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Gráfico de densidade da potência de saída de uma rede de conversão de energia que consiste em nanomáquinas interativas ilustradas pelas esferas. A potência aumenta do vermelho para o azul, portanto, na fase de sincronização correspondente à área delimitada pelas linhas tracejadas brancas, a saída da rede é maximizada. Universidade do Luxemburgo
A equipe de pesquisa do Prof. Massimiliano Esposito da Universidade de Luxemburgo estudou a termodinâmica de pequenas nanomáquinas.
Todas as máquinas convertem uma forma de energia em outra – por exemplo, o motor de um carro transforma a energia armazenada no combustível em energia de movimento. Esses processos de conversão de energia, descritos pela teoria chamada termodinâmica, não ocorrem apenas no nível macro das grandes máquinas, mas também no nível micro das máquinas moleculares que impulsionam os músculos ou processos metabólicos e até mesmo no nível atômico. . A equipe de pesquisa do Prof. Massimiliano Esposito, da Universidade de Luxemburgo, estuda a termodinâmica de pequenas nanomáquinas constituídas apenas por alguns átomos. Num artigo publicado na prestigiada revista científica Physical Review X, eles descrevem como estas pequenas máquinas se comportam em conjunto. Os seus conhecimentos poderiam ser utilizados para melhorar a eficiência energética de todos os tipos de máquinas, grandes ou pequenas.
Os progressos recentes na nanotecnologia permitiram aos investigadores compreender o mundo em escalas cada vez menores e até permitiram a concepção e o fabrico de máquinas artificiais extremamente pequenas. “Há evidências de que essas máquinas são muito mais eficientes do que máquinas grandes, como os automóveis. No entanto, em termos absolutos, o resultado é baixo em comparação com as necessidades que temos nas aplicações da vida diária”, explica Tim Herpich, Ph.D. aluno do grupo de pesquisa de Esposito e principal autor do artigo. “É por isso que estudamos como as nanomáquinas interagem entre si e como se comportam os conjuntos dessas pequenas máquinas. Queríamos ver se há sinergias quando eles agem em conjunto.”
Os pesquisadores descobriram que as nanomáquinas, sob certas condições, começam a se organizar em “enxames” e a sincronizar seus movimentos. “Poderíamos mostrar que a sincronização das máquinas desencadeia efeitos de sinergia significativos, de modo que a produção geral de energia do conjunto é muito maior do que a soma das saídas individuais”, disse o Prof. Embora se trate de pesquisa básica, os princípios descritos no artigo poderiam ser potencialmente usados para melhorar a eficiência de qualquer máquina no futuro, explica o pesquisador.
Para simular e estudar o comportamento energético de enxames de nanomáquinas, os cientistas criaram modelos matemáticos baseados na literatura existente e nos resultados de pesquisas experimentais.
Referência: “Potência Coletiva: Modelo Mínimo para Termodinâmica de Transições de Fase sem Equilíbrio” por Tim Herpich, Juzar Thingna e Massimiliano Esposito, 7 de setembro de 2018, Revisão Física X.
DOI: 10.1103/PhysRevX.8.031056