O Ministério da Defesa britânico anunciou que obteve sucesso em um projeto que tornava um tanque de guerra,navios de guerra,invisível ao olho humano.
Autor: Joao Batista | Publicado: 2011-08-03T15:24:00-07:00





Mantos, tapetes, escudos e até carpetes de invisibilidade tornaram-se bem conhecidos do público desde o início das pesquisas com os metamateriais.

O Ministério da Defesa britânico anunciou que obteve sucesso em um projeto que tornava um tanque de guerra invisível ao olho humano. Ainda que o governo britânico esteja preservando o segredo quanto aos detalhes, divulgou a idéia básica da tecnologia empregada.

O tanque é revestido de silício, o que na prática faz dele uma tela de cinema com grande poder de reflexão. Câmeras de vídeo posicionadas no veículo registram imagens em tempo real do ambiente que o cerca, e projetores exibem essas imagens na superfície do tanque. Para observadores que assistiram a testes secretos conduzidos pelo exército britânico em outubro de 2007, a única coisa visível eram as imagens do terreno projetadas no tanque.

Graças a uma tecnologia britânica, em 2012 as forças armadas talvez possam nos ver sem que as vejamos. 



As forças armadas britânicas planejam ter os tanques invisíveis prontos para o combate em 2012, mas a técnica pode ter vida útil limitada devido a algumas dificuldades. As câmeras ou projetores podem apresentar defeitos, e o tanque pode ser visível, de ângulos diferentes. Trata-se de uma maneira complicada e difícil de tornar um objeto invisível. O uso de câmeras e projetores cria uma ilusão de óptica à maneira dos ilusionistas de salão, e o diretor de pesquisa do projeto britânico não está completamente satisfeito com a tecnologia.

"O próximo estágio seria tornar o tanque e navios de combate invisível sem [as câmeras e projetores]", disse o físico John Pendry ao Daily Mail, "o que é intrincado e complicado, mas possível".

Além de Pendry, universidades de todo o mundo e as forças armadas dos Estados Unidos estão explorando as possibilidades de usar técnicas de camuflagem visual de próxima geração que manipulam a luz em si. A Agência de Pesquisa de Projetos Avançados de Defesa (Darpa) - divisão de pesquisa do Pentágono - recebeu aprovação para um projeto de pesquisa que custará US$ 15 bilhões e vai consumir três anos para investigar os ofuscantes urbanos. Esse ambicioso projeto é uma tentativa de criar um escudo protetor para soldados em situação de combate urbano. Um escudo que se abra rapidamente em espaços restritos e proteja um soldado contra o fogo inimigo seria uma grande vantagem, mas a Darpa vai além. O escudo também tornaria invisível o soldado abrigado sob ele, e seria capaz de se auto-reparar, fechando buracos abertos por disparos inimigos.

É isso que os metamateriais são capazes de fazer. Eles guiam a luz em torno de um objeto, em lugar de refletir ou refratar a luz. Assim, para as ondas de luz -e os olhos humanos que as percebem-, o objeto poderia não estar lá. Caso as ondas de luz sejam guiadas pelos metamateriais em um percurso que contorne o objeto, e caso voltem a se reunir por trás dele, retomando o curso original, o objeto tampouco teria sombra. Essa é outras das metas no uso de metamateriais como mecanismos de ocultamento.

O ambicioso projeto da Darpa é criar blindagem para soldados que os tornaria invisíveis - e o mesmo valeria para suas sombras.

Smith é um dentre diversos pesquisadores que estão usando metamateriais para manipular microondas - as ondas eletromagnéticas usadas em um sistema de radar. Para manipular efetivamente um comprimento de onda de qualquer tipo, o metamaterial usado precisa ser menor que o comprimento de onda em questão. Já que os comprimentos de onda das microondas têm dimensões de centímetros, os cientistas precisam de tecnologia - já existente - capaz de criar metamateriais pequenos o bastante para manipular essas ondas, fazendo com que elas contornem um objeto. Um bombardeiro stealth, envolto nos metamateriais apropriados, por exemplo, seria invisível ao radar. O escudo seria visível, mas o radar não conseguiria detectar o avião.

Tornar o avião inteiro invisível a olho nu é um desafio ainda maior. Para começar, no momento existe tecnologia que permita fabricar metamateriais em escala pequena o bastante para manipular ondas de luz. O comprimento de onda da luz é da ordem dos nanômetros (bilionésimos de metro), e os metamateriais necessários para bloquear a luz teriam de ser ainda menores.O um dispositivo de ocultamento feito de metamateriais teria de ser organizado de maneira a manipular a luz em todo o espectro visível, porque as diferentes cores existem em comprimentos de onda diferentes. E, por fim, um dispositivo de ocultamento deixaria a pessoa que ele abriga na escuridão, porque a luz não o atingiria, ou seria desviada em torno do dispositivo.

Se as pesquisas e o financiamento de 150 bilhões de dólares com metamateriais forem mantidas em seu ritmo atual, esses desafios podem ser superados em 2012. Uma demanda do projeto da Darpa é que o escudo seja assimétrico. Isso significa que o usuário no interior deve ser capaz de ver o que acontece do lado de fora, mas se mantendo invisível para pessoas no exterior do aparelho. Quando esses problemas forem resolvidos, o exército do futuro pode ser muito difícil de avistar.

Se você é fã do Harry Potter, já deve estar bem familiarizado com o conceito da capa da invisibilidade. Em seu primeiro ano na Escola Hogwarts de Magia e Bruxaria, Harry recebe a capa da invisibilidade que foi de seu pai. Como o nome sugere, a capa da invisibilidade deixa Harry invisível quando ele veste o tecido brilhante e prateado.

Isto parece plausível quando lemos uma história que se passa em um mundo fictício repleto de bruxas, magos e magia; mas no mundo real tal vestimenta seria impossível, não é? Nem tanto. Com a tecnologia de camuflagem ótica desenvolvida por cientistas da Universidade de Tóquio, a capa da invisibilidade já é uma realidade. 

A camuflagem ótica proporciona uma experiência parecida com a da capa da invisibilidade do Harry Potter, mas usá-la requer um arranjo um pouco mais complicado. Primeiro, a pessoa que deseja ficar invisível (vamos chamá-la de Pessoa A) veste uma roupa que parece uma capa de chuva com capuz. A roupa é feita de um material especial que examinaremos em detalhes mais adiante. Em seguida, um observador (Pessoa B) fica em frente à Pessoa A em um local específico. A partir deste local, ao invés de ver a Pessoa A vestida com uma capa de chuva, a Pessoa B vê através da capa, fazendo a Pessoa A parecer invisível. A foto abaixo à direita mostra o que a Pessoa B veria. Se a Pessoa B estivesse posicionada em um local um pouquinho diferente, simplesmente veria a Pessoa A usando uma capa de chuva prateada (foto abaixo à esquerda).

A camuflagem ótica não funciona por magia e sim através da realidade aumentada - um tipo de tecnologia que foi desenvolvida nos anos 60 por Ivan Sutherland e seus alunos das universidades de Harvard e Utah.

A maioria dos sistemas de realidade aumentada requer que os usuários olhem através de um aparato especial para enxergar uma cena do mundo real realçada com gráficos sintetizados. Também requerem um computador de alta performance. A camuflagem ótica também requer estas coisas, além de vários outros componentes. Os itens necessários para fazer uma pessoa parecer invisível são:

* roupa feita de material altamente refletivo
* câmera de vídeo
* computador
* projetor
* espelho especial semi-prateado chamado de combinador 

A capa que faz com que a camuflagem ótica funcione é feita de um material especial conhecido como retro-refletivo. 

O material retro-refletivo é coberto por milhares e milhares de bolinhas (pequeninas contas). Quando a luz bate em uma delas, os raios de luz rebatem e voltam exatamente para a mesma direção de onde vieram. 

Para entender a singularidade deste processo, basta ver como a luz reflete em outros tipos de superfície. Uma superfície áspera cria um reflexo difuso porque os raios de luz incidentes (que chegam) dispersam-se em várias direções diferentes. Uma superfície totalmente lisa, como a de um espelho, cria o que chamamos de reflexo especular - um reflexo em que os raios de luz incidentes e os raios de luz refletidos formam exatamente o mesmo ângulo com a superfície do espelho. Na retro-reflexão, as bolinhas de vidro agem como prismas, dobrando os raios de luz através de um processo conhecido como refração. Isto faz com que os raios de luz refletidos viajem de volta pelo mesmo caminho que os raios de luz incidentes. O resultado: um observador posicionado na origem da luz recebe mais luz refletida e, portanto, vê um reflexo mais brilhante.

Materiais retro-refletivos são muito comuns. Placas de trânsito, marcadores nas estradas (olhos-de-gato) e refletores de bicicleta usam a retro-reflexão para tornarem-se mais visíveis para as pessoas que dirigem à noite. As telas da maioria das salas de cinema hoje também aproveitam este material porque ele fornece mais brilho em ambientes de pouca luz. Na camuflagem ótica, o uso de material retro-refletivo é fundamental porque ele pode ser visto de longe e em ambientes externos sob o sol, dois requisitos para a ilusão da invisibilidade. 

Assim que a pessoa coloca a capa feita de material retro-refletivo, acontece a seguinte seqüência de eventos:

1. Uma câmera de vídeo digital captura a cena que está atrás da pessoa com a capa.
2. O computador processa a imagem capturada e faz os cálculos necessários para ajustar a imagem congelada ou o vídeo para que pareçam realistas quando projetados.
3. O projetor recebe a imagem realçada do computador e transmite a imagem através de uma abertura do tamanho de um furo feito com alfinete para o combinador.
4. A metade prateada do espelho, que é completamente refletiva, joga a imagem projetada na direção da pessoa com a capa.
5. A capa funciona como uma tela de cinema, refletindo a luz diretamente de volta para a origem, que neste caso é o espelho.
6. Os raios de luz refletidos pela capa atravessam a parte transparente do espelho e chegam aos olhos do usuário. Lembre-se que os raios de luz refletidos pela capa contêm a imagem da cena que está atrás da pessoa que veste a capa. 

A pessoa com a capa parece invisível porque a cena de fundo está sendo exibida sobre o material retro-refletivo. Ao mesmo tempo, os raios de luz do ambiente em volta do usuário chegam aos seus olhos, fazendo parecer que uma pessoa invisível existe em um mundo aparentemente normal.

Dessa feita está composto uma capa de invisibilidade para soldaos de infantaria terrestre e para soldados snipes que poderiam se espor ao inimigo sem serem vistos á olho nú.

A Darpa já obteve sucesso em seu projeto que está em fase de testes no iraque e afeganistão. Os conhecimentos de física fizeram acontecer, e a tecnologia para criar os componentes em larga escala foram desenvolvida,isso significa que ao longo dos próximos dez anos as tropas de infantaria estarão totalmemnte invisíveis no campo de batalha.

Mas como isso foi possível? simplesmente manipulando a luz? Tudo se baseia em partículas muito pequenas de nanoparticulas de metamateriais.

Embora esses materiais sintéticos já estivessem sendo testados antes, foi só em 2011 que um grupo de cientistas propôs que eles poderiam ser usados para tornar as coisas invisíveis.

Desde então, o conceito já foi demonstrado experimentalmente não apenas para mantos da invisibilidade ópticos, mas também para camuflagens sonoras e até para esconder eventos no tempo.

Camuflagem para submarinos e navios

Agora, Yaroslav Urzhumov e David Smith, os dois pioneiros dos mantos da invisibilidade, estão propondo que é possível criar também uma camuflagem para navios e submarinos, usando os mesmos metamateriais.

A ideia é que, assim como já se demonstrou que os metamateriais podem desviar as ondas de luz para deixar um objeto invisível, será possível usá-los para escapar das ondas de água geradas pelos navios e submarinos, fazendo com que as embarcações naveguem praticamente sem atrito, como se estivessem se movendo em um "vácuo".

Quando construídas, essas camuflagens aquáticas poderão tornar as embarcações muito mais eficientes e mais rápidas, além de não poderem ser detectadas pelas técnicas tradicionais.

A teoria é a mesma dos mantos da invisibilidade, com a diferença de que, em vez de evitar que as ondas de luz choquem-se com os objetos e os tornem visíveis, os pesquisadores agora propõem que o escudo de metamateriais evite que a água "sinta" o objeto que está se movendo através dela, inibindo a formação de ondas e evitando o arrasto que dificulta o movimento na água.

Dobrando as ondas

Da mesma forma que a relatividade geral mostra que a gravidade dobra o espaço-tempo, as equações da chamada óptica transformacional mostram como materiais com propriedades não encontradas na natureza, construídos artificialmente, podem dobrar e desviar ondas - sejam ondas de luz, de som ou de água.

Mas há uma diferença fundamental quando se lida com a água: nas "ondas não-aquáticas" o fluido não se move, o que significa que não há qualquer transferência de massa. Na água as coisas são bem diferentes.

Urzhumov e Smith afirmam que isso não é problema: basta que o escudo aquático seja poroso e tenha uma estrutura anisotrópica, apresentando diferentes índices de resistência ao fluxo do fluido ao longo do casco da embarcação. Isso permitirá que a água flua ao longo do casco de tal forma a ficar praticamente parada depois de atingir o fim da embarcação, sem gerar turbulência.

Camuflagem ativa

O problema é a massa, já que a água terá que ser "afastada" para que o navio ou submarino passe como se estivesse nesse "vácuo fluídico".

A solução é um escudo ativo, que bombeie a água conforme ela perde velocidade ao ser guiada ao longo do casco.

Os pesquisadores apresentam duas propostas de implementação prática.

A primeira é um conjunto de bombas piezoelétricas, construídas com pequenos cristais que, quando recebem uma carga elétrica, respondem com um pequeno "tranco", movendo a água.

A segunda possibilidade é uma bomba eletro-osmótica, na qual a eletricidade cria uma diferença de pressão ao longo de uma membrana, forçando a água a atravessá-la.

Tudo isto, segundo eles poderá ser feito com um arranjo de placas e fios, formando uma estrutura que será colocada ao redor do navio ou submarino.

Embarcações mais eficientes

Em seu trabalho teórico, os cientistas escolheram uma "embarcação" em formato de esfera, que é o formato mais fácil de modelar.

A camuflagem é formada por 10 camadas concêntricas - sendo assim capaz de dirigir 10 fluxos de água.

Uma esfera de 10 centímetros de diâmetro exige uma camuflagem que pode ir de 1 a 10 centímetros. "Geralmente, camuflagens mais grossas são mais fáceis de fabricar, mas pesam mais. Esse será um equilíbrio que os engenheiros terão que encontrar," disse Urzhumov à revista Science.

Mas os cientistas afirmam que é possível simplificar as coisas, criando uma estrutura que não pretenda tornar a embarcação totalmente "invisível" na água - já seria interessante o bastante construir algo capaz de tornar navios e submarinos mais velozes ou mais eficientes em termos de consumo de combustível.

* Invisibilidade: o que é fato científico e o que é ficção científica

Bibliografia:

Fluid flow control with transformation media
Yaroslav A. Urzhumov, David R. Smith
Physical Review Letters
To be published
http://arxiv.org/abs/1106.2282