Las escamas torcidas de una luciérnaga enseñaron a los LED a brillar más

En una tarde cálida de verano, al borde de un prado, unas lucecitas de color verde dorado suben desde la hierba alta, parpadean y vuelven a apagarse. Las luciérnagas encendían sus propias linternas mucho antes de que alguien inventara una lámpara. En 2013 un equipo de físicos miró muy de cerca una de esas linternas y volvió con una manera de sacar más luz de un LED, la diminuta luz eléctrica que hay dentro de las bombillas y pantallas modernas.

Dónde se queda atascada la luz

Una luciérnaga produce su luz dentro del abdomen, en un pequeño órgano llamado linterna. Pero producir la luz es solo la mitad del trabajo. Todavía tiene que salir. El resplandor debe atravesar la cubierta exterior del insecto, la cutícula, y pasar luego al aire, y la luz viaja a distinta velocidad en cada una. En una frontera así, parte de la luz rebota hacia dentro en lugar de cruzar, y todo lo que rebota se pierde para la noche. Un LED tiene exactamente el mismo problema: parte de la luz que se produce en su interior se refleja en la superficie y nunca sale.

Los investigadores, de la Universidad de Namur, en Bélgica, con colegas de Francia y Canadá, estudiaron luciérnagas del género Photuris, que viven en América Latina y Estados Unidos. Con microscopios potentes encontraron en la superficie de la linterna unas costillas diminutas, demasiado pequeñas para verlas a simple vista. También encontraron algo más grande y bastante menos ordenado.

Un tejado de tejas torcidas

Las escamas que cubren la linterna no encajan bien entre sí. Cada una se monta sobre la siguiente con el borde levantado en pendiente, como las tejas de un tejado mal puesto. El equipo lo llamó forma de tejado de fábrica. Los bordes dentados se repiten más o menos cada 10 micrómetros y se levantan unos 3 micrómetros, y un micrómetro es la milésima parte de un milímetro. Los modelos por ordenador mostraron que eran esos bordes torcidos, y no las costillas más finas, los que más ayudaban a que la luz escapara. Las pendientes afiladas ofrecen a la luz más ángulos por los que salir.

• ≈ 10 µm entre un borde dentado de escama y el siguiente en la luciérnaga
• ≈ 3 µm la altura de esos bordes en la luciérnaga
• 5 µm la altura y la anchura de la copia hecha sobre el LED
• 55% la mayor cantidad de luz adicional que dejó salir el LED recubierto

Después el equipo tomó prestada la idea. Sobre un LED corriente de nitruro de galio colocaron una capa sensible a la luz y con un láser le dieron el mismo perfil inclinado, ampliado hasta 5 micrómetros de alto y de ancho para adaptarlo al nuevo material. El LED recubierto dejó salir hasta un 55 por ciento más de luz que el mismo LED sin la capa. El trabajo se publicó en dos artículos en la revista Optics Express en enero de 2013. Además, la capa se pone encima de un LED ya terminado, así que no hace falta rediseñar lo que hay debajo.

En qué se suele equivocar la gente

Es fácil suponer que una lámpara más brillante necesita más energía, o que una superficie debe ser lisa y pulida para dejar pasar bien la luz. La luciérnaga demuestra lo contrario en los dos casos. Su linterna es rugosa a propósito, y la ganancia viene de desperdiciar menos la luz que ya se estaba produciendo. La cifra también pide cuidado: el 55 por ciento fue el mejor resultado en un LED de prueba en un laboratorio, y mide cuánta luz consigue salir, así que no es una promesa sobre la bombilla de tu cocina. Y una pequeña corrección a su nombre inglés, firefly, que significa mosca de fuego: una luciérnaga no es una mosca. Es un escarabajo, de la familia Lampyridae.

Nada de esto era lo que la luciérnaga tenía en mente, claro. No intentaba iluminar una habitación ni ahorrar en la factura de la luz. Solo quería que la vieran desde el otro lado de un prado oscuro, y un tejado un poco desordenado resultó ser la mejor manera de lograrlo.