Onda solitária respira energia para durar muito mais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/08/2025

Até agora, os sólitons vinham sendo explorados sobretudo no magnetismo e na fotônica, mas eles têm potencial para muito mais - há cientistas que defendem até que uma onda solitária no espaço-tempo viabilizará viagens acima da velocidade da luz.
[Imagem: Coulais et al. - 10.1073/pnas.2010580117]

Uma onda que respira

Ondas solitônicas, ou sólitons, são ondas que mantêm sua forma e direção de movimento por muito tempo. Elas intrigam os físicos há quase dois séculos, entre outros motivos por que essas ondas solitárias, além de ondas, são partículas complexas.

Mas, apesar de extremamente duradouras em relação às ondas típicas, em circunstâncias reais, como em um canal estreito de água, onde foram descobertas, essas ondas solitônicas acabam se extinguindo devido à perda de energia.

A novidade é que é possível injetar-lhes energia, para que as ondas solitárias durem ainda mais do que já duram.

Jonas Veenstra e colegas da Universidade de Amsterdã, nos Países Baixos, descobriram como um tipo específico de interação pode ser usado para criar sólitons super estáveis, mesmo em circunstâncias em que a energia não é conservada.

Na verdade, Veenstra descobriu uma maneira de criar um tipo especial de sóliton especialmente durável, um "sóliton respirante", uma onda que , por assim dizer, respira para ganhar mais energia.

Aparato gerador da onda solitária respirante.
[Imagem: Jonas Veenstra et al. - 10.1103/nrv2-9h8z]

Sóliton respirante

Para criar sua onda respirante, a equipe construiu um sistema formado por osciladores mecânicos ativos, pequenas hastes que podem girar e são alimentadas por pequenos motores individuais, por sua vez interconectados por elásticos. Quando um oscilador começa a se movimentar, seu vizinho também se move, e dessa forma dão início à formação de ondas, incluindo ondas solitônicas.

Os osciladores projetados pela equipe têm uma propriedade interessante: Eles podem influenciar uns aos outros de forma não recíproca, ou seja, um oscilador influencia seu vizinho de forma diferente de como o vizinho influencia o oscilador original.

Quando os pesquisadores exploraram como essas interações não recíprocas afetam o comportamento do sóliton, eles descobriram que essa assimetria é a chave para a longa vida dos sólitons. O que acontece é que a assimetria permite que a onda solitônica acelere e então se estabeleça em um movimento constante e imutável - sem perder sua forma ou sua energia.

O comportamento observado sempre foi particularmente difícil de ser obtido com os sólitons respirantes, que mudam constantemente de forma à medida que se movem. Desta vez, foi exatamente isso que os pesquisadores observaram: Um sóliton respirante sustentado. Embora não seja completamente novo - o grupo já havia observado o primeiro sóliton respirador experimentalmente há 6 anos e usado seu aparato para criar um diodo acústico -, foi necessária uma configuração experimental nova e mais precisa, desenvolvida desde então, para determinar as condições exatas sob as quais os sólitons respirantes se deslocam de forma estável em condições não recíprocas.

Detalhe da interconexão dos osciladores geradores dos sólitons respirantes.
[Imagem: Brandenbourger et al. - 10.1038/s41467-019-12599-3]

Usos práticos dos sólitons

Esses sólitons robustos e de longa duração, podendo existir mesmo em sistemas onde há perda de energia, não representam apenas um fenômeno bonito que se pode observar em laboratório: Eles poderão ser usados para transportar sinais ou energia de forma mais eficiente, o que os torna promissores para aplicações em sensores, dispositivos de coleta de energia e sistemas robóticos.

Com essas aplicações do mundo real em mente, Veenstra e seus colegas já estão trabalhando para ir além de meras cadeias de osciladores, investigando como ondas semelhantes se comportam em superfícies bidimensionais de osciladores não recíprocos, que podem ser criados com metamateriais. Isso abrirá novas possibilidades para a engenharia de materiais inteligentes que dependem de movimento de ondas estável e autossustentável - um passo em direção a sistemas adaptativos que operem de forma confiável em todos os tipos de ambientes dinâmicos.

Mais tópicos