Dispositivo permite controlar a luz infravermelha com precisão e pode reduzir o tamanho de equipamentos usados em monitoramento ambiental, exploração espacial e inspeções industriais

MIT – Muito além do espectro visível pelos olhos humanos, há uma enorme quantidade de informações essenciais para diferentes setores da ciência e da indústria. Vazamentos de gases, perdas de calor em construções, poluentes atmosféricos e fenômenos observados em missões espaciais dependem de equipamentos capazes de detectar a radiação infravermelha. Agora, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) apresentaram uma tecnologia que pode transformar esse cenário ao permitir um controle sem precedentes sobre esse tipo de luz invisível.

O novo dispositivo utiliza uma estrutura conhecida como metassuperfície, uma tecnologia formada por superfícies ultrafinas compostas por elementos microscópicos que manipulam a passagem e a reflexão da luz. Ao contrário das lentes ópticas convencionais, que dependem de componentes relativamente espessos, essa solução reúne as funções ópticas em um chip muito menor.

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O diferencial do projeto está na capacidade de ajustar dinamicamente a metassuperfície. Em vez de operar como uma lente fixa, o sistema permite controlar pequenas regiões da superfície de maneira independente, em um funcionamento semelhante ao dos pixels presentes em telas de televisores e smartphones. Nesse caso, porém, cada pixel atua diretamente sobre a luz infravermelha.

Essa abordagem permite configurar o dispositivo para destacar padrões específicos conforme a necessidade. Entre as aplicações previstas estão a identificação de vazamentos de metano em instalações industriais, a detecção de perdas de calor em edificações, a análise de compostos químicos presentes na atmosfera e o suporte a operações de busca em ambientes com baixa visibilidade.

Com isso, torna-se possível reduzir a dependência de conjuntos ópticos volumosos normalmente utilizados em câmeras infravermelhas atuais, equipamentos que costumam apresentar alto custo, grande porte e menor praticidade para transporte.

Arquitetura inspirada em telas digitais supera desafio técnico

Um dos principais obstáculos enfrentados pelos pesquisadores era desenvolver uma forma eficiente de controlar muitos pixels simultaneamente. Em versões anteriores da tecnologia, cada ponto exigia uma conexão elétrica exclusiva, o que dificultava a ampliação da resolução do dispositivo.

Para contornar essa limitação, a equipe adotou uma arquitetura semelhante à empregada em telas digitais e chips de memória. O sistema utiliza duas camadas de condutores de cobre organizadas em formato de grade. Quando uma linha e uma coluna são acionadas ao mesmo tempo, apenas o pixel localizado na interseção recebe o comando.

Sob essa estrutura, há uma camada de silício modificada para produzir calor e um material capaz de alternar entre diferentes estados físicos. Cada mudança altera a quantidade de radiação infravermelha transmitida naquele ponto da superfície. O projeto também incorpora diodos que impedem interferências elétricas entre pixels vizinhos, aumentando a precisão do controle.

O resultado é um modulador espacial de luz, equipamento que não gera imagens diretamente, mas modifica e filtra a radiação infravermelha antes de ela alcançar os sensores responsáveis pela captura.

Protótipo demonstra potencial para aplicações em diversas áreas

Para comprovar o funcionamento da tecnologia, os pesquisadores construíram um protótipo formado por 36 pixels organizados em uma matriz de seis por seis. Apesar da resolução reduzida, os testes confirmaram que cada pixel pode ser controlado individualmente e manter seu desempenho após diversos ciclos de operação.

Segundo os cientistas, a arquitetura desenvolvida poderá ser expandida futuramente para reunir milhares ou até milhões de pixels, possibilitando a criação de câmeras infravermelhas mais compactas, precisas e acessíveis.

As aplicações vão além da inspeção térmica de edifícios e da identificação de vazamentos de metano e propano. A tecnologia também poderá ser utilizada em monitoramento ambiental, exploração espacial, sistemas aeroespaciais, pesquisas científicas e equipamentos industriais.

Os pesquisadores também apontam potencial para o uso em computação óptica, abordagem na qual parte do processamento é realizada utilizando diretamente o comportamento da luz, em vez de depender exclusivamente de circuitos eletrônicos convencionais, aumentando a eficiência em determinadas tarefas.

Embora ainda esteja em fase experimental, a tecnologia já demonstra que o controle da luz infravermelha pixel por pixel pode representar um avanço importante para o desenvolvimento da próxima geração de sensores e sistemas ópticos. Caso alcance produção em escala industrial, a inovação poderá impulsionar desde câmeras térmicas portáteis até equipamentos empregados em pesquisas científicas e missões espaciais.

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(Com informações de Gizmodo)

(Foto: Reprodução/Magnific)