Quienes han pasado por una prueba médica a base de ultrasonidos, incluidas las mujeres embarazadas, están familiarizados con la potencialidad visual que ofrece esta tecnología. Sin embargo, las imágenes podrían ser más espectaculares.
Una de las limitaciones en la resolución de la imagen viene dictada por una ley fundamental de la Física: el objeto más pequeño que se puede "ver" es del orden de la longitud de onda de la onda acústica que se utiliza en la técnica. En el régimen de ultrasonidos, por ejemplo, la frecuencia es típicamente 1-5 megahercios, una frecuencia mucho más alta que la que el oído humano puede detectar, y que impone una resolución de alrededor de un milímetro.
En un reciente artículo publicado en la revista Nature Physics, físicos de la Universidad de Berkeley y de dos instituciones españolas - Universidad Autónoma de Madrid (UAM) e Instituto de Ciencias de Materiales de Aragón (ICMA)- han desarrollado un dispositivo que permite capturar las ondas evanescentes que emergen de un objeto, lo cual permite reconstruir los detalles más pequeños del mismo.
Las ondas evanescentes son vibraciones cerca del objeto que decaen en distancias muy cortas, a diferencia de las ondas propagantes que pueden viajar a largas distancias sin decaer.
"Con este dispositivo, podemos recoger y transmitir las ondas evanescentes, que contienen una fracción sustancial de la información espacial sobre el objeto, y que normalmente se pierden cuando se forma la imagen. De este modo tenemos una manera de aumentar enormemente la resolución de la imagen obtenida mediante ultrasonidos"; asegura Jie Zhu, primer autor del trabajo e investigador post-doctoral en la Universidad de Berkeley, donde se desarrollaron los experimentos.
El dispositivo capaz de capturar ondas evanescentes consiste en un metamaterial agujereado. Está formado por 1.600 tubos huecos de cobre insertos dentro de un cilindro de 6 cm de sección cuadrada y 16 cm de largo. Cuando este metamaterial se coloca cerca del objeto, es capaz de capturar las ondas evanescentes y hacerlas pasar por los agujeros de los tubos, transportándolas hasta la superficie de salida.
Entre sus múltiples aplicaciones prácticas, este metamaterial podría instalarse al final de una sonda de ultrasonidos para aumentar la resolución de la imagen. Igualmente, podría ser utilizado para mejorar la resolución de la tecnología sónar, así como para ensayos no destructivos en la industria aeronáutica.
"En la detección con ultrasonidos, la resolución es del orden de milímetros", explica Francisco García Vidal, catedrático de la UAM y director del grupo teórico español del que surgió la idea de utilizar un metamaterial agujereado para mejorar la calidad de la imagen por ultrasonidos. "Con este dispositivo, la resolución está sólo limitada por el tamaño de los agujeros y no por la longitud de onda".
Gracias al metamaterial agujereado, los investigadores han sido capaces de distinguir un objeto de solo 4 milímetros: 50 veces más pequeño que la longitud de onda. "Sin este metamaterial, hubiera sido imposible detectar ese objeto cuyo tamaño es muchísimo menor que la longitud de onda", afirma el profesor García Vidal.
El trabajo experimental se desarrolló en el laboratorio del profesor Xiang Zhang, en el departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de California en Berkeley, y en él participaron también los investigadores post-doctorales Lee Fok y Xiaobo Yin. Los experimentos estuvieron basados en las predicciones teóricas del grupo dirigido por Francisco J. Garcia Vidal en el Departmento de Física Teórica de la Materia Condensada de la UAM, y del que formaban parte dos investigadores daneses, Johan Christensen y Jesper Jung. El trabajo teórico se hizo en colaboración con el profesor Luis Martin Moreno del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón y de la Universidad de Zaragoza.
![]() Dispositivo utilizado en los experimentos, con los 1.600 tubos pegados uno a uno manualmente
J. Zhu, J. Christensen, J. Jung, L. Martin-Moreno, X. Yin, L. Fok, X. Zhang & F. J. Garcia-Vidal, A holey-structured metamaterial for acoustic deep-subwavelength imaging, en: Nature Physics, published online 07 November 2010, doi:10.1038/nphys1804 |
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