Avanços de engenharia permitem a criação de discos óticos com 5 dimensões

Quem pensa em economizar dinheiro para daqui a dois ou três anos comprar um aparelho capaz de reproduzir discos em Blu-ray já pode começar a rever seus planos. Não que o formato vá desaparecer ou o número de lançamentos diminuir, muito pelo contrário. O que pode tornar a ideia não muito atraente são novos formatos de mídia, que prometem uma capacidade ainda maior de armazenamento, tudo isso graças aos avanços no campo da nanotecnologia.

Nanotecnologia

A nanotecnologia se baseia na utilização de componentes em escala molecular, invisíveis ao olho nu. A utilização de componentes microscópicos permite a criação de dispositivos extremamente complexos, que tem como vantagem ocupar pouco espaço ao mesmo tempo em que economiza energia. Os campos de uso dessa tecnologia são bastante diversos, podendo ser aplicada tanto nas construções de componentes para aparelhos convencionais, como videogames e computadores, quanto no campo da medicina ou na criação de materiais totalmente novos em escala nano. Mais detalhes sobre essa tecnologia podem ser encontrados no artigo “O que é nanotecnologia?”.

Atualmente, embora o Blu-ray possa ser considerado uma tecnologia de ponta, ainda sofre da mesma limitação que os CDs e DVDs convencionais: só é possível gravar e ler dados gravados em duas dimensões. Para aumentar a capacidade de dados suportados, existem tanto técnicas que aumentam a superfície disponível (os chamados discos de camada dupla) quanto aquelas que simulam uma terceira dimensão.  Assim, o método utilizado no que pode ser considerada a tecnologia de ponta não representa realmente uma revolução no que diz respeito às técnicas de gravação e leitura, mas sim o aprimoramento de um conhecimento utilizado há um bom tempo.

Os formatos mais populares atualmente (CDs, DVDs e Blu-rays) utilizam o método de gravação linear, em que cada ponto do disco é capaz de registrar somente um único bit de informação. O que vai mudar entre as diferentes tecnologias é o aproveitamento do espaço na superfície do disco. Como a superfície de um disco é limitada, o número de dados que podem ser inseridos utilizando a tecnologia atual já está muito próximo do limite.

O sistema de discos holográficos (HVD, ou Holographic Versatile Disc) dá um passo à frente em relação à tecnologia atual, possibilitando a gravação de dados em três dimensões. Para isso, são utilizados dois feixes de luz diferentes: Um deles, similar à técnica atual, é responsável pela localização pontual dos dados na superfície do disco, enquanto um segundo feixe inclinado é responsável por produzir uma imagem holográfica. O material utilizado nestes discos é diferente daquele utilizado em CDs e DVDs, possibilitando a leitura da interferência luminosa causada pela convergência dos feixes de luz utilizados.

Esta técnica de gravação representa uma grande evolução no que diz respeito ao armazenamento de dados. Ao contrário das mídias convencionais, é possível imprimir até 60.000 bits de informação em um único pulso luminoso utilizando o HDV. Isto resulta capacidade de armazenamento de no mínimo 300 GB de informação. Para ter uma ideia, isso é cerca de 30 vezes a capacidade de um disco de DVD convencional.

Embora seja um método de gravação bastante promissor, ainda não há muito apoio da indústria no que diz respeito a popularizar este novo formato. Mais detalhes sobre esta tecnologia podem ser encontrados no artigo “O que é HVD?”.

Embora a tecnologia do HVD já pareça extremamente promissora se comparada ao padrão atual, os pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Swinburne foram além, surgindo com uma criação ainda mais futurista. Os australianos criaram um método de que grava dados em nada menos que cinco dimensões diferentes. Para isso, foram utilizadas nanopartículas de ouro, que aumentam exponencialmente a quantidade de dados que podem ser gravados em um disco, sem precisar as dimensões de sua superfície.

A chave para tornar esse método de gravação viável foi descobrir um material capaz de gravar informações extras que ao mesmo tempo em que fosse viável tecnologicamente, não representasse grandes custos adicionais se comparados à tecnologia atual. O material ideal encontrado foi o ouro, colocado em nanopartículas em forma de bastão na superfície dos discos.

Além das três dimensões tradicionais, utilizando princípios da física os cientistas foram capazes de adicionar duas dimensões extras, uma baseada na dimensão espectral e outra na polarização da luz. O resultado é a possibilidade de gravar diversos dados diferentes em um mesmo ponto do disco, sem uma informação interfir na outra.

Os primeiros testes realizados demonstram que a capacidade mínima de armazenamento disponível é de 1,6 Terabytes, semelhante à capacidade total dos discos que utilizam a tecnologia HVD. Porém, teoricamente a técnica pode ser utilizada para atingir capacidade de 10 Terabytes ou mais, pouco mais de seis vezes a capacidade dos discos que utilizam somente três dimensões de gravação. Ou seja, teoricamente será possível carregar em um simples disco cerca de 2000 filmes em DVD.

A dimensão espectral

Para entender como se dá a utilização desta dimensão na gravação de dados, é preciso compreender como a física explica a existência de diferentes tipos de cores. Cada cor que visualizamos é uma representação visual de diferentes comprimentos de ondas do espectro eletromagnético da luz. O comprimento de onda é a distância entre valores repetidos em um padrão de onda, e é esta distância que vai determinar qual cor o olho humano irá interpretar quando observar determinado objeto.

O método de gravação utilizado pelos cientistas aproveita dessa característica, gravando dados em diversos comprimentos no mesmo ponto do disco. Dessa forma, é possível aproveitar o mesmo ponto da superfície de um disco para realizar diversas gravações diferentes sem nenhuma interferência. Isto representa uma grande revolução em relação à tecnologia atual, capaz de gravar e ler dados em somente um comprimento de onda específico.

A dimensão da polarização

Toda onda eletromagnética possui uma propriedade chamada  polarização, que descreve como o campo elétromagnético se propaga. Este fenômeno só pode ser aplicado em ondas transversais, isto é, aquelas que oscilam na direção perpendicular à direção de propagação. Ondas que oscilam na direção da propagação, como o som, não podem ser polarizadas.

Como se trata de uma onda eletromagnética, a luz oscila nas mais diversas direções e frequências. Utilizando determinados tipos de filtro, direções específicas que queremos deixar passar, são selecionadas eliminando aquelas que não são necessárias.

Esta propriedade da luz já é bastante conhecida, e utilizamos diversos acessórios em nosso dia a dia que tem seu funcionamento baseado no princípio da polarização. O exemplo mais conhecido é o dos óculos de sol, capazes de filtrar a luz, diminuindo a sua intensidade. Outros exemplos são as telas de celular e monitores LCD, que utilizam deste princípio para filtrar as cores mostradas, ou os óculos usados atualmente em filmes tridimensionais, por exemplo.

Nos discos óticos em cinco dimensões, a utilização dos nanobastões de ouro foi essencial para poder aproveitar essa característica da luz como forma de aumentar o número de dados suportados. Dependendo do ângulo de incidência de determinado feixe luminoso, há um realinhamento dos nanobastões, devido à ação do campo elétrico presente.

Dessa forma, é possível gravar diferentes camadas de dados, bastando modificar o ângulo entre cada uma delas. Segundo os criadores da tecnologia, a polarização pode ser rotacionada em 360 graus, permitindo aproveitar ao máximo a superfície do disco. Por exemplo, é possível gravar em uma polarização de zero grau, e em cima dessa camada gravar outra camada de informações, dessa vez num ângulo de polarização de 90 graus, sem que uma interfira com a outra.

Ainda há uma série de desafios que devem ser vencidos para que a tecnologia possa ser utilizada em um nível comercial. O principal deles é a velocidade de gravação, que ainda se mostra extremamente lenta quando comparadas aos demais métodos disponíveis. Assim como os discos convencionais, a gravação é feita bit por bit, o que possibilita mais segurança ao custo da lentidão.

Porém, a opção por utilizar este método pode representar uma vantagem em relação ao HVD. Enquanto a técnica holográfica utilizada uma forma de gravação bastante complexa, em que é muito fácil perder todos os dados gravados, os discos de cinco dimensões são bastante semelhantes aos DVDs atuais, facilitando a sua fabricação em escala industrial. A gigante coreana Samsung já se interessou pela ideia, e está trabalhando com o time de cientistas para desenvolver um drive de leitura específico para a tecnologia.

A previsão inicial é que em cinco anos já existirão dispositivos compatíveis com a tecnologia, que possui pretensões de tomar o lugar do Blu-ray como melhor opção para armazenar dados. Porém, como tudo que é novo, não espere que os discos óticos de cinco dimensões causem um grande impacto num primeiro momento.

Os custos iniciais dos aparelhos de gravação e leitura serão incrivelmente altos, e será necessário um bom tempo até que surjam aparelhos com preços compatíveis com a realidade da maioria das pessoas. Basta observar a realidade atual, em que aparelhos de DVD ainda são muito mais populares que os leitores de vídeos em Blu-ray, apesar da evidente superioridade deste formato. É claro, este cenário tende a se inverter em alguns anos, mas até lá provavelmente já estarão disponíveis novas tecnologias ainda mais futuristas (e caras).