A próxima geração de telefones e dispositivos sem fio precisará de novas antenas para acessar faixas de frequência cada vez mais altas. Uma maneira de fazer antenas que funcionem em dezenas de gigahertz – as frequências necessárias para dispositivos 5G e superiores – é trançar filamentos com cerca de 1 micrômetro de diâmetro. Mas as técnicas de fabricação industrial de hoje não funcionam em fibras tão pequenas.
Agora, uma equipe de pesquisadores da Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) desenvolveu uma máquina simples que usa a tensão superficial da água para pegar e manipular objetos microscópicos, oferecendo uma ferramenta potencialmente poderosa para fabricação nanoscópica.
A pesquisa é publicada na Nature.
“Nosso trabalho oferece uma maneira potencialmente barata de fabricar materiais microestruturados e possivelmente nanoestruturados”, disse Vinothan Manoharan, professor de engenharia química da família Wagner e professor de física da SEAS e autor sênior do artigo. “Ao contrário de outros métodos de micromanipulação, como pinças a laser, nossas máquinas podem ser feitas facilmente. Usamos um tanque de água e uma impressora 3D, como as encontradas em muitas bibliotecas públicas.”
A máquina é um retângulo de plástico impresso em 3D, do tamanho de um cartucho antigo da Nintendo. O interior do dispositivo é esculpido com canais que se cruzam. Cada canal tem seções largas e estreitas, como um rio que se expande em algumas partes e estreita em outras. As paredes do canal são hidrofílicas, o que significa que atraem água.
Por meio de uma série de simulações e experimentos, os pesquisadores descobriram que, quando submergiam o dispositivo na água e colocavam uma bóia de plástico do tamanho de um milímetro no canal, a tensão superficial da água fazia com que a parede repelisse a bóia. Se o flutuador estivesse em uma seção estreita do canal, ele se moveria para uma seção larga, onde poderia flutuar o mais longe possível das paredes.
Uma vez em uma ampla seção do canal, o flutuador ficaria preso no centro, mantido no lugar pelas forças repulsivas entre as paredes e o flutuador. À medida que o dispositivo seria retirado da água, as forças repulsivas mudariam à medida que a forma do canal mudasse. Se o flutuador estivesse em um canal largo para começar, ele poderia se encontrar em um canal estreito à medida que o nível da água caísse e precisaria se mover para a esquerda ou para a direita para encontrar um ponto mais largo.
“O momento eureka veio quando descobrimos que poderíamos mover os objetos alterando a seção transversal de nossos canais de captura”, disse Maya Faaborg, associada da SEAS e co-autora do artigo.
Os pesquisadores então anexaram fibras microscópicas aos flutuadores. À medida que o nível da água mudava e os flutuadores se moviam para a esquerda ou para a direita dentro dos canais, as fibras se enrolavam umas nas outras.
“Foi um momento de alegria quando – em nossa primeira tentativa – cruzamos duas fibras usando apenas um pedaço de plástico, um tanque de água e um palco que se move para cima e para baixo”, disse Faaborg.
A equipe então adicionou um terceiro flutuador com uma fibra e projetou uma série de canais para mover os flutuadores em um padrão trançado. Eles trançaram com sucesso fibras em escala micrométrica do material sintético Kevlar. A trança era como uma trança de cabelo tradicional de três fios, exceto que cada fibra era 10 vezes menor que um único cabelo humano.
Os pesquisadores então mostraram que os próprios flutuadores poderiam ser microscópicos. Eles fizeram máquinas que podiam prender e mover partículas coloidais de 10 micrômetros de tamanho – mesmo que as máquinas fossem mil vezes maiores.
“Não tínhamos certeza se funcionaria, mas nossos cálculos mostraram que era possível”, disse Ahmed Sherif, Ph.D. estudante da SEAS e co-autor do artigo. “Então nós tentamos e funcionou. A coisa incrível sobre a tensão superficial é que ela produz forças que são suaves o suficiente para agarrar objetos minúsculos, mesmo com uma máquina grande o suficiente para caber na sua mão.”
Em seguida, a equipe pretende projetar dispositivos que possam manipular simultaneamente muitas fibras, com o objetivo de fazer condutores de alta frequência. Eles também planejam projetar outras máquinas para aplicações de micromanufatura, como materiais de construção para dispositivos ópticos a partir de microesferas.
Achou útil essa informação? Compartilhe com seus amigos! 
Deixe-nos a sua opinião aqui nos comentários.
