Los investigadores han desarrollado un nuevo sistema lidar de imágenes Raman hiperespectrales que puede detectar e identificar de forma remota diferentes tipos de plásticos. Esta tecnología puede ayudar a abordar el complejo problema de la contaminación plástica en el océano al proporcionar mejores herramientas de seguimiento y análisis.
“La contaminación plástica representa una grave amenaza para los ecosistemas marinos y los medios de vida humanos, afectando a industrias como la pesca, el turismo y el transporte marítimo”, afirmó Toshihiro Somekawa, líder del equipo de investigación del Instituto de Tecnología Láser de Japón. “Es esencial gestionar y proteger el medio marino. Sin embargo, para evaluar el tamaño, la concentración y la distribución de los desechos plásticos, los métodos convencionales de laboratorio suelen ser lentos, laboriosos y costosos”.
En Revista del Grupo Editorial Óptica Carta de ÓpticaLos investigadores describen su nuevo sistema, que es compacto y optimizado para un bajo consumo de energía, lo que lo hace adecuado para su uso a bordo de un dron. Muestran que el sistema puede detectar plástico a una distancia de hasta 6 metros con un campo de visión relativamente amplio de 1 mm x 150 mm.
“Un dron equipado con nuestro sensor lidar se puede utilizar para evaluar los desechos plásticos marinos en tierra o en el océano, allanando el camino para esfuerzos de prevención y limpieza más específicos”, dijo Somekawa. “El sistema también se puede utilizar para otras aplicaciones de monitorización, como la detección de fugas de gases peligrosos”.
Lograr la detección remota
Los investigadores demostraron previamente un sistema de monitoreo basado en una técnica flash Raman lidar donde se acoplaron filtros de paso de banda a cada objetivo de medición para una detección consistente. Sin embargo, esta técnica no es práctica para la detección de plástico marino porque cambiar los filtros evitaría la detección y el alcance 3D instantáneos.
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, creando mapas detallados de la composición y estructura molecular. Sin embargo, las imágenes Raman hiperespectrales convencionales sólo pueden detectar objetivos cercanos al instrumento.
Para la teledetección, los investigadores combinaron lidar para medir la distancia con espectroscopía Raman hiperespectral. Lo hicieron construyendo un sistema prototipo que incluía un espectrómetro de imágenes 2D equipado con un láser verde pulsado de 532 nm y un CCD intensificado con puerta (ICCD) para mediciones lidar. La señal Raman dispersada desde el objetivo distante se detectó como una línea vertical y la información hiperespectral 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 lidar Raman con una resolución de rango fino.
Imágenes Raman de resolución de rango
“Diseñamos nuestro sistema para adquirir imágenes y mediciones espectrales simultáneamente”, dijo Somekawa. “Dado que los espectros Raman son únicos para cada tipo de plástico, la información de imágenes se puede utilizar para comprender la distribución espacial y el tipo de desechos plásticos, y los láseres pulsados permiten mediciones de rango resuelto para obtener información hiperespectral de objetivos a 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 metros, el sistema pudo adquirir el espectro característico de cada plástico y producir imágenes que muestran la distribución vertical del plástico. Los investigadores dicen que el tamaño de píxel de la imagen de 0,29 mm con la cámara ICCD a una distancia de 6 m significa que se pueden medir y analizar pequeños desechos plásticos utilizando el 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 posible porque la luz láser de alrededor de 532 nm se transmite eficazmente a través del agua, lo que permite una mejor detección en entornos acuáticos.