Alpha Centauri em 20 anos? Nova tecnologia de luz encurta viagens espaciais

Estudo teórico de universidades dos EUA cria estruturas nanométricas que podem usar a pressão da luz para levitar, manobrar e impulsionar veículos microscópicos e futuras naves

Whisk/Google IA

Pesquisadores da Texas A&M University e da Northeastern University, nos Estados Unidos, desenvolveram uma tecnologia que tem grande potencial para transformar a exploração espacial. O grupo criou estruturas microscópicas capazes de usar a força da luz para mover objetos com precisão em três dimensões, sem motores ou combustível convencional.

A descoberta abre caminho para sistemas de propulsão leves e eficientes. Segundo os cientistas, o conceito pode ser ampliado no futuro para grandes velas solares capazes de levar naves até Alpha Centauri, o sistema estelar mais próximo do Sol, distante 4,37 anos-luz, em cerca de 20 anos. Com a tecnologia atual, a mesma viagem levaria mais de 73 mil anos. O estudo foi publicado na revista Newton.

O que é o fenômeno estudado

A base da pesquisa está na chamada pressão da luz. Embora pareça sem massa, a luz é formada por fótons, partículas que carregam energia. Quando esses fótons atingem uma superfície e mudam de direção, transferem parte desse impulso ao objeto atingido. Esse efeito segue a terceira lei de Newton: toda ação gera uma reação de mesma intensidade e sentido oposto.

Os pesquisadores aplicaram esse princípio em estruturas chamadas metasuperfícies. Elas são materiais projetados em escala nanométrica para manipular a trajetória da luz de formas incomuns. Ao redirecionar os fótons com precisão, essas superfícies geram forças mecânicas controladas.
A equipe batizou esse efeito de força metafotônica.

Principais descobertas do estudo

Os cientistas criaram microveículos chamados metajatos, capazes de levitar e se deslocar ao mesmo tempo usando apenas um feixe de laser.

Nos testes, o modelo mais eficiente atingiu velocidade de cerca de 7 micrômetros por segundo. Um micrômetro equivale a um milionésimo de metro.

Os experimentos também mostraram estabilidade no movimento. Os metajatos avançaram em linha reta, sem girar ou perder direção. Isso foi possível graças ao uso de luz linearmente polarizada e ao alinhamento preciso do feixe com o centro de massa do dispositivo.

Outro resultado importante foi a levitação. Em células preenchidas com água, os veículos apresentaram aceleração vertical aproximadamente 3,5 vezes maior que a horizontal, superando a gravidade enquanto seguiam adiante. Os pesquisadores também observaram que quanto menor o número de nanopilares em certas estruturas internas, maior o desvio da luz e maior a velocidade alcançada.

Como os cientistas fizeram as observações

Os metajatos foram construídos com matrizes de nanopilares de silício de 500 nanômetros de altura sobre uma base de dióxido de silício.

Para evitar superaquecimento, um problema comum em sistemas movidos a luz, a equipe utilizou laser de 1000 nanômetros, na faixa do infravermelho próximo. Nessa frequência, o silício absorve menos de 10% da luz incidente.

Com isso, o movimento observado ocorreu principalmente pela força da luz, sem formação de bolhas ou efeitos térmicos que poderiam atrapalhar os testes. Os pesquisadores também compararam diferentes configurações estruturais, chamadas supercélulas, contendo de 3 a 8 nanopilares.

A pesquisa sugere que a força metafotônica pode funcionar em escalas muito diferentes. Em tamanho microscópico, ela pode permitir microrrobôs para navegar no corpo humano, transportar medicamentos ou operar em laboratórios em chip. Em escala macroscópica, o mesmo princípio pode ser aplicado em velas solares gigantes impulsionadas por lasers ou pela luz solar. Isso tornaria possível acelerar espaçonaves sem carregar grandes quantidades de combustível.

Além da velocidade, o diferencial está no controle. A tecnologia permitiria não apenas empurrar uma nave para frente, mas também ajustar sua direção lateral e vertical com precisão. Se os próximos testes confirmarem a viabilidade do sistema, especialmente em ambientes de microgravidade, a luz poderá se tornar uma das ferramentas centrais da futura exploração interestelar.