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Lunes 30 de enero de 2017 [Investigacion]

Investigadores de la UPNA exploran en un libro el presente y el futuro del uso de la fibra óptica como dispositivo sensor

La ingeniería biomédica o la monitorización de entornos urbanos son algunas de las aplicaciones descritas en esta publicación

zoomDe izq. a dcha.: los investigadores Ascorbe, Rodríguez-Ulibarri, Beruete, Sevilla, Díaz, Matías, Corres, Socorro y Andueza.

De izq. a dcha.: los investigadores Ascorbe, Rodríguez-Ulibarri, Beruete, Sevilla, Díaz, Matías, Corres, Socorro y Andueza.

Nueve investigadores de la Universidad Pública de Navarra (UPNA), vinculados en su mayoría a su Instituto de Smart Cities (ISC), son los coautores de un libro que aporta una visión global de los usos de la fibra óptica como dispositivo sensor y se centra en las tendencias de futuro de este material. La ingeniería biomédica, la monitorización ambiental de entornos urbanos, la ingeniería química o la ingeniería de potencia son algunas de sus aplicaciones.

La obra, titulada “Fiber-optic sensors: current status and future possibilities” (“Sensores de fibra óptica: situación actual y posibilidades futuras”) y publicada por la editorial Springer-Verlag, cuenta, como editores, con los profesores Ignacio R. Matías Maestro, director del ISC, y Jesús Corres Sanz (investigador en dicho instituto) y con el investigador japonés Satoshi Ikezawa. Otros siete investigadores de la UPNA han escrito cuatro capítulos. Se trata de Ángel Andueza Unanua, Miguel Beruete Díaz, Silvia Díaz Lucas (subdirectora de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación), Joaquín Sevilla Moróder y Abián Bentor Socorro Leránoz (todos ellos, integrantes del ISC) y Joaquín Ascorbe Muruzábal y Pablo Rodríguez Ulibarri (investigadores en formación).

“La fibra óptica es un cable que guía la información a través de la luz y con el que cada vez estamos más habituados en nuestras casas, puesto que empieza a darnos servicios de internet a altas velocidades —explica la investigadora Silvia Díaz—. Dicha tecnología, denominada ‘Fibra hasta el hogar’ o FTTH —Fibre To The Home—, en inglés, permite velocidades de decenas de gigabits por segundo —Gbps—; es decir, si una película de resolución aceptable tiene dos gigabits de memoria, se podrían descargar unas cinco o diez películas por segundo si se dispusiera de toda la capacidad de transmisión de la fibra óptica”.

Del vestido a la medicina

zoomEstructuras analizadas por los investigadores de la UPNA: maqueta de cristal fotónico para guiar microondas (estructura agujereada con cilindros), detector de terahercios (estructura circular) y cable de fibra óptica con ampliación. Todas las estructuras se comparan con una moneda de dos euros para hacerse una idea del tamaño.

Estructuras analizadas por los investigadores de la UPNA: maqueta de cristal fotónico para guiar microondas (estructura agujereada con cilindros), detector de terahercios (estructura circular) y cable de fibra óptica con ampliación. Todas las estructuras se comparan con una moneda de dos euros para hacerse una idea del tamaño.

La fibra no sirve únicamente “para propagar información en su interior en forma de luz”, según Abián B. Socorro. “A día de hoy, hay negocios basados en el textil que integran fibra óptica y luz en sus diseños. Consiguen así un efecto luminoso en la ropa que también puede aplicarse a los tejidos que cubren los muebles de nuestras casas. Pero aparte de estas curiosidades, la fibra óptica también se usa como detectora de fenómenos físicos o químicos, e incluso para curarnos. De hecho, varias aplicaciones médicas a día de hoy usan este cable para guiar la luz de manera que podamos diagnosticar pacientes o hacer terapia con él”, indica.

“La fibra óptica, de por sí, ya es un sensor, porque con ella se pueden medir magnitudes como presión, temperatura, posición, deformación…, simplemente, por los materiales de los que está hecha y aplicando unas pocas nociones de instrumentación y de procesamiento e interpretación de la luz que propaga —añade Joaquín Ascorbe—. Además, ya sea combinando diferentes tipos de fibras ópticas, o recubriéndola con materiales que sean sensibles a determinados parámetros, podemos hacer que la fibra óptica obtenga información de lo que está pasando a su alrededor. Así, en el libro se describen sensores de radiación y sensores que monitorizan del estado de nuestras obras civiles, entre otras aplicaciones, pero también nuevas estructuras sobre fibra óptica y nuevas técnicas de recubrimiento de ésta, que le permiten detectar sustancias químicas con mayor precisión”.

De hecho, dos de los capítulos, escritos por Silvia Díaz, Abián B. Socorro y Joaquín Ascorbe, se centran en los sensores magnéticos y en las herramientas de uso biomédico. Según Joaquín Ascorbe, “es curioso ver cómo un cable que, por sí sólo, es inmune a interferencias electromagnéticas, recubriéndolo con determinado tipo de materiales, puede detectar cambios debidos a campos magnéticos”.

Sobre su capítulo con Silvia Díaz, Abián B. Socorro comenta que “se analizan desde el desarrollo de biosensores que puedan detectar enfermedades, hasta el uso de la fibra óptica en dispositivos actuales, caso de los bisturís láser o en los endoscopios, que permiten ver el interior de las cavidades del cuerpo humano, como el tubo digestivo o el respiratorio”.

Luz reflejada en un CD

Por su parte, Ángel Andueza y Joaquín Sevilla abordan la detección con cristales fotónicos. “Cuando la luz incide sobre materiales que tienen estructuras de tamaños parecidos a su longitud de onda, ocurren fenómenos muy interesantes —comenta Ángel Andueza—. Por ejemplo, los colores irisados que se ven en la cara espejada de un CD se deben a que la luz separa los colores que la componen, al reflejarse en los surcos donde está la información del citado disco y que están tan juntos como la longitud de onda de la luz. Estas propiedades se pueden utilizar para hacer sensores. Para ello, hay que fabricar materiales que varíen esa estructuración microscópica en respuesta a las variables que se desean medir”.

“Luz” de terahercios o la huella del terahercio

Finalmente, Miguel Beruete y Pablo Rodríguez abordan las aplicaciones sensoras de los terahercios en fotónica. “La banda de terahercios es la última región inexplorada del espectro electromagnético, debido a la dificultad de generar y detectar este tipo de ondas. En la actualidad, se han producido una serie de descubrimientos que han abierto la puerta a la exploración y el desarrollo de aplicaciones en diferentes sectores, tales como espacio, seguridad o comunicaciones”, señala Pablo Rodríguez.

Uno de los campos donde los terahercios ofrecen un enorme potencial tecnológico es en el sensado de sustancias y materiales. “Esto se debe a que casi todas las moléculas de interés biomédico presentan una huella característica en esta banda, que permite distinguirlas e identificarlas. En el capítulo, se repasan diferentes plataformas sensoras que operan en el rango de terahercios, incluyendo soluciones de fibra óptica. Las estructuras propuestas son, a día de hoy, tema de investigación puntero para el desarrollo de plataformas sensibles a multitud de fenómenos de interés en la industria farmacéutica o de materiales”, concluye Miguel Beruete.