Tecnologías y estudios de la luz en la UAZ

Zacatecas, Zac.- El Cuerpo Académico de Tecnologías y Estudios de la Luz (CATEL) es un grupo de reciente creación en la Unidad Académica de Física de la Universidad Autónoma de Zacatecas (UAF-UAZ). En 2015, inició con el nivel de “en consolidación”, actualmente se integra por cinco miembros del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), con el objetivo de desarrollar investigación aplicada en el campo de la óptica para ofertar soluciones tecnológicas a los distintos sectores de la sociedad.

El grupo de investigación multidisciplinario está conformado por los doctores Tonatiuh Saucedo Anaya —líder académico—, Iván Moreno Hernández, Perla Xochil Viveros Méndez, José Samuel Pérez Huerta y Cuauhtémoc Araujo Andrade, todos docentes de la UAF-UAZ.

Entre los temas de estudio de CATEL, se encuentran la holografía, metrología óptica, radiometría, diseño óptico, instrumentación óptica, interferometría, láseres, leds, visión, iluminación, procesamiento de imágenes, cálculo de propiedades ópticas de metamateriales, materiales nanoestructurados, materia blanda coloidal y espectroscopías ópticas.

Aunque la mayor parte de la experimentación se lleva a cabo en el Laboratorio de Óptica de la UAZ, el grupo mantiene proyectos de colaboración con instituciones nacionales como la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL), Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), Universidad Autónoma de San Luis Potosí (UASLP), Universidad de Guanajuato (UG), Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) y Centro de Investigaciones en Óptica (CIO). Las colaboraciones internacionales son con instituciones de Estados Unidos y Taiwán.

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Tonatiuh Saucedo Anaya expuso que la óptica y la fotónica son campos de la especialidad de física e ingeniería que han impactado significativamente la vida del ser humano. Son disciplinas científicas con una marcada influencia como agentes innovadores, facilitadores del vínculo entre ciencia, tecnología e industria. Son áreas transversales importantes para el desarrollo de casi todos los campos científicos.

“En las últimas décadas ha crecido el número de investigadores en estas disciplinas, debido a la demanda que conlleva el avance científico tecnológico global. Se ha incrementado significativamente los temas a resolver en estas áreas dando lugar a la diversificación de las especializaciones dentro de la óptica. En particular, en CATEL pretendemos aplicar la óptica en temas relacionados con la solución de problemas prácticos que pudieran surgir de los distintos sectores locales y nacionales de la sociedad”, describió.

Metrología óptica

Tonatiuh Saucedo explicó que sus principales líneas de investigación se concentran en la metrología óptica, que consiste en utilizar las propiedades de la luz para medir ciertas cantidades físicas, como pueden ser deformaciones, desplazamientos, vibraciones, perfiles de superficies, esfuerzos mecánicos, perfiles de concentración en fluidos, entre otras cantidades, todo esto en una escala de medición de fracciones de micra.

Para este tipo de mediciones, el doctor Saucedo trabaja con diferentes técnicas ópticas como la interferometría holográfica, la microscopía holográfica digital, proyección de luz estructurada, entre otras técnicas.

“Por ejemplo, con la interferometría holográfica podemos analizar movimientos muy finos —del orden de fracciones de micra— en objetos, detectar vibraciones en piezas industriales, medir microfracturas en elementos sólidos sujetos a esfuerzos mecánicos, estimar la forma de cuerpos tridimensionales. Dichas técnicas ópticas tienen la característica de ser no invasivas, no destructivas, de campo completo y su implementación es directa, incluso se puede aplicar en condiciones fuera de laboratorio”, explicó.

El doctor en física indicó que con la microscopía holográfica se pueden medir características físicas de objetos microscópicos. Un estudio, en su etapa inicial de desarrollo, consiste en implementar un arreglo óptico para medir la dinámica de membranas celulares sometidas a campos eléctricos.

“La técnica de ‘luz estructurada’ nos ayuda a analizar deformaciones o cambios macroscópicos de objetos. Por ejemplo, para asegurar la exactitud en la trazabilidad de las dimensiones de un objeto desde fábrica que, en caso de que se vaya a exportar a otra zona geográfica, el ensamble coincida con su aplicación final. Ese es un ejemplo, pero los usos de la luz estructurada son múltiples, pues van desde la industria, entretenimiento o aplicaciones médicas, como detectar deformaciones de los huesos o la presencia de tumores”, refirió.

Modelo de color para los Smartphones

El doctor Iván Moreno Hernández señaló que uno de sus más recientes proyectos se fundamentó en obtener —calcular— una matriz de transferencia de color para modelar matemáticamente todo el sistema de captura-despliegue de imágenes en un smartphone, desde que el usuario toma una fotografía hasta que se despliega la imagen en pantalla. Hasta ahora, este modelo matemático de transferencia de color no se había obtenido ni reportado.

Sobre otro proyecto reciente comentó: “En este proyecto, que apenas empieza, investigamos todas las fuentes de luz hasta encontrar las propiedades fundamentales de los espectros de luz de cualquier fuente de iluminación, esto para obtener el máximo rendimiento en la eficiencia de la energía y desempeño en reproducción de colores de los objetos iluminados”, describió el miembro nivel III del SNI.

Proceso de ignición de una flama

Este es un proyecto de colaboración entre los doctores Tonatiuh Saucedo y José Samuel Pérez con la técnica de interferometría holográfica digital, que es utilizada para estudiar cómo inicia una flama y determinar ciertos factores que intervienen en el proceso, tales como la temperatura ambiental, humedad y presión, mismas que pueden cambiar el proceso y, por lo tanto, su estudio resulta de importancia en cuestiones de sistemas de encendido, de seguridad, sistemas contra incendios, entre otros.

“En algunos sistemas se requiere generar una flama grande, como en un motor o una explosión en una mina; pero en otras, lo que se busca es evitar la generación de la flama, como en un sistema de seguridad. Entonces nosotros estamos estudiando la influencia de los factores mencionados para conocer los parámetros principales en dicho proceso. Con estos se podría detectar, controlar y optimizar los mecanismos de iniciación de la combustión”.

José Samuel Pérez explicó que para ello utilizan una cámara rápida que puede capturar imágenes hasta los siete mil cuadros por segundo o más, lo que ayuda a estudiar detalles del proceso de ignición —cuya duración es menor a la de un milisegundo— y poder saber lo que sucede en tiempos tan cortos y poco “iluminados”.

Manifestó que otro de sus proyectos aborda cálculos teóricos de propiedades ópticas de metamateriales y nanoestructuras, sistemas en los que se presentan fenómenos ópticos de interés para el desarrollo de la fotónica, campo en donde se desea controlar el flujo de fotones.

Materia blanda coloidal

Por su parte, la doctora Perla Viveros explicó que entre sus proyectos de investigación se encuentra el estudio de sistemas coloidales, que se encuentran en una escala intermedia de longitud (entre lo microscópico y lo macroscópico). Expuso que los sistemas coloidales se encuentran en la vida cotidiana, en los alimentos, pinturas, nubes, cerveza y otros lugares.

“Hay tres formas de estudiar la física: de manera experimental, teórica y por medio de la simulación molecular. La simulación molecular es un puente entre la teoría y el experimento; mediante ella se obtienen propiedades estructurales y dinámicas a través de modelos teóricos, lo que se busca es comprobar que las teorías de líquidos y modelos moleculares coincidan con los resultados experimentales”, manifestó.

Los sistemas de estudio de la doctora Perla Viveros son: la formación y estructura de halos coloidales y los cristales líquidos confinados, vía la simulación molecular. “La formación de halos coloidales es un novedoso mecanismo de estabilización coloidal y es muy interesante, ya que en una mezcla binaria las partículas coloidales se autoensamblan para formar un sistema coloidal”, comunicó.

Declaró que los cristales líquidos son elementos que se encuentran en dispositivos tecnológicos como en las pantallas de los smartphones, pantallas LCD y en las pantallas de calculadora, entre otras aplicaciones. “Desde la primaria nos enseñan que hay tres fases: sólida, líquida y gaseosa; sin embargo, existen escalas intermedias, es ahí en donde existen los cristales líquidos, llamados así ya que se encuentran entre la fase líquida y sólida”, ilustró.

Exteriorizó que existen múltiples estudios acerca de los cristales líquidos, en donde están caracterizadas las fases intermedias que se forman; sin embargo, las fases formadas por los cristales líquidos toman en cuenta factores externos como campos eléctricos y el campo gravitacional, y han sido poco exploradas.

“Este proyecto es en colaboración con el doctor Iván Moreno, encargado de realizar los experimentos para comparar nuestros resultados de simulación y teóricos con los resultados experimentales”, refirió.