Foto: Esta imagen muestra el trasbordador espacial Atlantis aparcado en el Centro Espacial Kennedy en Florida (EEUU) en parte de una imagen de 200 por 200 metros tomada de noche a 4.000 metros de altura en apenas 18 segundos por la versión anterior de la tecnología LIDAR avanzada.

El escaneado láser aéreo ha producido impresionantes mapas y conocimiento en los últimos años, revelando por ejemplo los sutiles contornos del callejero de una desaparecida ciudad medieval comida por la jungla que rodea Angkor Wat en Camboya. Para la hazaña hicieron falta 20 horas de vuelo de helicóptero para hacer una mapa de 370 kilómetros cuadrados con una resolución de un metro.

Pero en un hangar seguro de la Base Hanscom de la Fuerza Aérea de Estados Unidos en Bedford, Massachusetts, la panza de un Bombardier turbo se ha equipado con una tecnología capaz de liquidar ese trabajo camboyano en una media hora. El fuselaje aloja un nuevo sistema de toma de imágenes en 3D LIDAR (siglas en inglés de detección y ordenación de luz), que funciona a una velocidad sin precedentes y a alta resolución, según el principal desarrollador del sistema en el Laboratorio Lincoln, un centro de I+D financiado por el gobierno y gestionado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts, Dale Fried.

Los sistemas LIDAR disparan láseres y detectan los fotones que regresan, usando el tiempo de esas señales de vuelta para medir las distancias y crear imágenes 3D. En el centro del nuevo sistema de toma de imágenes hay un microchip que contiene el mayor conjunto que existe de píxeles que detectan un único fotón, 16.384 en total. El conjunto de píxeles, emparejado con lentes ópticas, permite la toma de imágenes de áreas mas amplias. "Estos agrupamientos de detectores de fotón único son capaces de hacer un mapa de grandes áreas muy rápidamente", afirma Fried.

En los sistemas LIDAR aéreos actuales, los detectores individuales son cientos de veces menos sensibles; y se mueven mediante mecánica junto con el láser que emite la luz para capturar un campo de visión más amplio.

Aunque no hay imágenes públicas disponibles hechas por el nuevo sistema que está tomando forma en Hanscom, sí las hay de una generación anterior de la tecnología, construida hace cuatro años con una cuarta parte de los píxeles. El ejército de Estados Unidos usó el sistema en una misión humanitaria después del terremoto de enero de 2010 en Haití; una única pasada de un jet a 3.000 metros sobre Puerto Príncipe capturó instantáneas de 600 metros cuadrados de la ciudad con una resolución de 30 centímetros, mostrando la altura exacta de los escombros desperdigados por las calles.

Este sistema ya era casi cuatro veces más rápido y más detallado que el sistema usado en Angkor Wat, pero el conjunto de detectores del hangar de Hanscom es otras diez veces mejor y podría producir mapas mucho más grandes con mayor rapidez, afirma Fried.

La tecnología usa un semiconductor llamado arseniuro de indio y galio que opera en el espectro infrarrojo a una longitud de onda relativamente larga, lo que permite mayor potencia y por lo tanto mayor alcance para el escaneado láser aéreo.

Los conjuntos de píxeles capaces de detectar fotones únicos son un invento de los últimos diez años. En la mayoría de los casos los sistemas de captura de imágenes creados se han limitado a trabajos gubernamentales y militares, como hacer mapas rápidos de gran parte del terreno montañoso de Afganistán a la resolución de un metro necesaria para que los equipos de helicópteros encuentren zonas de aterrizaje.

Foto: Un conjunto de más de 4,096 píxeles—cada uno capaz de detectar un único fotón— colocado encima del chip.

La tecnología se ha vendido bajo licencia a dos empresas, Princeton Lightwave de Cranbury, Nueva Jersey; y Spectrolab, una unidad de Boeing, en Sylmar, California, que la están incluyendo en diversos productos. El año pasado Princeton Lightwave se convirtió en la primera empresa en comercializar la tecnología que sacó las imágenes de Haití. El paquete resultante tiene el tamaño de una carísima caja de zapatos que cuesta 150.000 dólares (unos 110.000 euros) y está dirigido al mercado de contratistas de defensa.

Pero según vaya mejorando el proceso de fabricación de los chips y bajen los precios, la tecnología podría encontrar numerosas aplicaciones en distintos campos, desde la glaciología hasta la agricultura, pasando por la arqueología e incluso podría llegar al mercado de consumo de los coches autónomos, afirma el director ejecutivo de Princeton Lightwave, Mark Itzler. Ahora mismo, las versiones comerciales de LIDAR automovilístico capaces de ver más allá de unos metros cuestan más de 30.000 dólares (unos 22.000 euros) y suelen necesitar un aparatoso acompañamiento mecánico.

Aunque se están estudiando distintos tipos de LIDAR para los coches, el método con arseniuro de indio y galio tiene una ventaja a largo plazo, que se puede aumentar la potencia hasta niveles muy altos sin dañar jamás a los ojos. Los sistemas actuales usan silicio, que opera dentro de frecuencias de luz visibles. En consecuencia, no puede subirse la potencia a niveles lo suficientemente elevados como para afrontar trabajos importantes, por ejemplo detectar a un animal a 200 metros de distancia incluso en una autopista con niebla, sin que haya riesgo de lesión ocular. "Hay bastantes fabricantes de automóviles que consideran la seguridad ocular un problema a largo plazo y están muy interesado en la sensibilidad de fotón único en longitudes de onda en las que se da esta operación muchísimo más segura para los ojos", explica Itzler.

Princeton Lightwave está en negociaciones con proveedores primarios de la industria automovilística para construir un primer prototipo. Itzler afirma que los costes tendrán que bajar muchísimo, pero existen precedentes: "El primer receptor óptico que usaba arseniuro de indio y galio para redes de telecomunicaciones de alta velocidad costaba 5.000 dólares (unos 3.600 euros) y hoy cuesta 10 dólares (unos 7,3 euros)", señala.

Consiga la tecnología entrar o no en los coches, afirma Fried, eliminar la necesidad de algunas piezas mecánicas y desarrollar grupos mayores de detectores de fotón único acabará por "revolucionar el precio de las imágenes en 3D por un factor de 10 o más, abriendo por lo tanto nuevas aplicaciones".

Mientras tanto, nuevos avances en los conjuntos de emisores basados en chips podrían facilitar la transmisión de la luz sin necesidad de partes giratorias. En un artículo aparecido en la revista Nature el año pasado, otro grupo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts demostraban cómo una agrupación de 64 por 64 antenas de silicio podía coger un único haz láser y enviarlo donde quisiera el usuario, modificando los voltajes del chip.