Vemos o mundo refletido:quase toda a luz que entra em nossos olhos foi refletida em algo primeiro, trazendo com ele informações sobre a natureza dos objetos que encontrou no caminho. Mas essa informação é fortemente afetada pelo ângulo em que a luz atinge o objeto, e também o ângulo em que a luz refletida atinge o olho de quem vê.

É por isso que as propriedades da luz refletida em diferentes ângulos e intensidades são extremamente importantes, por exemplo, para a forma como os carros são pintados, os tecidos são feitos, plásticos e revestimentos são coloridos, materiais impressos são produzidos, sistemas ópticos são projetados, e imagens de sensoriamento remoto são criadas e interpretadas, para citar apenas alguns.

Além disso, instrumentos implantados para muitos serviços públicos e usos de segurança nacional, como monitoramento por satélite do clima e desastres naturais, ou detecção de atividade por adversários em potencial - contêm componentes que devem ser calibrados com precisão em relação a um padrão conhecido para garantir a caracterização precisa dos efeitos da refletância e dispersão da luz.

O NIST mantém a escala nacional de refletância, e agora está prestes a lançar um sistema dramaticamente aprimorado para medir a intensidade e o espectro da luz refletida e espalhada em amostras de até 30 cm quadrados em praticamente qualquer direção. Chamado de Instrumento de Espalhamento Ótico Robótico (ROSI), oferecerá novos recursos que estão em crescente demanda pela indústria e pela ciência, mas não estavam disponíveis anteriormente no NIST.

"Começamos a trabalhar para desenvolver este sistema anos atrás, "diz a líder do projeto, Heather Patrick, do Laboratório de Medição Física do NIST, "chegando a designs cada vez mais sofisticados antes da versão atual do ROSI. Em meados de 2017, esperamos disponibilizar o primeiro conjunto de funções para os clientes. Cerca de um ano depois, todos os recursos do sistema estarão totalmente operacionais. "

Talvez o mais importante, O ROSI permitirá medições no plano e fora do plano. (Veja o diagrama abaixo.) No primeiro, a fonte de luz, a amostra, e o receptor estão todos no mesmo plano; no ultimo, o receptor está em um plano diferente.

As medições fora do plano não eram possíveis com o predecessor do ROSI, O carro-chefe do NIST Spectral Tri-function Automated Reference Reflectometer (STARR). "Mas eles são importantes para qualquer pessoa que faça medições de refletância no campo, como aqueles que estudam a cor do oceano ou monitoramento infravermelho de assinaturas de calor, "diz a cientista do NIST Catherine Cooksey." Além disso, eles são importantes para revestimentos "gonioaparentes", isto é, revestimentos que refletem cores diferentes, dependendo da direção de visualização ou iluminação, como cores iridescentes. Por exemplo, pintura de carro que parece mudar de cor conforme você se move ao redor do carro. "

Além disso, ROSI estende a faixa de comprimentos de onda do ultravioleta ao infravermelho próximo, e pode fornecer 100 vezes mais luz incidente do que STARR, permitindo medições detalhadas de amostras com baixa refletância e abrindo novas possibilidades para pesquisas.

O sistema ROSI combina três sistemas integrados, componentes totalmente automatizados (veja o diagrama). Um é uma fonte de luz baseada em laser que pode ser ajustada para uma cor desejada específica, intensidade, e polarização antes de focar na amostra a ser estudada. O feixe forma um ponto de 1 cm de diâmetro ao brilhar exatamente perpendicular à superfície da amostra, mas se amplia para uma elipse cada vez mais ampla e mais tênue à medida que o ângulo entre a fonte e a amostra se torna cada vez mais oblíquo.

A amostra é montada no final do segundo componente principal do ROSI, um braço robótico de 6 eixos que pode mover a amostra em quase qualquer ângulo em relação ao feixe. O terceiro componente é o receptor que detecta a quantidade de luz espalhada da amostra em um ângulo de visão específico. O receptor pode ser movido em torno do eixo do braço do robô, um design que facilita medições fora do plano.

Essa capacidade é extremamente importante para caracterizar os materiais que os sistemas de satélite, como a longa série Landsat - que mapeia as mudanças na paisagem global - usam para calibrar seus sensores de bordo. Esses dispositivos recebem luz refletida e espalhada que chega de uma ampla variedade de ângulos, e a qualidade das observações depende da compreensão de como esses ângulos afetam o sinal. O impacto é grande:desde o lançamento do Landsat 8 em 2013, mais de 30 milhões de imagens foram baixadas do site do programa.

A NASA fornece muitos de seus outros projetos de satélite com medições de refletância, e a escala de refletância da NASA é rastreável até a escala de refletância nacional por meio de calibrações NIST anuais.

O ROSI é projetado para fazer três tipos de medições. O menos complexo envolve amostras de espelho, em que quase toda a luz incidente é refletida em um ângulo. Esse é o primeiro recurso que estará online ainda este ano. O segundo tipo atende pelo nome de função de distribuição de refletância bidirecional (BRDF), o que basicamente significa que tanto o ângulo no qual a luz incidente atinge a amostra quanto o ângulo entre a amostra e o receptor podem ser ajustados separadamente para medir como as mudanças modificam as propriedades da luz refletida / espalhada.

Finalmente, O ROSI será capaz de produzir medições "hemisféricas" nas quais a luz refletida da amostra é registrada em vários pontos constituindo um hemisfério completo e produzindo um conjunto de dados abrangente.

"Esta nova instalação oferece aos clientes do NIST uma capacidade expandida, e o próprio NIST com potencial de pesquisa estendido, "Cooksey diz." Anteriormente, só podíamos medir dentro de um único plano. Agora podemos medir o espaço hemisférico completo acima de um ponto de amostra por ponto com um aumento significativo da intensidade da luz incidente. Isso aumenta os tipos de materiais que agora podemos medir, como revestimentos com BRDFs interessantes ou muito escuros, amostras pretas. "