Metamateriais melhoram imagens de ultrassom em 50 vezes
Materiais Avançados
Metamateriais melhoram imagens de ultrassom em 50 vezes
Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/11/2010
Os metamateriais* não servem apenas para criar mantos da invisibilidade.
Bem ao contrário, cientistas descobriram que esses materiais artificiais podem resolver um dos grandes problemas do ultrassom: a baixa qualidade das imagens.
Limites da ultrassonografia
Todas as grávidas se encantam com as primeiras imagens de seu bebê ainda no útero, embora todo o restante da humanidade ache as mesmas imagens um tanto "impressionistas".
Um dos maiores limites da ultrassonografia - que determina os detalhes que podem ser identificados na imagem - é a frequência do som. As leis básicas da física ditam que os menores objetos que se pode "ver" são aproximadamente do tamanho do comprimento de onda das ondas sonoras.
Para o ultrassom de tecidos profundos do corpo, por exemplo, as ondas sonoras usadas estão tipicamente na faixa de 1 a 5 megahertz, o que impõe um limite de resolução de cerca de um milímetro - nada menor do que isto será visto.
Agora, um grupo de pesquisadores da Universidade de Berkeley, nos Estados Unidos, e da Universidade Autônoma de Madri, na Espanha, descobriram como aumentar essa resolução para até 1/50 do comprimento de onda das ondas sonoras utilizadas.
Ondas evanescentes
A técnica utiliza um metamaterial para capturar as ondas evanescentes que se projetam de um objeto, utilizando-as para reconstruir a imagem.
Ondas sonoras evanescentes são vibrações nas proximidades do objeto que se desfazem em distâncias muito curtas, ao contrário das ondas de propagação, que viajam a longas distâncias - chegando até nossos ouvidos, por exemplo.
"Com o nosso dispositivo, podemos captar e transmitir as ondas evanescentes, que contêm uma fração substancial das informações do objeto, e usá-las para criar uma imagem acústica com super-resolução," explica Jie Zhu, principal autor da pesquisa.
O metamaterial para a captura das ondas evanescentes é formado por 1.600 tubos quadrados de cobre, reunidos na forma de uma barra de 6,3 centímetros de lado e 16 centímetros de comprimento.
Ao ser colocado nas proximidades de um objeto, o metamaterial captura as ondas evanescentes e as canaliza até sua extremidade oposta, onde elas podem ser captadas e utilizadas.
Ultrassom de alta resolução
Enquanto no ultrassom tradicional, a resolução da imagem está limitada à faixa dos milímetros, usando o metamaterial essa resolução é limitada apenas pelo tamanho dos buracos na estrutura, ou seja, pelo diâmetro interno dos tubos de cobre.
Na demonstração realizada pelos pesquisadores, os tubos de cobre tinham diâmetros internos de um milímetro. Utilizando ondas sonoras de cerca de 2 kHz, a resolução de uma imagem seria limitada ao comprimento de onda, ou 200 milímetros. Usando o metamaterial eles puderam definir características do objeto medindo apenas 4 mm, ou um quinquagésimo (1/50) do comprimento de onda.
Segundo Zhu, em um equipamento pronto para uso, o metamaterial poderia ser montado na ponta da sonda do equipamento de ultrassom, aumentando muito a qualidade da imagem.
A estrutura tridimensional tem ainda outras aplicações, como na sonografia subaquática, ou sonar, e na avaliação não-destrutiva de amostras, muito útil na indústria.
Bibliografia:
A holey-structured metamaterial for acoustic deep-subwavelength imaging
J. Zhu, J. Christensen, J. Jung, L. Martin-Moreno, X. Yin, L. Fok, X. Zhang, F. J. Garcia-Vidal
Nature Physics
7 November 2010
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nphys1804
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*Mas, o que é mesmo um metamaterial?
Metamaterial
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Definição
Metamaterial é um material produzido artificialmente, dotado de propriedades físicas que não são encontradas normalmente na natureza. O prefixo meta vem do grego e significa além de. A palavra metamaterial, assim, designaria materiais que possuiriam propriedades não naturais. Evidentemente, qualquer propriedade que um metamaterial apresente, por mais estranha que possa parecer, é fisicamente possível, caso contrário não seria verificada. Entretanto, esse nome reflete a perplexidade da comunidade científica quando encontrou nos materiais referidos propriedades físicas antes consideradas não possíveis e que normalmente não são encontradas na natureza.
Histórico
Os metamateriais foram teorizados pela primeira vez num ensaio do físico soviético Victor Veselago, em 1967, mas durante muito tempo foram considerados impossíveis por apresentarem propriedades ópticas estranhas, tais como índice de refração negativo e efeito Doppler invertido. Foi em 2006 que pesquisadores da Universidade Duke, na Carolina do Norte, e do Imperial College, de Londres, provaram que é possível sintetizar materiais que apresentem índices de refração negativos.
Tecnologia e aplicações
As propriedades ópticas dos metamateriais proveem de nanoestruturas produzidas em laboratório que atuam no caminho das ondas eletromagnéticas que os atravessam de formas não usuais. Os comprimentos de onda para os quais os metamateriais apresentam tais propriedades dependem diretamente dos tamanhos de suas nanoestruturas, o que significa que o desenvolvimento dessa tecnologia depende diretamente do desenvolvimento de nanotecnologia cada vez mais sofisticada. Os primeiros metamateriais produzidos eram capazes de desviar com índice de refração negativo comprimentos de onda relativamente pequenos, tais como as micro-ondas. A utilização das propriedades de metamateriais com ondas na faixa da luz visível depende de se conseguir nanoestruturas de aproximadamente 50 nanômetros, o que equivale a 5 átomos em fila (suficiente para refratar a luz verde, que tem aproximadamente 500nm). Entretanto, o máximo que se conseguiu até o momento (em trabalho do físico Costas Soukoulis, do Ames Laboratory, Iowa) foram nanoestruturas de 100nm, suficiente para criar um índice de refração de -0,6 para a luz vermelha de 780nm. As pesquisas de metamateriais têm recebido grande atenção e investimento de agências governamentais e privadas dadas as incríveis tecnologias que prometem viabilizar. Objetos revestidos de cobertura metamaterial poderiam se tornar invisíveis, pois seriam contornados pela luz visível da mesma forma que uma pessoa é contornada pela corrente de um rio, o que traria óbvias aplicações militares. Super lentes produzidas com metamateriais poderiam permitir que se estude em detalhes inéditos estruturas menores que o comprimento de onda da luz visível, tais como trechos de DNA em uma célula viva, substituindo com vantagens a cristalografia de raios X. Além do mais, o desenvolvimento de cristais metamateriais que permitissem a manipulação de seus índices de refração em escalas nanométricas possibilitaria a criação de cristais fotônicos, que são chips que trabalhariam com luz ao invés de eletricidade. Chips fotônicos apresentariam ganhos incríveis em desempenho e velocidade de processamento, com consumo e desperdício de energia incrivelmente pequeno, o que permitiria poderosos computadores com baixo custo.
Ligações externas
Obtida de "http://pt.wikipedia.org/wiki/Metamaterial"
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