Metamaterial ultrasônico poderá revolucionar imagens de ultrasom

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/06/2006

O novo material sintético tem "módulo negativo," significando que ele responde às ondas sonoras de uma maneira completamente diferente de todos os materiais existentes na natureza.
[Imagem: Fang Lab.]

Imagens com som

Os metamateriais ópticos já estão começando a despertar interesse e deixando de ser meras curiosidades científicas. Agora, cientistas da Universidade de Berkeley, Estados Unidos, estão desenvolvendo metamateriais ultrasônicos, materiais que respondem às ondas sonoras de uma maneira completamente diferente de todos os materiais existentes na natureza.

Embora ainda no início da pequisa, os cientistas acreditam que os metamateriais ultrasônicos poderão revolucionar o campo do ultrasom, uma das técnicas mais utilizadas no imageamento médico, particularmente lembrado quando se trata de se conseguir imagens dos bebês ainda no útero materno.

Metamaterial sônico

Metamaterial é um nome genérico para estruturas construídas artificialmente, projetadas para responder à luz, ao som e a outras ondas, de forma diferente daquela apresentada pelas substâncias naturais.

Os metamateriais ópticos, por exemplo, apresentam índices de refração negativo. "O objetivo é criar materiais artificiais que sejam úteis tanto em aplicações ópticas quanto acústicas," diz o cientista Xiang Zhang.

Para construir um metamaterial, os cientistas primeiro têm que construir um bloco básico, um aglomerado molecular menor do que o comprimento da onda com a qual ele deverá interagir - uma onda de luz ou de som, por exemplo. Desta forma, quando as ondas atingem o material, elas não "vêm" os blocos individuais, mas se comportam como se o material fosse uma substância homogênea.

O metamaterial ultrasônico consiste em uma série de câmaras de água, interconectadas por um longo canal, construído em uma barra de alumínio. Conhecidas como ressonadores - ou vibradores - de Helmholtz, essas câmaras são projetadas para vibrar quando expostas a um som de determinada freqüência. O corpo de um violão é um exemplo de ressonador de Helmholtz.

Com o espaçamento entre as câmaras medindo 9,2 mm, o material responde a ondas sonoras de 30 kHz. Quando as ondas sonoras passam através dele, uma significativa parte da energia dessas ondas fica retida nas câmaras interconectadas. Essa retenção de energia é o que gera os fenômenos que tornam o material tão interessante.

Som de marcha-a-ré

Materiais naturais sofrem compressão quando submetidos a ondas sonoras. Já o metamaterial se expande. Essa reação, chamada de módulo negativo, ocorre quando o fluido oscila no interior do ressonador, exercendo uma força nas paredes das câmaras.

É como se a onda sonora estivesse se propagando para trás, ao invés de para frente. "Basicamente, os ressonadores funcionam em conjunto, suportando uma modulação da onda acústica muito mais alta," explica o cientista Nicholas Fang, outro participante da pesquisa.

Esta capacidade é a base para o papel promissor que os cientistas estão vislumbrando para o novo material na área das imagens de ultrasom. Um dos fatores que limitam a qualidade dos sonogramas - as imagensproduzidas por ultrasom - é a sensibilidade das lentes ultrasônicas, ou seja, sua capacidade para capturar ondas sonoras.

Atualmente, essas lentes são feitas com materiais elásticos, geralmente polímeros. É a elasticidade desses polímeros que os permite capturar e focalizar as ondas sonoras. Mas a sua resolução possui limites físicos bem estreitos. "Com este novo material com um módulo negativo, todos os limites poderão ser ultrapassados," diz Fang.

Ressonadores

No estágio atual da pesquisa, o material contém 60 ressonadores, medindo 55 centímetros de comprimento. Além de responder a apenas uma freqüência, ele somente consegue capturar o som vindo de uma única direção.

O projeto dos cientistas agora é a construção desses materiais "tridimensionais", não apenas para capturar sons de todas as direções, mas que também permitam uma "sintonia" das freqüências desses sons.

Outra vantagem do novo material é que ele permitirá a miniaturização dos equipamentos de imageamento. Hoje, as lentes devem ter, no mínimo, o tamanho do comprimento das ondas que devem capturar.

No atual estágio, o novo metamaterial funciona mesmo tendo apenas um quinto do tamanho do comprimento das ondas que ele captura.

Mais tópicos