Revestimento ultrafino dará visão noturna a óculos comuns

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/06/2024

Esquema de funcionamento da nova tecnologia de conversão ascendente feita por uma metassuperfície fina.
[Imagem: Laura Valencia Molina et al. - 10.1002/adma.202402777]

Óculos de visão noturna

Colocar óculos de leitura e descobrir que você enxerga no escuro quase como se fosse dia não é mais uma realidade distante. Essa possibilidade está muito mais próxima graças a um filme finíssimo criado por cientistas australianos.

O filme é feito de niobato de lítio, um material usado em processadores fotônicos, e grades de dióxido de silício, compondo uma metassuperfície, uma superfície artificial capaz de interagir com as ondas de luz de um modo que nenhum material natural consegue.

O resultado dessa interação é a conversão da luz infravermelha, que exala o calor, em luz visível. E o resultado é melhor do que o oferecido por qualquer outro material conhecido, viabilizando a visão noturna, hoje só oferecida por equipamentos grandes, volumosos e com grande consumo de energia. Como é muito fino e leve, o filme poderá ser colocado como um revestimento sobre as lentes de óculos de uso diário, permitindo ao usuário visualizar o infravermelho e o espectro de luz visível ao mesmo tempo.

Os dispositivos de visão noturna têm sido pouco explorados justamente por serem grandes e caros, devido ao peso e ao volume da tecnologia - uma pessoa normal não sai para uma corrida noturna com um quilo adicional de equipamentos amarrados na testa. Mas óculos de visão noturna podem resultar em uma maior facilidade de dirigir veículos à noite, caminhadas noturnas mais seguras e menos complicações no trabalho em condições de pouca luz, que atualmente exigem lanternas volumosas e desconfortáveis.

Micrografia da metassuperfície, que na verdade é transparente para a luz visível.
[Imagem: Laura Valencia Molina et al. - 10.1002/adma.202402777]

Revestimento de visão noturna

A tecnologia tradicional de visão noturna captura os fótons infravermelhos com uma lente e os dirige para um material similar a uma célula solar, que transforma esses fótons em elétrons. Depois de amplificados, esses elétrons viajam através de uma tela de fósforo, onde são reconvertidos novamente em fótons, só que no espectro visível, produzindo uma imagem visível intensificada que pode ser vista a olho nu. Esses elementos requerem resfriamento para evitar que o ruído térmico também seja amplificado. Um sistema de visão noturna desses, de alta qualidade, é pesado e volumoso, além de normalmente atrapalhar enxergar as coisas de modo normal, via luz visível.

A tecnologia de conversão de fótons infravermelhos em visíveis usando metassuperfícies requer menos elementos, reduzindo drasticamente sua pegada. Os fótons passam através de uma única metassuperfície ressonante, onde são misturados com um feixe de bombeamento. A metassuperfície ressonante aumenta a energia dos fótons, elevando-os para a energia do espectro de luz visível - sem a necessidade de conversão dos fótons em elétrons. E tudo funciona à temperatura ambiente, eliminando a necessidade de sistemas de refrigeração volumosos e pesados.

Além disso, os sistemas tradicionais de imagem infravermelha e visível não conseguem produzir imagens idênticas, já que capturam imagens de cada espectro lado a lado. Com a tecnologia de conversão ascendente incorporada em um filme fino transparente, os sistemas conseguem capturar o visível e o não visível em uma única imagem, permitindo uma autêntica visão real aumentada.

Testes do sistema, com a imagem normal em cima e a imagem infravermelha gerada pelo revestimento embaixo.
[Imagem: Laura Valencia Molina et al. - 10.1002/adma.202402777]

Eficiência e aplicações

A equipe vem trabalhando em sistemas de visão noturna que possam ser incorporados em óculos há vários anos, tendo começado com metassuperfícies de arsenieto de gálio.

Esta nova versão foi feita de niobato de lítio, que é totalmente transparente na faixa visível, tornando-a muito mais eficiente - as propriedades do novo material geraram uma conversão 10 vezes maior de luz infravermelha para visível do que o anterior. Além disso, o feixe de fótons se espalha por uma área de superfície mais ampla, limitando a perda angular de dados.

A redução do tamanho, peso e requisitos de energia da tecnologia de visão noturna promete oportunidades significativas para as aplicações de vigilância, navegação autônoma, imagens biológicas e fotografia, entre outras.

"As pessoas diziam que a conversão ascendente de alta eficiência do infravermelho para visível é impossível devido à quantidade de informação não coletada devido à perda angular que é inerente às metassuperfícies não locais. Superamos essas limitações e demonstramos experimentalmente a conversão ascendente de imagem de alta eficiência," disse Laura Molina, da Universidade Nacional Australiana.

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