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Uma equipe de engenheiros da Universidade de Tecnologia de Delft e da Universidade Brown inventou cordas que podem vibrar quase para sempre em temperatura ambiente. Esforços anteriores para desenvolver cordas com taxas de dissipação de energia extremamente baixas obtiveram sucessos semelhantes, mas apenas em temperaturas próximas do zero absoluto, limitando dramaticamente suas aplicações potenciais.
Os engenheiros por trás da invenção inovadora dizem que esses tipos de cordas também permitem a entrada de muito menos “ruído”, o que significa que poderiam revolucionar a detecção de ondas gravitacionais em escala macroscópica, ao mesmo tempo em que inauguram uma nova geração de detectores ultrassensíveis operando no nanoescala. A equipe diz que também espera criar outros formatos além das cordas, o que poderia abrir ainda mais usos potenciais.
“Imagine um balanço que, uma vez empurrado, continua balançando por quase 100 anos porque quase não perde energia pelas cordas”, explicou o professor associado Richard Norte, um dos autores do artigo que descreve a conquista. “Nossas nanocordas fazem algo semelhante, mas em vez de vibrar uma vez por segundo como um balanço, nossas cordas vibram 100 mil vezes por segundo.”
Ricardo Norte.
O segredo por trás das cordas que podem vibrar quase para sempre é a escala
Segundo os autores do estudo, a chave para suas cordas de baixa dissipação está em sua escala. Estruturas tão infinitamente pequenas reagem de maneira diferente a coisas como peso e gravidade, permitindo-lhes possuir propriedades incríveis e valiosas que seriam impossíveis em dispositivos maiores.
Neste caso específico, a equipe usou técnicas de nanofabricação de ponta para criar cordas com três centímetros de comprimento, mas apenas 70 nanômetros de espessura. Para efeito de comparação, os pesquisadores dizem que este é o equivalente em macroescala de fazer cordas de violão de vidro que “suspendem” por quase meio quilômetro quase sem curvatura.
“Este tipo de estruturas extremas só é viável em nanoescalas, onde os efeitos da gravidade e do peso entram de forma diferente”, disse a Dra. Andrea Cupertino, que liderou os experimentos da equipe. “Isso permite estruturas que seriam inviáveis em nossas escalas cotidianas, mas são particularmente úteis em dispositivos em miniatura usados para medir quantidades físicas como pressão, temperatura, aceleração e campos magnéticos, que chamamos de detecção MEMS.”
Tradicionalmente, a criação de tais estruturas de precisão em qualquer escala exigiria centenas, não milhares de protótipos antes que a versão funcional final surgisse. Tais experiências não só consomem recursos significativos, mas podem acrescentar anos ao esforço. No entanto, os engenheiros por trás das cordas que podem vibrar quase para sempre dizem que os avanços no aprendizado de máquina e no software de simulação lhes permitiram modelar, projetar, testar e construir geração após geração de estruturas virtualmente, em vez de ter que construir cada iteração.
“A nossa abordagem envolveu a utilização de algoritmos de aprendizagem automática para otimizar o design sem fabricar continuamente protótipos”, observou o autor principal, Dr. Dongil Shin, que desenvolveu estes algoritmos com Miguel Bessa. Conforme observado, esse processo rápido e preciso economizou tempo e dinheiro significativos para os engenheiros.
Detectando ondas gravitacionais entre inúmeras aplicações potenciais
Com seus experimentos e resultados Publicados no diário Comunicações da Naturezaa equipe de engenheiros por trás das cordas que podem vibrar quase para sempre afirma que há uma série de aplicações potenciais para as invenções, especialmente porque elas podem operar em temperatura ambiente.
Por exemplo, ferramentas que detectam ondas gravitacionais, como o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) da Cal Tech, que confirmou as teorias de Einstein sobre ondas gravitacionais quase 100 anos depois de terem sido propostas pela primeira vez, poderiam ver melhorias dramáticas na sensibilidade usando esses tipos de ultra- cordas sensíveis. Aquele trabalho rendeu aos pesquisadores por trás da detecção um Prêmio Nobel em 2016.
O interrogatório relatado anteriormente sobre um conceito interessante: usando LIGO para caçar assinaturas reveladoras de naves espaciais de dobra. Tal esforço beneficiaria diretamente do aumento da sensibilidade do dispositivo.
“As implicações dessas nanocordas vão além da ciência básica”, explica um comunicado de imprensa anunciando a invenção revolucionária. “Eles oferecem novos caminhos promissores para a integração de sensores altamente sensíveis com tecnologia de microchip padrão, levando a novas abordagens em detecção baseada em vibração.”
Em seguida, a equipe diz que investigará a criação de outras formas de difusão de energia extremamente baixa além das cordas, o que poderia expandir significativamente seus usos potenciais. Isso poderia incluir acelerômetros usados na navegação inercial e o projeto de uma pele de bateria ultrassensível para microfones de “próxima geração”.
“Ao confundir a linha entre objetos macroscópicos e em nanoescala, esses sistemas nanomecânicos em escala centimétrica desafiam nossas intuições convencionais sobre fabricação, custos e design de computadores e prometem nos dar capacidades inovadoras que não estavam disponíveis em escalas menores”, concluem os autores do estudo. .
Christopher Plain é romancista de ficção científica e fantasia e redator-chefe de ciências do The Debrief. Siga e conecte-se com ele no X, conheça seus livros em plainfiction.comou envie um e-mail diretamente para ele em christopher@thedebrief.org.
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