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Por Jesse Emspak, InnovationNewsDaily
Para construir um sensor infravermelho mais avançado, uma equipe de cientistas se inspirou nas asas das borboletas.
Liderada por Radislav Potyrailo, pesquisador da General Electric, uma equipe de cientistas revestiu a asa de uma borboleta com nanotubos de carbono, criando um sensor infravermelho mais sensível e com resolução maior que os modelos atuais. Por que ele funciona tão bem? A resposta é uma combinação entre nanotubos de carbono e a iridescência da asa.
"A vantagem dos nanotubos é que são negros em luz visível e não afetam a iridescência", explica Potyrailo, que criou o sensor com colegas daUniversidade Estadual de Nova York, em Albany.
A asa de uma borboleta tem aparência iridescente porque é recoberta por minúsculas estruturas em forma de árvore de natal. Os pequenos “galhos” chamam-se lamelas, e quando a luz incide sobre estas estruturas, elas a refletem. Entretanto, as lamelas têm quase o mesmo comprimento de onda da luz, cerca de 100 a 200 nanômetros, e por isso, dispersam parte da luz enquanto a refletem.
Além disso, estão dispostas em camadas. Parte da luz que é dispersa e refletida pelas lamelas atravessa novas camadas, e portanto, sofre mais refração. À medida que estas ondas de luz atingem a retina, elas interferem umas nas outras. Algumas dessas interferências são destrutivas e cancelam as outras, enquanto outras são construtivas e se tornam mais intensas. A combinação destes efeitos cria a iridescência.
Potyrailo e sua equipe também fizeram outra descoberta: a iridescência é alterada pela luz infravermelha, e quando o calor (que é radiação infravermelha) alcança a asa, podemos visualizar o fenômeno (ou ao menos seu efeito sobre as cores que percebemos).
Os sensores infravermelhos atuais precisam de peças eletrônicas complexos para tornar a radiação vermelha visível em um visor. A descoberta simplificaria muito sua montagem.
No entanto, as asas das borboletas são projetadas para refletir a luz visível, não para absorver a luz infravermelha. É aí que entram os nanotubos de carbono. Suspendendo milhões deles em uma solução de tolueno, a equipe “pintou” as asas com eles e as expôs à luz infravermelha. O resultado: uma ótima absorção de luz infravermelha e alterações mais eficientes na iridescência.
"Os nanotubos absorvem a luz infravermelha de forma muito eficaz, sobretudo se tiverem uma única camada,” explica Portyrailo. "Também redistribuem a energia absorvida pela superfície de contato”.
No futuro, será possível fabricar nanostruturas capazes de absorver a luz infravermelha em um espectro significativamente mais amplo que os dispositivos atuais.
Os nanotubos de carbono também tornaram o sensor de asa de borboleta mais sensível às mudanças de temperatura. Os sistemas atuais conseguem detectar mudanças de temperatura de 0,06 a 0,3 graus Fahrenheit, enquanto o novo sensor captou alterações de 0,03 a 0,12 graus Fahrenheit. Também fez isso mais rápido – até 40 vezes por segundo – e respondeu às alterações no sinal infravermelho em apenas 0,025 segundos
Cada "pixel" também é muito menor do que os da maioria dos sensores digitais, que costumam variar entre 17 e 30 micrômetros –pequenos, mas não tanto quanto as lamelas, que têm apenas 150 nanômetros de comprimento em média, com espaço de 770 nanômetros entre si. Isso os torna 22 vezes menores que os melhores sensores disponíveis no mercado. Com a resolução maior e o aumento do número de "cores" (na verdade, comprimentos de onda infravermelhos), é possível construir sensores de tamanhos pré-determinados.
No entanto, Potyrailo não pretende criar borboletas para construir os dispositivos. "Temos materiais artificiais que são melhores”, afirma. E há muito trabalho a ser feito antes de lançá-lo no mercado.
"Estamos bem longe de um produto comercial”, reconhece. “É apenas um pequeno passo, mas estamos felizes por ter nos dado a inspiração".
