Física

Os dispositivos de radar utilizados para detectar minas terrestres têm dificuldade em distinguir características nas profundidades em que estes objectos são normalmente enterrados, o que pode levar a falsos positivos e, portanto, perda de tempo. Agora, os pesquisadores demonstraram uma prova de conceito para um método de radar que pode detectar objetos menores em profundidades maiores do que era possível anteriormente [1]. Os pesquisadores dizem que sua técnica poderia permitir a detecção de minas terrestres enterradas a poucos metros de profundidade, muito mais profundas do que os poucos centímetros acessíveis com a tecnologia atual. Os arqueólogos também poderiam usar o novo método para encontrar artefatos enterrados.

Um sistema de radar envia uma série de pulsos curtos de ondas de rádio que podem encontrar um objeto e refletir de volta para o dispositivo. O dispositivo usa as ondas refletidas para determinar o tamanho e a distância do objeto. Quando há dois objetos no caminho dos pulsos, o dispositivo pode resolver ambos os objetos se detectar dois picos distintos nas ondas de rádio refletidas.

Para aumentar o poder de um radar para detectar objetos próximos uns dos outros, os pulsos podem ser encurtados. Reduzir o comprimento de um pulso requer aumentar sua largura de banda, que é a distribuição de frequências que se somam para formar o pulso. Normalmente, os pulsos são encurtados pela adição de ondas de frequência mais alta, mas adicionar essas frequências tem uma desvantagem. “Quase todos os meios materiais tornam-se mais opacos com o aumento da frequência”, diz John Howell, cientista de radar da Universidade Chapman, na Califórnia. Esta crescente opacidade limita as profundidades a que se pode sondar ao incluir altas frequências. Portanto, para aumentar a sensibilidade em distâncias maiores, os usuários de radar devem empregar pulsos mais longos e, assim, sacrificar a resolução.

Para superar essa limitação, Howell e seus colegas projetaram uma forma de onda de radar que se parece com uma série de ziguezagues, com um pico e um vale triangulares e um pico e um vale adicionais que são truncados para incluir segmentos planos. Os segmentos inclinados são altamente sensíveis à interferência entre diferentes ondas refletidas, enquanto as seções planas são insensíveis a tais interferências.

A equipe testou essa forma de onda enviando-a através de um cabo coaxial disposto para produzir duas versões do sinal de 200 nanossegundos na extremidade oposta: a versão direta e uma versão atrasada por vários nanossegundos. Um osciloscópio detectou a interferência dos dois sinais, que representavam as reflexões esperadas de dois objetos vizinhos.

O sinal combinado continha algumas seções que foram substancialmente alteradas e outras que permaneceram inalteradas. Essas regiões “sem alteração” funcionaram como pontos de referência que permitiram aos pesquisadores detectar mudanças que teriam ocorrido em distâncias menores que o comprimento do pulso e que foram induzidas pela interferência entre as duas reflexões. Usando esta informação, a equipe inferiu distâncias de separação entre os dois objetos virtuais que eram dezenas de milhares de vezes mais curtas do que seria possível de outra forma.

Esta prova de conceito indica que o método deve proporcionar melhorias significativas, diz Howell. “Um radar com resolução suficiente para ver uma mina só consegue sondar alguns centímetros do solo. Agora podemos obter resolução subcentimétrica e sondar muitos metros abaixo do solo.” Esta melhoria também poderia permitir aos arqueólogos encontrar pequenos objetos enterrados – atualmente, eles só conseguem localizar grandes paredes ou vazios. Também poderia ajudar os oceanógrafos a mapear o fundo do oceano, o que não é possível com os atuais sistemas de radar.

O aumento de resolução relatado por Howell e seus colegas supera os anteriores “em ordens de magnitude, o que é impressionante e emocionante”, diz Stefan Frick, físico quântico que trabalha em radar quântico na Universidade de Innsbruck, na Áustria. Thomas Fromenteze, especialista em tecnologias de radar da Universidade de Limoges, na França, chega à mesma conclusão. “Os limites de resolução representam uma limitação considerável de hardware em imagens de radar”, diz ele, e o novo trabalho pode beneficiar o desenvolvimento de métodos de super-resolução.