Energia sem fio

Cristais com capacidade de transformar luz diretamente em energia mecânica, sem usar eletricidade como estágio intermediário, poderiam desencadear uma série de avanços. Por exemplo, drones que funcionam com raios laser podem reduzir o uso de baterias ou ficar totalmente sem elas, com a economia de peso possibilitando capacidades extras.

A ideia de transmissão de energia sem fio tem um apelo de longa data. Nikola Tesla passou anos tentando desenvolver uma maneira de alimentar luzes sem fios, e sua veneração é tal que algumas pessoas acreditam que ele fez isso, apenas para que a tecnologia fosse suprimida. As propostas para transmitir energia coletada por painéis solares no espaço são outra versão que experimenta reavivamentos periódicos.

Normalmente, porém, estes envolvem a conversão da radiação eletromagnética transmitida em eletricidade, que é então usada para alimentar motores ou globos de luz. Infelizmente, uma das leis mais básicas da física é que toda conversão de energia envolve alguma ineficiência. Consequentemente, o professor Ryan Hayward, da Universidade do Colorado em Boulder, procura minimizar as transformações necessárias.

“Eliminamos o intermediário, por assim dizer, e pegamos a energia da luz e a transformamos diretamente em deformação mecânica”, disse Hayward em comunicado. A chave para esse processo está nos cristais orgânicos que se dobram quando expostos à luz.

Hayward lidera uma equipe que está usando esses materiais fotomecânicos para trabalhar de forma que os robôs não precisem carregar baterias com eles, pelo menos desde que tenham uma linha de visão clara de volta à fonte de luz. Assim, um drone alimentado por um feixe de laser poderia permanecer no ar por mais tempo e possivelmente realizar manobras aéreas mais complexas do que se tivesse que carregar baterias e outros sistemas elétricos pesados.

Os materiais fotomecânicos não são novos, mas as versões anteriores eram ineficientes e quebravam com tanta facilidade que eram mais curiosidades do que a base para máquinas úteis. A equipe de Hayward descobriu que cristais de diarileteno minúsculos e altamente ordenados podem ter um desempenho muito melhor quando combinados em números maiores. “O que é interessante é que esses novos atuadores são muito melhores do que os que tínhamos antes”, disse Hayward. “Eles respondem rapidamente, duram muito tempo e podem levantar coisas pesadas.”

A equipe de Hayward está incorporando conjuntos de cristais em buracos microscópicos em materiais poliméricos. Eles descobriram que isso os torna mais robustos e mais poderosos. Quando expostos à luz, os cristais fazem com que o polímero se dobre, o que pode girar um motor. Eles demonstraram que cristais de 0,02 miligramas podem levantar objetos milhares de vezes maiores que o seu peso.

Isto não significa que todos os problemas de transmissão de energia sem fio estejam resolvidos. Atualmente, a equipe só consegue fazer com que sua combinação cristal-polímero se dobre e se desdobre com a exposição à luz, à medida que os anéis dentro da estrutura molecular dos cristais abrem e fecham. A equipe deseja ter uma gama mais ampla de capacidades à sua disposição. Hayward também reconhece: “Ainda temos um longo caminho a percorrer, especialmente em termos de eficiência, antes que esses materiais possam realmente competir com os atuadores existentes”.

O estudo foi publicado na Nature Materials.