Transmissão de sinais por som supera circuitos eletrônicos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/07/2025

A tecnologia acústica tem amplo alcance quando as coisas chegam na dimensão dos chips, e daí para baixo.
[Imagem: Xiang Xi et al. - 10.1038/s41586-025-09092-x]

Tecnologia acústica

Quando um percussionista toca um tambor, ele faz a pele do tambor vibrar, e essa vibração contém um sinal que podemos decodificar como música. Quando o tambor para de vibrar, a música acaba - ou, em termos físicos, perdemos o sinal.

Mas também podemos usar tambores muito pequenos para outras coisas, como um qubit mecânico para computadores quânticos, um ressonador que mostra fenômenos quânticos em macroescala ou, de modo mais genérico, para guardar dados digitais nas vibrações de um tambor quântico.

Foi nessas aplicações mais avançadas que Xiang Xi e colegas da Universidade de Copenhague, na Dinamarca, inovaram agora, ao criar uma pele de tambor ultrafina, com cerca de 10 mm de largura. E ela nem é lisa - é perfurada com uma infinidade de furos triangulares.

O resultado é de impressionar: O tambor feito com essa membrana permite que as vibrações viajem por toda a membrana vibratória quase sem perda. Na verdade, há tão pouca perda que esse tambor é muito melhor para transmitir informações do que o processamento de sinais feito pelos melhores circuitos eletrônicos existentes.

Ampliação da membrana, feita de nitreto de silício. As cores representam o movimento na direção fora do plano - vermelho significa que parte da membrana se move para cima e azul significa que parte dela se move para baixo.
[Imagem: Albert Schliesser/Xiang Xi]

Transmissão mecânica de sinais

Para usar o tambor para transmitir informações, essencialmente uma transmissão mecânica de dados, o sinal consiste em fônons, quasipartículas que podem ser vistas como vibrações em um material sólido. Os átomos vibram e se empurram, por assim dizer, transportando um determinado sinal através do material - e é aqui que a perda de sinal entra em jogo.

Se o sinal perde força, ou partes do sinal são perdidas na forma de calor ou de vibrações incorretas, acaba não sendo possível decodificá-lo corretamente, o que dificulta a realização de componentes acústicos e até mesmo da computação acústica, uma forma de computação alternativa que promete resolver problemas eletronicamente incomputáveis - hoje já se fala até em uma fonônica, uma espécie de eletrônica que funciona com fônons, em vez de elétrons.

Neste caso, a perda é medida como uma diminuição na amplitude da onda sonora à medida que ela se move pela membrana. O que a equipe descobriu é que uma membrana cheia de furos muito precisos - furos triangulares - é muito melhor para transportar as vibrações do que uma membrana lisa.

Quando os pesquisadores direcionaram o sinal através da sua membrana perfurada - e ao redor dos orifícios, onde o sinal muda de direção - a perda é de cerca de um fônon em um milhão. Para comparação, a amplitude das flutuações de corrente em um circuito eletrônico semelhante diminui cerca de cem mil vezes mais rápido.

Dá para fazer muitas coisas com ondas sonoras dentro de chips, incluindo autênticos terremotos em um chip.
[Imagem: Govert Neijts et al. - 10.1063/5.0220496]

Múltiplos usos

A equipe não estava trabalhando em uma aplicação específica, mas as possibilidades do avanço obtido são muito amplas. Os computadores quânticos, por exemplo, dependem da transferência superprecisa de sinais entre suas diferentes partes, e a transferência acústica está entre os vários mecanismos pesquisados.

Outro campo de aplicação são os sensores que, por exemplo, podem medir as menores flutuações biológicas em nosso próprio corpo, onde a transferência de sinais também é crucial. Mas mesmo a pesquisa básica irá se interessar pela membrana, por exemplo, para testar a incerteza de Heisenberg.

"No momento, queremos experimentar o método para ver o que podemos fazer com ele. Por exemplo, queremos construir estruturas mais complexas e ver como podemos fazer com que os fônons se movam ao redor delas, ou construir estruturas onde possamos fazer com que os fônons colidam como carros em um cruzamento. Isso nos dará uma melhor compreensão do que é possível, em última análise, e quais são as novas aplicações," disse o professor Albert Schliesser, cuja equipe gosta de romper os limites nas medições.

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