Ilustração de um disco flutuante movido a energia solar
Schafer et al. Natural
Discos do tamanho de uma unha flutuando à luz do sol poderão um dia transportar sensores através das partes mais finas e frias da atmosfera. Ao voar mais alto do que aviões comerciais ou balões meteorológicos, os enxames podem revelar novos insights sobre as mudanças climáticas e os padrões climáticos na Terra.
O dispositivo de levitação utiliza um fenômeno chamado fotoforese. Foi descoberto pela primeira vez há mais de 150 anos, quando o químico William Crookes inventou o radiômetro, um dispositivo com palhetas pretas e brancas que giravam quando expostos à luz solar. Isso acontece porque as lâminas absorvem luz e emitem calor, e esse calor aumenta o momento das moléculas de gás circundantes. Como os lados pretos das hélices são mais quentes que os lados brancos, eles transferem mais impulso ao gás, criando um fluxo de ar em uma direção com força suficiente para girar as hélices.
“Pegamos essa física obscura e a aplicamos a algo que pode realmente impactar as pessoas – e nos ajudar a entender melhor como coisas como o tempo e o clima evoluem ao longo do tempo”, disse Ben Schafer na Universidade de Harvard.
Para desenvolver o disco flutuante, Schafer e seus colegas criaram um dispositivo de 1 centímetro de largura feito de duas folhas de óxido de alumínio cheias de furos em microescala. Quando exposta à luz, a camada inferior – que inclui camadas alternadas de cromo e óxido de alumínio – aquece mais do que a camada superior, como o lado preto da palheta de um radiômetro. Isso também cria um fluxo de ar direcional, mas se move para cima, não para os lados.
Sob LEDs brancos e luz laser – definida com uma intensidade equivalente a cerca de 50% da luz solar natural – esta força de elevação faz o dispositivo levitar. Esta é uma melhoria em relação a outras aeronaves movidas a energia solar, que requerem intensidade de luz várias vezes mais brilhante que a luz solar. No entanto, a demonstração também ocorreu em condições de laboratório, com pressão atmosférica vários milhares de vezes mais fraca do que na superfície da Terra.
Felizmente, estas condições de baixa pressão atmosférica são comuns noutros locais – como a mesosfera, a camada superior da atmosfera que se estende de 50 a 85 quilómetros acima da Terra. Os investigadores dizem que ampliar o seu disco para 3 centímetros permitir-lhes-á transportar uma carga útil de 10 miligramas a uma altitude de 75 quilómetros, levando o sensor para uma região tão difícil de estudar que foi apelidada de “ignorosfera”. Schafer foi cofundador da startup Rarefied Technologies para comercializar esses dispositivos de alto vôo para monitoramento atmosférico e telecomunicações.
Após o pôr do sol, a modelagem computacional mostra que o disco pode permanecer no ar aproveitando o calor que irradia da superfície da Terra. “Se você consegue ficar acordado à noite, isso é uma grande mudança em relação a ficar parado ou cair”, disse ele. Igor Bargatin na Universidade da Pensilvânia, cujo laboratório conduziu pesquisas semelhantes.
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