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Armas biológicas de detección inteligente del polvo
¿Alguna vez has notado el brillo en el ala de un escarabajo? Si es así, probablemente te sorprendió su inusual iridiscencia. Sin embargo, a pesar de lo que ve su ojo, ese color no es natural. Los escarabajos no tienen pigmento, dice Michael Sailor, profesor del departamento de química y bioquímica de la Universidad de California en San Diego. En cambio, explica, el color es producido por otras dos propiedades: la interferencia óptica -el mismo fenómeno detrás de los colores del arco iris y las pompas de jabón- y estructuras elaboradas en la superficie del ala.
Al imitar artificialmente este fenómeno, Sailor pretende hacer más que arcoíris. Con fondos de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA), está trabajando para convertir nanopartículas imbuidas de colores iridiscentes en huellas dactilares que se pueden agregar a explosivos y otros productos químicos, lo que hace posible rastrear una bomba o una droga ilegal hasta un solo fabricante. . También está trabajando para que las partículas reflejen los colores característicos cuando se encuentran con patógenos específicos en el aire o el agua, para crear un sensor desechable y barato para detectar armas químicas y biológicas.
Para producir las partículas, que Sailor llama polvo inteligente, primero crea un filtro de luz en la superficie de una oblea de silicio del tamaño de una moneda de veinticinco centavos. Coloca la oblea en una solución conductora y luego la corroe electroquímicamente con una corriente alterna. Sailor dice, a medida que [la corrosión] perfora el silicio, se atasca y se abre de nuevo, luego se atasca y se abre de nuevo. El resultado es una red delicadamente grabada de poros paralelos de unos dos nanómetros de diámetro. Usando vibraciones de ultrasonido, Sailor luego desmenuza la oblea en partículas del ancho de un cabello.
Cuando se dispersan en el aire o el agua, las partículas de polvo ordinarias dispersan la luz en todas direcciones. Pero cuando se ilumina con un láser, explica Sailor, el polvo inteligente parece bastante diferente. Obtendrá esta longitud de onda de luz nítida y muy precisa para un ángulo dado que entra y rebota en esa superficie, dice. Los colores resultantes son increíblemente vibrantes, fuertes [y] altamente reflectantes. Al variar la corriente, la duración del proceso y la composición de la solución, Sailor puede crear filtros que producen millones de colores específicos. Cada color está determinado por el índice de refracción de esas capas complejas en el silicio. Sailor dice que el índice de refracción es como un código de barras que un láser puede leer para determinar la composición del polvo.
El trabajo de Sailor ha captado el interés de DARPA debido a sus aplicaciones en el campo de batalla y contra el terrorismo. Las partículas podrían aplicarse como una etiqueta a ciertos materiales de fabricación de bombas, de modo que cuando una bomba explota, los investigadores pueden escanear la escena del crimen en busca de partículas de polvo inteligente específicas. La mayoría de las cosas que se utilizan en actividades terroristas se desvían de fines legítimos, dice Sailor. Si diferentes fabricantes incorporan polvo inteligente codificado de forma única, el tipo de polvo encontrado en la escena de la bomba indicaría dónde se compraron los materiales de la bomba y proporcionaría una pista sobre la identidad de los terroristas que fabricaron la bomba.
Se pueden usar tácticas similares para rastrear materiales utilizados para crear drogas ilegales. Sailor dice que los comerciantes y los fabricantes ilegales compran lo que se conoce como precursores en almacenes de productos químicos legítimos. Si esos agentes fueran tratados con polvo inteligente codificado de manera diferente, dice que rastrear el medicamento hasta el almacén original y luego hasta el comprador sería mucho más fácil.
Si bien el polvo inteligente puede servir como una huella química única, podría ser incluso más útil como sensor, dice Sailor. Esto se debe a que se puede hacer que las partículas reflejen la luz de manera diferente en presencia de ciertos productos químicos, un cambio que puede identificar contaminantes químicos y biológicos, incluida la contaminación y las armas biológicas.
Como demostración, Sailor codificó el polvo para detectar MTBE, un aditivo en la gasolina. El MTBE no se destruye biológicamente, dice Sailor, por lo que una vez que llega al suelo, permanece allí y puede terminar fácilmente en el agua potable. Una compañía llamada Trex Industries obtuvo la licencia del proceso y está desarrollando la tecnología para monitorear contaminantes y pesticidas.
Los agentes nerviosos tóxicos como el sarín, el químico utilizado en el ataque al metro de Tokio llevado a cabo por el culto Aum Shinrikyo, son particularmente sensibles al polvo inteligente. Debido a que los pesticidas como el DDT son químicamente similares a los gases nerviosos, Sailor dice que las partículas también pueden prepararse para detectarlos.
El polvo inteligente se puede desplegar de varias formas. Para aplicaciones ambientales, Sailor dice que el polvo se puede rociar en las paredes o poner pintura que cubra las superficies. La superficie tratada se iluminaría entonces cuando, por ejemplo, los vapores de gas alcanzan niveles indeseables en el aire alrededor de una instalación de procesamiento de petróleo. En escenarios de combate, dice que sería fácil pintar las alas de [un dron] con el polvo, volarlo por el aire que puede estar cargado de agentes nerviosos y golpearlo con un láser desde una distancia segura. En situaciones terroristas como el World Trade Center, Sailor dice que los robots podrían pintarse con el polvo, equiparse con una cámara de autocontrol y enviarse a un edificio en ruinas para detectar fugas de gas natural. Se podría usar una táctica similar para detectar agentes mortales como el ántrax que podrían haber contaminado un edificio.
En la actualidad, los láseres no pueden detectar el polvo a más de 25 metros de distancia. Eso no es un problema para las aplicaciones ambientales, pero es un obstáculo importante para el uso en el campo de batalla. Así que Sailor y su equipo están trabajando para que el polvo sea detectable desde un kilómetro o más, y dicen que pueden tener éxito dentro de un año. También están trabajando para garantizar que el polvo inteligente conserve sus propiedades en las duras condiciones exteriores o incluso a través de una explosión. Si tiene éxito, Sailor habrá creado el paquete completo: polvo que es inteligente y difícil.