Un tecnólogo de la NASA se ha asociado con el inventor de una nueva nanotecnología que podría transformar la forma en que los científicos espaciales construyen espectrómetros. el dispositivo de suma importancia utilizado por prácticamente todas las disciplinas científicas para medir las propiedades de la luz que emana de los objetos astronómicos, incluida la Tierra misma.

Mahmooda Sultana, un ingeniero de investigación en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, ahora colabora con Moungi Bawendi, profesor de química en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, con sede en Cambridge, o MIT, para desarrollar un prototipo de espectrómetro de imágenes basado en la tecnología emergente de puntos cuánticos en la que fue pionero el grupo de Bawendi.

Fondo de Innovación del Centro de la NASA, que admite potencialmente pioneros, tecnologías de alto riesgo, está financiando el esfuerzo.

Presentamos Quantum Dots

Los puntos cuánticos son un tipo de nanocristal semiconductor descubierto a principios de la década de 1980. Invisible a simple vista, Los puntos han demostrado en pruebas que absorben diferentes longitudes de onda de luz según su tamaño, forma, y composición química. La tecnología es prometedora para aplicaciones que se basan en el análisis de la luz, incluidas las cámaras de los teléfonos inteligentes, dispositivos médicos, y equipo de pruebas ambientales.

"Esto es tan novedoso como parece, "Sultana dijo, refiriéndose a la tecnología que ella cree que podría miniaturizar y potencialmente revolucionar los espectrómetros espaciales, particularmente los usados ​​en vehículos aéreos deshabitados y pequeños satélites. "Realmente podría simplificar la integración de instrumentos".

Espectrómetros de absorción, como su nombre lo indica, medir la absorción de luz en función de la frecuencia o longitud de onda debido a su interacción con una muestra, como los gases atmosféricos.

Después de pasar o interactuar con la muestra, la luz llega al espectrómetro. Los espectrómetros tradicionales usan rejillas, prismas, o filtros de interferencia para dividir la luz en sus componentes de longitud de onda, que luego detectan sus píxeles detectores para producir espectros. Cuanto más intensa es la absorción en los espectros, cuanto mayor sea la presencia de una sustancia química específica.

Si bien los espectrómetros espaciales se están volviendo más pequeños debido a la miniaturización, todavía son relativamente grandes, Dijo Sultana. "Una resolución espectral más alta requiere trayectorias ópticas largas para los instrumentos que utilizan rejillas y prismas. Esto a menudo da como resultado instrumentos grandes. Mientras que aquí, con puntos cuánticos que actúan como filtros que absorben diferentes longitudes de onda según su tamaño y forma, podemos hacer un instrumento ultracompacto. En otras palabras, podrías eliminar partes ópticas, como rejillas, prismas, y filtros de interferencia ".

Igualmente importante, la tecnología permite al desarrollador del instrumento generar casi un número ilimitado de puntos diferentes. A medida que su tamaño disminuye, la longitud de onda de la luz que absorberán los puntos cuánticos disminuye. "Esto hace posible producir un sintonizador continuo, pero distinto, conjunto de filtros absorbentes donde cada píxel está hecho de un punto cuántico de un tamaño específico, forma, o composición. Tendríamos un control preciso sobre lo que absorbe cada punto. Literalmente, podríamos personalizar el instrumento para observar muchas bandas diferentes con alta resolución espectral ".

Prototipo de instrumento en desarrollo

Con su apoyo al desarrollo de tecnología de la NASA, Sultana está trabajando para desarrollar, calificar a través de pruebas de vibración y vacío térmico, y demostrar una matriz de puntos cuánticos de 20 por 20 sensible a las longitudes de onda visibles necesarias para obtener imágenes del sol y la aurora. Sin embargo, la tecnología se puede ampliar fácilmente para cubrir una gama más amplia de longitudes de onda, desde el ultravioleta al infrarrojo medio, que puede encontrar muchas aplicaciones espaciales potenciales en las ciencias de la Tierra, heliofísica, y ciencia planetaria, ella dijo.

Bajo la colaboración, Sultana está desarrollando un concepto de instrumento particularmente para una aplicación CubeSat y el estudiante de doctorado del MIT Jason Yoo está investigando técnicas para sintetizar diferentes precursores químicos para crear los puntos y luego imprimirlos en un sustrato adecuado. "Por último, querríamos imprimir los puntos directamente en los píxeles del detector, " ella dijo.

"Esta es una tecnología muy innovadora, "Sultana agregó, admitiendo que es muy temprano en su desarrollo. "Pero estamos tratando de elevar su nivel de preparación tecnológica muy rápidamente. Varias oportunidades de ciencia espacial que podrían beneficiarse están en camino".