As tecnologias emergentes frequentemente carregam promessas de transformar nossa sociedade de maneiras profundas e inimagináveis. Entre essas promessas, as metassuperfícies destacam-se como uma inovação que pode vir a ser o catalisador de muitas das inovações futuras, incluindo o Metaverso, a Computação Quântica, os Carros Autônomos e o 6G. Vamos explorar como essas superfícies com propriedades extraordinárias podem ser a chave para desbloquear um futuro digno de ficção científica.
Metassuperfícies representam um avanço revolucionário na ciência dos materiais e no controle de ondas. Estas estruturas artificiais, compostas por arranjos periódicos de meta-átomos, são projetadas para manipular ondas de maneiras que materiais naturais simplesmente não podem. De ondas sonoras a eletromagnéticas, as aplicações dessas superfícies inovadoras estão mudando a forma como pensamos sobre interação com ondas e o design de dispositivos.
Uma metassuperfície é uma camada fina e dinâmica, composta por meta-átomos que, ao interagir com ondas, comportam-se como antenas. Esses meta-átomos são feitos de materiais comuns, mas quando dispostos de forma periódica, criam propriedades incomuns. A estrutura é tipicamente menor que a onda que se deseja manipular, o que permite uma precisão sem precedentes na alteração das propriedades das ondas.
Aplicações e Potencial
As aplicações das metassuperfícies são vastas e diversas. Em experimentos com ondas sonoras, foi demonstrado que essas superfícies podem ser adaptadas para diferentes funcionalidades, como criar lentes planas para câmeras, substituir a eletricidade por luz em processadores, ou até mesmo desenvolver espelhos cujos reflexos mudam com o ângulo de visão.
Em maio de 2024, a Equipe do WAI Lab (Wireless and Artificial Intelligence) do Inatel publicou na Revista Sensors um estudo que avalia o uso de superfícies inteligentes de grande porte (Large Intelligent Surfaces, LIS) em sistemas de comunicação móvel para a sexta geração, a 6G. A partir de refletores controlados digitalmente, as superfícies inteligentes melhoram a Relação Sinal-Interferência mais Ruído (SINR). O estudo analisa diversas métricas de desempenho de um sistema auxiliado por LIS e conclui que tais superfícies podem aumentar a eficiência espectral, a confidencialidade e a confiabilidade dos sistemas de comunicação digital em redes sem fio da próxima geração. O estudo faz parte de um projeto sobre superfícies inteligentes do Inatel onde o objetivo é desenvolver tais superfícies, testá-las de forma prática e analisar o desempenho de sistemas 5G e 6G auxiliado por elas.
A mesma equipe do Instituto Nacional de Telecomunicações, focada em pesquisas sobre Metasuperfícies também está desenvolvendo o projeto "Otimização de Sistemas de Transmissão de Energia Sem Fio assistidos por STAR-RIS”. O estudo visa a integração de duas tecnologias emergentes: Sistemas de Transferência de Energia Sem Fio (WET) e Superfícies Inteligentes Reconfiguráveis (RIS). A proposta é contribuir com soluções inovadoras para o desenvolvimento da Agricultura de Precisão no Brasil, por meio da implantação de sistemas WET assistidos por Superfícies Inteligentes Reconfiguráveis em ambientes rurais e, dessa forma, garante uma operação ininterrupta dos dispositivos de Internet das Coisas, para monitoramento das plantações, animais e muitos outros.
O Inatel, assim como inúmeras universidades de ponta em todo o mundo, investiu em um Laboratório dedicado para essas pesquisas, por entender que as Superfícies Inteligentes são tecnologias emergentes essenciais, por exemplo, para o desenvolvimento das futuras redes de comunicações sem fio.
Já engenheiros da Universidade de Minnesota usaram metassuperfícies especializadas para mover objetos sem contato físico, utilizando ondas ultrassônicas. Essa técnica tem o potencial de revolucionar processos industriais e a manipulação de objetos em linhas de produção, onde a movimentação sem contato poderia aumentar a eficiência e reduzir o desgaste mecânico.
Impressão de Metassuperfícies
A fabricação dessas superfícies complexas sempre foi um desafio, geralmente realizada de maneira artesanal ou através de processos caros da microeletrônica. No entanto, pesquisadores da Universidade de Nanjing, na China, desenvolveram uma impressora de metamateriais que simplifica essa produção, a partir de canetas e lápis com tintas condutivas, a máquina pode desenhar metassuperfícies em papel comum, tornando o processo mais acessível e barato.
Os resultados práticos dessas inovações são impressionantes. Por exemplo, foi possível criar um conversor de polarização com alta eficiência, absorvedores de radiação eletromagnética e materiais antirradar. Essas metassuperfícies são leves, finas e fortes, oferecendo soluções eficientes para uma variedade de problemas técnicos.
Metamateriais
Normalmente, esperamos que os materiais se comportem de forma previsível e consistente. Por exemplo, uma garrafa de vidro se quebra quando pressionada, os metamateriais mudam esse paradigma, constituídos por uma liga de materiais que podem mudar suas propriedades estruturais e de flexão de luz sob o efeito de campos eletromagnéticos. Isso pode levar à criação de objetos invisíveis, superlentes e microrrobôs impressos em 3D, que um dia poderão percorrer o corpo tratar doenças e medicá-las de forma customizada.
Enfim, as metassuperfícies podem ser consideradas as primas 2D dos metamateriais. As metassuperfícies programáveis (PMs) são um avanço, pois suas funções podem ser controladas previsivelmente por influências externas para alternar os modos de operação – assim como um espelho “inteligente” de banheiro com várias configurações de luz, dependendo do seu humor.
Novos sentidos humanos, mais próximos do que nunca
Recentemente, dois estudos publicados na revista eLight mostraram como as metassuperfícies podem ser controladas pelo poder da mente, um feito que parecia reservado ao reino da ficção científica. No primeiro estudo, voluntários utilizaram um módulo de extração de ondas cerebrais via wireless e Bluetooth para controlar metassuperfícies com seus estados mentais de relaxamento ou concentração. Essa demonstração futurista permitiu que as propriedades da metassuperfície, como a dispersão da luz, fossem alteradas apenas pela atividade cerebral.
Aplicações Futuras: Além da Imaginação
Metaverso e Computação Quântica
No contexto do Metaverso, as metassuperfícies poderiam proporcionar interfaces cérebro-máquina extremamente responsivas e não invasivas, permitindo uma interação mais natural e intuitiva com ambientes virtuais. A Computação Quântica, por sua vez, poderia se beneficiar da capacidade das metassuperfícies de manipular e controlar qubits com uma precisão sem precedentes, possibilitando avanços significativos em processamento e comunicação de dados.
Carros Autônomos e 6G
Para os carros autônomos, as metassuperfícies podem monitorar o estado de atenção do motorista, melhorando a segurança e a eficiência dos sistemas de condução autônoma. No âmbito do 6G, essas superfícies poderiam revolucionar a forma como as ondas eletromagnéticas são manipuladas, melhorando drasticamente a velocidade e a confiabilidade das comunicações sem fio.
Objetos Invisíveis e Superlentes
As capacidades de metamateriais e metassuperfícies vão além. Imagine a criação de objetos invisíveis ou superlentes que poderiam mudar completamente a nossa forma de interagir com o mundo físico. A flexibilidade de mudar as propriedades estruturais e de manipulação de luz desses materiais abre um leque de possibilidades para inovação tecnológica em áreas que ainda não conseguimos imaginar completamente.
Microrrobôs Inteligentes
Microrrobôs impressos em 3D, com capacidade de percorrer o corpo humano e entregar medicamentos de forma inteligente, poderiam revolucionar a medicina. Esses pequenos dispositivos poderiam ser programados para identificar e tratar doenças de maneira precisa, reduzindo efeitos colaterais e melhorando a eficácia dos tratamentos.
Sensores Inteligentes e Saúde Monitorada pela Mente
Essa tecnologia abre caminho para materiais controlados pela mente que monitorem a saúde e para sensores inteligentes. Imagine roupas equipadas com metassuperfícies que podem monitorar sinais vitais em tempo real e ajustar tratamentos conforme necessário. Isso poderia transformar a gestão de doenças crônicas e a monitoração de saúde em um processo contínuo e adaptativo.
O Caminho à Frente
Apesar de estarmos apenas no início da exploração das possibilidades das metassuperfícies, os avanços já realizados indicam um futuro onde a interação entre seres humanos e tecnologia será muito mais integrada e intuitiva. Combinadas com algoritmos de aprendizado de máquina, essas superfícies biointeligentes poderão monitorar e responder aos nossos estados mentais em tempo real, criando um novo patamar para a interação tecnológica.
Por fim, as metassuperfícies tem grande potencial para redefinirem os limites do que é possível e um futuro de possibilidades ilimitadas. Com aplicações que vão desde a melhoria de dispositivos eletrônicos até a criação de novas formas de conexão com o ambiente. À medida que continuarmos a explorar e desenvolver essa tecnologia, podemos antecipar um mundo onde os limites entre o digital e o físico, o humano e a máquina, se tornam cada vez mais tênues, abrindo caminho para uma nova era de inovação e descoberta.
