Cúpula térmica revoluciona tecnologias de invisibilidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/12/2024

Cenário de aplicação da cúpula térmica, que pode proteger o alvo da detecção infravermelha.
[Imagem: Yuhong Zhou a et al. - 10.1016/j.eng.2024.07.021]

Invisibilidade térmica

Uma equipe de várias instituições chinesas idealizou um novo conceito de cúpula térmica que promete fazer avançar significativamente o campo das tecnologias de invisibilidade.

Yuhong Zhou e seus colegas encontraram uma solução que resolve problemas de longa data dos dispositivos tradicionais de camuflagem térmica.

Os metamateriais térmicos têm sido objeto de extensas pesquisas para controlar a condução de calor, sendo a invisibilidade térmica um aspecto de grande interesse - eles podem tornar o calor "invisível" ou enganar as câmeras infravermelhas, por exemplo.

Contudo, os esquemas de invisibilidade térmica já desenvolvidos enfrentam desafios em aplicações práticas, como a necessidade de envolver totalmente os objetos a serem escondidos, tornando-as difíceis de usar e inadequadas para objetos com fontes de calor.

Além disso, embora existam alguns projetos teóricos para a invisibilidade dinâmica, eles são complexos e rígidos, limitando seu uso em larga escala em espaços tridimensionais reais.

O novo conceito de cúpula térmica proposto agora visa justamente resolver estas questões. A presença de uma área funcional aberta melhora a usabilidade e a aplicabilidade, principalmente para objetos com fontes de calor associadas. Além disso, a estrutura reconfigurável da cúpula, inspirada em blocos de Lego, traz facilidade de montagem e permite sua adaptação a diferentes ambientes, uma melhoria significativa em relação aos mantos de invisibilidade convencionais.

Vista em corte transversal de uma cúpula térmica hemisférica de camada única (a espessura de uma cúpula térmica hemisférica de camada única d é mostrada como uma função de lc e r).
[Imagem: Yuhong Zhou a et al. - 10.1016/j.eng.2024.07.021]

Cúpula térmica

O projeto da cúpula térmica envolve uma consideração cuidadosa da forma e do material usado. A forma semi-elipsoidal foi escolhida por sua simetria e flexibilidade no atendimento aos requisitos de usabilidade. Ao resolver as equações diferenciais que ditam as propriedades do metamaterial, os pesquisadores determinaram as condições necessárias para que a cúpula térmica alcançasse a invisibilidade termal, incluindo relações específicas entre as condutividades térmicas da cúpula, do núcleo e do fundo.

A reconfigurabilidade da camuflagem foi confirmada através de simulações computadorizadas e de experimentos. A validação experimental foi realizada utilizando cúpulas térmicas hemisféricas com diferentes materiais e configurações de fundo.

Os resultados demonstraram a eficácia da cúpula na proteção de objetos e na manutenção de temperaturas internas estáveis, mesmo na presença de fontes de calor, o que é outro requisito essencial para o uso prático do mecanismo.

Este conjunto de características e funcionalidades representa um passo significativo no desenvolvimento da tecnologia de invisibilidade térmica, não apenas superando as limitações anteriores, mas também oferecendo uma solução prática e adaptável para diversas aplicações de engenharia.

A equipe afirma que seu projeto poderá inspirar pesquisas em outros domínios da física, tais como os campos elétricos de corrente contínua e os campos magnéticos, abrindo novos caminhos muito além da gestão do calor e das tecnologias de camuflagem.

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