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MEMS para ver galaxias lejanas
Los esfuerzos para observar profundamente el universo primitivo son importantes para comprender su formación, pero esto requiere la recolección de luz infrarroja muy débil, lo cual es difícil porque los objetos más cercanos y brillantes superan las señales de los objetos más oscuros que están más lejos. Ahora, los ingenieros de la NASA han diseñado un dispositivo altamente sensible con persianas a escala de 62,000 micrómetros que permiten a los científicos elegir los objetos que desean estudiar y bloquear la luz de otros objetos.
Un conjunto de microobturador desarrollado por la NASA será uno de los dispositivos más nuevos a bordo del telescopio espacial James Webb. Se colocará encima de una cámara, llamada espectrógrafo de infrarrojo cercano. Uno de los elementos clave, el cuadrado marrón oscuro, es una matriz de microobturadores del tamaño de un sello postal. Contiene más de 62.000 pequeñas contraventanas que se utilizan para bloquear o permitir el paso de la luz para la visualización selectiva de objetos, como galaxias y estrellas.
El nuevo sistema de microobturadores está destinado a la Telescopio espacial James Webb , programado para reemplazar el Telescopio Espacial Hubble en 2013. Comienza con una pieza de silicio especialmente hecho que incluye un área de obturadores de 38 por 38 milímetros que se ubican encima de una cámara, llamada Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano, que está siendo construido por el Agencia Espacial Europea (ESA).
Los científicos guiarán la apertura y el cierre de los microobturadores examinando primero las imágenes tomadas con una cámara infrarroja a bordo del telescopio, dice Harvey Moseley, el investigador principal del microobturador. Los científicos que vean las imágenes seleccionarán los objetos distantes que quieren espectrógrafo. Un sistema informático con mapa digital coordinará la apertura y cierre de las contraventanas. Es un poco como conducir hacia el oeste hacia la puesta de sol y bajar la visera de su automóvil, dice Moseley. Elimina mucha luz de su sistema de detección [campo de visión] y mejora enormemente la sensibilidad. Esta es la motivación detrás de las micro persianas: eliminar toda la luz innecesaria.
Los microobturadores permitirán a los científicos mirar más lejos en el espacio que nunca al bloquear completamente las señales de los objetos brillantes. El objetivo es observar estas galaxias muy tempranas y tener una idea de todos los procesos que permitieron la formación de estas galaxias, dice Moseley. Además, esperamos tener una mejor idea de cómo se pasa de un universo desordenado con pequeñas galaxias irregulares a las galaxias espirales bastante grandes del universo actual.
El esfuerzo fue forjado por Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA utilizando tecnología micromecánica para fabricar el subsistema de microobturadores. Las pequeñas contraventanas, o trampillas, estaban hechas de nitruro de silicio y unidas a la oblea de silicio mediante bisagras, explica Murzy Jhabvala, ingeniero jefe de la División de Sistemas y Tecnología de Instrumentos de Goddard.
El equipo de Moseley diseñó las contraventanas para que se abran y se cierren en respuesta a un campo magnético. Los investigadores depositaron material magnético en la superficie de las contraventanas y colocaron un imán debajo para abrirlas. Quitar el imán permite que las contraventanas se cierren de nuevo. Para mantenerlos abiertos, los ingenieros aplican un voltaje: un voltaje positivo en el obturador mismo y un voltaje negativo en la pared trasera. Las capas metálicas sirven como electrodos en la parte frontal y posterior de la matriz.
El voltaje positivo y negativo mantiene el obturador abierto, y cuando el imán se aleja, el obturador permanecerá abierto, dice Jhabvala, y luego dejamos que el voltaje pase a los obturadores que queremos cerrar. De esta manera, podemos abrir o cerrar específicamente cualquiera o cien de las contraventanas que queramos, lo que se conoce como direccionamiento de acceso aleatorio.
Los microobturadores compiten con un enfoque alternativo llamado microespejos. Este enfoque utiliza una variedad de mosaicos; al inclinar los espejos de los azulejos, la luz se desvía, dice Jhabvala. Si bien esta es una muy buena tecnología desarrollada para sistemas de televisión de proyección, uno de nuestros requisitos clave es bloquear completamente toda la luz. No puede haber ninguna fuga que corrompa la señal. Los espejos solo desvían la luz hacia otra parte, lo que deja la posibilidad de que la luz vuelva al sistema. Las contraventanas lo bloquean por completo, dice.
En los próximos seis a nueve meses, antes de que las microobturaciones se envíen a la ESA, los ingenieros continuarán afinando el dispositivo. Pero hasta ahora lo ha hecho bien; la tecnología ha demostrado que puede sobrevivir a los rigores del lanzamiento al espacio y funciona bien en temperaturas frías (-388 ° F).
Si bien es demasiado pronto para decir si este MEMS espacial de alta gama alguna vez se comercializará, Moseley dice que las ventajas del control absoluto de la luz podrían tener relevancia para las imágenes médicas y otras aplicaciones de imágenes. La capacidad que ofrece esta tecnología es excelente. Si mucha gente pudiera conseguirlo, mucha gente lo querría. Pero para que sea útil para otras aplicaciones de imágenes técnicas ... necesitamos poder escalarlas a un tamaño mayor.