Los investigadores han desarrollado un nuevo sistema láser de imágenes Raman hiperespectral que puede detectar e identificar de forma remota diferentes tipos de plásticos. Esta tecnología puede ayudar a resolver el problema crítico de la contaminación plástica en el océano al proporcionar mejores herramientas de seguimiento y análisis.
“La contaminación plástica es una grave amenaza para los ecosistemas marinos y los medios de vida humanos, y afecta a industrias como la pesca, el turismo y el transporte marítimo”, afirmó el líder del equipo de investigación Toshihiro Sumikawa del Instituto de Tecnología Láser de Japón. “Es difícil estimar el tamaño, la concentración y la distribución de los desechos plásticos, pero los métodos tradicionales de laboratorio suelen consumir mucho tiempo, mano de obra y ser costosos”.
En Revista del Grupo Editorial Óptica Letras de Ópticalos investigadores describen su nuevo sistema, que es compacto y adecuado para un bajo consumo de energía, lo que lo hace adecuado para su uso a bordo de drones. Muestran que el sistema puede identificar plásticos a una distancia de 6 metros con un campo de visión relativamente amplio de 1 mm x 150 mm.
“Los drones equipados con nuestros sensores lidar se pueden utilizar para evaluar desechos plásticos marinos en tierra o en el océano, allanando el camino para mayores esfuerzos de limpieza y prevención”, dijo Sumikawa. “El sistema también se puede utilizar para otras aplicaciones de seguimiento, como la detección de emisiones de gases peligrosos”.
Teledetección
Los investigadores primero demostraron un sistema de monitoreo basado en la técnica del láser flash Raman en el que se emparejaban filtros de paso de banda con cada objetivo de medición para una detección secuencial. Sin embargo, esta técnica no es práctica para la detección de plástico marino porque cambiar los filtros impediría la detección y el alcance 3D inmediatos.
Otros grupos de investigación han explorado el uso de imágenes Raman hiperespectrales para monitorear la contaminación plástica. Esta técnica combina la espectroscopia Raman con imágenes para capturar información química resuelta espacialmente en una muestra, produciendo mapas detallados de la composición y estructura molecular. Sin embargo, las imágenes Raman hiperespectrales convencionales sólo pueden detectar objetivos que estén cerca del instrumento.
Para la teledetección, los investigadores combinaron el láser para medir la distancia con espectroscopía Raman hiperespectral. Lo hicieron construyendo un sistema prototipo que consistía en un espectrómetro de imágenes 2D equipado con un láser verde pulsado de 532 nm y un CCD intensificado con puerta (ICCD) para medir LiDAR. La señal Raman retrodispersada del objetivo distante se detectó como una línea vertical y la información hiperespectral contenida en cada punto se registró horizontalmente. El uso de una cámara ICCD que se puede controlar en la escala de tiempo de nanosegundos fue esencial para lograr mediciones con láser Raman con resoluciones de rango fino.
Imágenes Raman de resolución de rango
“Diseñamos nuestro sistema para adquirir imágenes y mediciones espectroscópicas simultáneamente”, dijo Sumikawa. “Dado que el espectro Raman es único para cada tipo de plástico, la información de las imágenes se puede utilizar para comprender la distribución espacial y el tipo de desechos plásticos y permitir mediciones con resolución de rango debido al láser pulsado. Debido a que se puede obtener información hiperespectral de objetivos en cualquier distancia.”
Los investigadores probaron su sistema prototipo en una muestra de plástico compuesta por una lámina de polietileno en la posición superior y una lámina de polipropileno en la posición inferior. Desde una distancia de 6 m, el sistema pudo capturar los espectros característicos de cada plástico y producir imágenes que muestran la distribución vertical del plástico. Según los investigadores, un tamaño de píxel de imagen de 0,29 mm con la cámara ICCD a una distancia de separación de 6 m significa que se pueden medir y analizar pequeños desechos plásticos utilizando un sistema lidar de imágenes Raman hiperespectral.
A continuación, los investigadores planean utilizar su sistema para monitorear microplásticos que flotan o sumergidos en el agua. Esto debería ser factible porque la luz láser de aproximadamente 532 nm se transmite eficientemente a través del agua, lo que permite una mejor detección en ambientes acuáticos.
