Imagínese apuntar con su teléfono inteligente a un bocadillo salado que encontró en la parte posterior de su despensa y saber inmediatamente si sus ingredientes se habían vuelto rancios.

Los dispositivos llamados espectrómetros pueden detectar sustancias químicas peligrosas basándose en una "huella digital" única de luz absorbida y emitida. Pero estos instrumentos que dividen la luz han sido durante mucho tiempo voluminosos y costosos, impidiendo su uso fuera del laboratorio.

Hasta ahora. Los ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison han desarrollado un espectrómetro que es tan pequeño y simple que podría integrarse con la cámara de un teléfono celular típico sin sacrificar la precisión.

"Este es un compacto, espectrómetro de disparo único que ofrece alta resolución con bajos costos de fabricación, "dice Zhu Wang, que formaba parte del equipo de ingenieros eléctricos que crearon el dispositivo.

Los investigadores publicaron una descripción de los dispositivos el 4 de marzo de 2019, en el diario Comunicaciones de la naturaleza .

Los dispositivos del equipo también tienen una capacidad avanzada llamada imágenes hiperespectrales, que recopila información sobre cada píxel individual en un orden de imagen para identificar materiales o detectar objetos específicos en medio de un fondo complicado. Detección hiperespectral, por ejemplo, podría usarse para detectar vetas de minerales valiosos dentro de las paredes rocosas o para identificar plantas específicas en un área con mucha vegetación.

La huella digital espectral de cada elemento incluye longitudes de onda de luz emitidas o absorbidas únicas, y la capacidad del espectrómetro para detectar esa luz es lo que ha permitido a los investigadores hacer de todo, desde analizar la composición de compuestos desconocidos hasta revelar la composición de estrellas distantes.

Los espectrómetros generalmente se basan en prismas o rejillas para dividir la luz emitida por un objeto en bandas discretas, cada una correspondiente a una longitud de onda diferente. El fotodetector de una cámara puede capturar y analizar esas bandas; por ejemplo, la huella espectral del elemento sodio consta de dos bandas con longitudes de onda de 589 y 590 nanómetros.

Los ojos humanos ven la luz de longitud de onda de 590 nanómetros como un tono naranja amarillento. Las longitudes de onda más cortas corresponden a azules y púrpuras, mientras que las longitudes de onda más largas aparecen en rojo. La luz del sol contiene un arco iris completo mezclado, que vemos como blanco.

Para resolver la diferencia entre una mezcla de diferentes colores, Por lo general, los espectrómetros deben ser relativamente grandes con una trayectoria larga para que los haces de luz viajen y se separen.

Sin embargo, el equipo creó pequeños espectrómetros, midiendo solo 200 micrómetros en cada lado (aproximadamente una vigésima parte del área de la punta de un bolígrafo) y lo suficientemente delicado como para colocarse directamente sobre un sensor de una cámara digital típica.

Ese pequeño tamaño fue posible porque los investigadores basaron su dispositivo en materiales especialmente diseñados que obligaron a la luz entrante a rebotar varias veces antes de llegar al sensor. Esos reflejos internos alargaron el camino a lo largo del cual viajaba la luz sin agregar volumen, aumentar la resolución de los dispositivos.

Y los dispositivos realizaron imágenes hiperespectrales, resolviendo dos imágenes distintas (de los números cinco y nueve) a partir de una instantánea de una proyección superpuesta que combinaba la pareja en algo indistinguible a simple vista.

Ahora, el equipo espera mejorar la resolución espectral del dispositivo, así como la claridad y nitidez de las imágenes que captura. Esas mejoras podrían allanar el camino para sensores aún más mejorados.