Los fans de Star Trek seguramente recuerden aquel rayo que disparaba la USS Enterprise, como un haz de luz, con el que remolcaban embarcaciones a la deriva o incluso objetos celestes. Una especie de abordaje donde los anclajes partían de una serie de principios físicos bastantes complejos. Eso es un «tractor beam».
Ahora viene lo bueno: ese rayo existe. No es exactamente como lo definió la ficción pero, de hecho, la ficción literaria le puso nombre. Vamos a intentar explicarlo.
QUÉ ES UN ‘TRACTOR BEAM’
Antes de nada hay que dejar claro que existen distintos tipos de haces que repelen o atraen como imanes. El término se lo debemos al novelista e ingeniero E. E. Smith, ‘Doc’ para los amigos y, para muchos, el padre del género space opera. En 1931, en su novela seriada ‘Spacehounds of IPC’ acuñó este término para explicar la forma en la que se comportaba un haz de atracción.
Pero no fue hasta 1964 cuando se presentó un modelo de polarización gravitacional donde, siguiendo las reglas de la relatividad general y la teoría cuántica, se teorizó con la posibilidad de absorber y emitir gravitones mediante una especie de resonancia, una emisión estimulada que se proyectaría en forma de haz. No era un rayo láser pero, para entendernos, visualmente se parecería.
Esta levitación electromagnética entronca con el efecto Meissner-Ochsenfeld, el cual consiste en la desaparición del flujo del campo magnético en el interior de un material superconductor por debajo de su temperatura crítica.
Por cierto, el efecto de los superconductores no es tan “joven” como se cree. Data de principios de siglo XX, cuando el físico holandés Kammerlingh Onnes observó que la resistencia eléctrica del mercurio adquiría un valor de cero cuando este se enfriaba a una temperatura cercana al cero absoluto (4.2º Kelvin o -269º Celsius).
Como explicaban de forma muy didáctica en el MIT, cuando el ángulo de dispersión es el correcto, el impulso de dirección en la propagación puede ser negativo. Imagina intentar empujar una partícula y que, en vez de hacerlo hacia afuera, la atraigas hacia la fuente. Eso consigue un rayo tractor.
Pero se trataba de un marco teórico. Aún quedaba mucho por descubrir. Hasta que en 1992 el catedrático ruso de Química Yevgeny Podkletnov descubrió fluctuaciones en el peso de un objeto influenciado por un superconductor.
Como el propio científico explicó varios años después, «alguien estaba fumando en pipa cuando el humo se alzó formando una columna sobre un disco superconductor. Entonces colocamos un imán en forma de bola sobre el disco; se equilibró de una extraña forma. Reemplazamos la bola por un material no magnético, silicio, y aún así se mantuvo en un extraño equilibrio. Descubrimos que cualquier objeto sobre el disco perdía parte de su peso y que, si girábamos el disco, este efecto aumentaba».
AVANZANDO HACIA EL RAYO MÁGICO
En la cultura popular, el rayo tractor está presente en todas esas ilustraciones de aliens abduciendo desde sus platillos volantes a granjeros lugareños, una mitología bastante moderna que no posee la menor base documental pero que sí parte, como estamos viendo, de un escenario plausible —especialmente con lo que se denomina pinzas ópticas—.
Ya en 2015, un grupo de investigadores lograron avanzar en el camino de las partículas levitadas mediante ultrasonidos. El “truco” reside en cómo se optimizaron las distintas fases ultrasónicas logrando que el objeto rotara e incluso virase sobre un lado dependiendo de la fase usada.
LA CIENCIA DEL SONIDO
Pero no hablamos sólo de luz y gravedad. En otro camino tendríamos las lentes acústicas y las consecuentes trampas estáticas. Una lente acústica ajusta los ultrasonidos en un plano controlado: colocado sobre un grupo de transductores electroacústicos es capaz de proyectar imágenes o trasladar objetos, en un estado similar a la levitación.
Siguiendo estos principios, los investigadores Mihai Caleap y Bruce W. Drinkwater presentaron un modelo donde, a través de una matriz circular creada mediante 192 transductores (a partir de 64 pequeños altavoces), generaron ultrasonidos de alta frecuencia logrando con estas ondas atrapar partículas de hasta 1,5 cm.
Extrapolando este modelo, «un conjunto de 40.000 transductores de 2 metros por 2 metros podría levitar un objeto de casi un metro», según palabras del propio Mihai Caleap. Esto facilitaría el ensamblaje de productos sin tocarlos. Por supuesto, requiere que los objetos estén encerrados dentro de una especie de cámara anecoica, para no interferir en la respuesta acústica —lo que limita la maniobrabilidad, en el caso de una cinta de producción automovilística—.
Hoy día, cuando cualquiera puede fabricarse su propia Estrella de la Muerte mediante impresión 3D, la levitación de objetos mediante ondas sonoras no tiene nada de especial. Eso sí, ningún objeto puede ser más grande que la longitud de onda de las sondas de sonido que lo hacen flotar. Sí, algo muy pequeño. Por supuesto, cuanta menos resistencia encuentren esas ondas —el silencioso vacío—, más “fuertes” serán.
APLICACIONES EN EL MARCO DE LA SALUD
La NASA lleva tiempo desarrollando modelos de recolección de muestras para sus rovers. Científicos de la Universidad de St. Andrews y del Instituto de Instrumentos Científicos lograron importantes avances sobre este campo, con vistas a lograr modelos funcionales para futuras expediciones. Al fin y al cabo, las muestras necesarias para hacer un análisis de la composición del terreno son nimias. El rayo, además, sería ajustable para extraer partículas de distintos calibres.
Pero si esto recuerda a “matar moscas a cañonazos” es porque, en cierto modo, lo es. Donde este campo de investigación ha encontrado su verdadero hábitat es en el terreno médico. Las ondas que proponía más arriba Caleap, por ejemplo, podrían servir dentro del cuerpo para trasladar cálculos renales, para dirigir una cápsula dentro del cuerpo a su lugar correcto, incluso dentro de las soluciones en cirugía.
Pensemos también en esas partículas biológicas que pueden ser recogidas y clasificadas sin necesidad de afectar de forma invasiva a las muestras de sangre. Obtendríamos diagnósticos de enfermedades más fidedignos. Este método nos permitiría manipular células y compuestos sin tocarlos —y, por tanto, contaminarlos o afectar a su comportamiento—. Las posibilidades médicas son enormes.
Imágenes | MIT, NASA
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