La luz, elemento fundamental para el desarrollo sostenible

En el año 2015 la 70a Asamblea General de las Naciones Unidas aprobó una hoja de ruta fundamental para la humanidad, en la que se establecían, de manera muy concreta, 17 objetivos de desarrollo sostenible[1]. Dichos objetivos tienen como centro de referencia a la persona de una manera integral y por tanto, la consecución de los mismos nos acercaría a cada una de las personas que convivimos en nuestro planeta a una vida más digna, en sentido amplio y genérico. Objetivos tan fundamentales y asumibles como la erradicación de la pobreza, o la conservación de la vida submarina, pasando por la consecución de la igualdad de género o la reducción de las desigualdades, hacen difícil la posibilidad de no adherirse personalmente a esta agenda humanista mundial. En otro contexto, la propia UNESCO adoptó en 2018 el acuerdo que designa el día de hoy, 16 de Mayo, como "Día Internacional de la Luz". Paradójicamente, ambas resoluciones, a pesar de referirse a fines y a medios respectivamente, se funden en el pedregoso camino del desarrollo global sostenible.

Las tecnologías fotónicas abren la puerta a soluciones más asequibles y no contaminantes de almacenamiento energético, aportando valor en la lucha contra el cambio climático y en la preservación de los ecosistemas marinos y terrestres. La implementación de biodetectores fotónicos posibilita diagnosis rápidas y de fácil manejo, que mejorarán la salud y el bienestar y permitirán un acceso al agua limpia y un saneamiento más eficaz. El desarrollo de actuadores y sensores fotónicos mejorarán la producción de la industria, y generarán cadenas de innovación en nichos específicos de seguridad y medio ambiente que redundarán en el beneficio de unas ciudades, comunidades y ecosistemas más sostenibles. Además, el acceso a la revolución digital posibilitado por las tecnologías fotónicas presenta el potencial de democratizar y generalizar el acceso a la información digital, sentando las bases para la consecución de una sociedad más igualitaria y más justa. La luz, en definitiva, ilumina un camino hacia un mundo más sostenible, digno, y justo.

Desde siempre, la luz ha sido un elemento fundamental que ha permitido la evolución del universo, de nuestro planeta, la Tierra, y de la especie humana. Desde las primeras transformaciones de bacterias en tejidos celulares multifuncionales, la luz ha actuado como catalizador de cambios evolutivos cruciales que hacen, en gran medida, que las personas seamos como somos hoy en día.

En última instancia, la luz solar es la fuente fundamental que origina la provisión de oxígeno y energía en la Tierra y por ello, de manera intuitiva, siempre ha tenido una connotación positiva, casi trascendente. A finales del siglo XIX, la descripción física de la luz como una evolución de campos electromagnéticos en el espacio y en el tiempo, así como la comprensión complementaria de su naturaleza cuántica, en paquetes de fotones, unas décadas más tarde, fueron determinantes para el desarrollo tecnológico sin precedentes que se dio en el siglo pasado en muchos campos de la ciencia y la ingeniería. Es, sin embargo, ya bien entrado el siglo XX cuando la tecnología de la luz hace sus dos aportaciones más impactantes para la sociedad global a la que nos hemos abocado. El advenimiento del laser en el año 1960, en primer lugar, permitió generar un tipo de luz especial, coherente, distinta de la solar, con unas propiedades que le permitían manipular la materia de una manera controlada, casi a la carta, y transmitir la información de dicha manipulación con una fidelidad y calidad desconocidos hasta entonces. Por otro lado, el desarrollo de la fibra óptica en 1965 como canal de transmisión de señal óptica a través de miles de kilómetros, superando la atenuación, cambió el signo y el orden de magnitud de la cantidad de información que el ser humano podía intercambiar, abriendo una nueva era en las comunicaciones globales.

"Es en este punto de implicaciones globales en el que la luz puede iluminar el camino a seguir. Durante las próximas décadas la fotónica se enfrenta a nuevos retos tecnológicos con los que dar respuesta a las necesidades del desarrollo sostenible".

Es en este punto de implicaciones globales en el que la luz puede iluminar el camino a seguir. Durante las próximas décadas la fotónica se enfrenta a nuevos retos tecnológicos con los que dar respuesta a las necesidades del desarrollo sostenible. Varios son los frentes tecnológicos con los que atacar esta tarea: por un lado, se necesitará desarrollar nuevos materiales que muestren prestaciones y respuestas ópticas complejas y que, por tanto, constituyan los nuevos elementos que permitan la generación, y manipulación de información óptica, así como su intercambio y control con medios electrónicos. Por otro lado, la integración de estos elementos en dispositivos fotónicos que permitan el intercambio entre información óptica y electrónica de manera más compacta y robusta será prioritario en la agenda fotónica mundial. Finalmente, la implementación de redes interconectadas y programables podrán permitir la convergencia hacia el concepto de "Integración Fotónica 2.0", por el cual las tecnologías de comunicación fotónica, desarrolladas de manera independiente, evolucionarán hacia una integración más cercana con otras funciones como sensores, actuadores, radio, computación, conmutación, o almacenamiento, entre otras. Así mismo, este desarrollo de nuevos materiales, dispositivos más robustos, y redes fotónicas interconectadas, necesitará de la convergencia de multitud de campos complementarios que incluirán la nanoingeniería, la óptica cuántica, la física del estado sólido, la química sintética, la ingeniería óptica, la electrónica, la espintrónica, la biomedicina, la microfluídica, las matemáticas, o la ciencia del láser, por citar algunos.

El aspecto facilitador de las tecnologías fotónicas ha sido identificado en todas las agendas tecnológicas de los países industrializados. El control de la luz y la información que ésta conlleva permitirá una serie de cambios determinantes en la transformación digital del mundo. Tal y como se ha apuntado, esta transformación tendrá un impacto notable en aspectos de eficiencia energética y de acceso más democrático a la información que, en principio, debería acercarnos a muchos de los objetivos del desarrollo sostenible, concretándose en múltiples aplicaciones[2]:

• Información y comunicación: la consecución de una infraestructura óptica programable mediante el uso de módulos multichip podría facilitar un crecimiento sostenible de las interconexiones de centros de datos.
• Metrología y sensórica: la sustitución de funcionalidades electrónicas por fotónicas permitirá una mayor exactitud, una latencia menor, y una mejor eficiencia energética.
• Ciencias de la vida y salud: el acceso a biosensores fotónicos móviles permitirá modos de diagnosis e intervención terapéutica más rápidos, así como el desarrollo de nuevos fármacos por medios fotónicos.
• Manufacturación industrial: la tecnología de sensores fotónicos puede optimizar la monitorización de parámetros específicos en el control de calidad de productos manufacturados.
• Agricultura y comida: las tecnologías de la luz ofrecen la implementación de métodos de control y medida de calidad en granjas y plantas procesadoras de comida.
•  Automoción: La sensórica fotónica puede ser clave en el despliegue de vehículos autónomos y la seguridad vial.
• Iluminación y pantallas: el desarrollo de la miniaturización fotónica y la mejora de la eficiencia de la potencia de los dispositivos de iluminación será un factor determinante en el incremento de la sostenibilidad en este aspecto de consumo masivo.

Muchos de estos aspectos serán estudiados de manera conjunta por los mejores grupos y centros de investigación del mundo, y a pesar de tratarse de grandes objetivos que exceden las capacidades individuales, todas y cada una de las aportaciones serán importantes, por ello, la comunidad de Fotonika del País Vasco, perfectamente integrada en el esfuerzo colectivo de vanguardia internacional, encara la investigación de las ciencias y tecnologías de la luz con un espíritu abierto, colaborativo, y con ansias de aportar calidad y excelencia a los retos tecnológicos de la humanidad. La mejora de la eficiencia de elementos tecnológicos claves de nuestra vida desde la fotónica tendrá un impacto claro y directo en los 17 objetivos de desarrollo sostenible de la UNESCO. Es en este punto del desarrollo de las capacidades fotónicas, cuando la luz, como tecnología fundamental y capacitadora, se enfrenta de manera directa al reto de dar respuesta a los objetivos más acuciantes del, por y para el ser humano. Este encuentro entre el fin y los medios se funde en un crisol humanista que hace de la luz un camino privilegiado, y muy humano, para que el hombre sea menos lobo para el hombre.

Javier Aizpurua, 16 Mayo 2020

[1] UN General Assembly. Transforming our world : the 2030 agenda for sustainable development. Resolution A/RES/70/1, 2015. https://www.refworld.org/docid/57b6e3e44.

[2] European Technology Platform Photonics21. Multiannual Strategic Roadmap 2021-2027, 2019. https://www.photonics21.org/download/ppp-services/photonics-downloads/Europes-age-of-light-Photonics-Roadmap-C1.pdf.