Microvehículos impulsados por luz gracias a su metasuperficie

La luz es capaz de ejercer presión sobre la materia. Aunque el efecto es débil y se nota claramente solo en objetos minúsculos, puede aprovecharse.

Si además, la superficie del objeto está estructurada del modo adecuado, aumenta sustancialmente la capacidad de dicho objeto para comportarse como una vela de barco.

Un trabajo reciente de investigación y desarrollo ha cosechado resultados muy buenos con sus nuevos microvehículos de varios micrómetros de tamaño e impulsados únicamente por la luz.

Este trabajo lo ha realizado el equipo de Mikael Käll, de la Universidad Chalmers de Tecnología en Suecia.

Al recubrir una partícula microscópica con una metasuperficie óptica y utilizar una fuente de luz para controlarla, estos científicos han conseguido un microvehículo notablemente eficiente, de un tipo que se ha definido como “metavehículo”.

Tal como han comprobado en experimentos con diversos ejemplares de este modelo de microvehículo, pueden hacer que los microvehículos se desplacen de maneras complejas y precisas, e incluso es posible utilizarlos para transportar otros objetos.

Metavehículos avanzando por acción de la luz proyectada sobre ellos. Uno de los metavehículos está empujando a otro objeto. (Imagen: Denis Baranov / Chalmers University of Technology. CC BY)

Las metasuperficies son estructuras trabajadas a escala nanométrica, cuidadosamente diseñadas y ordenadas, que están adaptadas para redirigir la luz de formas interesantes e inusuales. Ofrecen fascinantes posibilidades de uso en componentes avanzados para aplicaciones ópticas como cámaras, microscopios y pantallas electrónicas.

Se tiende a pensar en las metasuperficies como objetos estacionarios cuya única utilidad es influir sobre la luz. Pero el equipo de Käll enfocó la cuestión justo al revés, investigando cómo se podría utilizar la luz para influir sobre la metasuperficie.

En los experimentos, los investigadores tomaron sus metavehículos microscópicos y los colocaron en el fondo de un plato de agua, para luego utilizar un láser poco enfocado para dirigir una onda plana de luz sobre ellos. Mediante un proceso puramente mecánico (el calor generado por la luz no interviene en el efecto), los vehículos se movieron siguiendo una amplia variedad de patrones de desplazamiento. Ajustando la intensidad y la polarización de la luz, los investigadores consiguieron controlar el tipo de movimiento y la velocidad de los vehículos con un alto nivel de precisión, haciéndolos navegar en diferentes direcciones y siguiendo patrones complejos, como por ejemplo el trazado de un número 8.

Käll y sus colegas exponen los detalles técnicos de sus metavehículos en la revista académica Nature Nanotechnology, bajo el título “Microscopic metavehicles powered and steered by embedded optical metasurfaces”. (Fuente: NCYT de Amazings)