Motor movido a informação bate recorde de velocidade e potência

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/05/2021

O motor movido a informação é uma derivação do mais conhecido demônio de Maxwell.
[Imagem: Tushar K. Saha et al. - 10.1073/pnas.2023356118]

Informação como combustível

Pesquisadores construíram um motor incrivelmente rápido que aproveita um novo tipo de combustível - a informação.

O desenvolvimento desse motor, que converte o movimento aleatório de uma partícula microscópica em energia armazenada, pode levar a avanços significativos na velocidade e no custo dos computadores e das bio-nanotecnologias.

"Queríamos descobrir a velocidade com que um motor de informação pode funcionar e quanta energia ele pode extrair, então construímos um," conta o professor John Bechhoefer, da Universidade Simon Fraser, no Canadá, acrescentando que a compreensão de como converter informações em "trabalho de maneira rápida e eficiente pode viabilizar o projeto e a construção de mecanismos de informação no mundo real".

Motores desse tipo foram propostos pela primeira vez há mais de 150 anos, mas construí-los de verdade só recentemente se tornou possível.

Da termodinâmica à teoria da informação

Os motores de informação são uma realização moderna do experimento mental do chamado demônio de Maxwell. Esse "demônio" - que nada tem de diabólico - é uma nanomáquina idealizada teoricamente pelo físico James Clerk Maxwell em 1867. Ele viola a Segunda Lei da Termodinâmica manipulando moléculas quentes e frias conforme elas fluem entre dois recipientes, fazendo assim o calor fluir na contramão, diminuindo a entropia.

Em 1948, Claude Shannon, considerado o fundador da teoria da informação, mostrou que o conteúdo de informação de uma mensagem pode ser quantificado com o que ele chamou de "entropia de informação".

Finalmente, em 1961, Rolf Landauer mostrou que, mesmo apagar uma informação consome energia, estabelecendo o elo que faltava entre a teoria da informação e a termodinâmica.

Desde então, inúmeros experimentos confirmaram o princípio de Landauer, inverteram o sentido do fluxo de calor e mostraram que até mesmo medir o tempo aumenta a entropia.

O que a equipe fez agora foi projetar e montar um motor movido a informação que se mostrou o mais rápido construído até hoje.

O mesmo arcabouço teórico usado para construir o motor movido a informação leva a crer que as informações digitais equivalerão à metade da massa da Terra em pouco mais de 200 anos.
[Imagem: Melvin M. Vopson - 10.1063/5.0019941]

Motor movido a informação

O motor movido a informação consiste em uma partícula microscópica, imersa em água e presa a uma mola, por sua vez fixada a um tablado móvel. Os pesquisadores então observam a partícula saltando para cima e para baixo devido ao movimento térmico.

"Quando vemos um salto para cima, movemos o tablado em resposta," explicou o pesquisador Tushar Saha. "Quando vemos um salto para baixo, esperamos. Isso acaba levantando todo o sistema usando apenas informações sobre a posição da partícula."

Repetindo esse procedimento, eles elevam a partícula a uma grande altura, e assim armazenam uma quantidade significativa de energia gravitacional, sem ter que puxar diretamente a partícula. E motor então ganha movimento sustentado.

O motor atingiu uma velocidade máxima de 190 micrômetros por segundo e uma potência máxima de 103 k_BT/s, números comparáveis aos medidos nos motores biológicos das bactérias.

"Em nossa análise teórica, encontramos uma compensação interessante entre a massa da partícula e o tempo médio para que a partícula salte para cima. Enquanto as partículas mais pesadas podem armazenar mais energia gravitacional, geralmente levam mais tempo para subir," comentou Joseph Lucero.

"Guiados por esse insight, escolhemos a massa da partícula e outras propriedades do motor para maximizar a rapidez com que o motor extrai energia, superando os projetos anteriores e alcançando potência comparável à maquinaria molecular em células vivas e velocidades comparáveis às bactérias que nadam rapidamente," finalizou o professor Jannik Ehrich.

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