El ingenioso invento para revolucionar las gafas de visión nocturna: más ligeras, compactas y autónomas

La tecnología que permite a los humanos ver de noche o en condiciones de baja luz se remonta a 1929. Aquel año, el físico húngaro Kalman Tihanyi, uno de los pioneros de la televisión de tubos catódicos e inventor de la pantalla plana de plasma, presentó la primera cámara de vídeo capaz de captar la radiación infrarroja. Era un equipo muy rudimentario, pero fue clave a la hora de integrarse en los sistemas de defensa antiaérea en Reino Unido durante la Segunda Guerra Mundial. De ahí provienen las gafas de visión nocturna que a día de hoy emplean los ejércitos de todo el mundo, España incluida.

Estos dispositivos no han dejado de mejorar sus prestaciones en los últimos años, integrándose en cascos de combate avanzados y drones para vigilar y espiar al enemigo, pero siguen enfrentándose a limitaciones, como su tamaño o el consumo de energía. Sumándose a recientes descubrimientos, que pretenden ofrecer versiones tan ligeras como las gafas que usas en el día a día, un equipo de investigadores de la Universidad de Michigan acaba de fabricar un dispositivo OLED que permitiría sustituir los voluminosos sensores por otros mucho más ligeros, baratos y eficientes a nivel energético. 

En un estudio publicado en Nature Photonics, los ingenieros describen cómo estos diodos orgánicos emisores de luz podrían dar lugar a "nuevos tipos de aplicaciones de visualización e imagen de conversión ascendente", además de mejorar los sistemas de reconocimiento de imágenes y visión por ordenador, gracias al efecto memoria de estos OLED. Detrás de la investigación, además de varias empresas y universidades, está DARPA, la agencia del Departamento de Defensa de Estados Unidos responsable del desarrollo de nuevas tecnologías para uso militar.

OLED para ver de noche

Hay una tecnología fundamental en los dispositivos con visión nocturna, ya sean gafas, cámaras o prismáticos. Son los intensificadores de imagen optoelectrónica, construidos a partir de una serie de lentes ópticas y un tubo de vacío electrónico. Estos elementos permiten detectar pequeñas cantidades de luz infrarroja cercana que se reflejan en los objetos y, a continuación, las amplifica eléctricamente para ofrecer como resultado una imagen teñida de un tono verde muy característico. 

Los intensificadores de imagen son los que convierten la luz del infrarrojo cercano en electrones, que se aceleran a través del vacío en un disco delgado con cientos de canales diminutos. Al pasar y chocar con las paredes de cada canal, se liberan miles de electrones adicionales, que golpean una pantalla de fósforo encargada de convertirlos en luz visible. Así es cómo la luz entrante, por escasa que sea, se amplifica 10.000 veces, lo que permite 'ver' tanto de noche como en lugares sin luz natural ni artificial.

La investigación financiada por DARPA, una colaboración entre la Universidad Estatal de Pensilvania y las empresas OLEDWorks y RTX, contratista aeroespacial y de defensa, ha culminado con el descubrimiento de este nuevo dispositivo OLED, encapsulado entre dos hojas de vidrio de unos diez por diez centímetros. Su diferencia con respecto a la tecnología convencional es que elimina la mayor parte del peso y el alto voltaje necesarios para la conversión de luz infrarroja cercana en luz visible, además de su gran potencial de mejora "optimizando su diseño".

En lugar de los intensificadores de imagen tradicionales, este nuevo método "amplifica la luz dentro de una película de menos de una micra de grosor. Es mucho más fina que un mechón de pelo, que tiene unas 50 micras de grosor", explica en un comunicado de prensa Chris Giebink, catedrático de Ingeniería Eléctrica e Informática y de Física de la Universidad de Michigan y coautor del estudio.

U.S. Army / Frederick Shear

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Al funcionar con un voltaje muy inferior al que necesitan los dispositivos de visión nocturna usados hasta la fecha, "se abre la puerta a una reducción significativa del consumo de energía y, por tanto, a una mayor duración de la batería". Eso, en misiones de reconocimiento y vigilancia que pueden durar toda la noche, puede ser una mejora decisiva.

Cómo funciona

Para lograrlo, el dispositivo integra una capa absorbente de fotones, que se encarga de convertir la luz infrarroja en electrones, además de una 'pila' de OLED de cinco capas superpuestas. Allí es donde cada electrón que pasa por las sucesivas capas se transforma en 5 fotones de luz visible, siempre en condiciones ideales de observación.

No todos los fotones se emiten para llegar al ojo del usuario: buena parte de ellos se reabsorben para producir más electrones, que pasan de nuevo por la pila de OLED para generar un ciclo de retroalimentación positiva. Así se produce una reacción en cadena, capaz de aumentar hasta 100 veces la cantidad de luz de entrada.

Esta nueva tecnología cambiaría por completo el funcionamiento de los dispositivos de visión nocturna. Hasta la fecha, un fotón de entrada producía únicamente un fotón de salida. Raju Lampande, investigador postdoctoral de la Universidad de Michigan y autor principal del estudio, asegura que "se trata de la primera demostración de una alta ganancia de fotones en un dispositivo de película fina".

Raju Lampande colocando un OLED frente a un sistema de imágenes de microscopio. Marcin Szczepanski/Michigan Engineering Omicrono

Además, Giebnik, Lampande y su equipo han fabricado el dispositivo con materiales y métodos "listos para usar", que ya se utilizan ampliamente en la fabricación de OLED para televisores o faros de coches, que es a lo que se dedica habitualmente OLEDWorks. Esto implica una mejora de la rentabilidad, además de una rápida escalabilidad para futuras aplicaciones de la tecnología.

A las propiedades del dispositivo para que los usuarios puedan ver en la oscuridad, hay que añadir el efecto memoria o histéresis. "Normalmente, cuando se ilumina un OLED de conversión ascendente, empieza a emitir luz y, cuando se apaga, deja de hacerlo. Este dispositivo puede encenderse y recordar cosas a lo largo del tiempo, lo que no es habitual", afirma Giebink.

US Army Omicrono

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Este sorprendente avance puede ampliar sus posibles usos a la mejora del procesamiento de imágenes por ordenador. Así, éste podría funcionar de forma más parecida a cómo vemos los seres humanos. En nuestro caso, las neuronas del cerebro "transmiten o no señales en función del momento y la intensidad de las señales entrantes".

En el caso de los ordenadores, las redes neuronales podrían interpretar y clasificar las imágenes entrantes sin tener que procesar los datos en una unidad de cálculo independiente. Al recordar entradas pasadas, el efecto memoria de estos dispositivos OLED permitiría procesos más rápidos y eficientes en aplicaciones como las inteligencias artificiales que están ganando cada vez más presencia en los teléfonos móviles, por ejemplo.