Materiais Avançados

Lente de metamaterial focaliza um hemisfério inteiro

Lente de metamaterial focaliza um hemisfério inteiro
A nova lente tem um campo de visão de praticamente 180º. Isso significa que a nova lente permite a visualização perfeita de praticamente um hemisfério inteiro - compare isto com o estreito ponto nítido que você enxerga no centro da sua lupa. [Imagem: Duke University]

Engenheiros da Universidade de Duke, nos Estados Unidos, criaram uma nova geração de lentes até agora só prevista nas teorias.

Diferente de todas as lentes que se conhece até hoje, a nova lente, de altíssima resolução e grande campo de visão, abre caminho para aplicações totalmente novas, assim como para a melhoria dos sistemas ópticos e eletromagnéticos atuais.

Lentes não-transparentes

As novas lentes em nada se parecem com as atuais. Em vez dos vidros ou plásticos transparentes, geralmente esféricos e altamente polidos, as novas lentes lembram mais uma veneziana em miniatura.

Ainda assim, sua capacidade de focalizar a direção dos raios eletromagnéticos que passam através delas, supera largamente as melhores lentes convencionais atuais - por enquanto, elas somente funcionam para raios na frequência das micro-ondas, mas não existe impeditivo para que elas possam ser fabricadas para outras frequências.

O avanço foi possível graças aos metamateriais, materiais sintéticos que não são formados por uma única substância, mas por uma estrutura construída pelo homem que pode ser projetada e desenvolvida para apresentar propriedades que não são encontradas em materiais naturais, encontrados na natureza.

Lente de fibra de vidro

O protótipo da nova lente, que mede cerca de 10 centímetros quadrados, foi fabricado com mais de 1.000 peças individuais, feitas com a mesma fibra de vidro usada nas placas de circuito impresso e revestida com cobre.

É o arranjo preciso dessas peças, dispostas em linhas paralelas, que direciona as ondas eletromagnéticas.

"Há centenas de anos os fabricantes têm feito as superfícies das lentes com um material uniforme, de forma a esculpir os raios que passam através da superfície," explica Nathan Kundtz, um dos autores da descoberta. "Embora estas lentes sejam capazes de concentrar os raios de forma extremamente eficiente, elas têm limitações com relação ao que acontece com os raios quando eles passam através do volume da lente."

"Em vez de usar as superfícies das lentes para controlar os raios, nós partimos para alterar o material entre as superfícies," disse Kundtz. "Se você puder controlar o volume da lente, você ganha muito mais liberdade e controle para projetar uma lente para atender necessidades específicas."

Lentes GRIN

Conhecendo as limitações das lentes atuais, os cientistas há tempos vêm investigando um novo tipo de lente, chamado GRIN (gradient index) - basicamente esferas transparentes.

As lentes GRIN têm vantagens, mas são difíceis de fabricar e seu ponto focal é esférico - a maioria dos sistemas atuais trabalha com planos focais de duas dimensões, e uma imagem esférica nem sempre se transforma em uma imagem clara numa superfície plana.

Grande campo de visão

A nova lente de metamateriais, agora criada, tem um ponto focal plano, como as lentes convencionais, o que a torna compatível com os dispositivos atuais.

Mas ela tem um campo de visão de praticamente 180º. Isso significa que a nova lente permite a visualização perfeita de praticamente um hemisfério inteiro - compare isto com o estreito ponto nítido que você enxerga no centro da sua lupa.

"Nós criamos essencialmente uma lente GRIN com esteróides," explica David Smith, o outro autor do experimento. "Esta é a primeira de uma nova classe de lentes que oferece possibilidades incríveis e abre um mundo totalmente novo de aplicações para os metamateriais."

Como na maioria dos experimentos de primeira geração com os metamateriais, as novas lentes foram projetadas para trabalhar com micro-ondas - os primeiros experimentos de invisibilidade também foram feitos com micro-ondas. Mas não existe impedimento teórico para que elas possam vir a ser fabricadas para operar em outras frequências.

Rumo à prática

Os pesquisadores afirmam que uma única lente de metamaterial poderá substituir sistemas ópticos tradicionais que exigem grandes conjuntos de lentes, além de fornecer imagens mais nítidas.

As novas lentes também poderão ser utilizadas em sistemas de grande potência, como nos radares, para a obtenção de feixes mais direcionados - isto não é possível com as lentes tradicionais porque elas teriam que ser grandes demais para serem práticas.

O próximo passo da pesquisa será aprimorar o experimento para criar lentes tridimensionais, além de fazer fabricar lentes que funcionem para outros comprimentos de onda, como infravermelho e luz visível.

Bibliografia:

Extreme-angle broadband metamaterial lens
Nathan Kundtz, David R. Smith
Nature Materials
20 December 2009
Vol.: Published online before print
DOI: 10.1038/nmat2610




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