Ilustração artística do conceito do metamaterial ativo (esquerda) e microfotografia das nanoesferas reais utilizadas no experimento (direita).
[Imagem: Mihai Caleap/University of Bristol]
Quando surgiram, há poucos anos, os metamateriais suscitaram muitos olhares atravessados, principalmente porque nasceram associados com uma aplicação que parecia brincadeira: mantos da invisibilidade, como os que então faziam sucesso nos livros e filmes de Harry Potter.
Mas os resultados promissores exigiram pouco tempo para que essa área emergente - conhecida tecnicamente como óptica transformacional - ganhasse respeito e ares de seriedade.
No feito mais recente da área, por exemplo, o primeiro manto da invisibilidade contra terremotos mostrou que funciona de verdade.
Agora as possibilidades de criação de novos tipos de matéria artificial ampliaram-se ainda mais - na verdade, ampliaram-se de uma forma cujo alcance ainda é difícil de prever.
Recristalização em tempo real
Pesquisadores demonstraram que é possível alterar dinamicamente e em tempo real a geometria de cristais coloidais que funcionam como "átomos artificiais" que formam o metamaterial - o metamaterial usado é um "cristal fonônico", que manipula ondas acústicas.
Alterar essas unidades básicas em tempo real significa que passa a ser possível definir as propriedades dessa metamatéria em tempo real.
É algo como se você pudesse alterar a estrutura cristalina de um sólido e, ao apertar de um botão, fizesse com que ele passasse de uma cerâmica para um metal, daí para um vidro, de volta para a cerâmica, e assim por diante - no caso do metamaterial, ao se alterar sua "rede cristalina", o que se altera é a forma como essa matéria artificial influencia as ondas que a atingem.
"Nós estamos trabalhando em sistemas que são reconfiguráveis em tempo real, a fim de criar metamateriais genuinamente ativos," disse o Dr. Miahi Caleap, da Universidade de Bristol, no Reino Unido.
"Esses materiais vão dar aos pesquisadores um controle sem precedentes sobre uma vasta gama de fenômenos acústicos e ópticos. Até agora, embora existam numerosos exemplos de metamateriais, nenhum deles é reconfigurável em três dimensões," completou ele.
Projeto de uma camuflagem acústica usando o cristal fonônico ajustável em tempo real.
Barreiras acústicas, lentes, camuflagens...
Caleap e seu colega Bruce Drinkwater usaram um dispositivo acústico para controlar microesferas em suspensão em padrões que lembram a forma como os átomos formam estruturas cristalinas nos sólidos - é por isso que ele é chamado de cristal fonônico.
Quando a posição das microesferas é alterada, o que pode ser feito em tempo real, o metamaterial muda suas características, alterando a forma como ele filtra as ondas acústicas.
A prova de conceito demonstra que é possível construir matérias artificiais para manipular ondas acústicas e ópticas com comprimentos de onda na escala de micrômetros até metros, o que é adequado para criar barreiras acústicas que podem ser otimizadas de acordo com o ruído ou filtros para imageamento terahertz, entre inúmeras outras possibilidades.
Segundo os pesquisadores, já é possível também vislumbrar a criação de lentes e camuflagens reconfiguráveis em tempo real, embora mais desenvolvimentos sejam necessários para fazê-las operar na faixa do visível.
"O método vai funcionar em uma vasta gama de materiais, em praticamente qualquer combinação de fluidos e sólidos. Ele também vai permitir montar qualquer geometria, e é barato e fácil de integrar com outros sistemas," completou Drinkwater.