¿Será 2023 el año de las metalentes?

Al acercarse el fin del año es costumbre hacer un recuento de los avances científicos y tecnológicos desarrollados a lo largo del mismo, al igual que hacer predicciones sobre los que se darán en el nuevo año.

Una de las noticias científicas del año que ayer terminó fue, sin duda, la puesta en marcha del telescopio espacial James Webb de 10,000 millones de dólares. A este costo, podemos dar por descontado que el telescopio incorpora instrumentos científicos y de captura de luz y formación de imágenes con la más avanzada tecnología. En particular, cuenta con un espejo de 6.5 metros de diámetro formado por 18 segmentos hexagonales, cada uno de los cuales puede ser orientado de manera independiente para mantener al telescopio con un enfoque preciso.

Más allá de esta sofisticación, sin embargo, el espejo del telescopio está basado en los mismos principios físicos que empleaban los telescopios desarrollados en el siglo XVII. Así, el telescopio James Webb constituye una conjunción de tecnologías propias del último medio siglo, con una tecnología para capturar luz y formar imágenes que tiene 400 años de antigüedad.

Y lo que sucede con el telescopio espacial también sucede con otros dispositivos más terrenales. Por ejemplo, con los teléfonos inteligentes que, aparte de sus funciones de comunicación, incluyen la de tomar y desplegar fotografías. Esta última función la llevan a cabo con una asombrosa y creciente habilidad, integrando tecnologías de microelectrónica, de computación, de fabricación de pantallas y de miniaturización de cámaras fotográficas. Habría que señalar, no obstante, que para esto último se combinan tecnologías de diferentes siglos: los modernos sensores microelectrónicos que convierten la luz en una señal eléctrica, y el lente objetivo que captura la luz del sujeto fotografiado y la enfoca sobre el sensor para formar la imagen, y que fue ideada en primera instancia en el siglo XVII.

Por otro lado, si lo que se busca es desarrollar teléfonos cada vez más del delgados -al nivel de una tarjeta de crédito-, los factores que limitan los avances en esa dirección son la batería del teléfono y la lente de la cámara fotográfica, formada por el apilamiento de lentes necesario para disminuir las distorsiones de la imagen. Esto último estaría por cambiar en 2023, al menos de acuerdo con un artículo publicado en el periódico The Washington Post el pasado 30 de diciembre firmado por Aaron Brown. Dicho artículo hace referencia a las llamadas metalentes y a la compañía Metalenz que las comercializará el año que viene empleando tecnología desarrollada en el laboratorio de Federico Capasso en la Universidad Harvard.

Para entender que es lo que son las metalentes, habría que considerar que una lente normal es un objeto hecho de vidrio o de algún material transparente con superficies curvas, que cambia de manera controlada la dirección de la luz que pasa a través de ella según la curvatura de sus superficies. De este modo, por necesidad, una lente normal tiene un cierto espesor dictado por dicha curvatura. Las superficies de una metalente, en contraste, son planas y por tanto su espesor se reduce a un mínimo. En un teléfono inteligente el apilamiento de lentes de la cámara fotográfica será sustituido por un sola metalente y no será el factor que limite su espesor.

Por lo demás, el impacto que tendrían las metalentes no se limitaría a reducir el espesor de los teléfonos inteligentes. Lejos de esto, habría que señalar que las metalentes trabajan con un principio físico diferente al de las lentes normales y por tanto proporcionan información adicional. Así, las cámaras fotográficas equipadas con metalentes constituirían una expansión de nuestros ojos y nos darán una visión del mundo diferente a la que estamos acostumbrados.

En este sentido, mencionaremos que la polarización es una propiedad de la luz a la que nuestros ojos son insensibles. En contraste, como explica Capasso, las cámaras equipadas con metalentes pueden ser sensibles a dicha propiedad y ver un mundo que nos es invisible. Una cámara fotográfica normal puede ser sensible a la polarización, pero sería voluminosa y tendría que estar equipada con aditamentos especiales. Una cámara con metalentes, por el contrario, tendría esta capacidad, un costo reducido y un tamaño compacto.

Si como pronostican algunos, 2023 será el año de los metalentes, se habría transcendido una tecnología originada hace 400 años, al mismo tiempo que tendremos, no solamente teléfonos más delgados, sino nuevos ojos para ver al mundo.