Os cientistas criaram novas superfícies nanoestruturadas 2-D que aparecem como objetos 3-D realistas - incluindo sombreamento e sombras - usando nanoengenharia de ponta.

A pesquisa foi realizada pelo King's College London juntamente com a Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, e é publicado na revista American Chemical Society Nano Letras .

Quando a luz atinge um objeto, a cor, textura, e a forma afeta como a luz é absorvida e refletida, permitindo que você identifique o objeto à sua frente. Ao alterar a superfície para mudar a forma como a luz é refletida, é possível manipular como ele aparece.

Os pesquisadores desenvolveram materiais em camadas, incorporando nano-recursos projetados com precisão menores que o comprimento de onda da luz, chamados metassuperfícies. Isso permitiu que eles controlassem como a luz é refletida de maneiras altamente precisas, de modo que uma superfície 2-D reflete a luz exatamente como um objeto 3-D faria.

Pegando emprestada uma técnica de computação gráfica 3-D chamada Normal Mapping, pesquisadores codificaram efeitos de sombra na imagem, criando imagens 3-D mais realistas do que hologramas ou cinema 3-D. Como prova de conceito, os pesquisadores fabricaram uma metassuperfície plana imitando os efeitos de iluminação e sombreamento de um cubo 3-D.

Mudando a maneira como vemos a luz

A técnica pode ter grandes implicações para as indústrias ópticas, inclusive em telas de TV e fotografia, bem como em etiquetas de segurança para proteger mercadorias e notas contra a falsificação.

O professor Anatoly Zayats, do King's College, diz:"As metassuperfícies são incríveis. Elas abrem uma liberdade sem precedentes para direcionar e manipular a luz. Em última análise, pode-se imaginar uma tela de TV que parece exatamente a mesma que você se move ao redor dela, ou um novo movimento de arte 3-D. "

A capacidade de controlar a luz pode trazer novas funcionalidades para lentes de câmeras pequenas. Uma superfície plana pode ser tornada opticamente convexa projetando propriedades de metassuperfície apropriadas. As futuras gerações de câmeras de smartphones podem usar as minúsculas metassuperfícies planas que imitam as propriedades de lentes de câmeras curvas sofisticadas, permitindo um controle muito maior do ângulo e do campo de profundidade.

Metasurfaces também poderia substituir lentes ópticas pesadas em aplicações como satélites, onde o peso e o tamanho têm um grande impacto na eficiência.

Mais imediatamente, os novos nanomateriais já podem ser usados ​​para criar imagens 3D complexas exclusivas para aplicações de segurança e anti-falsificação, bem como para novas aplicações de medição que requerem controle preciso da luz.

Muito mais que um holograma

Ao contrário dos hologramas, que requerem uma fonte de luz coerente, como um laser, para serem visualizados, essas superfícies manipulam o reflexo da luz normal para que pareçam um objeto 3D realista em qualquer condição de luz e de qualquer ângulo.

As abordagens holográficas existentes dependem da 'reflexão especular', ou seja, a luz proveniente de uma direção particular é refletida em uma direção de saída única, como com um espelho. A fim de alcançar efeitos de sombreamento de luz dinâmicos, um projeto de metassuperfície envolve 'reflexão direta' - o que permite o controle de suas propriedades de espalhamento para que a imagem possa ser vista diretamente nela.

Para a prova de conceito, os pesquisadores projetaram um cubo usando a técnica de mapeamento normal, que foi codificado na metassuperfície. Quando iluminado, a metassuperfície "calcula" instantaneamente como uma representação 3-D da imagem deve parecer e a exibe.

Dr. Alexander Minovich, Membro da Royal Society Newton International no King's College London, disse:"O mapeamento normal demonstrado com nossa metassuperfície é um conceito completamente novo, mas pode ter implicações muito importantes para uma ampla gama de indústrias ópticas, tanto na introdução de novas funcionalidades quanto em tornar os produtos menores e mais leves. "