Nanotecnologia

Radar de luz é finalmente miniaturizado

Gangorra de laser miniaturiza LIDAR, o radar de luz
Os microespelhos são conhecidos como "grades de alto contraste", que permitem capturar a força de radiação da própria luz para mover o espelho, sem nenhum controle externo.[Imagem: Weijian Yang]

LIDAR: radar de luz

Quando uma criança brinca em uma gangorra, se ela souber deslocar corretamente o corpo conforme se movimenta, ela conseguirá um "balanço autossustentado", brincando por horas sem que ninguém precise empurrá-la.

Essa técnica simples foi empregada no interior de um nanodispositivo optomecânico, tornando-o capaz de "balançar um laser", fazendo-o mudar de cor virtualmente sem gastar energia.

Isto significa que finalmente será possível miniaturizar o promissor LIDAR, uma espécie de radar de luz, que já está sendo usado para mapear a atmosfera terrestre em 3D e rastrear a poluição industrial, mas que pode ser muito útil em muitas outras áreas, desde que se torne pequeno e consuma uma quantidade de energia que possa ser suprida por uma bateria.

Robótica, videogames, ambientes de realidade virtual e, claro, carros sem motorista, são os principais candidatos a usar os equipamentos de LIDAR miniaturizados. Os benefícios também deverão atingir a área de imagens médicas, melhorando os exames de tomografia por coerência óptica.

O laser que balança o espelho

O LIDAR funciona disparando um feixe de luz em um alvo - que pode ser cada ponto de um ambiente inteiro - e medindo o tempo que leva para a luz refletida retornar. Como a velocidade da luz é constante no meio analisado, o tempo de retorno pode ser utilizado para calcular a distância dos objetos com grande precisão.

Para isso, é necessário que o laser mude constantemente sua frequência - ou comprimento de onda, ou cor - para distinguir entre a luz que vai e a luz que volta. Hoje, quanto mais rápido o sistema precisa operar, maior é a energia que ele consome, e maior é o seu tamanho.

Weijian Yang e seus colegas da Universidade de Berkeley, nos EUA, usaram a própria luz do laser para balançar microespelhos, que fazem com que a luz mude de cor continuamente ao rastrear o ambiente. Como é a própria luz que balança os microespelhos, o consumo de energia é mínimo.

A expectativa é que um LIDAR, que hoje tem o tamanho de uma caixa de sapatos, possa ser colocado dentro de um telefone celular ou de um drone.

No protótipo, a interação optomecânica do laser e dos espelhos faz o comprimento de onda da luz balançar em 23 nanômetros, o que é suficiente para que o LIDAR tenha uma precisão espacial de 50 micrômetros.

Bibliografia:

Laser optomechanics
Weijian Yang, Stephen Adair Gerke, Kar Wei Ng, Yi Rao, Christopher Chase, Connie J. Chang-Hasnain
Nature Scientific Reports
Vol.: 5, Article number: 13700
DOI: 10.1038/srep13700




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