Cientistas encontram aplicações para os metamateriais

Quase meio século depois que Dustin Hoffman foi chamado de lado em “A Primeira Noite de um Homem” e ouviu a famosa linha “Uma palavra: plásticos” sobre o que seria importante no futuro, talvez seja hora de atualizar o roteiro. Hoje são os metamateriais que parecem ter o poder de transformar indústrias inteiras. Nos últimos 15 anos, cientistas descobriram como construir materiais que curvam ondas de luz, assim como radares, rádio, som e até mesmo ondas sísmicas, de um modo que não acontece naturalmente.

Teorizado primeiro em 1967 pelo físico russo Victor Veselago e inventado em 1999 por um grupo liderado pelo físico David R. Smith, a nova abordagem de design foi vista pela primeira vez como uma curiosidade que teria apenas aplicações dignas de ficção científica, como casacos de invisibilidade.

Mas os pesquisadores hoje já entendem melhor a ciência e estão gerando inovações em uma variedade de campos, incluindo antenas de rádio, radar, cosméticos, materiais que isolam o som e paredes que ajudam a proteger contra terremotos e tsunamis.

No ano passado, a fabricante de aviões Airbus anunciou que estava se unindo à empresa canadense Lamda Guard para testar uma cobertura com base em metamateriais para as janelas dos cockpits, com o objetivo de proteger pilotos de aeronaves comerciais de ficarem momentaneamente cegos por causa de canetas a laser.

A inovação-chave por trás dos metamateriais é que são construídos com subcomponentes menores do que o comprimento de onda do tipo de radiação que foram criados para manipular. Os padrões precisos e geralmente microscópicos podem então ser usados para mexer com as ondas de maneiras não naturais.

As aplicações desses novos materiais podem ser vistas em dois protótipos de antenas de radar que estão sendo criados pela Echodyne, uma start-up fundada com apoio de Bill Gates, cofundador da Microsoft, e da Madrona Venture Group.

Existem mercados óbvios dessa tecnologia para aumentar a segurança de automóveis e nos carros autônomos. Os avançados veículos experimentais do Google usam um equipamento mecânico caro, baseado no laser, chamado LIDAR para criar um mapa instantâneo de alta resolução dos objetos em volta do carro. Baseado em um laser que gira rapidamente, o LIDAR do Google ainda custa cerca de US$ 8.000. Os radares que estão sendo inventados pela Echodyne podem criar mapas semelhantes com um custo muito menor.

A Echodyne é a terceira empresa de metamateriais inventada pela Intellectual Ventures, uma firma de investimentos e patentes criada por Nathan Myhrvold, físico que foi diretor de tecnologia da Microsoft. Duas outras empresas, Kymeta e Evolv Technology, também trabalham em aplicativos que têm como base os metamateriais.

A Evolv está desenvolvendo uma tecnologia de alta performance de verificação de segurança em aeroportos, e a Kymeta anunciou recentemente uma parceria com a Intelsat para criar antenas inteligentes baseadas na Terra e em satélites que poderiam aumentar muito a capacidade e a velocidade da nova geração de satélites de serviços de internet.

Xiang Zhang, professor de engenharia mecânica da Universidade da Califórnia, em Berkeley, administra um laboratório que foi pioneiro em um grande número de aplicações para metamateriais, incluindo as chamadas “superlentes” ópticas que podem um dia suplantar o poder dos microscópios de hoje.

Zhang diz que vários clientes militares e empresas comerciais estão interessados nas aplicações possíveis dos metamateriais.

Muitos anos atrás, afirma Zhang, ele recebeu ligações que pensou ser da firma de serviços militares Loral Space & Communications. Então descobriu que a pessoa que o procurava era da empresa de cosméticos francesa L'Oreal, interessada em metamateriais que poderiam ser usados para mudar a aparência ou para criar protetores solares mais efetivos.

Zhang e outros pesquisadores também estão atrás de aplicações que possam diminuir drasticamente o custo e aumentar a performance de redes de computadores ópticos.

Em 2012, o Instituto Berkeley de Nanociências e Nanoengenharia publicou um estudo onde cientistas da Coreia do Sul descreveram um modulador eletro-óptico de um metamaterial feito de uma folha de grafeno com a espessura de apenas um átomo que podia alternar ondas de luz em frequências de terahetz.

Mais recentemente, um grupo do City College of New York, liderado pelo físico Vinod Menon, demonstrou a emissão de luz de um interruptor de LEDs ultrarrápido feito de metamateriais. Juntas, essas inovações podem tornar possíveis redes de computadores ópticos muito mais rápidas do que as de gigabites que existem hoje.

Na verdade, os metamateriais ainda estão encontrando seus caminhos em novos campos. Trabalhos publicados recentemente exploram a ideia de usar paredes de metamateriais para atenuar as ondas sísmicas de terremotos ou os efeitos de tsunamis.

No começo do mês, cientistas da empresa de construção francesa Menard publicaram um estudo no arxiv.org, um arquivo eletrônico automático de artigos de pesquisa, descrevendo um teste de uma nova maneira de contra-atacar os efeitos de terremotos com uma grade de metamaterial feita de colunas cilíndricas vazias implantadas no solo. Eles afirmam que, com o conjunto de colunas, puderam medir uma diminuição significativa do abalo causado por um terremoto simulado.

Novas aplicações para metamateriais com certeza vão aparecer nos próximos anos, afirma Zhang.

“Está além da nossa imaginação hoje, mas vamos expandir as fronteiras.”