Nanotecnologia: metamateriais invisíveis

Você sabia que cientistas e pesquisadores estudam técnicas de ocultamento e invisibilidade de materiais manipulando as ondas de luz, e que talvez em um futuro próximo conheçamos produtos que possam desaparecer a olho nu?

O campo dos metamateriais propõe maneiras de distorcer as propriedades naturais e físicas de ondas eletromagnéticas, de forma a fazer com elas ultrapassassem um objeto sem refletir ou refratar a luz, por exemplo.

Para entender como isso funciona, pense em um tecido formado de fios sendo atingindo por raios de luz. As ondas que atingem esse material viajam pelos fios, mas não pelos espaços e as cavidades do tecido. Se você fizer um buraco nesse material e colocar um objeto nesse espaço, a luz contornaria o orifício e retornaria seu percurso, ignorando o buraco e o objeto alocado.

Essa é a ideia por trás do funcionamento dos metamateriais. De produção sintética e artificial, eles têm propriedades capazes de curvar as ondas eletromagnéticas de tal maneira que seja possível para a luz, por exemplo, contornar um objeto e retornar seu percurso atrás dele, sem refletir ou produzir sombras no processo.

Metamateriais e comprimentos de onda

Para manipular as ondas eletromagnéticas, o metamaterial usado precisa ser menor que o comprimento de onda em questão. Como essas ondas em geral já têm dimensões na ordem dos nanômetros, os cientistas precisam criar metamateriais pequenos o suficiente para distorcer essas ondas, fazendo com que elas contornem um objeto.

Por essa razão, a aplicação de metamateriais depende diretamente do desenvolvimento da nanotecnologia e da possibilidade de fabricar nanoestruturas com materiais de ondas mais curtas. Para conduzir ondas na faixa da luz visível, por exemplo, os metamateriais precisam chegar a estruturas de 50 nanômetros.

As experiências mais avançadas nesse campo produziram materiais de 100 nm, que ainda não produz uma invisibilidade completa dos objetos, mas já é capaz de refratar algumas cores. Isso mostra que não estamos muito distante de ter uma capa de invisibilidade como a de Harry Potter – e nem é preciso magia para isto.

Outras aplicações de metamateriais

Apesar de a invisibilidade ser a primeira coisa que pensamos no que se trata de metamateriais, a nanotecnologia serve também para manipular outras ondas eletromagnéticas, como as de rádio e ultrassom. Diversos setores, como a militar, de telecomunicações e até a medicina podem ter aplicações diferentes para os metamateriais, trazendo benefícios variados para as atividades.

Veja abaixo algumas das possibilidades em estudo para a utilização de metamateriais e a manipulação de ondas eletromagnéticas:

1. Telecomunicações

Sinais de telefonia celular e internet wireless poderiam ter melhor alcance e desempenho, sem perder a frequência por obstrução de objetos. Metamateriais também podem servir para uma nova rede de fibra óptica de alta velocidade.

2. Medicina

Exames de ultrassom podem se beneficiar da tecnologia de metamateriais para transformar essas ondas em sinais ópticos, o que possibilita ver o corpo por dentro com mais precisão e detalhamento.

3. Computação

Chips em nanoestruturas podem ter tamanhos reduzidos e ainda ter um aumento de velocidade no processamento de dados.

4. Produção energética

Estruturas criadas com metamateriais poderiam contribuir para a captura de raios solares e a produção de energia solar em painéis menores do que os utilizados atualmente.

5. Câmeras e sistema de vigilância

Câmeras que utilizem imagens comprimidas em micro-ondas, sem lentes e sem partes móveis poderiam substituir os portões de segurança em aeroportos, por exemplo. Câmeras digitais em geral poderiam se beneficiar de metamateriais para registrar a luz de maneiras inéditas e jamais vistas.