Novo Estudo de Pesquisadores da Universidade de Harvard e da UFPR Aponta Que Drones Leves Como Penas Poderão Flutuar Indefinidamente Com Energia Solar, Inclusive em Marte e Outros Planetas

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No dia de ontem 14/08, o portal Inovação Tecnológica noticiou um novo estudo realizado por uma equipe de pesquisadores da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos, em parceria com o Prof. Felix Sharipov, de origem russa e vinculado à Universidade Federal do Paraná (UFPR). O estudo demonstra que drones ultraleves, comparáveis ao peso de uma pena, poderão flutuar indefinidamente utilizando energia solar. Essa tecnologia, promissora para aplicações em diversos ambientes, poderá ser empregada futuramente em missões em Marte e outros planetas.

 

[Imagem: Ben Schafer/Jong-hyoung Kim]

Uma membrana voadora fotoforética pode manter pequenos sensores meteorológicos na atmosfera superior indefinidamente.

Placas Flutuantes

 

Elas funcionam como balões, mas são planas, metálicas e nem precisam de gás para flutuar no ar. Mesmo assim, essas pequenas placas poderão ficar meses voando usando apenas a energia solar.

 

A ideia é que elas fiquem flutuando em altitudes de 50 a 100 quilômetros - ou seja, já na fronteira do espaço - coletando continuamente dados sobre camadas da atmosfera que permanecem quase sem serem estudadas justamente porque é muito difícil ficar por lá - balões e aviões ficam muito abaixo, e satélites ficam muito acima.

 

Esses "balões planos" são na verdade pequenas placas metálicas perfuradas em nanoescala, que levitam graças a um fenômeno chamado fotoforese, uma espécie de propulsão solar que ocorre quando moléculas de gás ricocheteiam com mais força no lado quente de um objeto do que no lado frio, criando momento e sustentação contínuos.

 

Esse efeito só é significativo em ambientes de pressão extremamente baixa, que são exatamente as condições encontradas na mesosfera, uma camada da atmosfera terrestre que é quase desconhecida porque é muito difícil de estudar.

 

"Estamos estudando esse estranho mecanismo físico chamado fotoforese e sua capacidade de fazer objetos muito leves levitarem quando você os ilumina," disse Ben Schafer, da Universidade de Harvard, nos EUA. O projeto tem a participação do Prof. Felix Sharipov, de origem russa, locado na Universidade Federal do Paraná (UFPR).

 

Sustentação Por Fotoforese

 

As placas flutuadoras são membranas finas, com diâmetros na escala de alguns centimetros, feitas de alumina cerâmica revestida com uma camada de cromo na parte inferior. Quando a luz do Sol atinge essa estrutura, a diferença de calor entre as superfícies superior e inferior inicia uma força de elevação fotoforética, que excede o peso da estrutura, fazendo-a flutuar.

 

[Imagem: Ben Schafer/Jong-hyoung Kim/Gyeong-Seok Hwang]

Fotos em lapso de tempo de uma estrutura real voando quando iluminada.

"Esse fenômeno costuma ser tão fraco em relação ao tamanho e ao peso do objeto sobre o qual ele atua que normalmente não o notamos," disse Schafer. "No entanto, conseguimos tornar nossas estruturas tão leves que a força fotoforética é maior que seu peso, permitindo que elas voem."

 

O teste de conceito envolveu uma estrutura de 1 centímetro de largura levitando a uma pressão atmosférica de 26,7 Pascal quando exposta à luz com apenas 55% da intensidade da luz solar. Essa condição de pressão modela o que é encontrado a 60 quilômetros acima da superfície da Terra, e é também muito semelhante à atmosfera marciana, comprovando que essas nanonaves poderão estudar também a atmosfera de Marte.

 

Isso foi possível porque a equipe desenvolveu um processo de nanofabricação que consegue criar membranas de tamanhos muito maiores do que era possível até agora, de dezenas de centímetros. A equipe agora está trabalhando para incorporar cargas úteis em suas plataformas flutuantes, como sensores e transmissores de dados.

 

[Imagem: Ben Schafer/Jong-hyoung Kim]

Ilustração dos potenciais usos das placas flutuadoras.

Usos na Terra e em Marte

 

A equipe vislumbra uma gama de possíveis aplicações para o novo dispositivo, especialmente na ciência climática. Se equipado com sensores leves, este dispositivo poderá coletar dados importantes como velocidade do vento, pressão e temperatura de uma região da atmosfera que há muito tempo permanece um ponto cego. Isso significa que faltam dados essenciais para calibrar os modelos climáticos que constituem a base da previsão do tempo e das projeções das mudanças climáticas.

 

Outras aplicações potenciais incluem as telecomunicações: Uma frota dessas placas flutuantes poderia viabilizar a crianção de um conjunto de antenas com capacidades de transmissão de dados comparáveis às dos satélites de órbita baixa, que fornecem serviços de internet, por exemplo, mas com menor latência devido à sua maior proximidade com o solo.

 

"Esta é a primeira vez que alguém demonstra que é possível construir estruturas fotoforéticas maiores e realmente fazê-las voar na atmosfera," disse o professor David Keith. "Isso abre uma classe inteiramente nova de dispositivos passivos, alimentados pela luz solar e especialmente adequados para explorar nossa atmosfera superior. Mais tarde, eles poderão voar em Marte ou outros planetas."

 

Saibam mais:

 

Artigo: Photophoretic flight of perforated structures in near-space conditions

Autores: Benjamin C. Schafer, Jong-hyoung Kim, Felix Sharipov, Gyeong-Seok Hwang, Joost J. Vlassak, David W. Keith

Revista: Nature

Vol.: 644, pages 362-369

DOI: 10.1038/s41586-025-09281-8

 

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