Ciência

Cientistas criam invisibilidade de objetos sem camuflagem de metamaterial

Os físicos têm conseguido fazer objetos cilíndricos homogêneos completamente invisíveis na faixa de microondas. Contrariando a noção regente de invisibilidade que se baseia em revestir objetos com camuflagem de metamaterial, os cientistas conseguiram o resultado usando um objeto homogêneo, sem quaisquer camadas adicionais. O método baseia-se numa nova compreensão do espalhamento da onda electromagnética

diario da manha
Esta é a câmara anecóica de rádio-frequência utilizada para a experiência (Crédito: Universidade ITMO)

Físicos da Universidade ITMO (Ioffe Institute and Australian National University, da sigla em inglês), descobriram como fazer objetos cilíndricos homogêneos ficarem completamente invisíveis na faixa de micro-ondas. Ao contrário da ideia predominante atualmente sobre invisibilidade, que baseia-se em revestimento de tecido de metamaterial, os pesquisadores conseguiram o resultado usando um objeto sem qualquer revestimento adicional. O método baseia-se em uma nova compreensão do espalhamento da onda eletromagnética. Os resultados do estudo foram publicados na Scientific Reports (Relatórios Científicos).

Os cientistas estudaram o espalhamento da luz a partir de um cilindro de vidro cheio de água. Em essência, tal experimento representa um análogo bidimensional de um problema clássico da dispersão homogênea de uma esfera (Dispersão de Mie), solução que é conhecida há quase um século. No entanto, este problema antigo contém física incomum e que se manifesta quando os materiais com alto índice de refração estão envolvidos. No estudo, os cientistas usaram a água comum cujo índice de refração pode ser regulado pela mudança de temperatura.

Como se viu, elevado índice de refração está associado com dois mecanismos de dispersão: dispersão de ressonância, que está ligado com a localização da luz no interior do cilindro, e a não ressonante, que é caracterizada por uma dependência lisa sobre a frequência das ondas. A interação entre estes mecanismos é referida na literatura como Ressonâncias de Fano. Os pesquisadores descobriram que, certas ondas de frequências espalhadas através destes mecanismos, tanto ressonante como não ressonante, e com fases opostas, são mutuamente destruídas, tornando o objeto invisível.

O trabalho levou à primeira observação experimental de um objeto homogêneo invisível por meio de espalhamento por cancelamento. É importante notar que a técnica desenvolvida tornou possível mudar de visibilidade à invisibilidade na mesma frequência de 1,9GHz, simplesmente alterando a temperatura da água no interior do cilindro a partir de 90 °C a 50 °C.

“Nossos cálculos teóricos foram testados com sucesso em experimentos de micro-ondas. O que importa é que a ideia de invisibilidade implementada em nosso trabalho pode ser aplicada a outras faixas de onda eletromagnética, incluindo a faixa visível. Materiais com índice de refração correspondente podem ser desenvolvidos à vontade”, disse Mikhail Rybin, primeiro autor do estudo e pesquisador sênior no Laboratório de metamateriais na Universidade ITMO.

A descoberta de um fenômeno de invisibilidade em objeto sem a necessidade de camadas adicionais é importante, também, do posto de vista de engenharia. Por ser muito mais fácil produzir um cilindro homogêneo, a descoberta pode levar ao melhor desenvolvimento de nanoantenas, em que elementos estruturais invisíveis poderiam ajudar a reduzir perturbações. Por exemplo, hastes invisíveis poderiam ser usadas como suporte para uma antena complexa em miniatura ligando dois chips ópticos.

A invisibilidade voltou a ser destaque no noticiário científico com o desenvolvimento de metamateriais, artificialmente concebidos com propriedades ópticas que não encontradas em condições normais na natureza. Os metamateriais são capazes de mudar a direção da luz de formas exóticas, inclusive fazendo curva de luz ao redor do objeto camuflado. No entanto, camadas de revestimento baseadas em metamateriais são extremamente difíceis de fabricar e são incompatíveis com muitas outras ideias de invisibilidade. O método desenvolvido pelo grupo é baseado em uma nova compreensão destes processos e deixa para trás ideias existes, por favorecer a simplicidade e o custo-efetividade obtido pelo espalhamento.

Comentários

Mais de Ciência

11 de março de 2019 as 11:34

Caroços siameses

28 de fevereiro de 2019 as 11:54

Homo intergalacticus

20 de janeiro de 2019 as 22:09

Acompanhe o eclipse lunar, o último de 2019

4 de junho de 2018 as 18:09

Junho terá sete eventos astronômicos