Invisibilidad Do-It-Yourself

Quizá estás últimas semanas os haya llegado la noticia del desarrollo de una invisibilidad para longitudes de onda del visible, vamos para nuestros ojillos. La he llegado a ver en el telediario de Antena 3. Realizaban este truco con un método simple y utilizando sólo cuatro lentes. La noticia en español la podéis leer muy bien explicada aquí:

Un atajo con lentes para conseguir la invisibilidad

El problema es que a mi me parece que llamar a esto invisibilidad es cómo etiquetar a un Fiat 600 rojo como “Ferrari F40 urbano”. Vamos, un pelín pretencioso.

El truco  (sí es un truco) que hacen en la universidad de Rochester, es utilizar 4 lentes convergentes para poder dirigir los haces de luz de forma que haya zonas entre las lentes en las que se pueden introducir objetos que quedarán escondidos a la vista. Siempre que estés situado a la salida y en línea con las lentes. Tiene cierto margen de maniobra dependiendo del tamaño de dichas lentes.

Intentaré explicar esto un poquillo mejor ya que se trata de óptica geométrica, y con un par de esquemas se puede entender fácilmente.

Una lente convergente es aquella que dirige los haces de luz que vienen del infinito (entiéndase infinito como algo que está lo suficientemente lejos) hacia un punto llamado foco. En este foco será donde se concentren los haces de luz, es algo similar a lo que hacemos con una lupa (lente convergente) cuando concentramos la luz del Sol en un punto para poder prender fuego a una hojilla de papel. En la novela “El señor de los moscas” utilizan las gafas de un niño que no veía bien de cerca para encender una hoguera. En realidad, en la novela es un niño miope, pero con las gafas de un miope no se pueden concentrar los rayos del sol ya que son lentes divergentes. En el siguiente gráfico vemos cómo se representa esto:

Trazado de rayos de una lente convergente

Lente convergente concentrando la luz en el foco “f”

Lo importante de este gráfico es que al desviar los rayos de luz hay zonas detrás de la lente por donde la luz no pasa. Si hubiese una forma de reconducir los rayos de luz para que siguiesen la misma trayectoria que llevaban de origen, se podría colocar un objeto en la zona por donde no pasa la luz. Al no incidir la luz sobre el objeto, éste estaría oculto a alguien que mirase a través de las lentes. Y dado que los rayos de luz siguen la misma trayectoria inicial, nosotros no notaríamos que los rayos de luz han sido modificados.

Como hemos dicho las lentes convergentes concentran los haces de luz que vienen del infinito en el foco, pues bien, si los rayos de luz provienen del foco la lente convergente los mandará al infinito, así que si colocamos una lente con la misma distancia focal a la distancia correcta para que coincida con la distancia focal de la lente anterior, los rayos de luz se volverán a enviar por la trayectoria que venían. En el siguiente gráfico se muestra ésta configuración:

Zona de invisibilidad entre dos lentes convergentes.

Zona de invisibilidad entre dos lentes convergentes.

En la figura hay una zona (zona gris) donde podríamos colocar un objeto y no se vería cuando se mira a través de las lentes. ¡Bonito truco! ¿Verdad? Pues algo parecido es lo que han hecho los de la noticia que comenté al principio. El siguiente esquema es el utilizado por los investigadores de la universidad de Rochester:

Invisibilidad con 4 lentes

Invisibilidad con 4 lentes

En (c) se muestra cómo consiguen una zona donde se puede esconder cualquier objeto, siempre que no se obstruya el centro de la línea de propagación de la luz. Utilizando 4 lentes consiguen una zona de “invisibilidad” más alargada. Invisibilidad lo pongo entre comillas porque ya digo que me parece un poco pretencioso.

En la siguiente imagen se ve en el laboratorio cómo queda el trazado de rayos:

Trazado de rayos de las 4 lentes.

Trazado de rayos de las 4 lentes.

Sin embargo el vídeo del efecto es muy curioso y espectacular, siempre que estés colocado en el buen sitio:

Invisibilidad con 4 lentes.

Invisibilidad con 4 lentes.

Y ahora que sabéis cómo funciona esto ¿no pensáis que se puede hacer esto mismo con sólo 2 lentes? La respuesta es sí, y para eso aquí tenéis un vídeo grabado en un momentico:

Bonito ¿no? Bueno, la verdad es que el trabajo realizado en la Universidad de Rochester tiene algo más de mérito, ya que desarrollan la óptica geométrica mediante matrices de Jones para calcular las relaciones que deben existir con las distancias focales de las lentes para conseguir el efecto deseado. Y mi vídeo tiene truco, ¿os habéis dado cuenta? la clave está en la segunda figura de este post. Y que si no habéis adivinado ya, os la desvelo en la siguiente imagen:

Invisibilidad con 2 lentes.

Invisibilidad con 2 lentes, pero invierte la imagen

Efectivamente, la imagen a la salida del sistema se invierte, conseguimos una zona de “escondite” pero la imagen a través de las lentes está invertida, como he usado una rejilla no se aprecia, pero con un fondo asimétrico notaríamos este efecto, por eso se necesitan 4 lentes, para que las lentes interiores vuelvan a invertir la imagen y quedarnos como estábamos.

Estos investigadores de Rochester hace tiempo también hablaron de invisibilidad con sistemas de bajo coste. Eran también truquillos de óptica geométrica. Puedes leer sobre esto aquí. Pero si queréis leer algo sobre invisibilidad de verdad, con metamateriales y tecnologías más avanzadas podéis leer:

Dispositivos de invisibilidad

¿Nos seguimos leyendo?

@guardiolajavi

Por cierto esta entrada participa en la Edición LVII del Carnaval de la Física del Carnaval de la Física, cuyo anfitrión es el blog Divulgación.

Referencias:

Joseph S. Choi, John C. Howell. Paraxial Ray Optics Cloaking (PDF)

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6 comments

  1. Me imaginaba algo así con el experimento de Rochester, pero cuando suspendes óptica geométrica cuatro veces y la apruebas a la quinta por los pelos, mejor tener la boca callada… ¡Lo has explicado genial! ¡Gracias!

    1. No vale, si sabes óptica geométrica no te he contado nada, solo te he enseñado las fotos. XDD. Por cierto, eres mi héroe seguro que Electricidad y Magnetismo lo aprobaste a la primera XDD.

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