Levitação magnética anula gravidade aqui na Terra

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/12/2021

Esquerda: Esquema do sistema de levitação magnética. À direita: Gráfico de contorno da energia de retenção de uma amostra de água colocada no campo magnético, mostrando o tamanho e a forma da região onde a gravidade equivale a 1% da gravidade da Terra.
[Imagem: Hamid Sanavandi et al. - 10.1038/s41526-021-00174-4]

Levitação magnética

A levitação magnética pode ser forte e controlável o suficiente para simular o ambiente de microgravidade do espaço e de corpos celestes como a Lua e Marte.

É claro que a levitação magnética é forte o suficiente para levitar trens, grandes equipamentos industriais e até caixas de câmbio de carros, mas nesses casos estão envolvidos dois polos magnéticos se opondo, um no trilho e outro no próprio trem.

Hamid Sanavandi e Wei Guo, da Universidade Estadual da Flórida, estão trabalhando com a levitação magnética "livre", em que os objetos podem ser suspensos no ar e manipulados.

Já existem simuladores de microgravidade baseados em levitação magnética, e vários protótipos já demonstraram sua capacidade de levitar organismos vivos sem causar danos a eles. Eles têm como vantagens a possibilidade de ajustar a força exata da gravidade e funcionar de modo praticamente ilimitado no tempo.

O inconveniente é que a levitação magnética só havia conseguido criar até agora uma gravidade baixa e sobre um volume muito pequeno. Por exemplo, quando o aparelho é ajustado para imitar um ambiente com cerca de 1% da gravidade da Terra, o volume funcional é de apenas alguns poucos microlitros, o que é muito pequeno para experimentos práticos.

Simulador de microgravidade por levitação magnética

Sanavandi e Guo venceram esse desafio adaptando o eletroímã para gerar uma força de levitação uniforme que equilibra inteiramente a força gravitacional da Terra - o aparato consegue gerar uma força equivalente a 100% da força g - e ele faz isso em um volume muito maior.

A técnica produziu um volume funcional sem precedentes, de mais de 4.000 microlitros em uma bobina compacta, com um diâmetro de apenas 8 cm. Quando a corrente elétrica na bobina é reduzida para emular a gravidade em Marte, que equivale a 0,38g, o volume funcional supera os 20.000 microlitros, ou cerca de 20 cm³.

O avanço foi obtido usando uma bobina de Maxwell de gradiente de campo no interior do furo central de 120 mm de um ímã supercondutor - esta configuração foi proposta pelo físico James Clark Maxwell no século 19 para produzir gradientes de campo uniformes no diâmetro.

A levitação magnética sempre foi vista como a opção mais barata em termos de simulação de ausência de gravidade, e o uso do supercondutor não foi capaz de tirar completamente essa vantagem. Segundo Sanavandi, isso deve ao fato de que seu simulador de microgravidade pode ser fabricado usando supercondutores já existentes no mercado, conhecidos como ReBCO (óxido de cobre e bário derivado de terras raras).

O volume útil da câmara de microgravidade é 1.000 vezes maior do que havia sido alcançado até agora.
[Imagem: Hamid Sanavandi et al. - 10.1038/s41526-021-00174-4]

Usos para levitação magnética

A redução da gravidade afeta os organismos biológicos de várias maneiras. Entre os efeitos conhecidos está a inibição do crescimento celular, levando a uma perda de massa óssea e muscular suficiente para prejudicar a saúde dos astronautas. Em sistemas físicos, a microgravidade pode afetar as bolhas de cavitação, a transferência de calor em fluidos e a dinâmica de espalhamento de propelentes criogênicos nas espaçonaves. Na pesquisa de materiais, os efeitos da redução da gravidade incluem mudanças na maneira como os cristais crescem e as ligas metálicas se formam.

Pesquisar isso hoje exige mandar as amostras para o espaço, o que é caro e demorado. Existem alternativas, como fazer os experimentos dentro de um foguete de sondagem ou em um avião em voo parabólico, mas nenhum deles é perfeito para os experimentos de laboratório, que tipicamente precisam ser repetidos à exaustão. Assim, praticamente a única alternativa que resta são as torres de queda livre, mas que são caras de construir.

Assim, a simulação de microgravidade por levitação magnética se coloca agora como uma alternativa real e prática, ao alcance da maioria dos laboratórios ao redor do mundo, permitindo realizar uma variedade de experimentos de física, medicina e biologia com vistas a futuras missões espaciais.

"O fato de que nosso projeto SLM [Simulador de baixa gravidade por Levitação Magnética] oferece um volume funcional cerca de três ordens de magnitude maior do que o solenoide SLM convencional torna-o uma virada de jogo no campo de pesquisa de baixa gravidade," disse Guo. "Quando este projeto SLM é usado para emular gravidades reduzidas em ambientes extraterrestres, como na Lua ou em Marte, o volume funcional resultante é grande o suficiente para acomodar até mesmo plantas pequenas, tornando esta uma ferramenta interessante para pesquisas médicas e de biologia."

• Veja também pesquisas com outras formas de levitação.

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