Mari Paz Díaz. En Huelva Buenas Noticias, conocimos a Luis Romero Cortés hace tres años con motivo de su estancia investigadora en Canadá, donde estaba desarrollando un proyecto de óptica y fotónica. Un onubense de 29 años, nacido en Trigueros, el pueblo natal de sus padres, donde estuvo viviendo hasta los dos años, cuando se trasladó a Bellavista, en Aljaraque. Desde entonces hasta ahora, este triguereño ha crecido personal y profesionalmente, tanto que nos ha sorprendido que su nombre se encuentre entre los investigadores que han saltado a los medios de comunicación de todo el mundo por haber logrado convertir un objeto en invisible. Un logro de un equipo del Instituto Nacional de la Investigación Científica (INRS) de Montreal (Canadá), liderado por el español José Azaña, que ha conseguido la invisibilidad con aplicaciones en el sector de las telecomunicaciones. Un avance realmente llamativo que acaba de ser publicado en la revista Optica de la Sociedad Americana de Óptica (OSA), un artículo que puede verse públicamente en el siguiente enlace: https://www.osapublishing.org/optica/abstract.cfm?uri=optica-5-7-779
Una noticia que está dando la vuelta al mundo, teniendo a Luis Romero como a uno de sus protagonistas, con el que hemos querido desgranar cómo se ha producido este descubrimiento y sus aplicaciones futuras, después de que haya presentado su tesis de forma muy satisfactoria.
-Luis, tu participación en este proyecto sobre invisibilidad nos ha sorprendido a todos. ¿En qué consiste el experimento?
-La invisibilidad, a pesar de que nos parezca un concepto fantástico, es en realidad una disciplina de la óptica, muy real, que a día de hoy ha alcanzado cierta madurez experimental. La comunidad científica comenzó a estudiar la posibilidad de hacer objetos invisibles hace algo más de una década, a raíz de la publicación de una serie de estudios orientados a manipular de forma arbitraria la trayectoria por la que se propagan las ondas electromagnéticas. Desde entonces, se han desarrollado diferentes técnicas, sistemas y materiales con el propósito de conseguir la invisibilidad. Dichos sistemas son comúnmente conocidos como “invisibility cloaks”, un nombre heredado de la ciencia ficción que en español se traduce por “capas de invisibilidad”, aunque hay que dejar claro que la idea de esconderse bajo una sábana y desaparecer súbitamente ante los ojos de todo el mundo sí que es algo completamente ficticio, al menos a día de hoy.
Para comprender el concepto de la invisibilidad debemos comprender cómo observamos el mundo que nos rodea. Para observar un objeto es necesario iluminarlo de alguna forma. Pensando por ejemplo en el proceso de la visión humana, podemos detectar la presencia de un objeto y observar sus características porque nuestros ojos son capaces de discernir los cambios que dicho objeto introduce en la iluminación. Realmente “no vemos el objeto”, lo que nuestros ojos registran es cómo el objeto altera la luz, y ésa alteración, esa “firma” es lo que interpretamos como “ahí hay un objeto con tales características”.
Hacer invisible un objeto va más allá de simplemente esconderlo. Podemos, por ejemplo, tapar un objeto con algo para ocultarlo, pero de esta forma no volveremos invisible el objeto, ya que seguiremos viendo aquello con lo que lo hemos ocultado; un observador externo seguirá siendo consciente de que “ahí hay algo”. Para conseguir que un objeto sea realmente invisible hemos de evitar que la iluminación y el objeto interactúen, es decir, hay que conseguir que la luz alcance nuestras retinas de la misma forma que lo haría si el objeto no existiera. Hasta la fecha, las técnicas de invisibilidad se han centrado en hacer que la luz viaje alrededor del objeto en cuestión (recordemos que la luz es una onda electromagnética que se propaga a través del espacio). De esta forma, se evita la interacción entre luz y objeto, impidiendo así que éste altere la iluminación. Esta estrategia funciona muy bien cuando la iluminación contiene un único color (lo que conocemos como luz monocromática, o una única componente de frecuencia). Cuando la iluminación contiene una gran variedad de frecuencias (como la luz solar, que llamamos policromática o de banda ancha), alterar su camino alrededor de un objeto implica que diferentes colores toman diferentes tiempos en viajar por el camino alterado. Esto es un problema, ya que este efecto produce una distorsión que, de ser detectada, delata la presencia de un agente externo, el dispositivo de invisibilidad, actuando sobre el objeto.
Nuestro estudio ofrece una propuesta alternativa para producir la invisibilidad: en lugar de alterar el camino que sigue la luz para conseguir “esquivar” el objeto, una “capa de invisibilidad espectral” altera los colores de la luz. El color de un objeto es indicativo de qué componentes de frecuencia refleja éste y cuáles no; por ejemplo, una flor azul iluminada con luz de banda ancha aparece azul debido a que únicamente refleja la frecuencia correspondiente a ese color, como si se tratase de un espejo que sólo funciona como tal para el color azul. El resto de componentes de frecuencia de la luz son absorbidas por la flor, o bien la atraviesan como si ésta fuera transparente. La estrategia de la invisibilidad espectral consiste en modificar la distribución de colores de la luz (lo que llamamos el espectro de frecuencia), para que la onda que llega al objeto no contenga ninguna frecuencia con la que éste pueda interactuar.
De esta forma, la onda de iluminación puede propagarse a través del objeto sin cambiar de dirección, pero al mismo tiempo evitando la interacción con éste. El objeto permanece así invisible y la luz inalterada. Si queremos volver invisible una flor azul, transformamos el color azul de la iluminación en algún otro color, la luz atraviesa el objeto “sin verlo” y después se deshace la transformación, restaurando la iluminación a su estado original. La clave está en que la transformación que suprime los colores que interactuarían con el objeto no elimine la energía que portan, sino que la preserve transformándola en otros colores. De esta forma, es posible deshacer completamente la transformación para así entregar al observador una onda idéntica a la iluminación original. Llamamos a este proceso “redistribución espectral de energía”.
Es importante mencionar que esta idea no está limitada a ocular objetos a los ojos de los seres humanos, en el rango visible del espectro electromagnético. El concepto se extiende a todo tipo de ondas, como rayos X, microondas, ondas de radio…, incluso a ondas no electromagnéticas, como el sonido. De hecho, en nuestra demostración de la capa de invisibilidad espectral no utilizamos luz visible, sino luz infrarroja. Esta iluminación no es visible al ojo humano, pero sí lo es a instrumentación convencionalmente utilizada en sistemas de comunicaciones por fibra óptica, con la que contamos en nuestro laboratorio de Montreal, y que utilizamos en la demostración del concepto.
-¿Cuáles son sus posibles aplicaciones en la vida real?
-El concepto de la invisibilidad no está limitada a la idea de “hacer cosas invisibles” tan recurrente en la ciencia ficción. Si bien es cierto que este concepto es tal vez lo que primero nos viene a la mente al pensar en estos temas, existe un amplio abanico de posibilidades para estas técnicas de invisibilidad más allá de ocultar objetos o volverse indetectable. En última instancia, nuestra idea consiste en una forma de alterar los colores de la luz, -o, de forma más general, las frecuencias de una onda, ya sea luz, radio, sonido…-, sin perder energía en el proceso y de forma reversible. El concepto de redistribución espectral de energía en que se basa nuestra propuesta sugiere una forma muy versátil de controlar la interacción entre una onda y el medio por el que se propaga. Esto podría ser útil para un amplio rango de aplicaciones. Un ejemplo muy relevante es el de los sistemas de telecomunicación, donde señales electromagnéticas compuestas de muchas frecuencias se utilizan para enviar y procesar información. Técnicas basadas en el concepto de la invisibilidad espectral podrían utilizarse para adaptar mejor la señal al medio de transmisión, evitando posibles bandas de frecuencia en las que el canal tendría un efecto nocivo sobre la señal, como por ejemplo un elevado nivel de absorción. De esta forma, la señal se propagaría “sin ver el canal”, mitigando así posibles problemas de distorsión y el ruido asociados a la transmisión de señales.
Adicionalmente, técnicas basadas en el concepto de la invisibilidad espectral podrían utilizarse como herramienta de procesamiento de información. En redes de transmisión y procesado de datos, diferentes sistemas realizan operaciones diferentes sobre la señal de información (como filtrado, amplificación, encaminamiento, etc); una capa de invisibilidad espectral podría utilizarse para determinar qué operaciones afectan a la señal de interés y cuáles se hacen “invisibles” (no afectando a la señal) durante determinados períodos de tiempo. Esto último incluye posibles estrategias de seguridad en sistemas de comunicación y procesamiento de información. Por ejemplo, un espía que monitorizase una banda de frecuencias determinada para recabar información en una red de comunicaciones podría verse frustrado por una capa de invisibilidad espectral que volviese “invisible” dicha banda.
-¿Para cuándo se podría poner en práctica?
-Nuestra propuesta de la invisibilidad espectral es una prueba de concepto. El principal objetivo de nuestro estudio es el de demostrar que es posible conseguir la invisibilidad mediante una estrategia alternativa a las técnicas convencionales, solucionando así algunos de los problemas asociados a dichas técnicas. Es muy difícil estimar el tiempo necesario para alcanzar un nivel de desarrollo suficiente para llevar el concepto a la práctica, ya que sería necesario un esfuerzo de investigación considerable. En ultima instancia esto dependerá de una gran variedad de factores interrelacionados, como la financiación disponible, el interés de distintos grupos de investigación en afrontar el problema, etc. Nosotros, por nuestra parte, continuamos trabajando en estas líneas, y siempre surgen nuevas ideas interesantes, no necesariamente relacionadas con la invisibilidad, pero sí con los fundamentos que la hacen posible.
-¿Dónde se está llevando a cabo?
-El proyecto se llevó a cabo en su totalidad en el Grupo de Señales y Sistemas Fotónicos, bajo la supervisión del profesor José Azaña. Éste grupo de investigación forma parte del centro de Energía, Materiales y Telecomunicaciones del Instituto Nacional de la Investigación Científica de Montreal.
-¿Cuál es tu papel en el proyecto?
-Soy el investigador principal del proyecto, el cual forma parte del trabajo de mi tesis doctoral. José Azaña y yo desarrollamos la idea a raíz de otros proyectos relacionados con la manipulación de ondas electromagnéticas y realizamos la demostración experimental con la ayuda de mis compañeros, Mohamed Seghilani y Reza Maram.
-¿Cómo te sientes formando parte del grupo del profesor José Azaña?
-Los años que he pasado trabajando en el grupo de José han sido muy enriquecedores. Hemos llevado a cabo proyectos muy interesantes y he aprendido mucho. Hay muy buen ambiente en el grupo y es muy fácil trabajar en equipo con el resto de compañeros. Esto se debe en gran parte a que José, como supervisor, es, por lo general, muy abierto a escuchar las ideas y opiniones de la gente, y siempre valora nuestras aportaciones al mismo nivel que las suyas propias. El trabajo de investigación que he realizado durante los últimos años me ha permitido moverme un poco por el mundo, conocer otras culturas y otras personas, y ha sido una gran oportunidad para divulgar nuestros resultados, así como para conocer de primera mano los avances conseguidos por otros investigadores. También ayuda mucho que la ciudad en que nos encontramos, Montreal, tiene un ambiente fantástico para vivir, ya que se trata de un lugar donde puede encajar la forma de vida de casi cualquier persona. Hay una diversidad cultural fantástica en la ciudad, un buen nivel de vida y posibilidades de ocio para todos los gustos.
-¿Cuánto tiempo has venido desarrollando este trabajo?
-Esta idea surgió en el seno de una línea de investigación en la cual tratamos de manipular ondas electromagnéticas para conseguir un fin concreto, pero siempre de forma que no se pierda nada de la energía que porta la onda en el proceso. Esto último es importante porque es la clave para poder crear la manipulación o transformación deseada en la onda, pero de forma que pueda revertirse completamente, es decir, pudiendo recuperar la onda en su forma exacta original. La idea concreta de la capa de invisibilidad espectral se nos ocurrió hace aproximadamente dos años, y la primera demostración experimental la conseguimos hace uno. Desde entonces, hemos seguido trabajando en la mejora de los experimentos hasta llegar a tener los resultados más concluyentes que publicamos recientemente.
-¿Qué estás haciendo en la actualidad?
-A día de hoy, sigo trabajando en el grupo de Señales y Sistemas Fotónicos en Montreal. Tenemos bastantes líneas de investigación abiertas, algunas de las cuales partieron del trabajo realizado en este proyecto. También estoy involucrado en otras líneas de trabajo en el grupo, relacionadas con disciplinas como el procesamiento de imagen, el tratamiento de señales de radiofrecuencia y la óptica cuántica.
-¿Tienes alguna otra idea para el futuro?
-Como comentaba antes, los principios fundamentales en los que se basa el concepto de la invisibilidad espectral tienen posibilidades más allá de este proyecto. En este momento, estamos trabajando en una técnica basada en el concepto de redistribución espectral de energía para reducir el ruido en señales arbitrarias, que podría ser útil en áreas como la espectroscopía, la astronomía y las telecomunicaciones.
-¿Cuánto tiempo llevas ya fuera de Huelva?
-Me marché a Montreal en septiembre de 2012. Desde entonces he vivido allí, volviendo a Huelva periódicamente cada seis meses durante un par de semanas. Aunque, ahora, llevo unos meses en España, los cuales los he dedicado a escribir mi tesis doctoral.
-¿Esperas regresar pronto?
-Ahora, regreso a Montreal para finalizar el doctorado. Pienso pasar allí una temporada para organizar los proyectos que siguen activos en nuestro grupo de investigación, tras lo cual decidiré el siguiente paso en mi futuro. No estoy seguro de cuál será mi próximo destino, pero no descarto regresar a España. Y, desde luego, seguiré volviendo a Huelva siempre que pueda.
-¿Algún mensaje final?
-Creo que es importante recalcar que nuestros resultados son posibles gracias a los fondos públicos que se destinan a la investigación y, por lo tanto, son de dominio público. En mi opinión, esto remarca la importancia de la inversión en investigación, ya que el continuo desarrollo científico y tecnológico que ésta impulsa es la base del progreso y es la fuerza que moldeará las posibilidades del futuro.
