En el laboratorio trabajan más de 10 investigadores, entre ellos estudiantes de pregrado y postgrado. El equipo se encuentra desarrollando tecnología para mejorar las imágenes de estrellas y satélites que pierden resolución producto del impacto de la atmósfera sobre la propagación de la luz.
16.05.2022
El Laboratorio de Optoelectrónica de la Escuela de Ingeniería Eléctrica (EIE) de la Facultad de Ingeniería de la PUCV es el principal espacio de desarrollo de investigación en temáticas ligadas a la Ingeniería Electrónica y las posibilidades que ofrece la Óptica como campo tecnológico. Tópicos tales como compresión óptica de imágenes, procesamiento de señales, fotografía computacional y óptica adaptativa, entre otros, son desarrollados en los 150 metros cuadrados que albergan al Laboratorio.
Al respecto, el director del Laboratorio y académico de Ingeniería Eléctrica, Dr. Esteban Vera, explica que se han dedicado a ocupar los dispositivos electrónicos y trabajar con óptica, los que se han plasmado en una serie de proyectos tecnológicos.
“Estamos trabajando en la creación de un banco de óptica adaptativa para compensar las distorsiones atmosféricas cuando pasa la luz por medios turbulentos como la atmósfera. También trabajamos en la compresión óptica de imágenes, codificando el viaje de la luz mediante dispositivos de modulación optoelectrónica, concentrando mejor la información cuando esta llega a los detectores. Esto nos permite aliviar los recursos de medición así como los computacionales y capturando más información con menos recursos”, precisa el Dr. Vera.
En el laboratorio trabajan más de 10 investigadores, entre ellos estudiantes de pregrado y postgrado, específicamente de Magíster y Doctorado. El equipo se encuentra desarrollando tecnología de avanzada para mejorar las imágenes provenientes del cielo, como son las de estrellas y satélites, que pierden resolución producto del impacto de la atmósfera sobre la propagación de la luz.
“Cualquier luz que intente pasar por la atmósfera es afectada. Sin embargo, podemos medir estas distorsiones en tiempo real y ocupar una técnica de control automático denominada óptica adaptativa. Con ella, logramos compensar las aberraciones ópticas producidas por la atmosfera mediante un pequeño y rápido espejo deformable. Luego, podemos ver a las estrellas desde la Tierra como si estuvieran estáticas, como si la atmósfera no existiera. Esta técnica ya se está ocupando en telescopios grandes, como los son el VLT y Gemini en el norte de Chile, pero resulta imprescindible para la nueva generación de telescopios gigantes de 30 a 40 metros de longitud, que luego se instalarán”, explica el Profesor Vera.
Los expertos del Laboratorio tienen planes de ampliar esta técnica, no sólo a la astronomía, sino que a otros ámbitos de índole espacial, como por ejemplo, el desarrollo de satelital, incipiente en Chile, mediante las iniciativas Suchai lideradas por investigadores de otras instituciones.
“Con la proliferación de los satélites de baja órbita, se requiere bajar un mayor volumen de datos, ya que no solo son cada vez más satélites, sino que además utilizan sensores más sofisticados, de alta resolución. Los datos se bajan con radio frecuencia, lo que es lento. La opción es transmitirlo a través de luz. Sin embargo, nos enfrentamos al mismo problema que con la luz de las estrellas, la turbulencia atmosférica. Luego, la misma técnica de óptica adaptativa puede usarse para mejorar las prestaciones de las comunicaciones ópticas con los satélites, lo que tiene muchas proyecciones conociendo las ventajas geográficas y de cielos limpios que posee Chile para instalar estaciones de bajada de datos”, complementó.
UN LABORATORIO QUE FUNCIONA A LA VELOCIDAD DE LA LUZ
El Laboratorio de Optoelectrónica de la PUCV comenzó en 2016. “Hice mi doctorado en la Universidad de Concepción y luego me fui a Estados Unidos a especializarme en el área de fotografía computacional y sensado compresivo. Allá desarrollamos una cámara que saca imágenes en giga pixeles, con un concepto de captura eficiente de información, más avanzado que las cámaras actuales. El problema es que no existen recursos suficientes para capturar, almacenar, transmitir, ni menos visualizar las imágenes de una cámara de giga pixeles. No hay capacidad tecnológica en los sistemas digitales actuales que equipare a la capacidad óptica. Allá está el futuro”, recuerda el profesor Vera.
El equipo de investigadores se encuentra trabajando por estos días en el procesamiento óptico de la información. “Cada vez tenemos más control de la luz y su viaje. Nos encontramos desarrollando sistemas holográficos y tratamos de grabar capas ópticas, ocupando inteligencia artificial y redes neuronales. Lo que hemos visto es que las redes neuronales siguen montadas en un computador. Si podemos llevar ese procesamiento desde los computadores a la óptica, podemos hacer procesamiento a la velocidad de la luz. Estamos tratando de crear capas ópticas que puedan procesar la información a la velocidad de la luz y hacer redes neuronales ópticas que puedan tomar decisiones a esa velocidad, sin esperar al computador y con un gasto energético mucho menor. Esta área de computación óptica es muy novedosa en el mundo. El futuro es óptico si cada vez demandamos más información. Una imagen vale más que mil palabras”, reflexiona.
Los investigadores están trabajando en conjunto con el Dr. Darío Pérez, del área de óptica del Instituto de Física, a través del Centro de Óptica Adaptativa de Valparaíso que fue creado con fondos de ANID.
“Falta un desarrollo mayor de la ingeniería en materia de astronomía. Armar un laboratorio toma muchos años. Nos hemos asociado con instituciones internacionales como el Laboratorio de Astrofísica de Marsella, que trabaja el área de astronomía para los telescopios gigantes que se vienen para el 2030. Parte de nuestro objetivo es formar gente y prepararlos para este desafío. Van a llegar a Chile estos grandes telescopios y se necesitarán técnicas sofisticadas de óptica adaptativa y no habrá suficiente gente capacitada en Chile, para lo cual solo llegarán expertos extranjeros. No solo debemos conocer la tecnología, también podemos contribuir a resolver las problemáticas y generar nuevo conocimiento. La tecnología es lo que único que nos permitirá desarrollarnos como nación”, advierte el académico.
La información electromagnética viaja a la velocidad de la luz. “No hay nada más rápido, pero manipularla es muy complicado. Ahora estamos llevando al límite el desarrollo de la industria de semiconductores, lo que permitió manipular a nivel de electrones la información y desencadenó la revolución digital que se estructura por los computadores que hoy conocemos. Pero el uso de otras longitudes de onda, en este caso la luz nos permite almacenar información de manera mucho más eficiente, como fue el caso del paso de los vinilos y el cassette al disco compacto o al DVD-Blu Ray. Además, la transmisión de luz mediante fibras ópticas ha permitido la conectividad global a velocidades sin precedentes. Luego, el futuro del procesamiento de información no tendrá otra alternativa que ser mediante el uso de la luz y sus propiedades”, concluye el académico.
Por Juan Paulo Roldán
Dirección General de Vinculación con el Medio
