En diciembre, la Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio y sus socios planean lanzar el telescopio espacial James Webb. Una maravilla tecnológica 100 veces más poderosa que el telescopio Hubble, tiene suficiente agudeza visual para examinar las atmósferas de planetas muy alejados de nuestro sistema solar en busca de evidencia de vida extraterrestre.
Webb, una colaboración de la NASA con agencias espaciales en Europa y Canadá, hará su trabajo en una órbita alrededor del sol a 1 millón de millas de nuestro mundo. Aquí en la Tierra, sin embargo, parte de la tecnología que entró en el telescopio gigante también es visible cuando mira la pantalla de un teléfono inteligente, reloj inteligente, tableta o computadora portátil con las últimas pantallas de alta resolución.
La conexión entre el experimento más audaz de la humanidad en la exploración del espacio profundo y los dispositivos en sus manos es la tecnología para producir espejos y lentes gigantes de ultra alta precisión. Esa “óptica” no fue posible hasta que la NASA pidió a un puñado de empresas hace más de 20 años que pujaran por los derechos para encontrar una manera.
El resultado, desarrollado por una empresa llamada Tinsley Integrated Optical Systems, fue una técnica que permitió la producción de superficies de espejos muy grandes que son tan casi impecables que cualquier imperfección en su superficie tiene solo unos pocos átomos de espesor. Y esa tecnología también puede participar en la producción de muchas pantallas, utilizando láseres para transformar láminas extragrandes de silicio depositadas sobre el vidrio, lo que reduce significativamente los costos de los componentes electrónicos de algunas pantallas.
La transferencia de conocimientos técnicos de los telescopios espaciales a la fabricación de pantallas es lo último de una larga lista de tecnologías comerciales con un linaje similar, desde los sensores de cámaras digitales hasta el Dustbuster, que fue desarrollado por Black & Decker a partir de su asociación con la NASA. .
El sistema linebeam de la compañía láser Coherent, utilizado para producir pantallas OLED de alta resolución, incorpora avances de la óptica del telescopio Webb.
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Coherent, Inc.
Un ejemplo clásico es la computadora de guía Apollo, la primera computadora portátil digital interactiva, multitarea y de uso general, que estaba presente tanto en el módulo de comando Apollo como en el módulo de aterrizaje lunar. En su uso de componentes entonces novedosos como algunos de los primeros microchips de silicio del mundo (también conocidos como circuitos integrados), allanó el camino para nuestro mundo moderno, desde Internet hasta las entrañas de los mismos teléfonos inteligentes cuyas pantallas se deben en parte a James Telescopio espacial Webb.
Desde las misiones Apolo, la necesidad de ingenieros de la NASA para lograr hazañas que son imposibles en el momento en que establece sus requisitos por primera vez, combinada con su voluntad de financiar dicho desarrollo, ha impulsado a las empresas a desarrollar nuevas tecnologías que terminan afectando la vida cotidiana.
Financiar la innovación a través de la NASA y el Departamento de Defensa ha sido durante mucho tiempo el método preferido de “política industrial” de Estados Unidos, es decir, utilizar dinero del gobierno para complementar la inversión privada en nuevas tecnologías. La diferencia entre la política industrial estadounidense y la que se practica en muchos otros países es que el gobierno de los EE. UU. Ha favorecido durante mucho tiempo el pago de la investigación y el desarrollo en lugar de ayudar a la ampliación de industrias basadas en esas innovaciones. Esto a menudo significa que tecnologías como la pantalla LCD se inventan aquí, pero conducen a industrias gigantes en otros lugares.
Con el telescopio Webb, la conexión entre la tecnología espacial y la tecnología de la vida normal es más que la simple transferencia de conocimientos adquiridos a partir de la investigación y el desarrollo realizados con dinero de la NASA. Resulta que la misma fábrica donde se pulieron los espejos para el telescopio espacial es ahora donde se fabrican las ópticas necesarias para la fabricación de pantallas OLED, abreviatura de diodos emisores de luz orgánicos, las pantallas de la última generación de teléfonos inteligentes.
Las lentes de silicio casi impecables como la anterior son esenciales para las pantallas de alta gama y surgieron gracias a los avances realizados durante el desarrollo del telescopio Webb.
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Coherent, Inc.
El espejo principal del telescopio Webb, que recoge las instantáneas interestelares, está formado por 18 secciones hexagonales, cada una de 1,32 metros de diámetro, que se doblarán en forma de origami para volar y luego se desplegarán en el espacio para hacer una superficie de 6,5 metros de ancho, o más de 21 pies. Todas las secciones del espejo de berilio bañadas en oro deben estar tan impecables que puedan enfocar colectivamente incluso el más leve susurro del cuerpo celeste más distante en una imagen detectable.
Tinsley ya había proporcionado las lentes correctivas que los astronautas instalaron en el telescopio espacial Hubble en 1993, solucionando una falla que había causado imágenes borrosas y permitiéndole capturar las imágenes del espacio profundo por las que Hubble ha sido famoso desde entonces. Más tarde, Tinsley ganó el contrato para hacer los espejos para Webb.
El momento en que se completó la fabricación de esos espejos fue fortuito, dice Brandon Turk, vicepresidente de Tinsley, que desde 2015 es una subsidiaria de la compañía de sistemas láser Coherent. En 2012, cuando los ingenieros terminaron la última de las secciones de espejos primarios del telescopio Webb, los ingenieros de Coherent, que estaban en contacto con sus contrapartes en Tinsley, estaban buscando formas de hacer lentes más grandes y precisos para las máquinas que preparan el silicio para ser transformado. en una de las partes más importantes de muchas pantallas planas de alta resolución.
Estas nuevas lentes para la fabricación de pantallas tenían hasta 1,85 metros de ancho, más del doble de las que se usaban anteriormente. Esto es importante porque, en la fabricación de pantallas, como en la fabricación de microchips, cuanto más grande es la hoja de silicio casi perfecto que puede usar una empresa, más pantallas (o microchips) se pueden grabar y luego cortar de esa hoja. . Eso significa significativamente más eficiencia y menor costo.
La computadora de guía Apollo, incluida tanto en el módulo de comando como en el módulo de aterrizaje lunar, representó uno de los primeros usos de los microchips de silicio. Esa tecnología pasó a ser ampliamente utilizada en todo tipo de computadoras.
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Jesse Rieser para The Wall Street Journal
Un desafío para ambos procesos es que la óptica que dirige los láseres que realizan los pasos clave debe ser casi perfecta. Y cuanto más grandes sean esos lentes, más difícil será eliminar las imperfecciones.
Coherent ya estaba fabricando lentes para sus propios sistemas “linebeam”: objetos industriales tan grandes como autobuses escolares que disparan láseres a láminas de silicio depositadas en paneles de vidrio, un paso temprano en la fabricación de muchas pantallas. Pero duplicar el tamaño de su óptica no habría sucedido en ese momento de la historia sin que la NASA hubiera financiado las innovaciones de Tinsley en la fabricación que requerían los espejos sin precedentes del telescopio espacial, dice el Dr. Turk.
Coherent tiene una sólida posición en el mercado en la fabricación de sistemas linebeam y otros láseres y ópticos especializados, como lo demuestra la guerra de ofertas a tres bandas de marzo de 2021 para la compañía que finalmente llevó a un acuerdo que será adquirido por el competidor II-VI.,
dice Wayne Lam de CCS Insight, una empresa de consultoría tecnológica.
“Me encanta que las personas que intentan crear espejos altamente pulidos para Hubble hayan significado eventualmente que la tecnología migre a los teléfonos móviles, habilitando las pantallas que vemos ahora”, dice Ian Jenks, ahora director de la startup de fabricación de pantallas SmartKem y anteriormente presidente de la compañía. entonces conocido como JDS Uniphase,
que fue durante muchos años un competidor de Coherent.
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En cuanto a dónde la tecnología para hacer una óptica grande y casi perfecta podría llevar a la humanidad a continuación, hay más telescopios en camino: el próximo Thirty Meter Telescope, que será el segundo telescopio más grande de la Tierra una vez que esté terminado, utiliza la tecnología. Otras aplicaciones más comerciales también se derivan del uso de estas ópticas en la fabricación.
Uno de ellos, dice un portavoz de Coherent, es la cinta superconductora necesaria para fabricar futuros reactores de fusión. Cada imán dentro de un reactor de este tipo requiere kilómetros de material, y hacerlo asequible es uno de los muchos requisitos para hacer que la energía de fusión sea económicamente viable.
El sinuoso camino de las innovaciones, desde las tecnologías destinadas a satisfacer nuestra curiosidad hasta las que tienen un impacto cultural y económico sustancial, muestra que la famosa exhortación de John F. Kennedy: “elegimos no ir a la luna porque es fácil, sino porque es difícil ”- ha significado muchos avances que de otra manera podrían haber llegado mucho más tarde, si es que llegaron.
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