Tratando de unir las estructuras naturales y las artificiales de la luz

Donostia fue la ciudad que físicos, biólogos e ingenieros expertos en fotónica de todo el mundo escogieron para reunirse en lo que fue simultáneamente un workshop y una escuela de verano. El encuentro lo organizaron la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y el Centro Internacional de Física de Donostia (DIPC). Asimismo, formaron parte de la organización ilustres investigadores y científicos como Pedro Miguel Echenique, Amand Lucas, Giorgio Benedek y Javier Aizpurua. Cabe destacar también, que como director científico participó Jean-Pol Vigneron.

El motivo que les aglutinó fue la luz, y en concreto, la fotónica. La fotónica es la ciencia de la generación, control y detección de fotones, y los fotones lo constituyen cada una de las partículas que generan la luz y la radiación electromagnética. Los físicos, biólogos e ingenieros se reunieron para ver cómo se propaga la luz en medios que se denominan amorfos o complejos en su estructura. Los entendidos en la materia, intercambiaron opiniones en relación a la propagación de la luz a través de los diferentes medios y analizaron la información que ésta transporta. Además, debatieron acerca de la eficacia de dicha propagación ya que apuestan por encontar sistemas más rápidos de cara a un futuro.

Por ejemplo, expusieron que hoy en día se utiliza la luz a través de la fibra óptica en internet como forma de propagar la luz a larga distancia. También en teléfonos móviles, la información de la luz se transmite por bandas electrómagnéticas y una vez que llega a la antena esa información se recoge de la antena al dispositvo a través de pequeñas fibras ópticas.

Transmitir la luz a través del aire a las antenas se hace con rapidez pero cuando hay que ejecutar una acción y esa luz tiene que ser elaborada en los dispositivos, se hace a través de la conversión a la electricidad; una vez que se hacen esas transferencias y transducciones en electricidad se convierten otra vez en luz que se vuelve a enviar. En este último caso, los expertos plantearon que todavía el paso de información de luz a electricidad y de electricidad a luz, es lento y ven la necesidad de investigar más en ello.

Los físicos e ingenieros se quisieron reunir con los biólogos y viceversa, para intercambiar los conocimientos y poder emplear una estructura fotónica compleja con una variedad de materiales. Los biológos, han aprendido que las estructuras fotónicas naturales presentan un alto grado de complejidad y funcionan con unos pocos materiales naturales como la keratina. Además, gracias a la complejidad de la estructura fotónica, consiguen estados sofisticados de coloración, de reflectancia y de manipulación de la luz. También han descubierto que muchos animales en sus alas, plumas... generan sus propias estructuras gracias a la formación de materiales heterogéneos. Mientras que los ingenieros y físicos, tienen una aproximación diferente porque las estructuras fotónicas artificiales son menos complejas al crearse de forma artificial. Juegan con más materiales, tanto eléctricos como semiconductores. En conclusión, hay un alto grado de complejidad de las estructuras naturales fotónicas con pocos materiales, y por otro, pocas estructuras artificiales fotónicas con muchos materiales.

En definitiva, los expertos buscan una estructura fotónica que sea muy compleja y a la vez con mucha diversidad de materiales para mejorar las estructuras fotónicas que manipulan la luz, convertirla en halos de electricidad y volverla a propagar y emitir.

Jean-Pol Vigneron: “La evolución de las especies hace

evolucionar las estructuras

fotónicas”

¿Cuál ha sido el objetivo de este workshop?

Que la comunidad de físicos e ingenieros sepan mejor cómo son las estructuras fotónicas que estudian los biólogos.

¿Qué es una estructura fotónica? ¿qué usos tiene?

Una estructura fotónica es un material que integra varios componentes. Lo importante es que para las propiedades ópticas la estructura fotónica funcione. Que se pueda manipular la luz. No es tanto el material con el que están hechas sino cómo se mezclan esos materiales, con sus formas, su geometría, su composición. Hay pequeñas estructuras dentro del material. No es tan importante de qué material se trata sino de cómo se distribuye ese material dentro de otro. Por toda esa geometría tan compleja pueden hacer mucho más que materiales homogéneos.

Siguiendo el título del workshop, parece que están trabajando en el desarrollo de estructuras que ya existen en la naturaleza. ¿Cómo es esa influencia?

Estas estructuras materiales naturales son el producto de una evolución de más de 500 millones de años. No surgen de la noche a la mañana. Son estructuras que se van haciendo complejas, en las plumas, alas, etc. La evolución de las especies hace evolucionar las estructuras fotónicas. Estudiando la evolución de estas estructuras a través de los años, podemos captar ideas de cómo establecer formas de manipular estos materiales, hacer nuevos materiales usando el proceso evolutivo y hacer nuestros propios materiales artificiales.