O novo motor consegue uma eficiência de 100% através do aproveitamento de flutuações térmicas à escala microscópica, algo nunca antes conseguido — e que viola as Leis da Termodinâmica como as conhecemos.
Uma equipa de cientistas afirma ter desenvolvido um motor que contraria mais de dois séculos de entendimento das Leis da Termodinâmica que regem a física desde os tempos de Isaac Newton.
O novo motor, designado “Gambling Carnot Engine” (algo como “Motor de Acaso de Carnot”, em tradução livre) foi apresentado num artigo recentemente publicado na revista Physical Review Letters.
Segundo os autores do estudo, o motor consegue 100% de eficiência, ultrapassando a Segunda Lei da Termodinâmica, graças ao funcionamento de processos físicos à escala microscópica.
Esta lei da Física determina (até agora) que um motor de combustão transforma energia química em trabalho, mas nunca com rendimento de 100% , porque parte da energia é sempre degradada em calor não utilizável.
“Usámos o termo ‘gambling‘ porque a forma como o motor funciona assemelha-se à forma como as pessoas jogam blackjack: tomam-se decisões em tempo real, dependendo do acaso e do estado do sistema, para maximizar o ganho”, dis o físico Édgar Roldán, investigador do Centro Internacional de Física Teórica de Trieste, Itália, e autor principal do estudo.
“O motor usa o acaso, como numa partida de cartas, mas seguindo sempre critérios rigorosos e medidas de retroalimentação em tempo real”, explica Roldán à Phys.org.
O principal segredo do revolucionário motor é que não funciona com vapor nem grandes pistões, mas com uma minúscula partícula de plástico suspensa em água, aprisionada e movida por raios laser.
Ao contrário dos motores clássicos, o Gambling Carnot Engine aproveita-se das flutuações térmicas naturais que provocam que as partículas microscópicas se movam aleatoriamente.
O sistema observa constantemente a posição da partícula e, quando se produz o evento adequado —que a partícula cruze o centro da armadilha laser antes de um tempo limite—, o ciclo salta automaticamente para a fase seguinte, permitindo que se extraia trabalho sem custo energético adicional.
Este uso do acaso inspira-se no chamado Paradoxo do Demónio de Maxwell, experiência mental que parece refutar a Segunda Lei da Termodinâmica, proposta pelo físico James Clerk Maxwell em 1867.
O paradoxo descreve um ser “demoníaco” imaginário, que atua como “controlador externo” de um sistema, separando moléculas quentes de moléculas frias — parecendo violar as leis da Física ao criar espontaneamente um gradiente de temperatura e extrair trabalho útil.
O Gambling Carnot Engine consegue escolher o momento ótimo para intervir, exatamente como o jogador de blackjack escolhe quando parar ou pedir carta para ganhar mais com cada mão.
O resultado é que, no limite de ciclos muito lentos e com suficiente controlo sobre o sistema, o motor converte toda a energia térmica absorvida em trabalho útil, alcançando os teóricos 100% de eficiência.
Em termos práticos, esta tecnologia está limitada, por agora, a aplicações à escala microscópica, como a criação de nanomáquinas ou motores diminutos em laboratórios e em medicina.
Mas o facto de que as experiências e simulações se tenham realizado com parâmetros reais sugere que poderíamos ver protótipos funcionais dentro de pouco tempo.
O principal desafio, segundo explicam os autores do estudo, será desenvolver sistemas de detecção e controlo a frequências superiores a 100.000 medidas por segundo para aplicar a estratégia ótima.
Se este paradigma se confirmar no laboratório, a possibilidade de obter motores ou geradores que aproveitem melhor a desordem microscópica poderia revolucionar a eficiência de dispositivos à nanoescala, desde sistemas biomédicos até sensores inteligentes.
“As nossas ideias são uma prova de conceito. Mas apontam para uma nova geração de nanomáquinas eficientes que desafiam os limites clássicos, inspirando conceitos realistas onde antes parecia impossível”, conclui Roldán.
