¿Puede un celular convertirse en una herramienta científica capaz de detectar lo invisible? Qué dice la ciencia

Un avance tecnológico desarrollado en la Universidad Purdue permite que cualquier cámara de smartphone funcione como un sensor hiperespectral de alta precisión. El equipo liderado por Young Kim y Semin Kwon ideó una técnica que, mediante una carta de colores y un algoritmo espectral especializado, convierte la fotografía cotidiana en una herramienta científica capaz de analizar la composición molecular de objetos y sustancias.

Según informó la revista científica IEEE Spectrum, esta innovación abre nuevas posibilidades en campos como la salud, la seguridad alimentaria, el monitoreo ambiental y la industria, al eliminar la necesidad de equipos costosos y voluminosos.

El fundamento técnico de este avance radica en la capacidad de los sensores de las cámaras de los smartphones, que, aunque diseñados para captar imágenes en los canales rojo, verde y azul (RGB), pueden registrar información espectral mucho más detallada.

El método desarrollado por el equipo de Purdue consiste en incluir una carta de referencia de colores impresa en una tarjeta dentro del encuadre de la fotografía. Posteriormente, un algoritmo analiza la imagen y, considerando factores como las condiciones de iluminación, extrae datos hiperespectrales con una sensibilidad de hasta 1,6 nanómetros en el rango visible, una resolución comparable a la de los espectrómetros científicos.

A diferencia de los enfoques previos basados en aprendizaje automático, que dependen de modelos entrenados con datos específicos y presentan limitaciones de generalización, esta técnica no requiere entrenamiento previo ni hardware adicional, lo que la hace escalable y asequible.

Resultados experimentales y validación

Los resultados experimentales presentados por los investigadores demuestran la precisión y versatilidad del sistema. Se evaluó la resolución espectral utilizando lámparas de xenón, obteniendo valores promedio de 1,59 a 1,67 nanómetros en modelos de smartphones como Samsung Galaxy S21, Samsung A52, Google Pixel 6 y Xiaomi RedMi Note 11 Pro.

Estas cifras se sitúan al nivel de los espectrómetros profesionales. Además, el método fue capaz de recuperar con exactitud los perfiles espectrales de diversas fuentes de luz blanca, como anillos LED con diferentes temperaturas de color y tubos fluorescentes, mostrando una concordancia notable entre los espectros medidos y los recuperados.

En pruebas con muestras translúcidas, el sistema identificó correctamente las firmas espectrales de colorantes alimentarios, pigmentos biológicos como la clorofila-b y el β-caroteno, y bebidas como el whisky, diferenciando incluso entre variedades que resultan indistinguibles a simple vista. También se validó la técnica con láminas de celofán de distintos colores, confirmando la fidelidad de la reconstrucción espectral.

Aplicaciones potenciales y perspectivas

Las aplicaciones potenciales de esta tecnología, según detalló IEEE Spectrum, abarcan sectores como la medicina, donde podría facilitar diagnósticos a partir de imágenes tomadas con un teléfono móvil; la agricultura, para el análisis de suelos y cultivos; la seguridad y defensa, mediante la identificación de sustancias peligrosas; el control de calidad industrial; el análisis forense; y la autenticación de alimentos y bebidas.

El propio Young Kim subrayó que “esta técnica podría convertir un smartphone común en un espectrómetro de bolsillo”, lo que representa un salto en la portabilidad y accesibilidad de la espectroscopía.

Democratización del acceso a herramientas científicas

Más allá de la precisión técnica, el impacto de este desarrollo reside en su potencial para democratizar el acceso a herramientas científicas avanzadas. Hasta ahora, la espectroscopía y la obtención de imágenes hiperespectrales requerían equipos especializados, costosos y poco prácticos para el uso cotidiano o en entornos con recursos limitados.

El enfoque de Purdue eliminó estas barreras, permitiendo que cualquier persona con un smartphone y una carta de colores pueda realizar análisis espectrales detallados.

Como destacó Semin Kwon en sus declaraciones, cada fotografía encierra información espectral oculta que, al ser extraída, convierte la fotografía diaria en ciencia.

El equipo científico de Purdue continúa explorando aplicaciones en salud digital y entornos con recursos limitados, convencido de que este avance hará que la espectroscopía sea más asequible y accesible para una amplia gama de usuarios y contextos.