Cientista resolve problema de dois mil anos que levará a lentes melhores e mais baratas

Por Jéssica Maes, em 9.08.2019

Muito de uma boa imagem está associado à qualidade do equipamento usado para registrá-la. Porém, mesmo as lentes fotográficas mais caras e mais sofisticadas do mundo sofrem de um problema que a física não conseguia resolver: enquanto o centro do quadro pode ser o mais nítido possível, os cantos e extremidades sempre ficam um pouco foscas. Equipamentos óticos sofrem com isso há séculos e muitos acreditavam que era uma questão sem solução. Até agora. Um cientista mexicano conseguiu desenvolver uma fórmula que pode revolucionar a forma como lentes são fabricadas. Tão complexa que parece um monte de números sem sentido para os olhos menos treinados, a fórmula foi publicada na revista científica Applied Optics.

No papel, uma lente de vidro curva deveria redirecionar todos os raios de luz que passam por ela para um único alvo, conhecido como ponto focal. Na vida real, no entanto, isso não acontece, explica o editor do site Gizmodo Andrew Liszewski. Em todas as lentes, diferenças na refração e imperfeições em sua forma e materiais contribuem para que alguns dos raios de luz escapem do ponto focal – especialmente aqueles que entram na lente perto de suas bordas externas. É um fenômeno conhecido como aberração esférica.Cientistas criam lentes de contato que dão zoom quando você pisca duas vezes
Depois de meses tentando encontrar a fórmula perfeita, o físico Rafael González-Acuña teve um “momento Eureka” enquanto tomava café da manhã. “Lembro que, em uma manhã, estava preparando um pão com Nutella e, de repente, disse: ‘Madres! Aí está!'”, contou ele em comunicado à imprensa. Em seguida, correu para o computador, começou a programar e, quando viu que tinha encontrado a resposta, foi totalmente tomado de emoção.

Problema milenar

O doutorando em nanotecnologia do Instituto Tecnológico e de Estudos Superiores de Monterrey estava tentando resolver a questão a convite de um colega, Héctor Chaparro-Romo, que havia conhecido durante o seu mestrado e que já estava trabalhando com isso há três anos. O primeiro racionalizar esse problema, no entanto, foi o matemático grego Diocles, há mais de dois mil anos. O desafio de fazer com que a imagem dos objetos não perdesse a nitidez depois de passar por uma lente atormentou cientistas por séculos e passou pelas mãos de gênios como Newton e Leibniz. Ainda que Newton tenha inventado um telescópio que resolveu a chamada aberração cromática (que impede as cores de focalizar em um único ponto), ele não conseguiu superar a aberração esférica.
Lentes de grafeno com um átomo de espessura podem revolucionar a tecnologia de visão noturna.
Em 1949, dois cientistas levantaram o dilema em um artigo formal e foi a partir de então que ele passou a ser conhecido como o problema Wasserman-Wolf. Até González, ninguém tinha conseguido resolvê-lo completamente.

Mudanças no mercado

Atualmente, aprimoramentos no design e na fabricação significam que as técnicas usadas na produção de lentes estão muito próximas de resultar em imagens uniformemente nítidas. Essas técnicas incluem o uso de lentes aesféricas (apenas esféricas em parte de sua superfície) adicionais, que podem ajudar a neutralizar e corrigir o efeito da aberração esférica. Contudo, como não têm uma forma perfeitamente esférica e os fabricantes precisam essencialmente experimentar e criar uma forma aesférica diferente para cada aplicação, baseados em um cálculo não totalmente preciso, estas lentes podem ser muito caras e difíceis de projetar.
“[Em comparação] a solução analítica [encontrada por González] é precisa; usando a equação você terá o resultado preciso, não importa que as variáveis ​​mudem”, explica. Isso significa que não importa o tamanho da lente, o material de que ela é feita ou para quê ela será usada, a equação escrita pelo mexicano dará exatamente os números necessários para que o design seja opticamente perfeito.
O artigo que a dupla publicou, com a fórmula solucionada, rendeu a eles uma distinção especial do editor do periódico. “Isso é muito raro: menos de 1% dos 35 mil artigos publicados naquela revista têm essa distinção”, comemorou o cientista. “Durante nosso estudo, calculamos a eficiência de 500 raios e a satisfação média de todos os exemplos foi 99,999999999%”.
O professor orientador do doutorado de González, Julio César Gutiérrez, acredita que a novidade pode ter um impacto direto no desenvolvimento de lentes. “O design óptico tem aplicações tecnológicas que envolvem sistemas ópticos. Então, os resultados têm relevância não apenas teoricamente, mas em outras aplicações”.
A foto histórica do buraco negro é ainda mais surpreendente quando enxergamos seu entorno
E as possibilidades de melhorias não são apenas para os equipamentos de fotógrafos que, mesmo gastando muito dinheiro, ainda acabam insatisfeitos com pequenos defeitos focais. Empresas poderão produzir lentes mais simples, usando menos elementos o que, possivelmente, vai trazer mais qualidade e baratear os produtos mesmo para o consumidor médio, como smartphones e câmeras digitais não profissionais.A fórmula também é promissora para melhorar imagens científicas, produzidas por telescópios os microscópios, o que poderia levar a novas descobertas.
[Gizmodo, Tecnológico de Monterey, PetaPixel] - HScyence  Ago/19