Robôs e carros autônomos terão olhos que verão muito mais do que o olho humano é capaz, descobriu uma revisão do crescente campo da meta-óptica.
A meta-óptica está avançando a ciência e a tecnologia muito além do paradigma óptico de 3.000 anos em que confiamos para a interface visual homem-máquina, como por meio de câmeras em nossos telefones celulares, lentes em microscópios, drones e telescópios. Os componentes ópticos são o gargalo tecnológico que a meta-óptica visa transformar, trazendo o material das histórias de ficção científica para os dispositivos do dia a dia.
O campo, que floresceu após o início dos anos 2000 graças à conceituação de um material com índice de refração negativo que poderia formar uma lente perfeita, cresceu rapidamente nos últimos cinco anos e agora vê cerca de 3.000 publicações por ano.
Este volume acelerado de pesquisa é impossível para cientistas e tecnólogos navegar, o que levou a Nature Photonics a encomendar uma revisão de líderes em pesquisa meta-óptica, Professor Dragomir Neshev, Diretor do Centro de Excelência ARC para Sistemas Meta-Ópticos Transformativos, e Professor de Física na Australian National University e Professor Andrey Miroshnichenko da UNSW Canberra.
Eles descobriram que o campo estava à beira de uma ruptura industrial.
“O maior impulsionador para o campo da meta-óptica vem da integração de elementos e dispositivos meta-ópticos em sistemas ópticos, oferecendo aplicações optoeletrônicas ao consumidor”, escreveram os autores.
“É importante ressaltar que os sistemas meta-ópticos permitem novos aplicativos não concebíveis antes, adicionando à chamada Indústria 4.0. Tais aplicativos incluem a Internet das Coisas, carros autônomos, dispositivos vestíveis, realidade aumentada e sensoriamento remoto.”
A importância da tecnologia é demonstrada pelo grande investimento de grandes players do setor, como Apple, Google e Samsung, que vêm contratando graduados e investindo na área, principalmente para desenvolver aplicativos de visão.
Mas os autores observam que além da visão, as características não tradicionais da meta-óptica também podem ser usadas para velas leves, LiFi e gerenciamento térmico.
Essas características vêm do uso da meta-óptica de superfícies padronizadas com estruturas regulares em nanoescala, em contraste com a ótica tradicional de espelhos e lentes. O resultado são componentes em miniatura que espalham e manipulam a luz de maneiras que teriam surpreendido Isaac Newton.
Os primeiros componentes comerciais que usam essas propriedades já estão no mercado, com empresas como Metalenz, NILT technologies e Meta Materials Inc fornecendo metalenses planos, imagens de polarização, microscopia e biossensoriamento.
Esses dispositivos também permitem o acesso a propriedades da luz que o olho humano não pode detectar – polarização e fase, por exemplo, e até mesmo podem ser usados para projetar, manipular e estados quânticos de luz, que podem ser empregados para imagens, sensores e comunicações quânticas.
Mas os autores também encontraram desafios para o campo. A primeira delas é a capacidade de escalar para processos industriais compatíveis com as técnicas de fabricação CMOS (Semicondutor de Óxido de Metal Complementar) padrão atual da indústria – especialmente porque a maioria dos componentes meta-ópticos depende de um substrato transparente, o que o CMOS não é.
Em segundo lugar, eles descobriram que a capacidade de criar metamateriais sintonizáveis ou reconfiguráveis para habilitar componentes dinâmicos – assim como os pixels em uma tela de TV podem mudar de cor várias vezes por segundo – era ilusória.
“Este é um problema não resolvido que apresentamos como o principal desafio para o campo. É o elemento-chave para o campo, todo mundo precisa dele agora”, disse o professor Neshev.
“Há um equívoco de que isso foi feito – as pessoas dão um pequeno passo e em seus papéis projetam para um futuro distante. Mas ninguém pode realmente modular a fase em um nível de pixel para uma grande matriz.”
Se esses desafios puderem ser resolvidos, a tecnologia de meta-óptica terá um enorme potencial, disse o professor Neshev.
“Como plataforma, a meta-óptica é tão flexível que pode entrar em qualquer produto – por exemplo, telefones, computadores, carros, satélites.”
“Ele oferece o máximo em miniaturização de componentes ópticos, para tamanho, peso e potência; permite uma interface de dispositivo humano que não é possível com a óptica convencional – como visão 3D e realidade aumentada, que é realmente difícil com a óptica convencional”, disse o professor Neshev .
“E, por último, se pudermos modificar a fase da luz que passa por um componente, seremos capazes de fazer praticamente qualquer processamento de imagem. Isso será o grande divisor de águas.”
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