewsDaily

Para construir un sensor infrarrojo más avanzado, un equipo de científicos se inspiró en las alas de las mariposas.

Liderado por Radislav Potyrailo, investigador de General Electric, un equipo de científicos recubrió el ala de una mariposa con nanotubos de carbono, creando un sensor infrarrojo más sensible y con una resolución mayor que los modelos actuales. ¿Por qué funciona tan bien? La respuesta es una combinación entre los nanotubos de carbono y la iridiscencia del ala.

"La ventaja de los nanotubos es que son negros en la luz visible y no afectan la iridiscencia”, explica Potyrailo, que creó el sensor con compañeros de la Universidad Estatal de Nueva York, en Albany.

El ala de una mariposa tiene la apariencia iridiscente porque está recubierta por minúsculas estructuras en forma de árbol de Navidad. Denominadas lamelas, reflejan la luz cuando ésta incide sobre ellas. Las lamelas tienen casi la misma longitud de onda que la luz, aproximadamente entre 100 y 200 nanómetros; es por ello que dispersan parte de la luz mientras la reflejan.

Además de ello, están dispuestas en capas. Parte de la luz que se encuentra dispersa y es reflejada por las lamelas atraviesa nuevas capas, y por lo tanto, sufre más refracción. A medida que estas ondas de luz llegan a la retina, interfieren las unas en las otras. Algunas de estas interferencias son destructivas y cancelan a las demás, mientras las otras son constructivas y se hacen más intensas. La combinación de estos efectos crea la iridiscencia.

Potyrailo y su equipo también realizaron otro descubrimiento: la iridiscencia es alterada por la luz infrarroja y cuando el calor (que es radiación infrarroja) alcanza el ala, podemos visualizar el fenómeno (o al menos su efecto sobre los colores que percibimos).

Los sensores infrarrojos actuales necesitan piezas electrónicas complejas para convertir la radiación roja visible en un visor. El descubrimiento simplificaría mucho su montaje.

Sin embargo, las alas de las mariposas son ideadas para reflejar la luz visible, no para absorber la luz infrarroja. Y ahí es donde entran en juego los nanotubos de carbono. Suspendiendo millones de ellos en una solución de tolueno, el equipo “pintó” las alas con ellos y las expuso a la luz infrarroja. El resultado: una excelente absorción de la luz infrarroja y alteraciones más eficientes en la iridiscencia.

"Los nanotubos absorben la luz infrarroja más eficazmente, sobre todo si tienen una única capa”, explica Portyrailo. "También redistribuyen la energía absorbida por la superficie de contacto”.

En el futuro será posible fabricar nano-estructuras capaces de absorber la luz infrarroja en un espectro significativamente más amplio que los dispositivos actuales.

Los nanotubos de carbono también hicieron que el sensor del ala de la mariposa fuera más sensible a los cambios de temperatura. Los sistemas actuales consiguen detectar cambios de temperatura de  0,06 a 0,3 grados Fahrenheit, mientras que el sensor nuevo captó alteraciones de 0,03 a 0,12 grados Fahrenheit. También lo hizo más rápidamente, hasta 40 veces por segundo, y respondió a las alteraciones en la señal infrarroja en tan sólo 0,025 segundos.

Cada "píxel" también es bastante menor que el de la gran mayoría de los sensores digitales, que acostumbran a variar entre 17 y 30 micrómetros – pequeños, pero no tanto como las lamelas, que únicamente tienen 150 nanómetros de longitud de media, con un espacio de 770 nanómetros entre sí. Esto los hace 22 veces más pequeños que los mejores sensores disponibles en el mercado. Con la resolución más alta y el aumento en el número de colores (en realidad, longitud de ondas infrarrojas), es posible construir sensores de tamaños pre-determinados.

Por el momento, Potyrailo no pretende criar mariposas para fabricar los dispositivos. “Disponemos de materiales artificiales que son mejores”, afirma. Y hay mucho trabajo que hacer antes de lanzarlo al mercado. 

"Nos encontramos bastante lejos de un producto comercial”, reconoce. “Se trata de un paso muy pequeño, pero estamos muy contentos por el mero hecho de habernos brindado la inspiración”.