A una altitud de entre 50 y 100 kilómetros sobre la superficie terrestre, se encuentra una franja poco estudiada de la atmósfera, llamada mesosfera. Está demasiado alta para aviones y globos meteorológicos, y demasiado baja para satélites. Debido a ello, resulta casi imposible monitorizarla debidamente con la tecnología actual. Sin embargo, conocer lo bastante bien esta capa de la atmósfera permitiría mejorar la precisión de los pronósticos meteorológicos y de los modelos climáticos.

 

Un equipo encabezado por Benjamin C. Schafer, de la Escuela John A. Paulson de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de la Universidad Harvard en Estados Unidos, ha ideado una novedosa forma de alcanzar esta zona inexplorada que en muchos aspectos ejerce de frontera del espacio: estructuras voladoras tremendamente ligeras que pueden flotar sin necesidad de motor, valiéndose de la luz solar.

 

La clave es un exótico fenómeno físico llamado fotoforesis. Schafer y sus colegas lo han estudiado y han probado a aprovecharlo para hacer levitar objetos muy ligeros al iluminarlos.

 

El mecanismo concreto en el que el equipo ha profundizado, opera cuando las moléculas de gas rebotan con mayor fuerza en el lado cálido de un objeto que en el lado frío, lo cual crea un impulso y una sustentación continuos. Este efecto solo ocurre en un ambiente con muy baja presión atmosférica, que es precisamente el que hay en la mesosfera.

 

Los investigadores construyeron membranas ultradelgadas, con diámetros del orden del centímetro, hechas de alúmina cerámica, con una capa de cromo en la parte inferior para absorber la luz solar. Cuando la luz incide en esta estructura, la diferencia de calor entre las superficies superior e inferior inicia una fuerza de sustentación fotoforética que supera a la fuerza ejercida por el peso de la estructura.

 

Este fenómeno suele ser tan débil en relación con el tamaño y el peso del objeto sobre el que actúa que en nuestro entorno cotidiano no lo notamos. Sin embargo, Schafer y sus colegas han conseguido que sus estructuras sean tan ligeras que, en un ambiente adecuado la fuerza fotoforética es mayor que la ejercida por su peso, por lo que el resultado neto es que las estructuras vuelan sin una fuente de propulsión propia.

 

Para hacer realidad el concepto han sido decisivos los recientes avances en la tecnología de nanofabricación, que permiten a los investigadores fabricar con un nivel de detalle nanométrico dispositivos de muy baja masa. El nuevo proceso de nanofabricación puede adaptarse a una ampliación de escala de hasta decenas de centímetros.

 

Usando estas nuevas técnicas, el equipo consiguió fabricar estructuras operativas del orden del centímetro.

 

En el laboratorio de Joost Vlassak de la SEAS, se llevaron a cabo el diseño y la fabricación de los dispositivos, bajo la dirección de Jong-hyoung Kim, que ahora está en la Universidad Nacional Pukyong en Corea del Sur.

 

Se midieron directamente las fuerzas fotoforéticas que actúan sobre los dispositivos dentro de una cámara de baja presión. Los investigadores compararon estos resultados con las predicciones sobre el comportamiento de dichas estructuras en la atmósfera superior y se demostró la viabilidad de que puedan llegar a volar ahí