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Pantallas de detección química y otros usos sorprendentes del vidrio
Algún día, su teléfono inteligente podría ayudarlo de una nueva manera cuando esté de viaje: diciéndole si el agua es segura para beber.
Un objeto similar a Slinky hecho de Gorilla Glass utilizando una nueva tecnología de fabricación láser.
Aunque una aplicación de agua aún no está cerca, los investigadores de Corning y otros lugares descubrieron recientemente que podrían usar Gorilla Glass, el vidrio endurecido fabricado por Corning que se usa comúnmente en las pantallas de los teléfonos inteligentes, para fabricar sensores químicos y biológicos extremadamente sensibles. Podría detectar, por ejemplo, rastros de gas sarín en el aire o patógenos específicos en el agua.
Los sensores son solo un proyecto del que me enteré durante una visita a los laboratorios de investigación y desarrollo de Corning en el estado de Nueva York. En las últimas décadas, los avances de Corning en la fabricación de vidrio han dado lugar a tecnologías como la fibra óptica y las pantallas planas. Ahora, gracias a Gorilla Glass, está asociado a los últimos smartphones. Pero a pesar del notable éxito de ese producto, está ansioso por aprovechar el próximo auge de la alta tecnología.
Corning gasta alrededor del 8 por ciento de sus ventas en I+D, lo que ascenderá a unos 800 millones de dólares este año. Es una cobertura contra la posibilidad muy real de que uno de sus negocios se quede sin cobertura, como sucedió en el pasado. Entre 2000 y 2002, Corning perdió más de la mitad de sus ingresos cuando su negocio de fibra óptica colapsó con gran parte del resto del mercado de telecomunicaciones. Sus acciones se desplomaron de $113 a poco más de $1. Este año, tuvo otro susto cuando uno de sus mayores clientes, Apple, estuvo a punto de reemplazar Gorilla Glass en los iPhones con zafiro (vea Por qué Apple no pudo fabricar teléfonos con zafiro).
Las pantallas, de una forma u otra, representan aproximadamente la mitad de los ingresos de Corning, y aproximadamente un tercio de eso proviene de Gorilla Glass. Para expandir este mercado y resistir los desafíos de otros materiales, Corning está tratando de agregar capacidades a Gorilla Glass, como la aplicación del sensor. Y está buscando nuevos mercados para Gorilla Glass más allá de las pantallas.
La capacidad de convertir su teléfono en un sensor biológico y químico es uno de los primeros proyectos del laboratorio. Los investigadores de Corning y Polytechnique Montreal descubrieron que podían fabricar guías de ondas de muy alta calidad, que confinan y dirigen la luz, en Gorilla Glass. Los investigadores pudieron hacer estas guías de ondas muy cerca de la superficie, lo cual es esencial para los sensores. Hacerlo en vidrio ordinario lo rompería. La fabricación de la guía de ondas implica enfocar un haz de luz láser intensa cerca de la superficie del vidrio y luego seguirlo a lo largo del vidrio, lo que cambia localmente sus propiedades ópticas.
Para hacer un sensor, los investigadores crean una guía de ondas que se divide en dos caminos idénticos para la luz. Entonces los caminos convergen y la luz de ambos caminos se encuentran. Una ruta sirve como ruta de detección y la otra como referencia. Incluso un pequeño cambio en la luz en el camino de detección, como su intensidad, puede detectarse observando cómo interactúa la luz de los dos caminos cuando se encuentran, produciendo patrones distintos.
Los investigadores demostraron un sensor simple que detecta cambios en la temperatura. El calentamiento del camino de detección cambia su forma, lo que cambia las propiedades de la luz que lo atraviesa. Debido a que la guía de ondas está tan cerca de la superficie, parte de la luz en realidad se extiende fuera del vidrio y cualquier cosa que se coloque sobre la superficie del vidrio interactuará con parte de la luz. Esto significa que para hacer un sensor químico o biológico, podría preparar la superficie del vidrio para que un objetivo específico se adhiera a él. Por ejemplo, puede tratarlo con anticuerpos que se adhieran a E. coli. u otros contaminantes; detectar su presencia sería tan simple como poner una gota de agua en el teléfono.
Las guías de ondas son microscópicamente delgadas y, por lo tanto, invisibles, por lo que no oscurecerían la pantalla. Y debido a que son bastante pequeños, los sensores para varios objetivos biológicos o químicos diferentes podrían incorporarse a un teléfono inteligente.
Los investigadores de Corning también han descubierto que Gorilla Glass tiene propiedades acústicas útiles. La forma en que vibra es diferente a la del vidrio convencional: amortigua las ondas sonoras. La aplicación más simple es el aislamiento acústico: bloquea el sonido mejor que el vidrio normal.
Pero las mismas propiedades acústicas también podrían convertir las pantallas en altavoces. Vi un prototipo así en uno de los laboratorios de Corning. Un cable en la pantalla se conecta a un pequeño actuador que hace vibrar el vidrio para producir ondas de sonido. Debido a la forma en que las ondas se propagan a través del vidrio, se pueden controlar con mayor precisión que con el vidrio ordinario, lo que permite una reproducción de sonido de mayor calidad.
En otro laboratorio, los investigadores mostraron una ventana aparentemente ordinaria. Luego, con un toque de un interruptor en una placa de circuito, se convirtió en una pantalla, una que mostraba un viejo comercial de Coca-Cola, y apenas podía distinguir lo que había detrás de la imagen. Cuando terminó el anuncio, pude ver a través de la pantalla de nuevo. Corning fue particularmente reservado sobre cómo logró que esta tecnología funcionara.
Lo más extraño que vi fue un juguete de cristal parecido a Slinky. Está hecho de Gorilla Glass delgado cortado en forma de espiral con una nueva herramienta de fabricación láser. Al igual que con un Slinky, si sujetas una parte y sueltas el resto, se extiende hacia el suelo. El vidrio común simplemente se rompería, pero debido a que es más resistente, este vidrio se recupera como el plástico. La clave para tener un vidrio tan flexible es hacerlo delgado.
Corning desarrolló recientemente Willow Glass, que tiene un grosor de aproximadamente 100 micrómetros, una cuarta parte del grosor del Gorilla Glass que normalmente se usa para pantallas. Se puede enviar a los clientes en rollos, lo que facilita y abarata su uso en la fabricación. Los clientes potenciales todavía están evaluando cómo usarlo; una aplicación probable es como componente dentro de las pantallas. Pero ya se está desarrollando un tipo de vidrio aún más flexible, dice el director de tecnología de Corning, David Morse . Puede doblarse alrededor del borde de algo tan delgado como el cuaderno de un reportero y hacerlo millones de veces sin romperse. Podría ser importante en futuros dispositivos electrónicos plegables.
Fundada en 1851, Corning sobrevivió en el pasado gracias a su capacidad para seguir reinventando las posibilidades del vidrio. Casi al mismo tiempo que el mercado de la fibra óptica colapsó, su negocio de venta de vidrio para televisores de tubo de rayos catódicos también cayó en picado. Se salvó gracias a un proceso que había inventado para fabricar el cristal de alta calidad necesario para los transistores que controlan los píxeles de las pantallas LCD, la misma tecnología de visualización que estaba destruyendo su negocio de rayos catódicos. Unos años más tarde, la empresa recibió una llamada de Steve Jobs, que necesitaba un cristal resistente para el primer iPhone. Corning tenía una tecnología en el estante: el vidrio templado que pasó a llamarse Gorilla Glass. Corning espera estar listo para la próxima convocatoria.