Stranger Things Los fans estarán familiarizados con esta escena: Eleven, una chica con poderes de telequinesis, mira fijamente una lata de Coca-Cola. Sin tocar físicamente la lata, la aplasta por completo utilizando sólo su mente.

Changing objects with the mind has long been a trope in science fiction. Now, thanks to metasurfaces, two studies just showed that it’s potentially possible.

Los metamateriales son compuestos artificiales con extrañas propiedades ópticas. A menudo dispuestos en tándem, pueden interactuar con las ondas electromagnéticas -incluida la luz- de maneras que son imposibles para los materiales naturales. Esto les confiere un superpoder: pueden adaptar fácilmente sus propiedades (por ejemplo, doblar la luz de diferentes maneras) en lugar de depender de las propiedades de los materiales de los que están hechos.

¿Por qué preocuparse? Nuestro cerebro genera ondas electromagnéticas cuando procesa la información. Dependiendo del estado del cerebro -por ejemplo, si está «relajado» frente a «concentrado»- se producen diferentes frecuencias de ondas cerebrales. Entonces, ¿por qué no utilizar el cerebro como fuente para provocar cambios en los metamateriales?

In the primer estudio publicado eneLightEl equipo utilizó un módulo de extracción de ondas cerebrales que permitía a los voluntarios controlar una metasuperficie -una versión 2D de los metamateriales- sólo con su mente. Todo el sistema es inalámbrico y se basa en el Bluetooth. Extrajeron las ondas cerebrales de la voluntaria mientras se relajaba o concentraba y, mediante un controlador, cambiaron la forma en que la metasuperficie vinculada dispersaba la luz. No es tan espectacular como doblar una lata de Coca-Cola, pero es una demostración futurista del uso de la mente para controlar el material físico.

A segundo estudio llevó la idea un poco más lejos. Diferentes metasuperficies pueden «hablar» entre sí en función de sus propiedades electromagnéticas. En este caso, el equipo conectó a dos personas a sus metasuperficies para que enviaran mensajes de texto con sus mentes. Un voluntario era el transmisor y el otro el receptor. Al concentrarse, las ondas cerebrales del emisor cambiaban las propiedades de la metasuperficie para codificar diferentes mensajes binarios. Al descodificar, el receptor recibía el texto, todo ello sin mover un solo dedo.

Por ahora, esta tecnología futurista está aún en pañales. Pero los científicos imaginan que algún día podrán utilizar los metamateriales para un sinfín de fines: controlar el estado de atención de un conductor, por ejemplo, o incorporarlos a interfaces cerebro-máquina no invasivas.

«Combinados con algoritmos inteligentes como el aprendizaje automático, los dos trabajos presentados pueden abrir aún más una nueva dirección hacia los sistemas biointeligentes avanzados de metasuperficie». dijo El Dr. Xiangang Luo, del Instituto de Óptica y Electrónica de la Academia China de Ciencias, que no participó en ninguno de los dos estudios.

La rareza de las metasuperficies

Las metasuperficies son como un sueño febril. Normalmente esperamos que nuestros materiales se comporten de forma coherente: las botellas de vidrio se rompen bajo presión; la madera se agrieta; el algodón es blando. Los metamateriales cambian este paradigma. A menudo están formados por una amalgama de materiales… materiales piezoeléctricos son uno de los favoritos: cambian fácilmente sus propiedades estructurales y de curvatura de la luz bajo el efecto de los campos electromagnéticos.

Esto ha conducido a la creación de capas de invisibilidad , camuflaje dinámico, superlentes y Milibots impresos en 3D que un día podría recorrer su cuerpo para administrar inteligentemente los fármacos cuando los necesite.

Las metasuperficies son el primo 2D de los metamateriales. En este caso, las estructuras repetitivas de los metamateriales se entrelazan en una estructura similar a una lámina, manteniendo su capacidad de controlar «casi todas las características de las ondas electromagnéticas», explica el Dr. Shaobo Qu, de la Universidad de Ingeniería de las Fuerzas Aéreas de China, que dirigió el ensayo de telequinesis. Las metasuperficies programables (PM) son un paso más, ya que sus funciones pueden controlarse de forma predecible mediante influencias externas para cambiar de modo de funcionamiento, como un espejo «inteligente» de baño con varios ajustes de luz según el estado de ánimo.

Normalmente, las ondas electromagnéticas proceden de un generador. Pero nuestros cerebros estallan con diferentes frecuencias de estas ondas, que en conjunto representan señales eléctricas a través de grandes regiones. Las ondas beta, por ejemplo, tienen un ciclo de entre 15 y 40 veces por segundo y se asocian a una mente activa. Las ondas Theta, en cambio, se relacionan con la ensoñación, una especie de relajación mental. Los científicos han descubierto que es posible controlar las ondas cerebrales y cambiarlas activamente de un estado a otro mediante la neurorretroalimentación.

Las ondas cerebrales pueden ser captadas fácilmente por una tapa de electrodos incrustados. Esto llevó al equipo a preguntarse: ¿podemos utilizar estas señales para controlar las metasuperficies?

En un estudio, Qu propuso un diseño sencillo con un módulo de extracción de ondas cerebrales. Tiene tres partes: el sensor, el controlador y el actuador. El sensor recoge las ondas cerebrales a través de electrodos colocados en el cuero cabelludo. En este caso, el equipo utilizó un módulo disponible en el mercado, ThinkGear AM , un chip asequible popular entre la comunidad de hacking de ondas cerebrales DIY.

Los datos registrados se transmiten al controlador a través de Bluetooth. El controlador también está hecho de un componente de bajo coste, con Arduino como corazón. Las señales de las ondas cerebrales se convierten en una medida de la atención y se introducen en el actuador. Dependiendo del nivel de atención de la persona, el actuador clasifica los datos en cuatro grupos y emite diferentes voltajes.

«Los cuatro intervalos de umbral corresponden a la intensidad de la atención distraída, neutral, concentrada y extremadamente concentrada, respectivamente», explicó el equipo.

El voltaje alto o bajo corresponde a una secuencia de codificación de 1 o 0. Estas secuencias se corresponden con diferentes propiedades del material de la metasuperficie, que a su vez controla la forma en que se dispersa la luz.

¿El resultado final? En una prueba de concepto, una voluntaria se sentó en una cámara anecoica, una sala diseñada para bloquear el sonido o las ondas electromagnéticas del entorno. Con electrodos secos en la cabeza, cerró los ojos mientras pasaba por diferentes estados de concentración. Al medir las propiedades de dispersión de la luz de la metasuperficie, el equipo descubrió una fuerte correspondencia entre la intensidad de su atención y las propiedades del material.

El estudio no demuestra que sea posible mover físicamente materiales con la mente. Pero sí demuestra que es posible controlar a distancia un material sólo con el pensamiento. Por ahora, la tecnología es sobre todo una prueba interesante que allana el camino para el material controlado por la mente para la monitorización de la salud o los sensores inteligentes. Uno de los principales obstáculos es cómo hacer frente al ruido electromagnético exterior, que podría ocluir las señales de control neuronal.

Comunicación de cerebro a cerebro

La telequinesis ya me deja boquiabierto. Pero, ¿y la telepatía?

Otro estudio utilizó las metasuperficies como una especie de teléfono para ayudar a dos personas a enviar mensajes sencillos, todo ello sin mover un dedo.

La comunicación directa entre cerebros no es nueva. Estudios anteriores utilizando configuraciones no invasivas hicieron que los participantes jugaran a 20 preguntas con sus ondas cerebrales. Otro estudio built a BrainNet for three volunteers, allowing them to play a Tetris-like game using brainwaves alone. The conduit for those mindmelds relied on cables and the internet. Un nuevo estudio preguntó si las metasuperficies pueden hacer lo mismo.

Dirigido por el Dr. Tie Jun Cui, del Instituto del Espacio Electromagnético de la Universidad del Sureste de China, el estudio relacionó una conocida señal de ondas cerebrales, P300 a las propiedades de una metasuperficie. Su montaje, cerebro-ordenador-metasuperficie electromagnética (EBCM), utilizaba ondas cerebrales para controlar un tipo concreto de metasuperficie. metasuperficie de información que puede codificar 0s y 1s como una placa de circuito electrónico.

El experimento contaba con dos voluntarios: un transmisor y un receptor. Al transmisor se le monitorizaron las ondas cerebrales con EEG, centrándose específicamente en la señal P300. Las señales se decodificaron en código binario, que se utilizó para controlar las propiedades de la metasuperficie del transmisor. Estos cambios modificaban de forma inalámbrica la metasuperficie del receptor, que a su vez era descodificada y traducida en información textual para que el receptor la leyera.

The setup successfully transmitted four text sequences: “hello world,” “Hi, Sue,” “Hi, Scut” and “BCI metasurface.” It’s a slow process, averaging roughly five seconds for each character, but could be improved with some “quick-spelling paradigms,” the team said.

Todavía estamos lejos de la telequinesis y la telepatía. Pero puede que esos superpoderes no sean tan descabellados como se pensaba. Por ahora, los equipos están ansiosos por adoptar sus configuraciones para mejorar la salud.

«Nuestro trabajo puede abrir una nueva dirección para explorar la integración profunda de la metasuperficie, la inteligencia del cerebro humano y la inteligencia artificial, con el fin de construir nuevas generaciones de sistemas de metasuperficie biointeligentes», dijo Cui.

Crédito de la imagen: Gerd Altmann / Pixabay