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Energia

Laser biomimético adapta-se como se fosse uma coisa viva

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/07/2022

Laser vivo
Ilustração do laser gerado por micropartículas - como não é um material sólido e rígido, a geração do laser pode se adaptar ao ambiente.
[Imagem: Imperial College]

Um laser "vivo"?

Embora muitos materiais artificiais tenham propriedades avançadas, eles têm um longo caminho a percorrer para alcançar a versatilidade e a funcionalidade dos materiais vivos, capazes de se adaptar às inúmeras situações com que se deparam.

Por exemplo, no corpo humano, os ossos e os músculos reorganizam continuamente sua estrutura e sua composição para melhor sustentar mudanças de peso e níveis de atividade física.

Agora, pesquisadores demonstraram o primeiro laser capaz de se reconfigurar quando as condições mudam, ou seja capaz de se auto-organizar espontaneamente - a auto-organização é o principal paradigma científico atual para explicar a emergência da vida.

A inovação será útil no desenvolvimento de materiais fotônicos mais versáteis, capazes de imitar melhor as propriedades da matéria biológica, como capacidade de resposta, adaptação, autocura e até mesmo comportamento coletivo.

"Os lasers, que alimentam a maioria das nossas tecnologias, são projetados a partir de materiais cristalinos para ter propriedades precisas e estáticas. Nos perguntamos se poderíamos criar um laser com a capacidade de misturar estrutura e funcionalidade, de se reconfigurar e de cooperar, como os materiais biológicos o fazem.

"Nosso sistema de laser pode se reconfigurar e cooperar, permitindo assim um primeiro passo para emular a relação em constante evolução entre estrutura e funcionalidade, típica dos materiais vivos", disse o professor Riccardo Sapienza, do Imperial College de Londres.

Laser vivo
Micropartículas agrupadas em torno de uma partícula Janus. A linha tracejada delineia a área do laser e as linhas rosa/amarela mostram os rastros de várias micropartículas.
[Imagem: Manish Trivedi et al. - 10.1038/s41567-022-01656-2]

Laser biomimético

Lasers são dispositivos que amplificam a luz, produzindo uma forma especial de luz conhecida como coerente. Para isso são usados espelhos de estado sólido, onde a luz fica se refletindo até ganhar energia suficiente para atravessar um dos espelhos, que não é totalmente reflexivo.

Os lasers biomiméticos criados pela equipe consistem em micropartículas dispersas em um líquido. Assim que um número suficiente dessas micropartículas se reúne, elas conseguem aproveitar a energia externa para produzir luz laser, obtendo um alto ganho - a medida da capacidade de amplificar a luz.

Um laser externo foi usado para aquecer uma partícula revestida em um dos seus lados com um material absorvente de luz, em torno da qual as micropartículas se reúnem - por ter duas faces diferentes, elas são conhecidas como partículas de Janus. O laser criado por esses aglomerados de micropartículas pode ser ligado e desligado alterando a intensidade do laser externo, chamado laser de bombeamento, que por sua vez controla o tamanho e a densidade do aglomerado de micropartículas.

A equipe também mostrou como o aglomerado gerador de laser pode ser transferido no espaço, para isso bastando aquecer diferentes partículas de Janus, demonstrando a adaptabilidade do sistema. As partículas de Janus também podem "colaborar", criando aglomerados que possuem propriedades além da simples adição de dois aglomerados, como alterar sua forma e aumentar sua potência de ganho.

Laser adaptativo

Um laser adaptativo pode tornar os já essenciais lasers ainda mais úteis em uma ampla gama de aplicações.

"Atualmente, os lasers são usados amplamente em medicina, telecomunicações e também na produção industrial. Tornar realidade os lasers com propriedades semelhantes à vida permitirá o desenvolvimento de materiais e dispositivos de próxima geração que sejam robustos, autônomos e duráveis, para aplicações de detecção, computação não-convencional, novas fontes de luz e telas," disse o pesquisdaor Giorgio Volpe, da Universidade College de Londres.

Para tornar isso realidade, a equipe planeja agora estudar como melhorar o comportamento autônomo dos lasers de micropartículas, para torná-los ainda mais parecidos com entes vivos.

Uma primeira aplicação da tecnologia, de mais curto prazo, poderia ser a criação de uma nova geração de tintas eletrônicas para telas inteligentes.

Bibliografia:

Artigo: Self-organized Lasers of Reconfigurable Colloidal Assemblies
Autores: Manish Trivedi, Dhruv Saxena, Wai Kit Ng, Riccardo Sapienza, Giorgio Volpe
Revista: Nature Physics
DOI: 10.1038/s41567-022-01656-2
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