POR: Alfonso Padilla Vivanco
Es bien sabido que la luz proveniente del Sol tiene un efecto mayormente benéfico sobre la vida en nuestro planeta. El caso más conocido es el proceso de fotosíntesis que se lleva a cabo en las plantas, mediante el cual la luz solar suministra energía a las moléculas orgánicas de las que se componen todos los vegetales. Esto beneficia su crecimiento y desarrollo. Pero así como la luz es fuente de energía para la flora, también lo es para la fauna, la falta o exceso de radiación solar es también un estimulador en la evolución de las especies. Un ejemplo no tan conocido de ello es el mecanismo físico intrínseco de como los ojos de las diferentes especies se adaptan para formar imágenes y así percibir el mundo que les rodea. Los ojos de los seres terrestres generan las imágenes de los objetos mediante procesos diferentes a los ojos de los animales acuáticos. Es común encontrar dentro del ojo de pescado gradientes inhomogéneos ópticamente compuestos de mezclas de proteínas y agua, estos gradientes van guiando la luz hasta la retina del ojo del espécimen. Típicamente este tipo de material inhomogéneo configurado en capas con propiedades ópticas, suele llamarse de índice de gradiente (GRIN). Por otra parte, la retina es aquella superficie curva en el fondo del ojo, en donde se encuentran los arreglos de fotoreceptores, conocidos como: conos y bastones; los cuales llevan a cabo un proceso de discretización de las imágenes de los objetos y permiten transmitir la información al cerebro, para su interpretación.
En muchos casos, la naturaleza ha provisto a los animales acuáticos de materiales orgánicos que funcionan como capas o espejos, que son capaces de reflejar la luz, conocidos como espejos multicapas. Éstos normalmente aparecen en las escamas y están hechos de guanina y citoplasma, cuyos índices de refracción, n, son respectivamente 1.83 y 1.34. Cuando el ser humano ha intentado copiar a la naturaleza y reproducir este tipo de espejos, ha sido una labor casi imposible de realizar. Algunos de estos intentos, para producir espejos de alta calidad, usando tecnología muy costosa, han sido realizados depositando sulfuro de zinc y fluoruro de magnesio en forma de vapor sobre superficies pulidas. El área de películas delgadas (Thin films), es la encargada de estudiar este tipo de depósitos de metales evaporados, sobre sustratos de vidrio y otros materiales. Su base científica se ubica dentro de la teoría electromagnética.
Tanto la evolución como el ser humano, han sido capaces de producir instrumentos ópticos con ciertas similitudes, pero sin duda que también con importantes diferencias. Una importante discrepancia entre los sistemas visuales de seres vivos, se encuentra en la interface aire/tejido, la cual separa el contenido del ojo de la atmosfera que le rodea. Esta interface es conocida, para el caso de los ojos de seres invertebrados y de los arácnidos, con el nombre de cornea. Este elemento óptico tiene la capacidad de refractar la luz proveniente de los objetos, y contiene dos terceras partes de la potencia del sistema visual. El resto del proceso de formación de imágenes, lo completa la lente cristalino, el que tiene la cualidad de llevar a cabo el enfocamiento fino de los objetos sobre la retina.
En el caso de algunas especies acuáticas, los ojos de éstas, no cuentan con propiamente una cornea ópticamente útil, debido a que ésta está, esencialmente en el mismo medio acuoso entre ambas caras. Por lo que, es la lente cristalino en el caso de los seres acuáticos, la encargada de llevar a cabo todo el proceso fuerte refractivo y de enfocamiento.
La naturaleza se ha encargado de corregir algunos de los defectos inherentes de las superficies esféricas. En el caso del sistema visual humano, el ojo no sufre de curvatura de campo por ejemplo, debido a que la retina se ubica en un campo curvo. Por otra parte, la aberración esférica ha sido corregida, teniendo superficies asféricas en la cornea, así logra la naturaleza aplanar las regiones de la periferia respecto del centro de esta superficie. Los radios de curvatura de las zonas del contorno de la cornea tienen un radio de curvatura hasta con doble valor, respecto del radio de curvatura de la región central de la misma. Adicionalmente, se completa la refracción de la luz mediante materiales orgánicos que están configurados en la forma de índice de gradiente, como en el caso de las especies acuáticas. Estas dos formas complementarias de corregir la aberración esférica en el ojo humano permiten, tener un sistema óptico casi perfecto, al menos a lo largo del eje óptico. Como consecuencia de ello, el diámetro de la pupila es de 2.0 a 2.5 mm, cuando el ojo es expuesto a la luz diurna.
Los sistemas formadores de imagen basados en óptica de gradiente son cada vez más comunes para ciertas aplicaciones. Por ejemplo, en las fotocopiadoras y escáneres. Existen hoy día también dentro de las fibras ópticas, para guiar la luz de un lugar a otro, o para facilitar el paso de señales en el caso de comunicaciones. También se fabrican algunas lentes tipo GRIN, usando materiales inorgánicos como el germanio, seleniuro de zinc o algunos plásticos. No deja de ser sorprendente que algunas tecnologías, que hoy día el ser humano utiliza, hayan sido inspiradas en las soluciones que la naturaleza primero encontró en la vida silvestre.
Universidad Politécnica de Tulancingo. alfonso.padilla@upt.edu.mx
