Série Especial - O Mundo do Futuro, hoje (07): Som & Imagem

Essa aqui é uma daquelas ideias esquisitas que podem acabar resultando numa baita inovação, causando revoluções sociais tal qual outras traquitanas tecnológicas que agora fazem parte do dia a dia de grande parte da população mundial.

Imagens 3D vão ao extremo com pixels voadores
Esqueça os óculos, as telas especiais, o ângulo de visão e tudo o mais que vem fazendo o sucesso dos filmes 3D.

Para levar o conceito de projeção tridimensional ao extremo, pesquisadores do MIT, nos Estados Unidos, decidiram construir pixels voadores: cada pixel da imagem flutua de fato no ar, criando uma imagem verdadeiramente 3D.

Os pixels ainda não podem sair voando para fora da tela do seu computador, mas agora eles já podem sair voando do chão, em um voo coordenado, até formar as imagens no ar, como uma nuvem luminosa. O projeto FlyFire usa um grande número de micro-helicópteros, do tipo encontrado em lojas de brinquedos, que voam dirigidos por controle remoto. Cada helicóptero contém pequenos LEDs coloridos e funciona como um pixel inteligente.

Controlados centralmente por um computador, os helicópteros são guiados de forma coordenada para executar coreografias elaboradas e sincronizadas, criando uma tela tridimensional no espaço, que pode assumir qualquer formato. "É como no filme, quando Pooh acerta uma colmeia: um enxame de abelhas sai em sua perseguição, mudando a formação de voo para se assemelhar a um animal," diz Kang E Roon, pesquisador do SENSEable City Lab, que está coordenando o projeto. "No Flyfire, cada abelha é essencialmente um pixel que emite luz colorida e configura-se em diferentes formas."

Usando uma tecnologia precisa de auto-estabilização e de controle, o movimento dos pixels é adaptável em tempo real. A "tela" Flyfire pode se transformar de uma forma para outra ou fazer uma projeção espacial 3D a partir de uma imagem fotográfica de duas dimensões.

"Hoje somos capazes de controlar simultaneamente apenas um punhado de micro-helicópteros, mas com o Flyfire nós queremos ampliar e atingir números muito grandes," disse Emilio Frazzoli, chefe do Laboratório que está desenvolvendo o controle de voo e estabilização dos micro-helicópteros.

Como bem sabe quem já brincou manualmente com um helicóptero desses, o nível de controle alcançado pela tecnologia de auto-estabilização é impressionante: o programa garante um posicionamento vertical estável de cada micro-helicóptero com uma precisão de 3 centímetros. O posicionamento lateral é mais complicado, e os pixels voadores devem ficar a 10 centímetros uns dos outros. Mas tudo deve ser bem combinado antes com o vento.

"O Flyfire abre possibilidades emocionantes: como em uma tela convencional, os pixels podem mudar de cor, mas agora eles também podem se mover, criando um rastro de luz transiente no espaço tridimensional," afirma Carnaven Chiu, outro membro da equipe. "Ao contrário dos monitores tradicionais, que só podem ser vistos de frente, o Flyfire torna-se uma tela imersiva de exibição tridimensional que pode ser desfrutada de todas as direções,".

Como os micro-helicópteros são bastante grandes, o experimento FlyFire é adequado para grandes ambientes, preferencialmente fechados, para evitar o vento, e onde as distâncias compensem o tamanho avantajado dos pixels. E o melhor efeito é obviamente conseguido no escuro.

Laser de som fica mais próximo da realidade

Primeiro veja o caso da luz: você aciona um gerador de fótons, mais conhecido como lâmpada, e a luz se espalha em todas as direções. Mas se você acionar um gerador especial de fótons, mais conhecido como laser, você terá os fótons seguindo ordenadamente uma direção precisa.
Agora vamos para o som: você liga um alto-falante, e as sondas sonoras se espalharão a partir dele seguindo seu desenho, em todas as direções. E ponto final. Aqui há, é claro, uma lacuna: ainda não existe uma "forma laser" de emitir sons, cujas ondas saiam perfeitamente dirigidas e concentradas.

Mas isto está prestes a mudar. Dois grupos de físicos, um dos Estados Unidos e outro do Reino Unido, trabalhando separadamente, anunciaram simultaneamente progressos rumo ao desenvolvimento dos lasers fonônicos - dispositivos capazes de emitir sons da mesma maneira que os lasers ópticos emitem luz. Quando completado, esse desenvolvimento deverá criar novos tipos de aparelhos de imageamento de alta resolução, além de várias outras aplicações médicas e industriais, como a possibilidade de transferir grandes energias à distância de forma concentrada.

Assim como os lasers ópticos foram incorporados em inúmeros aparelhos que já fazem parte do dia a dia das pessoas, um laser de som será o elemento fundamental de uma série de aplicações ainda inimagináveis.

A luz e o som são similares em vários aspectos: os dois podem ser pensados em termos de ondas e ambos vêm em unidades de mecânica quântica, ou quanta - fótons no caso da luz e fónons no caso do som. Além disso, tanto a luz quanto o som podem ser produzidos como coleções aleatórias de quanta - como no caso de uma lâmpada - ou como pacotes de ondas que viajam de forma coordenada - como é o caso da luz laser.

Pense, por exemplo, nas similaridades entre os microscópios ópticos e os microscópios acústicos, entre o sonar e o radar, e verá que há de fato muitas similaridades. Em termos da física clássica, isso acontece porque as mesmas equações de onda governam as oscilações dos átomos, dos íons e das moléculas em uma onda de som, e a oscilação dos campos elétrico e magnético em uma onda de luz.

E, em termos da física quântica, os quanta básicos da luz (fótons) e do som (fónons) obedecem às mesmas regras que descrevem todas as partículas bósons com spin inteiro. Muitos físicos acreditam que esses paralelos implicam que os lasers devem ser tão viáveis para o som como o são para a luz.

Enquanto sons de baixa frequência, no intervalo que os seres humanos podem ouvir (até 20 kilohertz), sejam fáceis de se produzir tanto de forma aleatória quanto ordenada, as coisas ficam mais complicadas na faixa dos terahertz (trilhões de hertz) - é nesta faixa super alta de frequências que se encontram as potenciais aplicações dos lasers fonônicos.

O problema é que o som viaja muito mais lentamente do que a luz, o que significa que o comprimento de onda do som é muito menor do que o da luz em uma determinada frequência. Com isto, as minúsculas estruturas que produzem ondas na faixa dos terahertz, em vez de gerarem um laser fonônico ordenado e coerente, tendem a emitir fónons aleatoriamente.

O grupo de cientistas do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), nos Estados Unidos, superou este problema montando um par de cavidades microscópicas que só permitem a emissão de frequências específicas de fónons. Eles também ajustaram o sistema para que ele seja capaz de emitir fónons de frequências diferentes, o que é feito alterando a distância entre as microcavidades.

Já o grupo britânico, da Universidade Nottingham, adotou uma abordagem diferente. Eles construíram o seu dispositivo com elétrons movendo-se através de uma série de estruturas conhecidas como poços quânticos. Conforme um elétron salta de um poço quântico para o próximo, ele produz um fónon.

Até agora, o grupo de Nottingham não demonstrou uma geração verdadeira de um laser de som, mas seu sistema amplifica os sons de alta frequência de uma forma que sugere que o dispositivo poderia se tornar o componente principal de um futuro laser fonônico.

Albert Einstein previu em 1917 a possibilidade da matéria emitir fótons coerentes, sempre com a mesma frequência e fase. Foi o que ele chamou de "emissão estimulada". O laser foi demonstrado na prática mais de 40 anos depois, em 1960. Desde então, o laser de fónons tem ocupado a mente de inúmeros pesquisadores. Quanto tempo levará para que ele se torne prático é uma questão difícil de responder.

É fato que o laser de som ainda não está pronto. Mas os dois desenvolvimentos tiram definitivamente a emissão de ondas sonoras de forma coerente e ordenada do campo das possibilidades teóricas, colocando o laser de som na agenda das realizações para um futuro próximo. Enquanto isso, os físicos já começam a exercitar as possibilidades de uso da nova tecnologia, que incluem o imageamento médico não-ionizante (sem a radiação dos raios X, por exemplo), aparelhos de medição de alta precisão, sons concentrados de alta energia - enfim, tudo indica que os lasers de som terão um futuro tão brilhante quanto os lasers de luz.