Pesquisadores da Universidade Harvard e do Instituto Max Planck criaram componentes fotônicos para microchips que são até 500 vezes menores que os projetos convencionais. O avanço acontece em um momento em que o uso de IA gera preocupações sobre impactos cognitivos, mas a tecnologia de chips promete benefícios concretos para a indústria. O feito foi possível graças a uma técnica chamada design inverso, na qual um algoritmo de computador define a estrutura ideal para guiar a luz em escala nanométrica. O estudo, publicado na revista Nature Communications, abre caminho para circuitos fotônicos mais compactos e eficientes, com aplicações em computação quântica, comunicações e eletrônica de alta performance.
O que é design inverso
No processo tradicional de projeto de componentes fotônicos, engenheiros começam com uma geometria conhecida e ajustam seus parâmetros até obter o resultado desejado. Esse método é demorado e limitado pela intuição humana. No design inverso, o raciocínio é invertido: os pesquisadores especificam o que querem que a luz faça, e um algoritmo busca entre milhões de possíveis nanoestruturas a que melhor atende esse objetivo.
As formas encontradas pelo algoritmo parecem padrões irregulares de furos e cristas, mas são capazes de guiar a luz com precisão em áreas do chip que representam uma fração do diâmetro de um fio de cabelo humano. De acordo com o professor Kiyoul Yang, da Harvard SEAS, o segredo está em incluir as realidades de fabricação diretamente na otimização, garantindo que os projetos sejam compatíveis com processos industriais.
Três classes de dispositivos
A equipe projetou, fabricou e testou três tipos de componentes: separadores de comprimento de onda, que dividem as cores da luz; classificadores de modo espacial, que separam luz em canais espaciais; e espelhos que refletem até 98,5% da luz incidente. O separador menor cabe em um quadrado de 5 por 5 micrômetros — entre 50 e 300 vezes menos área que os designs convencionais.
Os espelhos, com apenas alguns micrômetros de extensão, podem ser combinados em pares para formar cavidades ópticas em chip, nas quais a luz ricoleta mais de 100 vezes antes de escapar. Essas estruturas são fundamentais para aplicações como lasers integrados e sensores de alta sensibilidade.
Aplicações práticas
A pesquisa tem implicações diretas para a indústria de semicondutores. Fotônica — o uso de luz em vez de elétrons para processar dados — é uma das áreas que mais cresce em tecnologia, com aplicações em data centers, redes de telecomunicação e computação quântica. Componentes menores significam mais funcionalidades por chip, reduzindo custos e consumo de energia.
De acordo com Pascal Del’Haye, do Instituto Max Planck, esses componentes compactos e projetados por computador representam um passo importante para circuitos fotônicos mais densos e integrados. O material usado — nitreto de silício — é amplamente disponível em processos de fabricação comercial, o que facilita a adoção industrial da tecnologia.
Impacto no Brasil
Embora a pesquisa tenha sido conduzida nos EUA e na Alemanha, o Brasil tem investido em fotônica e nanotecnologia. O Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica (CePOF) da USP e o Laboratório de Micro nanofabricação do LNLS são exemplos de centros que desenvolvem trabalhos na área. A miniaturização de componentes fotônicos pode acelerar o desenvolvimento de dispositivos para telecomunicações 6G e sensores ambientais, setores em expansão no país.
Enquanto isso, o debate sobre regulamentação de robôs e IA avança no Congresso, e o mercado de semicondutores cresce. Segundo o relatório “Fotônica no Brasil” publicado pela Embrapii, o mercado global de fotônica deve ultrapassar US$ 1 trilhão até 2030, e o Brasil busca se posicionar como fornecedor de soluções fotônicas para a América Latina. Avanços como o da Harvard e do Max Planck podem influenciar diretamente as próximas gerações de chips produzidos no país.