Las revolucionarias gafas para ver en la oscuridad: tan ligeras como las que usas día a día

La visión nocturna ha sido una de las tareas pendientes de la humanidad desde hace muchos años. En el apartado militar existen múltiples dispositivos para ver en la oscuridad, como las gafas de visión nocturna usadas en operaciones de sigilo e infiltración. Unos científicos han descubierto una forma de hacer que la visión nocturna sea más portátil y accesible, sin necesidad de voluminosas gafas.

Y es que el mayor problema que tiene el uso de gafas de visión nocturna es que debido a su complejidad, estas suelen traducirse en dispositivos enormes y pesados, además de muy caros. Investigadores del Centro de Excelencia ARC para Sistemas Metaópticos Transformadores (TMOS) de Australia han llevado a cabo investigaciones para intentar conseguir gafas de visión nocturna más portables y accesibles.

Los resultados son asombrosos, ya que gracias a su nueva metodología, el intrincado complejo de procesamiento de luz de estas gafas se acorta enormemente, abriendo la puerta a que la tecnología necesaria para confeccionarlas pese menos de un gramo y que se pueda llevar en unas gafas con montura tradicionales. Así, se abre la puerta a un futuro con gafas convencionales que nos permitan ver en la noche.

Gafas nocturnas ligeras

Este nuevo estudio ha sido publicado en Advanced Materials, y ha sido firmado por los investigadores de TMOS Samara Thorn, Dragomir Neshev, Laura Daniela Valencia Molina y Rocío Camacho Morals. Estos avances buscan ofrecer un nuevo enfoque a la tecnología de visión nocturna con el objetivo de crear un filtro infrarrojo más delgado que un trozo de papel de película.

Con estos hallazgos, dicen los investigadores, los usuarios podrán ver el espectro de luz visible e infrarroja al mismo tiempo, al colocarse en gafas de uso diario. El artículo del TMOS se centra precisamente en criticar los aspectos más problemáticos de la visión nocturna actual, cuya adopción no está generalizada por su propia naturaleza. 

Gafas de visión nocturna. US Army

"Una persona normal no sale a correr de noche con un kilo de más atado a la frente". Con esta frase critican los investigadores el estado actual de las gafas de visión nocturna, que son usualmente usados por militares y entusiastas de la caza, que son "felices de llevar gafas pesadas". Esto limita enormemente la adopción de estas gafas para el público mayoritario.

La misión del TMOS es miniaturizar esta visión nocturna con la creación de filtros que pesen menos de un gramo, lo que daría lugar a unas gafas ligeras que permitirían "una conducción más segura en la oscuridad, caminatas nocturnas más seguras y menos problemas para trabajar en condiciones de poca luz". 

Ilustración del procesamiento tradicional de la visión nocturna. TMOS TMOS

Actualmente, las gafas de visión nocturnas habituales usan una configuración bastante establecida. El sistema hace pasar unos fotones de luz a través de una lente hacia un tubo intensificador de imagen donde se encuentran con un fotocátodo que transforma dichos fotones en electrones. Estos fluyen a una placa de microcanales conformada por millones de agujeros, para aumentar la cantidad de electrones que se generan. 

Finalmente, los electrones acaban en una pantalla recubierta de fósforo una pantalla de fósforo para convertirse otra vez en fotones y producir una imagen visible intensificada. Cuando los electrones aterrizan en esta pantalla y golpean sus fósforos, estos se iluminan en verde, iluminando la escena que ve el usuario mediante este sistema. De ahí que lo que ven los usuarios sea de color verde.

Ejemplo de visión nocturna vista a través de un dispositivo dedicado. Armada de los Estados Unidos Lee Davis | Wikimedia Commons

El problema de este sistema es que requiere un sistema de refrigeración criogénica con la intención de que el ruido térmico no se intensifique en el proceso, aumentando enormemente el peso y el tamaño de las gafas. Por otro lado, la mayoría de las gafas que usan estos sistemas bloquean la luz por lo que solo sirven en la noche.

En este caso, los investigadores proponen lo que ellos llaman tecnología de conversión ascendente no lineal de visión infrarroja. Esta se vale de una metasuperficie confeccionada en niobato de litio no local. Esta tecnología "requiere menos elementos, lo que reduce drásticamente su huella". Con este método, los fotones pasan a través de una única metasuperficie donde se mezclan con un haz de bomba. 

Ilustración de la metasuperficie de conversión ascendente. TMOS TMOS

La metasuperficie resonante a su vez mejora la energía de los fotones y los atrae al espectro de luz visible, eliminando de la ecuación la necesidad de convertir estos electrones. Lo mejor es que funciona a temperatura ambiente, por lo que tampoco es necesario el sistema de refrigeración, que es lo que más peso añade de forma habitual.

El hecho de que esta metasuperficie esté hecha en niobato de litio no es en absoluto baladí, ya que esta es completamente transparente en el rango visible, lo que la hace mucho más eficiente. El haz de fotones, además, se distribuye sobre una superficie bastante más amplia, dando lugar a una pérdida angular de datos más limitada. 

Otro punto a destacar de esta nueva metodología incide en cómo los sistemas tradicionales son incapaces de producir imágenes idénticas, ya que "capturan imágenes de cada espectro una al lado de la otra. Al usar la tecnología de conversión ascendente, los sistemas de imágenes pueden capturar tanto lo visible como lo no visible en una sola imagen", explican desde el TMOS.

Una de las autoras del estudio, Rocío Camacho Morales, detalla que esta se ha convertido en la primera demostración de imágenes de conversión ascendente de alta resolución desde el infrarrojo de 1.550 nm a luz visible de 550 nm en una metasuperficie no local. "Elegimos esas longitudes de onda porque 1.550 nm, una luz infrarroja, se usa comúnmente para telecomunicaciones y 550 nm es luz visible a la que los ojos humanos son muy sensibles", dijo Morales. 

Su compañero, el investigador jefe Dragomir Neshev, apunta directamente a las oportunidades que esta revolucionaria metodología podría abrir. Los resultados, a su juicio, "prometen importantes oportunidades para las industrias de vigilancia, navegación autónoma e imágenes biológicas, entre otras". Si se consigue aplicar esos sistemas, estaríamos ante una próxima generación de sistemas de visión nocturna portátiles, económicos y ligeros.