{"id":29021,"date":"2025-10-02T08:43:26","date_gmt":"2025-10-02T11:43:26","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbfisica.org.br\/v1\/sbf\/?p=29021"},"modified":"2025-10-02T08:49:24","modified_gmt":"2025-10-02T11:49:24","slug":"novo-estudo-mostra-voo-fotoforetico-em-condicoes-de-quase-espaco","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbfisica.org.br\/v1\/sbf\/novo-estudo-mostra-voo-fotoforetico-em-condicoes-de-quase-espaco\/","title":{"rendered":"Novo estudo mostra voo fotofor\u00e9tico em condi\u00e7\u00f5es de quase-espa\u00e7o"},"content":{"rendered":"\n

Um estudo publicado em agosto de 2025 na revista Nature apresenta avan\u00e7os significativos na compreens\u00e3o de como estruturas nanofabricadas podem ser levitadas em altas altitudes por meio de um efeito conhecido como fotoforese. O artigo Photophoretic flight of perforated structures in near-space conditions<\/em><\/a> foi conduzido por cientistas dos Estados Unidos, da Coreia do Sul e do Brasil, incluindo Benjamin C. Schafer, Jong-hyoung Kim, Felix Sharipov, Gyeong-Seok Hwang, Joost J. Vlassak e David W. Keith. O trabalho descreve a fabrica\u00e7\u00e3o e os testes de dispositivos perfurados que conseguiram flutuar em press\u00f5es muito baixas, pr\u00f3ximas \u00e0s encontradas na estratosfera.<\/p>\n\n\n\n

No Brasil, o estudo teve a participa\u00e7\u00e3o de Felix Sharipov, professor do Departamento de F\u00edsica Universidade Federal do Paran\u00e1 (UFPR). De acordo com a Plataforma Lattes, Sharipov \u00e9 graduado em Faculdade de Aerof\u00edsica e Pesquisa Espacial pelo Instituto de F\u00edsica e Tecnologia de Moscou (1980), mestrado em Faculdade de Aerof\u00edsica e Pesquisa Espacial pelo Instituto de F\u00edsica e Tecnologia de Moscou (1982) e doutorado em Faculdade de F\u00edsica e Tecnologia pelo Instituto Polit\u00e9cnico dos Urais (1987). \u201cTem experi\u00eancia na \u00e1rea de Engenharia Aeroespacial, com \u00eanfase em Aerotermodin\u00e2mica, atuando principalmente nos seguintes temas: Din\u00e2mica de gases rarefeitos, solu\u00e7\u00e3o num\u00e9rica da equa\u00e7\u00e3o de Boltzmann, simula\u00e7\u00e3o direta de Monte Carlo, c\u00e1lculo num\u00e9rico de escoamentos de gases a redor de ve\u00edculos espaciais, em sistemas de v\u00e1cuo e em micro-sistemas mec\u00e2nicos e eletr\u00f4nicos (MEMS)\u201d, informa o Lattes, com informa\u00e7\u00f5es fornecidas pelo pr\u00f3prio pesquisador.<\/p>\n\n\n

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Felix Sharipov, professor do Departamento de F\u00edsica Universidade Federal do Paran\u00e1 (UFPR)<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

O efeito fotofor\u00e9tico ocorre quando part\u00edculas ou estruturas s\u00e3o submetidas \u00e0 luz em um ambiente de g\u00e1s rarefeito. A radia\u00e7\u00e3o aquece de forma desigual a superf\u00edcie do material, criando gradientes de temperatura que fazem com que mol\u00e9culas de g\u00e1s em contato com a superf\u00edcie se movimentem de modo assim\u00e9trico. Esse movimento gera uma for\u00e7a l\u00edquida que empurra a part\u00edcula na dire\u00e7\u00e3o oposta \u00e0 da regi\u00e3o mais aquecida. Em termos simples, a luz pode gerar um impulso em materiais muito leves, permitindo que eles \u201cflutuem\u201d em altitudes elevadas.<\/p>\n\n\n\n

O estudo mostra que esse efeito pode ser explorado de forma controlada em dispositivos maiores que poeira ou aeross\u00f3is. At\u00e9 agora, trabalhos anteriores haviam explorado desde part\u00edculas microsc\u00f3picas at\u00e9 discos finos de alguns cent\u00edmetros de di\u00e2metro. \u201cO modelo se destaca por duas caracter\u00edsticas principais. A primeira \u00e9 considera\u00e7\u00e3o de membranas perfuradas. Todos os trabalhos anteriores consideram fotoforese sobre corpos s\u00f3lidos tais como esferas, discos ou placas sem perfura\u00e7\u00e3o. O nosso trabalho mostrou que a perfura\u00e7\u00e3o aumenta significativamente a for\u00e7a fotofor\u00e9tica. Para levar em conta a perfura\u00e7\u00e3o microsc\u00f3pica, um novo modelo de intera\u00e7\u00e3o de mol\u00e9culas do g\u00e1s com uma superf\u00edcie foi elaborado. Segundo, a descri\u00e7\u00e3o de intera\u00e7\u00e3o intermolecular tamb\u00e9m foi aperfei\u00e7oado atrav\u00e9s do potencial ab initio. Estes potenciais tem um alto grau de confiabilidade pois foram obtidos a partir princ\u00edpios b\u00e1sicos sem nenhum par\u00e2metro de ajuste\u201d, explica Sharipov, por e-mail ao Boletim SBF<\/a><\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

Os autores deste artigo avan\u00e7aram ao projetar e fabricar estruturas compostas por duas membranas perfuradas, separadas por uma pequena dist\u00e2ncia. Essas membranas possuem ligamentos verticais que as conectam, e tanto o tamanho da estrutura quanto a densidade de perfura\u00e7\u00e3o e a distribui\u00e7\u00e3o desses ligamentos influenciam diretamente na for\u00e7a de sustenta\u00e7\u00e3o gerada. \u201cA for\u00e7a fotofor\u00e9tica sobre uma membrana de escala de 1 metro \u00e9 pequena o que impede a levita\u00e7\u00e3o. A ideia \u00e9 criar uma malha de membranas pequenas conectadas entre si. A modelagem desta composi\u00e7\u00e3o requer o uso de m\u00e9todos h\u00edbridos combinando a mec\u00e2nica de meios cont\u00ednuos e m\u00e9todos de g\u00e1s rarefeito. As quest\u00f5es de estabilidade da composi\u00e7\u00e3o tamb\u00e9m devem ser estudadas\u201d, explica o cientista.<\/p>\n\n\n\n

Um ponto central do trabalho \u00e9 a \u00eanfase no mecanismo de transpira\u00e7\u00e3o t\u00e9rmica como respons\u00e1vel pela eleva\u00e7\u00e3o fotofor\u00e9tica. Nesse processo, o fluxo de mol\u00e9culas de g\u00e1s atrav\u00e9s dos poros do material, induzido por diferen\u00e7as de temperatura, aumenta a for\u00e7a de empuxo que sustenta o dispositivo. Os cientistas desenvolveram um modelo h\u00edbrido anal\u00edtico e num\u00e9rico para calcular a magnitude dessa for\u00e7a em fun\u00e7\u00e3o da altitude, considerando par\u00e2metros como densidade do ar e composi\u00e7\u00e3o atmosf\u00e9rica.<\/p>\n\n\n\n

Os pesquisadores fabricaram prot\u00f3tipos com distribui\u00e7\u00f5es heterog\u00eaneas de ligamentos, buscando um equil\u00edbrio entre a rigidez estrutural, necess\u00e1ria para manter a integridade do dispositivo, e o desempenho fotofor\u00e9tico. Em experimentos de laborat\u00f3rio, mediram a for\u00e7a de sustenta\u00e7\u00e3o em diferentes press\u00f5es e usando gases de tr\u00eas massas moleculares distintas. Foi registrada a levita\u00e7\u00e3o fotofor\u00e9tica de uma estrutura de 1 cent\u00edmetro de largura a uma press\u00e3o de 26,7 pascais, quando iluminada com 750 watts por metro quadrado, aproximadamente 55% da intensidade da luz solar.<\/p>\n\n\n\n

Al\u00e9m da demonstra\u00e7\u00e3o experimental, os autores tamb\u00e9m projetaram um dispositivo maior, com raio de 3 cent\u00edmetros, capaz de carregar uma carga \u00fatil de 10 miligramas a altitudes de cerca de 75 quil\u00f4metros. Esse patamar corresponde \u00e0 regi\u00e3o da mesosfera, pr\u00f3xima ao chamado \u201cquase-espa\u00e7o\u201d, onde bal\u00f5es estratosf\u00e9ricos j\u00e1 n\u00e3o alcan\u00e7am e sat\u00e9lites ainda n\u00e3o orbitam.<\/p>\n\n\n\n

O estudo discute ainda desafios pr\u00e1ticos para o desenvolvimento de ve\u00edculos fotofor\u00e9ticos. Entre eles est\u00e3o o controle do movimento horizontal, necess\u00e1rio para direcionar o deslocamento, e a acomoda\u00e7\u00e3o durante a noite, quando a aus\u00eancia de radia\u00e7\u00e3o solar poderia causar a perda de sustenta\u00e7\u00e3o. Apesar dessas limita\u00e7\u00f5es, os resultados sugerem aplica\u00e7\u00f5es promissoras em \u00e1reas como o monitoramento clim\u00e1tico, a transmiss\u00e3o de comunica\u00e7\u00f5es e at\u00e9 a explora\u00e7\u00e3o da atmosfera de Marte, onde a press\u00e3o mais baixa poderia favorecer a efici\u00eancia desse tipo de dispositivo.<\/p>\n\n\n\n

A pesquisa demonstra, portanto, que estruturas extremamente leves, quando projetadas com geometrias espec\u00edficas e expostas \u00e0 luz, podem alcan\u00e7ar levita\u00e7\u00e3o em condi\u00e7\u00f5es atmosf\u00e9ricas raras. O passo dado pelos cientistas abre caminho para a cria\u00e7\u00e3o de plataformas de voo inovadoras, que n\u00e3o dependem de motores convencionais ou de grandes quantidades de combust\u00edvel. Se desenvolvidos em maior escala, esses dispositivos podem oferecer uma alternativa para transportar pequenas cargas a regi\u00f5es da atmosfera at\u00e9 hoje de dif\u00edcil acesso, ampliando as possibilidades de observa\u00e7\u00e3o cient\u00edfica e tecnol\u00f3gica.<\/p>\n\n\n\n

\u201cAcredito que dentro de dez anos ser\u00e1 poss\u00edvel colocar os dispositivos na mesosfera com o objetivo de monitoramento clim\u00e1tico. Com certeza, os dispositivos v\u00e3o trazer novas informa\u00e7\u00f5es sobre os fen\u00f4menos na mesosfera, por exemplo, sobre os ventos nas grandes altitudes. A comunica\u00e7\u00e3o tamb\u00e9m pode se tornar mais barata pois a coloca\u00e7\u00e3o destes dispositivos nas alturas n\u00e3o precisa ve\u00edculos espaciais\u201d, prev\u00ea Sharipov.<\/p>\n\n\n\n

(Colaborou Roger Marzochi)<\/strong><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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