Os fãs de Stranger Things estarão familiarizados com esta cena: Onze, uma garota com poderes telecinéticos, olha fixamente para uma lata de Coca-Cola. Sem tocar fisicamente a lata, ela a esmaga completamente usando apenas sua mente.
Mudar objetos com a mente tem sido um tropo na ficção científica. Agora, graças às metasuperfícies, dois estudos mostraram que isso é potencialmente possível.
Metamateriais são compósitos artificiais com propriedades ópticas bizarras. Muitas vezes dispostos em conjunto, eles podem interagir com ondas eletromagnéticas, incluindo luz visível, de maneiras impossíveis para materiais naturais. Isso lhes dá um superpoder: eles podem facilmente adaptar suas propriedades – por exemplo, curvar a luz de diferentes maneiras – em vez de depender das propriedades dos materiais de que são feitos.
Por que se importar? Nossos cérebros geram ondas eletromagnéticas à medida que processam informações. Dependendo do estado do cérebro – por exemplo, se está “relaxado” versus “concentrado” – diferentes frequências de ondas cerebrais assumem o controle. Então, por que não usar o cérebro como fonte para desencadear mudanças nos metamateriais?
No primeiro estudo, publicado na eLight, a equipe usou um módulo de extração de ondas cerebrais que permitiu que voluntários controlassem uma metasuperfície – uma versão 2D de metamateriais – apenas com suas mentes. Todo o sistema é sem fio e conta com Bluetooth. Eles extraíram ondas cerebrais da voluntária enquanto ela relaxava ou se concentrava e, por meio de um controlador, mudaram a forma como a metasuperfície vinculada espalhava a luz. Não tão dramático quanto dobrar uma Coca-Cola, com certeza, mas uma demonstração futurista de usar a mente para controlar o material físico.
Um segundo estudo levou a ideia um pouco mais longe. Diferentes metasuperfícies podem “conversar” entre si com base em propriedades eletromagnéticas. Aqui, a equipe conectou duas pessoas a metasuperfícies para enviar mensagens de texto com suas mentes. Um voluntário era o transmissor, o outro o receptor. Ao se concentrar, as ondas cerebrais do transmissor mudaram as propriedades da metasuperfície para codificar diferentes mensagens binárias. Após a decodificação, o receptor recebeu o texto – tudo sem levantar um único dedo.
Por enquanto, a tecnologia futurista ainda está em sua infância. Mas os cientistas imaginam que um dia poderão usar metamateriais para uma infinidade de propósitos: monitorar o estado de atenção de um motorista, por exemplo, ou incorporá-los a interfaces cérebro-máquina não invasivas.
“Combinados com algoritmos inteligentes, como aprendizado de máquina, os dois trabalhos apresentados podem abrir ainda mais uma nova direção para sistemas avançados de metasuperfície biointeligentes”, disse o Dr. Xiangang Luo, do Instituto de Óptica e Eletrônica da Academia Chinesa de Ciências. que não participou de nenhum dos estudos.
A estranheza das metasuperfícies
Metassuperfícies são como um sonho febril. Normalmente, esperamos que nossos materiais se comportem de forma consistente: garrafas de vidro quebram sob pressão; madeiras apresentam rachaduras; algodão é macio. Os metamateriais mudam esse paradigma. Frequentemente constituídos por uma amálgama de materiais – os materiais piezoelétricos são os favoritos – eles mudam prontamente suas propriedades estruturais e de flexão de luz sob o efeito de campos eletromagnéticos.
Isso levou a capas de invisibilidade preliminares, camuflagem dinâmica, superlentes e millibots impressos em 3D que poderiam um dia percorrer seu corpo para entregar drogas de forma inteligente quando necessário.
Metassuperfícies são primos 2D dos metamateriais. Aqui, as estruturas repetidas em metamateriais se entrelaçam em uma estrutura semelhante a uma folha, mantendo sua capacidade de controlar “quase todas as características das ondas eletromagnéticas”, disse Shaobo Qu, da Universidade de Engenharia da Força Aérea na China, que liderou o teste de telecinese. Metassuperfícies programáveis (PMs) são um avanço, pois suas funções podem ser controladas de maneira previsível por influências externas para alternar os modos de operação – como um espelho “inteligente” de banheiro com várias configurações de luz, dependendo do seu humor.
Normalmente, as ondas eletromagnéticas vêm de um gerador. Mas nossos cérebros explodem com diferentes frequências dessas ondas, que coletivamente representam sinais elétricos em grandes regiões. As ondas beta, por exemplo, circulam cerca de 15 a 40 vezes por segundo e estão associadas a uma mente engajada. As ondas teta, em contraste, correlacionam-se com devaneios – uma espécie de relaxamento mental. Os cientistas descobriram que é possível controlar suas ondas cerebrais e deslocá-las ativamente de um estado para outro por meio de neurofeedback.
As ondas cerebrais podem ser facilmente captadas por uma tampa de eletrodos embutidos. Isso levou a equipe a se perguntar: podemos usar esses sinais para controlar metasuperfícies?
Em um estudo, Qu propôs um projeto simples usando um módulo de extração de ondas cerebrais. Ele tem três partes: o sensor, o controlador e o atuador. O sensor coleta ondas cerebrais através de eletrodos colocados no couro cabeludo. Aqui, a equipe usou um módulo disponível comercialmente, ThinkGear AM, um chip acessível popular entre a comunidade de hackers de ondas cerebrais DIY EEG.
Os dados gravados são então transmitidos para o controlador através de Bluetooth. O controlador também é feito a partir de um componente de baixo custo, com o Arduino em seu coração. Os sinais de ondas cerebrais são convertidos em uma medida de atenção e alimentados no atuador. Dependendo do nível de atenção da pessoa, o atuador agrupa os dados em quatro grupos e gera diferentes voltagens.
“Os quatro intervalos de limiar correspondem à intensidade de atenção distraída, neutra, concentrada e extremamente concentrada, respectivamente”, explicou a equipe.
A alta ou baixa voltagem corresponde a uma sequência de codificação 1 ou 0. Essas sequências então mapeiam para diferentes propriedades do material para a metasuperfície, que por sua vez controla como ela espalha a luz.
O resultado final? Em uma prova de conceito, um voluntário sentou-se em uma câmara anecóica – uma sala projetada para bloquear o som circundante ou as ondas eletromagnéticas. Com eletrodos secos na cabeça, ela fechou os olhos enquanto passava por diferentes estados de concentração. Ao medir as propriedades de dispersão de luz da metasuperfície, a equipe encontrou uma forte correspondência entre sua intensidade de atenção e as propriedades do material.
O estudo não mostra que é possível mover materiais fisicamente com a mente. Mas mostra que é possível controlar remotamente um material baseado apenas no pensamento. Por enquanto, a tecnologia é principalmente uma prova legal de evidência que abre caminho para materiais controlados pela mente para monitoramento de saúde ou sensores inteligentes. Um grande obstáculo é como lidar com o ruído eletromagnético externo, que pode obstruir os sinais de controle neural.
Comunicação cérebro a cérebro
A telecinese já me impressiona. Mas e a telepatia?
Um estudo separado usou metasuperfícies como uma espécie de telefone para ajudar duas pessoas a enviar mensagens simples, tudo sem levantar um dedo.
A comunicação direta cérebro a cérebro não é nova. Estudos anteriores usando configurações não invasivas fizeram com que os participantes jogassem 20 perguntas com suas ondas cerebrais. Outro estudo construiu um BrainNet para três voluntários, permitindo que eles jogassem um jogo semelhante ao Tetris usando apenas ondas cerebrais. O canal para esses mindmelds dependia de cabos e da internet. Um novo estudo perguntou se as metasuperfícies poderiam fazer o mesmo.
Liderado pelo Dr. Tie Jun Cui, do Instituto de Espaço Eletromagnético da Universidade do Sudeste da China, o estudo vinculou um sinal de ondas cerebrais bem conhecido, P300, às propriedades de uma metasuperfície. Sua configuração, eletromagnética cérebro-computador-metasuperfície (EBCM), usava ondas cerebrais para controlar um tipo específico de metasuperfície conhecido como metasuperfície de informação, que pode codificar 0s e 1s como uma placa de circuito eletrônico.
O experimento contou com dois voluntários: um transmissor e um receptor. O transmissor teve suas ondas cerebrais monitoradas com EEG, com foco específico no sinal P300. Os sinais foram então decodificados em código binário, que foi então usado para controlar as propriedades da metasuperfície do transmissor. Essas mudanças sem fio alteraram a metasuperfície do receptor, que foi então decodificada e traduzida de volta em informações de texto para o receptor ler.
A configuração transmitiu com sucesso quatro sequências de texto: “hello world”, “Hi, Sue”, “Hi, Scut” e “BCI metasurface”. É um processo lento, com uma média de cerca de cinco segundos para cada personagem, mas pode ser melhorado com alguns “paradigmas de ortografia rápida”, disse a equipe.
Ainda estamos longe da telecinesia e telepatia baseadas em tecnologia. Mas esses superpoderes podem não ser tão absurdos quanto se pensava. Por enquanto, as equipes estão ansiosas para adotar suas configurações para melhorar a saúde.
“Nosso trabalho pode abrir ainda mais uma nova direção para explorar a profunda integração da metasuperfície, inteligência do cérebro humano e inteligência artificial, de modo a construir novas gerações de sistemas de metasuperfície biointeligentes”, disse Cui.
