HISTORIA | 60 años de láser: ¿Qué nos depara el futuro? (Parte 2)

HISTORIA | 60 años de láser (2/2) - El láser se inventó hace 60 años, en 1960. Con motivo de su 60º aniversario, periodistas y expertos del sector cuentan el impacto que tuvo la tecnología láser en Alemania y evalúan su futuro.

El 6 de mayo de 1964, el New York Times publicó una entrevista con Theodor Maiman, el hombre que había construido el primer láser en Mai 1960. 60 años después sabemos cuántos problemas resolvió su invento. Sin los láseres, no tendríamos Internet, ni ordenadores, ni secuenciación de genes, por citar sólo algunas de sus principales aplicaciones. Pero se necesitaron 60 años y muchas mentes brillantes de todo el mundo para conseguir resolver todos estos problemas con los láseres.

Por Nikolaus Fecht (ingeniero diplomado de Deutsche Presse-Agentur) y el Dr. Andreas Thoss (director general de THOSS Media GmbH)

Cuando Peter Leibinger, director de tecnología de TRUMPF, declaró que el láser era ya una mercancía, provocó algunas cejas levantadas. Eso fue en la feria LASYS de 2013. Desde entonces, el mercado ha seguido en auge, con cuatro empresas de láser que superan los mil millones de ventas solo tres años después. En China, el mayor mercado mundial de láseres, los sistemas de hasta el rango de kilovatios compiten duramente por el precio más bajo. ¿Se ha convertido el láser en una mercancía más?

Christian Schmitz, director general de tecnología láser de TRUMPF, dijo:

"En realidad, me parece bien. La mercantilización significa mayores cantidades, lo que a su vez convierte al láser en una opción para otras aplicaciones. Lo veo como una señal de que el láser se ha convertido en un gran éxito"

Pero, ¿qué futuro le espera a un pionero de la alta tecnología como TRUMPF?

"Como fabricante de láseres comerciales, también somos capaces de competir en mercados más grandes. No obstante, no pensamos abandonar el mercado de las aplicaciones de alta gama"

Para Schmitz, esto significa, por ejemplo, la producción de láseres para la industria de los semiconductores. TRUMPF suministra a ASML, el proveedor holandés de sistemas de fotolitografía, el láser más potente del mundo producido en serie. TRUMPF ha dedicado 15 años al desarrollo de esta aplicación láser extremadamente especializada, que probablemente representará más del 10% de las ventas totales en 2020. Es más, está previsto que siga creciendo, con lo que se desmarcará de la tendencia general de la industria de las máquinas herramienta

En noviembre de 2020, un equipo de Zeiss, Trumpf y Fraunhofer IOF recibió el "Deutscher Zukunftspreis" (Premio Alemán del Futuro) por el desarrollo de la litografía EUV. Un proyecto que está respaldado por más de 2.000 patentes. Schmitz explica

"Para llevar a cabo un proyecto de alta tecnología como éste, cada vez es más importante encontrar los socios adecuados, personas con las que se pueda explotar todo el potencial tecnológico de aplicaciones avanzadas como ésta"

Abran paso a potentes láseres de precisión

Para Tünnermann,

"Un ejemplo de ello, en mi opinión, es el desarrollo de láseres de pulso ultracorto para el procesamiento de materiales. En los años noventa pudimos demostrar [en el Laser Zentrum Hannover] que los láseres de pulsos ultracortos pueden utilizarse para texturizar metales con una precisión del orden de los micrómetros pero sin dañar significativamente el material. La experimentación inicial formaba parte de un proyecto conjunto del BMBF. (Entre los socios de este proyecto se encontraban empresas como Bosch y TRUMPF). Esto también dio lugar a un Deutscher Zukunftspreis, en este caso, para el equipo que había trabajado en el proyecto conjunto del BMBF"

Ahora el procesamiento de materiales con pulsos ultracortos (USP) se eleva a un nuevo nivel. CAPS, el Cluster de Excelencia Fraunhofer de Fuentes de Fotones Avanzadas, está coordinado conjuntamente por Fraunhofer IOF y Fraunhofer ILT. CAPS se embarca en llevar los láseres USP del laboratorio a la fabricación industrial, explica Constantin Häfner, recién nombrado director de Fraunhofer ILT

"Estamos facilitando el acceso a estos nuevos láseres USP de alto rendimiento en una fase temprana. Y hemos habilitado instalaciones tanto en Jena como en Aquisgrán, donde las empresas interesadas pueden venir a probar estas fuentes láser únicas y así adquirir la experiencia que necesitan para desarrollar sus propias aplicaciones."

Para ello, no sólo se ha incrementado la potencia de salida hasta unos 20 kilovatios sin precedentes. Los expertos de Fraunhofer también mejoran todas las tecnologías a lo largo de la cadena de valor, desde la simulación hasta una gran cantidad de aplicaciones. Por lo tanto, el CAPs no sólo ofrece una base firme de conocimientos básicos sobre tecnología láser, sino también la oportunidad de cooperar con los institutos Fraunhofer 13 en el desarrollo de nuevas tecnologías y, finalmente, de nuevas aplicaciones.

La fabricación aditiva de órganos humanos

La investigación interdisciplinar ya ha comenzado. En el campo de la medicina, por ejemplo, ya se utiliza la microscopía de escaneo láser de superresolución, una tecnología que ha sido galardonada con varios premios Nobel. En el futuro, la tecnología láser podría imponerse también en otros ámbitos del trabajo de laboratorio. En el Fraunhofer ILT, los investigadores estudian ahora la interacción entre los fotones y las células biológicas, explica Häfner:

"Estamos trabajando en la bioimpresión como forma de crear estructuras de tejido en 3D. Utilizando biomateriales y células vivas, ahora podemos crear estructuras biológicas que imitan las propiedades inmunológicas, celulares y anatómicas de un paciente humano. A largo plazo, podría incluso ser posible utilizar la fabricación aditiva para producir tejidos y órganos personalizados en el laboratorio. Eso nos ayudaría a satisfacer la necesidad de trasplantes humanos"

La carrera por aprovechar la tecnología cuántica

El tema más candente en el campo de la investigación aplicada al láser en estos momentos es la tecnología cuántica. En febrero de 2020, el gobierno federal alemán anunció una financiación de 600 millones de euros para este campo, seguida de otros 2.000 millones como parte del presupuesto de COVID-19. Esto es probablemente más que el total combinado de toda la financiación anterior para la tecnología láser.

Tünnermann, del Fraunhofer IOF, recuerda que "Alemania lleva ya varias décadas promoviendo la tecnología cuántica"

En respuesta a la afirmación de que China y Estados Unidos ya están muy adelantados, responde:

"Mi impresión es que las economías más exitosas serán las que tengan estructuras para promover activamente la transferencia de esta tecnología. Por eso la fotónica es un excelente ejemplo, y es un buen modelo para el éxito duradero de la tecnología cuántica"

En la actualidad se está llevando a cabo un proceso de agenda nacional en el que expertos de la industria, la investigación y las comunidades de usuarios trabajan en red para garantizar que la financiación de la tecnología cuántica se utilice de la manera más eficaz

¿Puede el láser resolver el problema de la energía?

En los años sesenta, el láser se consideraba "la próxima gran cosa" después de la energía atómica. A diferencia de la energía nuclear, la tecnología láser se ha convertido en algo cotidiano. Ya desempeña un papel fundamental en los campos de las telecomunicaciones y la ingeniería de producción, y su importancia seguirá creciendo.

Una empresa alemana tiene planes aún más ambiciosos: Marvel Fusion GmbH va a investigar la fusión nuclear basada en el láser. La tecnología para ello se basa en sistemas del tipo que se está desarrollando en una red de investigación europea conocida como Extreme Light Infrastructure (ELI)

Respaldada por una financiación que ya alcanza los mil millones de euros, la ELI comprende tres institutos de Europa del Este. Estos trabajan para hacer realidad la gran visión de Gérard Mourou, ganador del Premio Nobel de Física 2018. En su conferencia del Nobel, Mourou pasó del descubrimiento inicial de Maiman a un punto lejano en el futuro, cuando los láseres puedan convertirse en aceleradores de partículas, o crear condiciones comparables a las del interior de las estrellas. Encenderán la fusión nuclear. Y serán tan intensos que sacarán partículas del vacío. Marvel Fusion está trabajando en este camino hacia soluciones viables.

Así, el láser ha resuelto muchos problemas que se desconocían cuando Maiman hablaba de una solución en busca de un problema. Sin embargo, como prometió el visionario Gérard Mourou, "lo mejor está por llegar"