La luz está. A través de la fotosíntesis, la luz está en el origen de la vida misma. Se encuentra presente en los avances médicos que salvan vidas a través de las tecnologías de diagnóstico y de los tratamientos, en el uso de Internet, y muchos otros desarrollos en telecomunicaciones que han revolucionado a la humanidad. Los científicos y los artistas hacen diferentes usos de la luz, y aportan experiencias y resultados que marcan una diferencia.
Hoy es el Día Internacional de la luz. Se celebra el 16 de mayo de cada año por el aniversario de la primera operación exitosa del láser en 1960 por el físico e ingeniero Theodore Maiman. Es un día que sirve como un llamado a fortalecer la cooperación científica y aprovechar su potencial para promover la paz y el desarrollo sostenible.
En el marco de la celebración por el Día Internacional de la Luz, la UNESCO destacó a 22 científicos y artistas de diferentes países que han hecho logros significativos con el uso de la luz. Además, el año pasado, el organismo internacional realizó una campaña Confianza en la Ciencia que invitaba a apoyar una declaración sobre la importancia de la confianza pública en el proceso científico. Aquí están los 22 “campeones de la ciencia” según la UNESCO y sus contribuciones:
La luz contra las heridas
En el mundo real, los láseres tienen interesantes aplicaciones médicas, como en el tratamiento de la piel herida. La profesora Heidi Abrahamse, titular de la Cátedra Sarchi de Aplicaciones Láser en la Salud de la Universidad de Johannesburgo, usa láseres especialmente dirigidos contra células dañadas. La luz en la “ventana terapéutica” de 630 a 905 nanómetros estimula a las células a producir compuestos que aceleran la curación y la reparación de la piel.
“La esperanza es que la terapia con células madre para enfermedades como la osteoporosis mejore en el futuro la capacidad de reparación del propio cuerpo humano”, señaló Abrahamse. En el caso de la osteoporosis, las células que deberían diferenciarse en hueso dejan de hacerlo. Por ejemplo, la futura terapia con células madre podría ayudar a retener el calcio de los huesos.
Detectar mejor las enfermedades
Stewart Aitchison es un científico que explora nuevas formas de utilizar la luz para que la asistencia sanitaria esté disponible y sea accesible en comunidades remotas. Por ejemplo, apoyó la creación de un chip que puede utilizar la luz para detectar múltiples anticuerpos, e incluso contar sus células inmunitarias. Su trabajo de monitorización del VIH puede ayudar a los pacientes a comprobar su recuento de células inmunitarias en sólo 10 o 15 minutos. Al poner todo un laboratorio en un chip, los pacientes de todo el mundo podrán acceder fácilmente a las pruebas que necesitan.
Desarrollo contra el cáncer
El ser humano necesita oxígeno para sobrevivir. Pero demasiado oxígeno puede ser tóxico para las células. La terapia fotodinámica utiliza el oxígeno para combatir el cáncer de piel gracias a un fármaco llamado “fotosensibilizador”. Por sí solos, los fotosensibilizadores son inofensivos, pero una vez expuestos a un láser calibrado con precisión, liberan oxígeno tóxico directamente a las células cancerosas. El doctor Vanderlie Bagnato, de Brasil, se destacó en este campo. Si su investigación tiene éxito, pronto se podrá utilizar la terapia fotodinámica para tratar con seguridad una amplia variedad de cánceres de piel.
Espejos para observar fenómenos astrónomos
Mientras que las olas del mar producen ondas en el agua, las ondas gravitacionales producen ondas en el espacio-tiempo. Garrett Cole, director de tecnología de Thorlabs Crystalline Solutions, trabaja con un equipo que ha desarrollado recientemente espejos micromecánicos especiales para ayudar a medir estos fenómenos astronómicos únicos. Los diminutos espejos de Cole, más pequeños que el diámetro de un cabello humano, se utilizaron para observar directamente las fluctuaciones del vacío cuántico y, en un esfuerzo relacionado, se utilizaron para “exprimir” la luz láser, dando a la luz propiedades específicas que reducen el ruido de fondo cuántico, lo que permite una medición más precisa de efectos sutiles como las ondas gravitacionales.
Rastreo de la basura espacial
La Tierra está rodeada de basura espacial. Tanto si se trata de una nave espacial entera que ya no se usa como de fragmentos procedentes de la colisión de un satélite, cada trozo de basura -hasta el más pequeño tornillo suelto- es increíblemente peligroso. La velocidad media de los desechos espaciales en órbita es de unos 10 kilómetros por segundo, lo que corresponde a 22.300 MPH. Aunque las agencias espaciales hacen todo lo posible para que sus naves espaciales eviten esos desechos, su principal herramienta de detección, el radar, es imprecisa. Ahí es donde entra en juego el trabajo de la profesora Céline d’Orgeville. Dirige una investigación sobre la óptica en la Universidad Nacional de Australia. El trabajo utiliza la reflexión de la luz láser para rastrear los desechos espaciales desde estaciones terrestres, mejorará en gran medida nuestra capacidad de rastrear los desechos con precisión.
Arte que se liga con la matemática
Los fractales son patrones interminables que se repiten infinitamente según una regla simple. Se encuentran en la naturaleza -piensa en los rayos, los lechos de los ríos, los copos de nieve- pero también pueden modelarse mediante programas informáticos. Ese es el punto fuerte de Julius Horsthuis. Con un software gratuito, el artista visual crea mundos fractales infinitos, aproximando densas selvas, planetas extraterrestres y templos antiguos mediante ecuaciones matemáticas relativamente sencillas y repetitivas. Las recientes investigaciones del Laboratorio Sudafricano de Luz Estructurada han dado a la obra fractal de Horsthuis un toque de fotónica. También los rayos láser simples adoptan naturalmente la forma de fractales. Y los fractales no sólo son bellos, sino que la comprensión de sus estructuras podría mejorar algún día las imágenes médicas en 3D.
La luz al servicio de la ciencia de lo más pequeño
Anthony Johnson es un físico experimental de los Estados Unidos cuyo trabajo sobre la fotofísica ultrarrápida ha permitido comprender procesos que ocurren en marcos temporales de una cuatrillonésima de segundo. Los láseres ultrarrápidos pueden utilizarse para un mecanizado preciso en materiales tan duros como el acero y tan blandos como el esmalte dental, al evaporar el material con el que entran en contacto. En la actualidad, se utilizan ampliamente para fabricar dispositivos submicrónicos, más pequeños de lo que se puede ver a simple vista, lo que ha dado lugar a avances en muchos campos, como las telecomunicaciones y la bioingeniería.
Cables diminutos para la energía solar y el espacio
Hannah Joyce, de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, es una ingeniera de nanomateriales especializada en nanohilos, unos cables diminutos que tienen un diámetro inferior a la milésima parte del de un cabello humano. Las células solares fabricadas con nanocables son eficientes, ligeras y más duraderas que las tradicionales. Pero no hay que dejarse engañar por su pequeño tamaño. También pueden tolerar hasta 40 veces más radiación de alta energía y pueden enrollarse para ahorrar espacio, lo que las convierte en grandes candidatas para la exploración del espacio exterior.
Aprovechar más la energía solar
¿Qué tienen en común los gusanos luminosos y tus teléfonos móviles? Ambos utilizan moléculas orgánicas para emitir luz. Nuestros teléfonos móviles, las pantallas de los ordenadores portátiles y los televisores OLED son mucho más brillantes y requieren mucha menos energía para funcionar gracias a científicos como Zakya Kafafi, de la Universidad de Lehigh, Estados Unidos, que ha desarrollado dispositivos orgánicos emisores de luz eficientes y estables que se iluminan cuando se les aplica tensión. Sus investigaciones con células solares orgánicas metálicas y nanoestructuradas también han favorecido una generación de energía solar limpia y sostenible que algún día podría aplicarse a las superficies con la misma facilidad que la pintura a las paredes.
Innovaciones médicas a través de la física
Gihan Kamel es una física egipcia conocida por su trabajo en el único acelerador de partículas de Oriente Medio conocido como SESAME. Esta tecnología acelera partículas cargadas eléctricamente mediante una secuencia de imanes diseñados hasta alcanzar casi la velocidad de la luz. Esto, a su vez, produce una radiación muy intensa que es 10.000 millones de veces más brillante que el sol, y que puede utilizarse para explorar diversas aplicaciones en medicina, ciencias medioambientales, energía, industria y patrimonio cultural.
Atrapar partículas muy pequeñas con luz
Las trampas ópticas (también conocidas como pinzas ópticas o levitación óptica) permiten a los científicos suspender partículas submicroscópicas, como átomos individuales, en el aire utilizando potentes láseres enfocados. Ané Kritzinger, estudiante de maestría en la Universidad de Pretoria, Sudáfrica, utiliza las trampas ópticas para estudiar las nanopartículas de puntos cuánticos o diminutos cristales artificiales que pueden emitir luz. Su trabajo podría permitir algún día utilizar esos cristales en pinzas ópticas como método de detección ultrasensible de contaminantes del agua y el aire.
Descifrar el código secreto de los átomos
Todos los átomos emiten su propio y único “código secreto” hecho de luz, absorbiendo o emitiendo diferentes partes del espectro luminoso. Zohra ben Lakhdar es una científica de Túnez que utiliza la espectroscopía para descifrar este código secreto. Analizando las firmas únicas de las partículas en el medio ambiente, puede descubrir cómo contaminantes como el metano y los metales afectan a la salud de nuestro aire, agua y ecosistemas.
Derrota bacterias y virus peligrosos
Neysha Lobo-Ploch es una científica que fabrica LEDs de alta eficiencia que son compactos y producen frecuencias de luz ultravioleta en Alemania. Con sus LEDs UV sintonizados a 265 nanómetros, puede dañar el ADN de bacterias o virus en el agua, el aire o las superficies para que no puedan reproducirse. También se puede utilizar como detector de gases, proteínas y vitaminas. Los LEDs UV de su equipo funcionan a bajos voltajes y son rápidos, por lo que resultan adecuados para la purificación del agua, el diagnóstico médico, la fototerapia y los sistemas de detección.
Arte en experiencias hipnóticas
Desde 2011, el estudio NONOTAK, una colaboración artística entre la artista de la luz/visual Noemi Schipfer y el artista de la luz/sonido Takami Nakamoto, han utilizado la luz para crear experiencias audiovisuales hipnóticas en todo el mundo. Llenan grandes espacios oscuros con electrónica y líneas geométricas y pantallas estroboscópicas, y utilizan espejos para crear una multiplicación infinita. Las piezas son asombrosas “invitaciones a la contemplación”, destinadas a envolver al artista y al espectador. Ganadoras de varios premios, las instalaciones de NONOTAK en todo el mundo han llevado al límite la síntesis artística entre la música y el arte de la luz
Terapia con menos efectos adversos para el cáncer
Tebello Nyokong es un científico sudafricano que investiga en la Universidad de Rhodes la terapia fotodinámica, un método de tratamiento del cáncer alternativo a la quimioterapia. Esta terapia utiliza moléculas de tinte similares a las que se utilizan para colorear la ropa, pero, en lugar de limitarse a dar brillo al vestuario, estos tintes pueden activarse mediante la exposición a un rayo láser. Se unen selectivamente a las células cancerosas y las eliminan, dejando las células sanas ilesas en el proceso.
Usar el teléfono para analizar la sangre
Ozcan Aydogan es un ingeniero que utiliza en los Estados Unidos la ciencia de la luz para desarrollar microscopios y sensores que puedan funcionar en los teléfonos móviles. Él y su equipo han desarrollado un sensor fotónico que puede ayudar a detectar rápidamente bacterias en fluidos corporales o muestras de agua mediante la captura periódica de imágenes holográficas de bacterias vivas. Los datos recogidos alimentan una red neuronal que detecta rápidamente el crecimiento de las colonias bacterianas y luego identifica cada especie por su forma y patrón de crecimiento característicos.
Detener a los hackers con la física cuántica
Jian-Wei Pan es uno de los principales científicos de la ciencia de la información cuántica en China, especialmente en lo que respecta a la comunicación cuántica. La comunicación cuántica utiliza partículas de luz, llamadas fotones, para transportar información y crear la forma definitiva de frustrar a los hackers. En cuanto los piratas informáticos intentan observar la información, los fotones salen de su frágil estado cuántico y alertan al instante de la brecha de seguridad.
Adelanto con la bioimagen
Evgeniy Shirshin es una estrella emergente de la ciencia médica. Trabaja en la Universidad Estatal M. V. Lomonosov de Moscú, Rusia. Gracias a las nuevas técnicas de bioimagen, ha descubierto métodos para el diagnóstico precoz de la insuficiencia cardíaca, técnicas no invasivas para controlar la salud de las células inmunitarias a través de la piel, e incluso ha analizado la eficacia de nuevos remedios para las mordeduras de serpientes tóxicas. Muchos de sus descubrimientos ya se están probando y utilizando en entornos médicos reales.
Contra las barreras a la energía solar
Jess Wade trabaja en el Colegio Imperial de Londres, Reino Unido, con semiconductores orgánicos (basados en el carbono); materiales que se comportan un poco como el metal (pueden conducir la electricidad) y un poco como el plástico (pueden imprimirse fácilmente en superficies flexibles, creando capas activas ultrafinas que absorben y emiten luz con fuerza). Cuando estos materiales ultrafinos no tienen una crisis de identidad material, pueden aplicarse de muchas maneras diferentes. Por ejemplo, se pueden fabricar para producir láminas ligeras, económicas y flexibles de paneles solares que puedan colocarse fácilmente en entornos difíciles, especialmente en los países en desarrollo.
La diversidad de los láseres
Conocida como la “Dra. Laserchick”, Desiré Whitmore es una educadora científica apasionada por la física en el Exploratorium en California, Estados Unidos. Como estudiante de doctorado y postdoctorado, estudió las moléculas, los electrones y los puntos cuánticos fluorescentes utilizando láseres de femtosegundo y attosegundo (un attosegundo es aproximadamente 400.000.000.000.000 más rápido que un parpadeo). Como educadora principal de física en el Exploratorium de San Francisco, ayuda a los profesores de secundaria y preparatoria a enseñar la ciencia de manera que atraiga a los estudiantes, como el uso de espejos para hacer formas a partir de la luz láser, o la construcción de acelerómetros sencillos a partir de malvaviscos y espaguetis secos (un proyecto científico mucho mejor que la merienda).
Fuentes de luz más limpias para ahorrar energía
Una quinta parte de toda la electricidad del mundo se utiliza para la iluminación. En la actualidad, la mayor parte de nuestra luz artificial procede de fuentes como las lámparas incandescentes, pero éstas son muy ineficientes desde el punto de vista energético. Sin embargo, la química Vivian Yam, de la Universidad de Hong Kong, está trabajando para resolver ese problema con su investigación para las tecnologías habilitadas para la luz y los materiales luminiscentes para los diodos orgánicos emisores de luz, que pueden producir una luz de alta calidad para las pantallas y la iluminación de bajo consumo.
Encontrar el cáncer antes y más profundamente
Cuando los objetos absorben la luz emiten pequeñas ondas de ultrasonido como lo hace un delfín. Incluso en el cuerpo humano. Junjie Yao es un bioingeniero de la Universidad de Duke, Estados Unidos, que escucha los ultrasonidos inducidos por la luz que emite el cuerpo humano y toma imágenes de alta resolución del interior de células, tejidos y órganos. Las ondas de ultrasonido combinadas con técnicas de luz le permiten ver el interior del cuerpo con mayor profundidad y claridad que la luz o los ultrasonidos por sí solos. Su tecnología puede ayudarnos a detectar el cáncer con mayor rapidez, a comprender mejor el cerebro humano y a visualizar el envejecimiento humano de nuevas maneras.
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