Já imaginou ter um laboratório portátil no estilo tricorder de Star Trek?
Antes parte da ficção, os tricorders de Star Trek estão cada vez mais próximos da realidade… e do seu bolso.
A criação dos smartphones foi uma revolução no mundo da telefonia celular que literalmente conquistou o mundo. Todos os dias surgem aplicativos com as mais variadas funções, desde chats interativos, editores de imagem, aplicativos fitness até aplicativos que transforam seu smartphone em Geigers de bolso (veja “A crise ainda não acabou” — Polyteck 2ª Edição).
Tricorder em Star Trek
Agora, que tal ter um smartphone que você possa levar ao mercado, posicionar sobre frutas e verduras e em poucos segundos saber se estão maduros ou não? Ou talvez monitorar os níveis de açúcar no sangue de pessoas portadoras de diabetes? Ou sendo ainda mais ousado: e seu o seu smartphone pudesse ser usado como dispositivo de segurança, detectando níveis de gases tóxicos no ar? Parece algo saído da série de ficção Star Trek, e é.
Pesquisadores da Technische Universität Dresden e do Fraunhofer Institute for Electron Beam and Plasma Techonology, na Alemanha, desenvolveram uma tecnologia capaz de realizar este tipo de leitura. Eles criaram um espectrômetro em miniatura pioneiro, baseado em nano-antenas, pequenas o suficiente para caberem em um celular.
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Na imagem acima, retirada da série de ficção científica Star Trek (conhecida no Brasil como Jornada nas Estrelas), Spock carrega um tricorder em uma missão avançada a algum planeta longínquo. Na série, o equipamento é utilizado para uma série de medidas, desde monitoramento médico, pelo Dr. MacCoy, até análise da composição da atmosfera de um planeta, paredes, rochas, naves e qualquer outro material que os personagens julguem necessário reconhecer. Ficção na década de 60, quando Star Trek foi lançada, hoje os tricorders estão cada vez mais próximos de se tornarem realidade.[/caption]
Nano-antenas
Um espectrômetro é um instrumento óptico capaz de analisar as propriedades da luz emitida em uma faixa específica do espectro eletromagnético. Num espectrômetro a luz incide sobre uma abertura e é dividida em feixes monocromáticos através de uma rede de difração. Estes feixes incidem sobre sensores fotovoltaicos, que medem a intensidade luminosa de cada comprimento de onda contido no feixe incidente. Com isso é possível caracterizar diferentes materiais a partir das suas propriedades ópticas, tais como absorção, fluorescência, etc.
A possibilidade de transformar um smartphone em um monitor portátil não é uma ideia nova, mas o tamanho dos dispositivos era um grande empecilho. Pensando em termos de tecnologia convencional, mesmo que pudéssemos encolher um espectrômetro o máximo possível, ele ficaria longe de caber em um smartphone. Porém, os cientistas alemães utilizaram tecnologia de filmes finos compatível com o tamanho de um celular para produção em massa. A técnica envolve nano-fios que funcionam como nano-antenas que absorvem, amplificam e redirecionam o feixe de luz para o detector: um chip CCD/CMOS que carrega o arranjo de antenas. Isso possibilita reduzir o tamanho do instrumento a uma escala nunca vista antes, limitado apenas pelo tamanho do chip CCD/CMOS.
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Nano-antenas de outro de aproximadamente 100 nm de comprimento e 30 nm de diâmetro. Estas hastes absorvem luz visível, filtram os fótons e por fim concentram e amplificam determinados comprimentos de onda através de ressonância plasmônica. Imagem: Instituto Fraunhofer[/caption]
A sensibilidade do instrumento depende do comprimento, diâmetro, material das antenas, além da distância de acoplamento entre antenas individuais. Assim, pode-se ajustar o conjunto para a detecção de determinados comprimentos de onda ou faixas de comprimento de onda. Pode-se, com apenas um arranjo de antenas de nano-fios de dimensões diferentes, ou seja, com frequências de ressonância diferentes, varrer uma vasta região do espectro eletromagnético. As antenas funcionam, simultaneamente, como amplificador óptico, colimador e filtro óptico.
Outro detalhe que chama a atenção no projeto é o fato de que nenhuma parte móvel é necessária para que o dispositivo funcione plenamente. Isso diminui significativamente a possibilidade de falhas, defeitos ou imprevistos durante a utilização do mini espectrômetro.
Desafios
O objetivo principal do projeto nanoSPECS, que começou em agosto de 2013 e deve ter duração de três anos, é manufaturar os arranjos de antenas gradeadas de 20 cm. O IAPP desenvolveu um processo em escala de laboratório que obteve sucesso em criar as nano-antenas de ouro ou prata. Contudo, o desafio é crescer uma camada de alumínio precursora para que a matriz de óxido de alumínio ofereça uma espessura precisa, reprodutível e homogênea. Neste estágio, a Frauhofer FED irá aplicar a sua experiência na produção de deposições precisas por sputtering (pulverização catódica). Este processo garante deposição de filmes finos de alta qualidade, o que é fundamental para o que os mini espectrômetros se enquadrem no mercado para produção em massa.
Site do projeto nanoSpecs: http://www.nanospec.eu/
O projeto ainda está em seus estágios preliminares mas, caso a equipe obtenha sucesso, dentro de alguns anos você poderá ter seu próprio espectrômetro, capaz de ajudar a escolher a melhor laranja da feira. Espera-se que até lá as os cientistas também trabalhem para melhorar as baterias dos dispositivos móveis, afinal já imaginou o Spock ou o Dr. MacCoy ficando sem bateria durante uma expedição avançada?
