Cientistas moveram objetos sem lhes tocar: lembra-se do raio trator da nave Star Trek?

Por vezes os filmes de ficção científica são prenúncios de um futuro não muito distante. Vemos constantemente tecnologias a passar do ecrã para o dia a dia. Poderá muito bem ser a realidade de um novo método que utiliza ondas de ultrassom para mover objetos sem lhes tocar.

Para os mais maduros, seguramente virá à ideia o raio trator visto na nave USS Enterprise, ou até a força invisível de Darth Vader na saga Star Wars. Contudo, para lá da fantasia, o que está por trás é apenas ciência.

Um grupo de investigadores da Universidade de Minnesota Twin Cities conseguiu mover objetos sem contacto das mãos ou quaisquer outras ferramentas convencionais. Pode parecer ficção científica, mas o seu segredo tem pouco a ver com o universo fascinante de Roddenberry, o homem que criou o Caminho das Estrelas, Capitão James T. Kirk, Spock, entre muitos outros. Na verdade, por trás desta "magia" estão ondas de ultra-som.

As suas descobertas acabam de ser desempacotadas na Nature Communications.

O facto de podermos usar a luz ou ondas sonoras para manipular objetos não é novidade. Os cientistas já o provaram anteriormente, embora com pequenas amostras e certas peculiaridades, tais como a capacidade de manusear objetos da ordem de milímetros ou nanómetros.

Agora, a equipa da Universidade do Minnesota foi mais longe e desenvolveu um método que permite mover objetos maiores. A chave está mais uma vez na física, longe dos reinos da fantasia: para sermos mais preciso, está nos princípios da física metamaterial.

Há muito tempo que sabemos que as ondas, a luz e o som podem manipular objetos. O que distingue a nossa investigação é que podemos manipular e encurralar objetos muito maiores se fizermos da sua superfície uma superfície metamaterial ou uma 'meta-superfície'.

Explica Ognjen Ilic, autor principal do estudo e professor na Escola de Ciências e Engenharia de Minnesota.

Conforme detalha Ilic, a equipa, no seu teste, tirou partido dos metamateriais, materiais concebidos a pensar na forma como responderiam às ondas de luz ou som. Foi o padrão que recriaram na superfície do objeto de teste que lhes permitiu movê-lo sem contacto.

Uma das peculiaridades mais fascinantes da técnica descrita pela equipa é que ela não se limita a afastar elementos, movendo-os para a frente. Ao estilo da USS Enterprise ou do próprio Yoda, os investigadores foram capazes de os puxar para a fonte.

Usando metáforas, a própria Universidade de Minnesota aponta a sua semelhança com o raio trator em Star Trek. Não são os primeiros a apontar nesta direção: outras equipas já se gabaram anteriormente do seu progresso em direção a um modelo semelhante.

Researchers have discovered a new method to move objects using ultrasound waves. The research was supported by @umn_mnri and the AFRL/AFOSR X Program. @AFResearchLab @UMNews #BasicResearch #Discovery #AFOSRBoldResearch #Metamaterials #Physics https://t.co/TO4sDJzNZm

— AFOSR (@AFOSR) December 10, 2022

Conforme relata o documento na Nature:

Mostramos que o limite intrínseco pode ser quebrado para ondas acústicas com superfícies estruturadas em sub-comprimento de onda (metas-superfícies), onde a força se torna controlável pela disposição das características da superfície, independentemente da forma geral e tamanho do objeto.

Este artigo na revista científica detalha como a meta-superfície permitiu "fenómenos complexos de atuação" tais como a orientação de ondas acústicas ou o feixe de tração, em que um objeto de meta-superfície é arrastado pela onda.

A manipulação sem contacto é uma área quente de investigação em ótica e eletromagnética, mas esta investigação propõe um método que oferece vantagens que outras técnicas não podem oferecer.

Referiu Matthew Stein, outro dos autores do estudo.

O trabalho pretende, de facto, ser uma "prova de conceito", um capítulo de uma investigação ainda maior. A equipa irá continuar com testes de frequências de onda mais elevadas e vários materiais e tamanhos.

A investigação é suportada pelo Minnesota Robotics Institute e pela entidade Air Force Office of Scientific Research. Como a própria universidade aponta, para além da teoria, o seu trabalho "abre a porta" à manipulação sem contacto em certas indústrias, incluindo a robótica, ao permitir que dispositivos se movam sem uma fonte de energia incorporada.