Físicos projetaram um motor incrivelmente rápido que aproveita um novo tipo de combustível – a informação. O motor converte o movimento aleatório de uma partícula microscópica em energia armazenada.
A pesquisa, publicada nos Anais da Academia Nacional de Ciências (PNAS), cria avanços significativos na velocidade e custo de computadores e bio-nanotecnologias.
Compreender como converter informações em “trabalho” de maneira rápida e eficiente pode informar o projeto e a criação de mecanismos de informação do mundo real, segundo o professor de física e co-autor do estudo, John Bechhoefer.
“Queríamos descobrir o quão rápido um motor de informação pode ser e quanta energia ele pode extrair, então fizemos um”, disse Bechhoefer.
A proposta de criação desses motores não é nova. Após 150 anos de estudos na área, só recentemente foi possível torná-los realidade.
“Ao estudar sistematicamente o motor e escolher as características certas do sistema, aumentamos seus recursos dez vezes mais do que outras implementações semelhantes, tornando-o o melhor da classe atualmente”, disse o professor de física David Sivak, que também assina o estudo.
O motor consiste em uma partícula microscópica imersa em água e presa a uma mola que, por sua vez, é fixada a um palco móvel. É possível observar partícula saltando para cima e para baixo devido ao movimento térmico.
“Quando vemos um salto para cima, movemos o palco em resposta”, explica o autor principal e candidato a doutor 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.
“No laboratório, implementamos este motor com um instrumento conhecido como armadilha óptica, que usa um laser para criar uma força na partícula que imita a da mola e do palco”, explica Saha.
“Em nossa análise teórica, encontramos uma compensação interessante entre a massa da partícula e o tempo médio para a partícula saltar. Embora as partículas mais pesadas possam armazenar mais energia gravitacional, geralmente também demoram mais para subir”, Joseph Lucero, co-author do estudo, acrescenta.
“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 projetos anteriores e alcançando potência comparável à maquinaria molecular em células vivas e velocidades comparáveis às bactérias que nadam rapidamente”, também acrescentou Jannik Ehrich, estudante de pós-doutorado.
Com informações de Universidade Simon Fraser.
