Vemos el mundo reflejado:casi toda la luz que entra en nuestros ojos ha rebotado en algo primero, trayendo consigo información sobre la naturaleza de los objetos que encontró en el camino. Pero esa información se ve fuertemente afectada por el ángulo en el que la luz incide en el objeto, y también el ángulo en el que la luz reflejada llega al ojo del espectador.

Es por eso que las propiedades de la luz reflejada en diferentes ángulos e intensidades son de enorme importancia, por ejemplo, a la forma en que se pintan los coches, se hacen telas, los plásticos y los revestimientos están coloreados, se producen materiales impresos, los sistemas ópticos están diseñados, y se crean e interpretan imágenes de teledetección, por nombrar solo algunos.

Es más, instrumentos desplegados para muchos usos de servicio público y seguridad nacional, como el monitoreo satelital del clima y los desastres naturales, o detectar actividad por parte de posibles adversarios:contienen componentes que deben calibrarse con precisión frente a un estándar conocido para garantizar una caracterización precisa de los efectos de la reflectancia y la dispersión de la luz.

NIST mantiene la escala nacional de reflectancia, y ahora está a punto de lanzar un sistema drásticamente mejorado para medir la intensidad y el espectro de la luz reflejada y dispersada en muestras de hasta 30 cm cuadrados en prácticamente cualquier dirección. Llamado Instrumento de Dispersión Óptica Robótica (ROSI), ofrecerá nuevas capacidades que son cada vez más demandadas por la industria y la ciencia, pero no estaban disponibles anteriormente en NIST.

"Comenzamos a trabajar para desarrollar este sistema hace años, "dice la líder del proyecto Heather Patrick del Laboratorio de Medición Física del NIST, "llegando a diseños progresivamente más sofisticados antes de la versión actual de ROSI. Para mediados de 2017 esperamos poner a disposición de los clientes el primer conjunto de funciones. Aproximadamente un año después, todas las funciones del sistema estarán en pleno funcionamiento ".

Quizás lo más importante ROSI permitirá mediciones tanto en el plano como fuera del plano. (Vea el diagrama a continuación). En el primero, la fuente de luz, la muestra, y el receptor están todos en el mismo plano; en lo ultimo, el receptor está en un plano diferente.

Las mediciones fuera del plano no eran posibles con el predecesor de ROSI, Reflectómetro de referencia automatizado espectral trifuncional (STARR), el caballo de batalla del NIST. "Pero son importantes para cualquiera que realice mediciones de reflectancia en el campo, como aquellos que estudian el color del océano o el monitoreo infrarrojo de las firmas de calor, "dice la científica del NIST Catherine Cooksey". Además, son importantes para los revestimientos 'gonioaparentes', es decir, Recubrimientos que reflejan diferentes colores dependiendo de la dirección de visión o iluminación, como colores iridiscentes. Por ejemplo, pintura de coche que parece cambiar de color a medida que te mueves por el coche ".

Además, ROSI extiende el rango de longitudes de onda desde el ultravioleta al infrarrojo cercano, y puede proporcionar 100 veces más luz incidente que STARR, permitiendo mediciones detalladas de muestras con baja reflectancia y abriendo nuevas posibilidades para la investigación.

El sistema ROSI combina tres integradas, componentes totalmente automatizados (ver diagrama). Una es una fuente de luz basada en láser que se puede ajustar a un color específico deseado, intensidad, y polarización antes de centrarse en la muestra a estudiar. El rayo forma una mancha de 1 cm de diámetro cuando brilla exactamente perpendicular a la superficie de la muestra, pero se amplía a una elipse cada vez más amplia y más tenue a medida que el ángulo entre la fuente y la muestra se vuelve cada vez más oblicuo.

La muestra se monta en el extremo del segundo componente principal de ROSI, un brazo robótico de 6 ejes que puede mover la muestra en casi cualquier ángulo con respecto al haz. El tercer componente es el receptor que detecta la cantidad de luz dispersada por la muestra en un ángulo de visión específico. El receptor se puede mover alrededor del eje del brazo del robot, un diseño que facilita las mediciones fuera del plano.

Esa capacidad es de vital importancia para caracterizar los materiales que los sistemas satelitales, como la serie Landsat de larga duración, que mapea los cambios en el panorama global, utilizan para calibrar sus sensores a bordo. Esos dispositivos reciben luz reflejada y dispersa que llega desde una amplia gama de ángulos, y la calidad de las observaciones depende de comprender la forma en que esos ángulos afectan la señal. El impacto es grande:desde el lanzamiento de Landsat 8 en 2013, Se han descargado más de 30 millones de imágenes del sitio del programa.

La NASA proporciona a muchos de sus otros proyectos de satélites mediciones de reflectancia, y la escala de reflectancia de la NASA se puede rastrear a la escala de reflectancia nacional a través de calibraciones anuales del NIST.

ROSI está diseñado para realizar tres tipos de medidas. El menos complejo involucra muestras de espejo, en el que casi toda la luz incidente se refleja en un ángulo. Esa es la primera capacidad que estará en línea a finales de este año. El segundo tipo se conoce con el nombre de función de distribución de reflectancia bidireccional (BRDF), lo que básicamente significa que tanto el ángulo en el que la luz incidente incide en la muestra como el ángulo entre la muestra y el receptor se pueden ajustar por separado para medir cómo los cambios modifican las propiedades de la luz reflejada / dispersa.

Finalmente, ROSI podrá producir mediciones "hemisféricas" en las que la luz reflejada de la muestra se registra en numerosos puntos que constituyen un hemisferio completo y producen un conjunto de datos completo.

"Esta nueva instalación ofrece a los clientes de NIST una capacidad ampliada, y el propio NIST con un potencial de investigación extendido, "Dice Cooksey". Anteriormente, solo podríamos medir dentro de un solo plano. Ahora podemos medir el espacio hemisférico completo sobre una muestra punto por punto con una intensidad de luz incidente significativamente mayor. Esto aumenta los tipos de materiales que ahora podemos medir, como recubrimientos con BRDF interesantes o muy oscuros, muestras negras ".