Manto da invisibilidade pode reduzir interferência entre antenas
Os cientistas David R. Smith e Nathan Landy, da Universidade Duke, dos Estados Unidos, anunciaram recentemente um feito até então inédito: ocultar completamente um objeto com um "manto da invisibilidade". Mas fãs de Harry Potter e outras obras de fantasia que já estão imaginando uma capa da invisibilidade, a qual possa ocultar uma pessoa, vão ter que esperar. "É um longo, longo caminho a ser percorrido", afirma Smith, professor de Engenharia Elétrica e de Computação e PhD pela Universidade da Califórnia.
A invisibilidade é um assunto que mexe com o imaginário popular. Em 2006, o tema ganhou maior interesse da comunidade científica. Usando microondas (ondas com comprimento maior do que o visível pelo olho humano), Smith e o professor John Pendry, do Imperial College London, produziram a primeira capa eletromagnética. Eles propuseram a teoria da "ótica da transformação" em um artigo publicado na revista Science.
Entretanto esse projeto inicial teve alguns problemas devido a reflexões, o que tornava a ilusão ótica incompleta. O novo estudo, publicado no dia 11 de novembro, na revista científica Nature Materials, mostra como fazer isso de forma perfeita. Ou quase. Isso porque a ilusão só funciona em uma direção e em microondas, não em luz visível ao olho humano. "Isso me lembra os personagens do baralho em Alice no País das Maravilhas. Se elas viram de lado, você não consegue vê-las, mas são obviamente visíveis se você olhar de outra direção", afirma Smith, um dos coordenadores do novo trabalho.
Manto quase perfeito: a evolução
Em 2006, Smith e Pendry começaram com uma ideia: as transformações de coordenadas podem ser usadas como uma ferramenta de design para eletromagnetismo e óptica. Como exemplo hipotético, eles consideraram a possibilidade de um "manto da invisibilidade". "O manto era apenas um exemplo simples, fácil de entender, da óptica de transformação, mas realmente capturou a imaginação!", conta Smith.
Mesmo assim, eles ainda tinham um problema pela frente: como implementar os materiais complicados necessários para alcançar as exigentes propriedades do material. "É aí que entram os metamateriais. Materiais tradicionais nunca seriam capazes de preencher o papel da mídia óptica de transformação, de modo que nós precisávamos estruturar materiais artificiais que iriam fazer o trabalho", explica o professor da Universidade Duke.
No entanto, mesmo com os metamateriais, teria sido difícil alcançar o projeto exato exigido. Por isso, os cientistas fizeram algumas simplificações que permitiram demonstrar o mecanismo de camuflagem em 2006. Mesmo lançando uma sombra e refletindo um pouco da onda incidente, Smith alega que o projeto cumpriu o que era esperado e ainda abriu as portas para a pesquisa da ótica da transformação.
Assim, desde 2006, centenas de ideias de mantos foram sugeridos, cada um com suas vantagens e desvantagens. Para Landy, estudante da graduação que trabalha no projeto com Smith, desde 2011, a luta constante em "desenhar" mantos é encontrar os projetos que são potencialmente mais fáceis de fabricar usando metamateriais. E foi um tipo de material sugerido por outro grupo que chamou a atenção de Landy e Smith, para a concretização do novo manto.
Segundo Smith, este projeto em particular resulta uma estrutura que efetivamente "achata" um objeto 2D, como uma folha de papel. "Se você olhar para um pedaço de papel, por um lado, ele é praticamente invisível. Visto de qualquer outra direção, porém, seria claramente visível, de modo que este é um manto unidirecional", exemplifica. Landy explica que a metodologia utilizada foi semelhante à de 2006, embora a capa anterior tivesse problemas de projeto devido a reflexões e outras limitações superadas agora.
Além disso, outro avanço importante no manto atual demonstrado é que as aproximações, feitas em 2006, não foram introduzidas. "Todos os mantos anteriores fizeram aproximações da receita ideal da ótica de transformação, e assim foram imperfeitos. O manto atual alcança o projeto ideal quase exatamente, com pequenos desvios, devido a problemas de fabricação que podem ser tratados em versões futuras do manto", esclarece Landy.
Para Landy, esta experiência será tomada como referência. "É um 'primeiro', no sentido de que o manto realmente se aproxima de camuflagem ideal, tão bem quanto é teoricamente possível. O preço a pagar por este projeto particular, porém, é que ele é unidirecional", esclarece. Outro motivo de orgulho é o tamanho do manto, bastante largo, com quase dez comprimentos de onda. "Para nós, isso representa um passo significativo", comenta Smith.
As descobertas feitas a partir deste novo "manto da invisibilidade" são de grande importância para a ciência. Elas podem atuar na transformação de como ondas de luz, ou outras ondas, podem ser controladas ou transmitidas. O novo metamaterial pode revolucionar a transmissão de luz e de ondas. Em matéria publicada no dia 11 de novembro, no
, Landy diz que essa abordagem pode ter mais aplicações do que apenas a criação de mantos. "Por exemplo, metamateriais podem 'maquiar' voltas e mais voltas de fibra óptica, em essência, fazendo-a parecer mais reta. Isto é importante porque cada curva atenua a onda dentro dela", relata.
De acordo com Smith, provavelmente o primeiro uso para a técnica de camuflagem seria para reduzir a interferência entre as antenas próximas, que se comunicam em diferentes comprimentos de ondas. Para o cientista, há uma grande oportunidade de uso no RF (rádio frequência e espectros de microondas), já que a maioria dos dispositivos de comunicação estão nesse comprimento de onda. "Os telefones celulares, internet sem fio, e muitos outros serviços sem fio operam em torno de 5 GHz ou menos. Com tantos dispositivos tentando se comunicar, não é inconcebível que eles iriam começar a interferir e poder precisar de algo como uma capa, um dia, para manter um canal de comunicação aberto", esclarece.
Além disso, os cientistas começaram a trabalhar para aplicar os princípios no projeto de um manto 3D, desafio muito maior do que o dispositivo já concebido por Smith e Landy.
O manto perfeito
Criar capas para comprimentos de onda visíveis ao olho humano é altamente especulativo, segundo Landy. "Uma série de pesquisas precisa ser feita sobre o design do material básico antes de algo tão complicado, como uma capa 3D, em comprimentos de ondas visíveis, poder ser tentada", enfatiza.
Assim como Landy, Smith também concorda que, para conceber um manto para a luz visível, os desafios são substanciais. De acordo com o cientista, utilizando aproximações, seria possível alcançar uma estrutura de camuflagem no visível. Mas para obter um manto perfeito, seria necessária uma resposta material difícil de criar em ótica. "Em particular, é necessária uma resposta tanto elétrica quanto magnética. Resposta elétrica não é um problema, mas a resposta magnética não existe realmente em comprimentos de onda ópticos, o que significa que teríamos que usar o magnetismo artificial", elucida.
Por isso, uma capa de invisibilidade como os de livros de fantasia e ficção científica ainda é um sonho distante. "Quanto mais fino o manto, mais exigente os parâmetros do material. Então, tudo depende de que tipo de metamateriais nós vamos ser capazes de conseguir no futuro. Neste ponto, eu diria que um tecido semelhante ao manto não viola as leis da física, mas seria muito pouco prático dada a tecnologia atual. Talvez no futuro? É um longo, longo caminho a ser percorrido", confessa.
Enquanto isso, os cientistas seguem trabalhando nessa área. "Temos aplicado o método de óptica de transformação em uma variedade de mantos e outros dispositivos, e estamos tentando melhorar os resultados", conta Landy. Além disso, eles também estão utilizando a técnica para os comprimentos de onda infravermelhos, que, segundo Landy, é consideravelmente mais desafiador.
Embora existam outros cientistas pesquisando o assunto, Smith afirma que nenhum se assemelha ao "manto da invisibilidade" criado por eles. "Esperamos que o manto presente sirva como um marco importante na ótica da transformação", conclui.