Controle de ondas 4D trará de camuflagens antiterremoto a computadores quânticos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/08/2023

Esta é uma renderização do material capaz de controlar as ondas de energia na superfície de um material sólido.
[Imagem: Guoliang Huang/University of Missouri]

Ondas de superfície

A vida cotidiana envolve três dimensões, ou 3D, ao longo dos eixos X, Y e Z, ou para cima e para baixo, esquerda e direita, e para frente e para trás.

Mas, nos últimos anos, os cientistas começaram a explorar experimentalmente uma "quarta dimensão" (4D), ou dimensão sintética, como uma extensão da nossa realidade física detectada sensorialmente.

Nessa linha, Shaoyun Wang e colegas da Universidade de Missouri, nos EUA, criaram agora um metamaterial com recursos 4D, incluindo a capacidade de controlar ondas eletromagnéticas na superfície de um material sólido.

"Os materiais convencionais são limitados a apenas três dimensões, com um eixo X, Y e Z. Mas agora estamos construindo materiais na dimensão sintética, ou 4D, que nos permite manipular o caminho da onda de energia para ir exatamente para onde queremos que ela vá, de um canto de um material para outro," detalha o professor Guoliang Huang, cuja equipe apresentou há poucos meses um material inteligente que desafia as leis do movimento de Newton.

Chamadas ondas de superfície, ou ondas superficiais, são ondas mecânicas fundamentais para a forma como as vibrações viajam ao longo da superfície dos materiais sólidos.

Neste estágio, a inovação da equipe é ainda apenas um bloco de construção, como um tijolo, que deverá ser montado de acordo com as necessidades de cada aplicação. Mas isso também significa que o material poderá ser ampliado para aplicações de qualquer escala, dos minúsculos sistemas microeletromecânicos (MEMS) até sistemas relacionadas à engenharia civil.

O controle dos fônons tem uma lista inumerável de aplicações.
[Imagem: Shaoyun Wang et al. - 10.1126/sciadv.adh4310]

Camuflagem contra terremotos e computadores quânticos

A inovação apresentada agora é um desenvolvimento de um trabalho anterior da equipe, que demonstrou como um metamaterial passivo pode controlar o caminho das ondas sonoras à medida que elas viajam de um canto de um material para outro.

As possibilidades de aplicação são inúmeras, mas as que mais têm chamado a atenção envolvem a construção de camuflagens contra terremotos e a proteção contra vibrações em peças mecânicas, como máquinas e motores, inclusive de veículos.

"A maior parte da energia - 90% - de um terremoto acontece ao longo da superfície da Terra," exemplifica Huang. "Portanto, cobrir uma estrutura semelhante a um travesseiro com este material e colocá-la na superfície da Terra sob um edifício, isso poderia ajudar a evitar que a estrutura desmoronasse durante um terremoto."

Essa nova forma de manipulação das ondas de superfície, chamada "bombeamento topológico", poderá também levar a avanços na computação quântica, em uma arquitetura de computador quântico baseado em fônons, além de permitir o desenvolvimento de efeitos quânticos de dimensões mais altas, como na integração de componentes mecânicos à tecnologia quântica.

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