¿Qué es el lídar? La nueva tecnología que abre fronteras usando la luz

Los avances en el estudio y manejo de la electricidad, ondas acústicas y ondas electromagnéticas, eventualmente, nos dieron una variedad de equipos para observar y medir lo que no podíamos antes. En este milenio, nuevos avances tecnológicos están revelando secretos enterrados (o sumergidos) durante siglos, revolucionando la arqueología y la exploración submarina y retando las premisas básicas de nuestra perspectiva histórica.

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Luz y sonido

La primera herramienta eléctrica de medición remota fue el sonar. Este emite pulsos de sonido bajo el agua. El tiempo que demora en volver un eco nos indica la distancia del objeto donde rebotó la onda. El principio del sonar ya se conocía hacía muchos años cuando el naufragio del Titanic (1912) llevó al desarrollo apresurado de las primeras versiones para barcos.

Las dos guerras mundiales, con el desarrollo de los submarinos, aceleraron también su avance. Este se convirtió en la herramienta principal para producir mapas de relieve de fondos marinos, una tarea titánica, dada la vastedad de los océanos y las corrientes y variaciones de temperatura que impactan en la conductividad de las ondas.

Las ondas sonoras de baja frecuencia –por ejemplo, 5 kilohercios (kHz)– viajan mayores distancias pero no permiten mucha definición; las altas frecuencias –como 300 kHz– permiten mayor detalle pero a menor distancia o profundidad.

Poco después de inventado el sonar, el mismo principio de rebote de ondas se aplicó a las ondas de radio, el radar.

“El lídar se puede acoplar a un GPS para crear un mapa preciso. Dependiendo del tipo de láser y superficie, el haz puede penetrar el agua o el suelo”.

La diferencia principal es que el sonar emite ondas sonoras, pulsaciones que se transmiten ‘golpeando’ el agua, mientras que el radar emite ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz y cuyo rebote se detecta con sensores más sofisticados.

De manera similar al sonar, la demora en volver indica distancia, mientras la dispersión, contracción o expansión de la onda tras rebotar indica la densidad y movimiento del objeto.

El radar evolucionó rápidamente tras la Segunda Guerra Mundial, y hoy usa un amplio rango de ondas electromagnéticas, en particular las de alta frecuencia de radio y microondas. Las ondas de muy alta frecuencia pueden incluso penetrar el suelo, aunque no hasta grandes profundidades. Esto puede servir para ubicar tuberías, formaciones rocosas y objetos enterrados.

De la radio a la luz

El uso de ondas electromagnéticas quedó firmemente establecido con el radar. De ahí, era un paso natural experimentar con ondas de luz.

La luz blanca no era práctica, porque no hay lámpara que pueda competir con la luz del sol. Aun de noche, la limitación principal era la posibilidad de concentrar haces de luz suficientemente potentes y tener sensores que permitan medición de rango a gran distancia con precisión. Esto llevó a experimentar con un nuevo tipo de luz: el láser.

Este concentra ondas de luz en un haz delgado de alta potencia. El color del haz y su visibilidad dependen de la longitud de onda, dada por los gases y cristales que se usan para producirlo.

Algunos láseres dan haces rojos, verdes o amarillos (componentes de la luz blanca), mientras otros son de bandas infrarrojas (debajo del rojo), invisibles para el ojo humano.

Albert Einstein planteó los principios teóricos para el láser en 1917, pero recién en 1960 se produjo el primero. Su desarrollo despegó al mismo tiempo que despegaba el desarrollo acelerado de sensores y circuitos digitales.

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Tecnologías

Poco después de su invención, el láser se usó para rastrear satélites (1961) y luego en aplicaciones militares, midiendo distancias para artillería en 1963, a través del mismo principio en el que se basaba el sonar y el radar. Eso llevó a que se bautizara como lídar al uso del láser para la detección y el rango. Su primer uso civil se dio en meteorología, pero recién lo conoció el mundo cuando el Apolo 15 lo empleó para crear un mapa de relieve de la Luna en 1971.

La tecnología lídar usa sensores que miden con gran precisión la demora y dispersión del reflejo del haz de luz. La evolución de los microcircuitos y sensores en la última década ha sido vertiginosa, y de manera similar a las cámaras digitales de hoy, un lídar puede tener millones de receptores en un panel. Al usar una banda ancha de láser, puede crear una imagen tridimensional detallada de un objeto o superficie. Los nuevos sistemas usan arseniuro de indio y galio (InGaAs), que opera en el espectro infrarrojo con mayor potencia, rango y seguridad que los láseres anteriores.

Aplicaciones

El lídar se puede acoplar a un GPS para crear un mapa preciso. Dependiendo del tipo de láser y superficie, el haz puede penetrar el agua o el suelo. Para grandes áreas se monta en un avión. Cuando se quiere más detalle se usa un helicóptero o dron que avanza despacio y cerca de la superficie. Las computadoras pueden resaltar las diferencias minúsculas de elevación, permitiendo ver variaciones demasiado sutiles para ser notadas incluso por una persona parada en el mismo lugar.

La reducción del tamaño y el costo de la tecnología están abriendo una gama de aplicaciones en la agricultura y oceanografía, hasta en la navegación de vehículos autónomos. Una aplicación con gran potencial es la exploración arqueológica. El trabajo topográfico en la selva, que tomaba un año, ahora dura solo unas horas.

Gracias al lídar, en Centroamérica se han descubierto recientemente miles de edificios, templos y caminos que han revelado una civilización maya extensamente urbanizada, que habría albergado a millones de habitantes.

En el Perú ya se está usando el lídar en la arqueología. Sin embargo, el trabajo definitivo de descubrimiento siempre requerirá que los arqueólogos mismos desentierren, examinen e interpreten lo que el lídar iluminará debajo de la superficie.

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