Resolviendo laberintos usando descargas eléctricas

Dibujo20141103 solution simple maze by glow discharge - phys plasmas - aip org

Se dice que la electricidad siempre busca el camino más corto a tierra, en realidad, el camino de menor resistencia. Gracias a ello se puede usar una descarga luminiscente para resolver un laberinto. El ruso Alexander E. Dubinov y sus colegas han diseñado un laberinto circular reconfigurable de plexigás con paredes móviles de poliamida relleno de aire a baja presión (entre 0,1 y 10 Torr (torricellis), recuerda que la presión atmósferica son 760 Torr). Una diferencia de potencial entre 1,7 y 1,9 kV (kilovoltios) produce una descarga luminiscente que muestra la solución al laberinto; la descarga es visible a simple vista en una habitación oscura y en estas fotos se ha usado una cámara de fotos digital convencional de la marca Olympus.

El artículo técnico es Alexander E. Dubinov et al., “Glow discharge based device for solving mazes,” Phys. Plasmas 21: 093503, 2014; más información divulgativa en Charles Day, “Solving mazes with glowing plasma,” Physics Today, Nov 2014.

Dibujo20141104 Design of the device for maze solutions - phys plasmas

La idea no es nueva, ya en 2002 Andreas Manz (Imperial College, Londres) y sus colegas demostraron que las descargas eléctricas pueden resolver laberintos (D. R. Reyes et al., “Glow discharge in microfluidic chips for visible analog computing,” Lab Chip 2: 113−116, 2002). Pero su diseño era fijo porque requería litografía láser, helio a baja presión y voltajes entre 20 y 30 kV. El nuevo diseño es reconfigurable de forma manual (en pocos minutos). En la figura, 1 es el cátodo, 2 es la cámara con el gas, 3 son las paredes/barreras móviles, 4 es la parte fija del laberinto, 5 son las puertas móviles, 6 es el ánodo central y 7 es la conexión a la bomba de vacío que reduce la presión del aire.

El laberinto circular tiene un diámetro de 45 cm y una altura de 5 cm. Su parte superior está sellada herméticamente con una ventana de cuarzo transparente de 6 cm de grosor que permite observar las descargas con una cámara de fotos digital convencional. El laberinto está formado por un disco de plexiglás de 28,7 cm de diámetro y 5 cm de altura (4 en la figura). La descarga eléctrica ioniza el aire que se comporta como un plasma con electrones libres que desde el cátodo tratan de alcanzar el ánodo por el camino energéticamente menos costoso.

Dibujo20141104 The 1D-model of a path with a potential barrier in a maze - phys plasmas

Los autores incluyen en el artículo un modelo unidimensional de la física que explica cómo la corriente de electrones resuelve el laberinto. El modelo es sencillo, pero omitiré detalles técnicos. Por supuesto, parece fácil, pero lograr que el experimento funcione perfectamente requiere un diseño cuidadoso, sobre todo evitar posibles fugas en el laberinto (algo que con un diseño reconfigurable no es fácil). Aún así, los resultados logrados son espectaculares.

Coda final. Este post participa en la Edición LVIII del Carnaval de la Física, alojado como todos los meses de noviembre en el blog Gravedad Cero (@GravedadCero). Esta edición del carnaval científico más antiguo de España (que cumple cinco años) finalizará el próximo 30 de noviembre, celebrando la primera observación por parte de Galileo de un objeto celeste con su telescopio. Anímate y participa.


1 Comentario

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RamiroHumSahRamiroHumSah

(Voy a escribir heurísticamente)Alguna vez llegué a pensar en este efecto cuando se explica en clase de electromagnetismo los circuitos eléctricos, pues me preguntaba ¿Cómo se establece inicialmente la corriente en el circuito? es decir los profesores suelen hacer la analogía de ver la corriente eléctrica como un flujo de agua y al pasar la corriente por una malla de dos resistencias conectadas en serie la intensidad de corriente no es igual en cada resistencia así que el “flujo no es el mismo” y por consiguiente me preguntaba ¿Cómo puede “saber” la corriente eléctrica el camino de menor resistencia?…

Una modesta pregunta Francis:

¿La explicación de este fenómeno es cuántica ó el análisis es clásico? por que en ese entonces pensaba que era algo parecido al experimento de la doble rendija desde mi ignorancia actual y el hecho de que nunca volví a pensar en esto así que yo respondería: sí están relacionados los dos efectos.

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