Los científicos han creado nuevas superficies nanoestructuradas en 2-D que aparecen como objetos realistas en 3-D, incluidos sombreados y sombras, utilizando nanoingeniería de vanguardia.

La investigación fue realizada por King's College London junto a Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, y se publica en la revista American Chemical Society Nano letras .

Cuando la luz golpea un objeto, el color, textura, y la forma afectan cómo se absorbe y se refleja la luz, permitiéndole distinguir el objeto frente a usted. Al alterar la superficie para cambiar la forma en que se refleja la luz, es posible manipular cómo aparece.

Los investigadores desarrollaron materiales en capas, incorporando nanocaracterísticas diseñadas con precisión más pequeñas que la longitud de onda de la luz, llamadas metasuperficies. Esto les permitió controlar cómo se refleja la luz de formas muy precisas, de modo que una superficie 2-D refleja la luz tal como lo haría un objeto 3-D.

Tomando prestada una técnica de gráficos por computadora en 3-D llamada Normal Mapping, los investigadores codificaron efectos de sombra en la imagen, creando imágenes en 3D más realistas que los hologramas o el cine en 3D. Como prueba de concepto, los investigadores fabricaron una metasuperficie plana que imitaba los efectos de iluminación y sombreado de un cubo tridimensional.

Cambiando la forma en que vemos la luz

La técnica podría tener enormes implicaciones para las industrias ópticas, incluso en pantallas de televisión y fotografía, así como en etiquetas de seguridad para proteger mercancías y billetes de banco contra la falsificación.

El profesor Anatoly Zayats del King's College dice:"Las metauperficies son increíbles. Ofrecen una libertad sin precedentes para dirigir y manipular la luz. En última instancia, uno podría imaginar una pantalla de televisión que parece exactamente igual a medida que te mueves por ella, o un nuevo movimiento de arte 3-D ".

La capacidad de controlar la luz podría aportar nuevas funciones a los objetivos de las cámaras pequeñas. Se puede hacer que una superficie plana parezca ópticamente convexa diseñando propiedades de metasuperficie apropiadas. Las futuras generaciones de cámaras de teléfonos inteligentes podrían usar las diminutas metasuperficies planas que imitan las propiedades de las lentes de cámara curvadas sofisticadas. permitiendo un control mucho mayor del ángulo y la profundidad del campo.

Las metauperficies también podrían reemplazar las lentes ópticas pesadas en aplicaciones como satélites, donde el peso y el tamaño tienen un gran impacto en la eficiencia.

Más inmediatamente, los nuevos nanomateriales ya se pueden utilizar para crear imágenes tridimensionales complejas únicas para aplicaciones de seguridad y antifalsificación, así como para nuevas aplicaciones de medición que requieran un control preciso de la luz.

Mucho más que un holograma

A diferencia de los hologramas, que requieren una fuente de luz coherente, como un láser, para ser visualizados, estas superficies manipulan el reflejo de la luz normal para que aparezcan como un objeto 3D realista en cualquier condición de luz y desde cualquier ángulo.

Los enfoques holográficos existentes se basan en la 'reflexión especular', es decir, la luz que proviene de una dirección particular se refleja en una dirección de salida única, como con un espejo. Para lograr efectos dinámicos de sombreado de luz, un diseño de metasuperficie implica un "reflejo difuso", lo que permite controlar sus propiedades de dispersión para que la imagen pueda verse directamente sobre ella.

Para la prueba de concepto, los investigadores diseñaron un cubo utilizando la técnica de mapeo normal, que estaba codificado en la metasuperficie. Cuando se ilumina, la metasuperficie "calcula" instantáneamente cómo debería verse una representación tridimensional de la imagen y la muestra.

Dr. Alexander Minovich, Miembro internacional de la Royal Society Newton en el King's College de Londres, dijo:"El mapeo normal demostrado con nuestra metasuperficie es un concepto completamente nuevo, pero podría tener implicaciones muy importantes para una amplia gama de industrias ópticas, tanto en la introducción de nuevas funciones como en la fabricación de productos más pequeños y ligeros ".