Trens levitando através de eletroímãs supercondutores não são novidade, mas recentemente as tecnologias de levitação estão se expandindo. De levitação magnética por rotação a demonstrações de levitação acústica e até levitação por luz, estamos testemunhando avanços incríveis.
Mas será que estamos caminhando em direção a tecnologias antigravitacionais, como carros sem rodas e aviões que não precisam de sustentação atmosférica?
Essa é a visão que Shilu Tian e seus colegas do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa, no Japão, estão trazendo à tona.
Tian desenvolveu uma plataforma flutuante usando grafite e ímãs permanentes, sem a necessidade de supercondutores ou eletroímãs. Essa plataforma levitante opera sem fontes de energia externas, mantendo objetos suspensos em posição estável sem qualquer contato físico ou suporte mecânico.
Embora funcione apenas em ambiente de vácuo por enquanto, isso já é suficiente para impulsionar o desenvolvimento de sensores ultrassensíveis para medições altamente precisas, criar experimentos com gatos de Schrödinger em escala maior e explorar conexões entre a força da gravidade e a física quântica. Essa demonstração não apenas inspira, mas também abre caminho para um futuro de possibilidades infinitas.
[Imagem: S. Tian]
Quando um campo magnético externo é aplicado a materiais diamagnéticos, como o grafite, eles geram um campo magnético na direção oposta, resultando em uma força repulsiva – eles se afastam do campo magnético, sendo repelidos pelo ímã. Isso possibilita que objetos feitos desses materiais flutuem acima de campos magnéticos fortes, desafiando aparentemente a gravidade, como nos trens maglev, onde ímãs supercondutores criam um forte campo magnético e materiais diamagnéticos permitem a levitação.
Pesquisadores desenvolveram uma plataforma de levitação usando grafite, revestido quimicamente com sílica e misturado em cera, formando uma placa fina que paira sobre ímãs em um padrão de grade.
Essa plataforma simples abre portas para a fabricação de sensores ultrassensíveis e controle preciso sobre plataformas oscilantes. Combinando levitação, isolamento ambiental e feedback em tempo real, a demonstração amplia os limites da ciência dos materiais, tecnologia de sensores e tecnologias quânticas. Pode até possibilitar a miniaturização de gigantescos sensores de ondas gravitacionais, como os usados no LIGO e no VIRGO.
O professor Jason Twamley, coordenador da equipe, afirmou que, se suficientemente resfriada, a plataforma levitante poderá superar até mesmo os gravímetros atômicos mais sensíveis conhecidos. Isso requer engenharia rigorosa para isolar a plataforma de perturbações externas, como vibrações, campos magnéticos e ruído elétrico. O trabalho contínuo visa desbloquear todo o potencial dessa tecnologia.
[Imagem: S. Tian]
A criação de uma plataforma flutuante que não requer alimentação externa enfrenta vários desafios, com o principal sendo o “amortecimento de parasitas”. Esse fenômeno ocorre quando um sistema oscilante perde energia ao longo do tempo devido a forças externas. Em sistemas magnéticos, como a levitação magnética, a interação com um campo magnético forte pode resultar em perda de energia devido ao fluxo de correntes elétricas, impedindo o uso efetivo da tecnologia em sensores avançados.
A equipe japonesa procurou projetar uma plataforma que pudesse flutuar e oscilar sem perda significativa de energia, o que permitiria sua utilização prolongada sem necessidade de entrada adicional de energia. Essa plataforma “sem atrito” tem potenciais aplicações em sensores para medir força, aceleração e gravidade.
No entanto, ao reduzir o amortecimento de parasitas, surge o desafio de minimizar a energia cinética da plataforma oscilante. Isso é crucial para aumentar a sensibilidade do sensor e explorar os efeitos quânticos, abrindo novas possibilidades para medições de precisão.
Para resolver esses desafios, os pesquisadores focaram em aprimorar o grafite. Ao alterá-lo quimicamente, transformaram o grafite em um isolante elétrico, interrompendo as perdas de energia e permitindo que o material levite no vácuo. Além disso, implementaram um sistema de monitoramento contínuo do movimento da plataforma, usando feedback em tempo real para amortecer o movimento. Esse feedback ajusta a taxa de amortecimento do sistema, reduzindo sua energia cinética e, portanto, resfriando-o efetivamente.
“Controlando ativamente o amortecimento, podemos reduzir a energia cinética do sistema, efetivamente resfriando-o,” explicou o professor Twamley. Essa abordagem inovadora pode abrir caminho para uma plataforma flutuante autossustentável e verdadeiramente sem atrito, com amplas aplicações em diversas áreas da ciência e tecnologia.
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