Códigos nanométricos grabados en color con láser

Son diversas las aplicaciones de este sistema creado por una empresa brasileña: desde la impresión de logotipos hasta el control de calidad de piezas en serie

FAPESP Investigación para la Innovación – La empresa BR Labs, fundada en 2006 en la ciudad de Campinas (São Paulo, Brasil), empezó a desarrollar láseres para universidades e institutos de investigación. La startup, una spin-off de la Universidad de Campinas (Unicamp) y del Centro de Investigación en Óptica y Fotónica (Cepof) –un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPIDs) que contó con el apoyo de la FAPESP entre 2001 y 2013–, domina la tecnología de fabricación de láseres aplicados al área industrial. Pero quiso dar un paso al frente. Con el apoyo del Programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (PIPE) de la FAPESP, está creando un sistema de marcado en color con láser.

Este proyecto, que concluyó la Etapa 1 del PIPE en febrero de 2017, consiste en la utilización del láser de Ti:zafiro (titanio-zafiro) pulsado para producir marcas en colores sobre las superficies de distintos materiales. La física Fatima Maria Mitsue Yasuoka, investigadora responsable del proyecto, explica que está trabajando con un láser que emite pulsos en el rango de los femtosegundos, la unidad de medida que representa inimaginables fracciones de 10^-15 segundo.

Según la investigadora, son diversas las aplicaciones del marcado en color con láser, desde la impresión de logotipos en productos destinados al consumidor final hasta el control de calidad de piezas en serie, mediante el grabado de códigos. Es posible aplicar un código QR (un código de barras bidimensional) invisible a los ojos humanos –toda vez que está elaborado a escala nanométrica–, pero que puede leerse con un simple celular, por ejemplo. La precisión de este sistema es impresionante, asegura Mitsue Yasuoka. Entre las diversas pruebas efectuadas en laboratorio, se grabó la obra Operários, de Tarsila del Amaral, en una placa cuadrada de acero inoxidable de 10 x 6 milímetros.

Los haces de luz de alta intensidad logran modificar la superficie del material, generando estructuras a escala nanométrica (del orden de 10⁻⁹ metro) llamadas ripples (ondulaciones). “Son esas ondulaciones periódicas, provocadas por las radiaciones ultrarrápidas sobre la superficie del material, las que generan los patrones específicos de color”, explica Mitsue Yasuoka.

Este fenómeno sucede porque los ripples se comportan como una red de difracción, que es el desvío de la luz al encontrarse con un obstáculo: la luz natural, blanca, incide sobre los ripples y se descompone en diferentes colores, según la longitud de onda. Como el láser altera la estructura del material, la durabilidad de esa marca es eterna. “La única manera de sacarla sería lijando la superficie”, explica la investigadora.

De entrada, el objetivo del proyecto es ofertar este servicio en el mercado brasileño a un precio competitivo con relación al precio del mismo en el exterior. “A partir del momento en que la empresa logre ofrecer el marcado en color, aparecerán aquéllos que deseen adquirir o sistema en sí mismo”, prevé Mitsue Yasuoka.

Motivada por la perspectiva de la disminución de costos, BR Labs, actualmente establecida en la ciudad de São Carlos, en el estado de São Paulo, cuenta con varias empresas asociadas. “Actualmente, sólo el láser de titanio-zafiro, sin los restantes componentes del sistema, tales como el software, el escáner de barrido y el galvanómetro, por ejemplo, sale por alrededor de 200 mil dólares”, subraya la investigadora.

Mitsue Yasuoka calcula que sólo al término del segundo proyecto aprobado por el PIPE, que se puso en marcha en agosto y cuya conclusión está prevista para abril de 2018, será posible saber a qué precio podrá ofrecerse el servicio en el mercado. Pero ya sabe que las asociaciones que ella estableció serán fundamentales para la disminución del costo de producción en el futuro. “En grupo es posible cerrar lotes para la compra de materia prima por un valor más accesible”, destaca. “Adquirí experiencia en el transcurso de varios años trabajando en empresas. Por eso sé que el dominio de la tecnología a los efectos de traerla al país es un proyecto posible.”

Con un posdoctorado realizado en el Instituto de Física de São Carlos y experiencia como docente en diversas universidades, Fatima Mitsue Yasuoka actuó también como investigadora y gerente de proyectos en Opto Eletrônica durante 13 años, antes de recibir la invitación para trabajar en BR Labs. “BR Labs quedaba en Campinas y tenía esa característica de innovación tecnológica en el área de fotónica. Pero necesitaba un administrador que pudiese permanecer más tiempo en la empresa. Como no ejerzo la docencia en dedicación exclusiva, fue posible dedicarme también a la administración.”

Empresaria e investigadora, ahora Mitsue Yasuoka intenta volcar en el proyecto la experiencia que acumuló durante su vida profesional, promoviendo una inusual interacción entre universidad y empresa. “Estamos trayendo alumnos del ambiente académico y yendo hacia un área de frontera”, comenta.

Actualmente, BR Labs se encuentra incubada en el parque ParqTec, en São Carlos, y también cuenta con la cooperación de la Universidad Federal de São Carlos y del Instituto de Física y la Escuela de Ingeniería de la Universidad de São Paulo, en su campus de São Carlos. En esas universidades existen herramientas indispensables para las investigaciones en el campo de la nanotecnología, tales como los microscopios de barrido electrónico y de fuerza atómica que la gran mayoría de las empresas no logran adquirir.

Es también en el medio académico donde Mitsue Yasuoka logra encontrar colaboradores fundamentales para el éxito de su proyecto. “Estoy montando un equipo fuerte para alcanzar los objetivos de la segunda etapa del PIPE. Necesitaré contar con un ingeniero que tenga los conocimientos necesarios como para hacerse cargo del control electrónico del sistema, otro que sepa programar y otro con formación en materiales, además de un físico que logre entender y unificar todo esto”, dice.

El reto en el banco del laboratorio

Tareas que suelen angustiar a los nuevos empresarios oriundos del medio académico, tales como firmar asociaciones, calcular costos o incluso elaborar los proyectos PIPE –“Opto fue una de las primeras empresas que remitió proyectos, y varios de ellos fueron aprobados”– ya se habían incorporado a la rutina de Fatima Mitsue Yasuoka cuando resolvió asumir esta nueva investigación. Su mayor desafío fue en el laboratorio: “Era el de lograr probar que teníamos la capacidad como para tomar diversos materiales y marcarlos con láser de femtosegundos, generando colores predefinidos”. Si bien ya había trabajado con aplicaciones de láseres, ésta es la primera experiencia de la investigadora en el marcado de superficies, en la cual contó con un equipo formado por un ingeniero electrónico, físicos y un alumno de grado en el marco de un programa de iniciación a la investigación científica. 

Mitsue Yasuoka comenta que en el transcurso de la Etapa 1 del proyecto trabajó con acero, oro, platino, aluminio, bronce, cobre, latón e incluso acrílico, entre otros materiales. Según la investigadora, para obtener la coloración adecuada es necesario tener un control muy preciso de las alteraciones provocadas en las estructuras. Y el control es distinto para cada tipo de superficie: “Cambian la potencia del láser, la velocidad de barrido del microscopio, la cantidad de barridos que se repiten y el tipo de pulido del material”, ejemplifica.

Por eso la próxima etapa consistirá en crear un protocolo para cada tipo de material. “Los objetivos hasta ahora se han cumplido. En la primera fase, demostramos que logramos grabar en distintos colores. Aún no dominamos muy bien el tono de cada color; pero en la segunda etapa pretendemos mejorar el software de manera tal de obtener un control mayor. El objetivo final es llegar a un modelo, que se pueda replicar en serie”, concluye.

BR Labs
Sitio web: www.br-labs.com 
Teléfonos: (55 16) 99777-2325 y (55 16) 99798-4839
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