Ímã eletropermanente faz vibrações desaparecerem sem gastar energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/07/2024

Placa de amortecimento de vibrações baseada na nova tecnologia, projetada para ser usada em medições de precisão em astronomia - o aparato a ser protegido das vibrações vai em cima da placa superior.
[Imagem: TU Wien]

Amortecimento ativo de vibrações

Se um mínimo tremor de sua mão pode arruinar sua foto, imagine os efeitos que uma vibração pode causar em microscópios avançados ou em telescópios de última geração, que precisam lidar com quantidades ínfimas de luz.

Via de regra, se você quer medir ou detectar coisas com precisão, primeiro precisa garantir que tudo esteja o mais quieto possível - qualquer minúscula vibração pode por tudo a perder.

Há muitas técnicas para amortecer vibrações, mas engenheiros da Universidade de Viena, na Áustria, inventaram agora uma nova abordagem que amortece vibrações de um modo inusitado: Usando ímãs eletropermanentes.

Tal como os ímãs permanentes comuns, e diferentemente dos eletroímãs, os ímãs eletropermanentes mantêm o seu magnetismo permanentemente sem a necessidade de suprimento contínuo de energia. A diferença é que eles também contam com uma bobina - como os eletroímãs - para que a sua magnetização possa ser alterada de forma extremamente rápida através de pulsos elétricos.

O sistema consiste em uma base fixa e uma plataforma flutuante montada acima dela. A plataforma fica suspensa no ar, mantida no lugar por fortes campos magnéticos. Vários atuadores eletromagnéticos podem então ajustar a posição da plataforma com alta precisão em frações de segundo - mesmo quando uma carga de vários quilogramas é montada sobre a plataforma.

Isto torna possível, por exemplo, suprimir ativamente vibrações nos espelhos de grandes telescópios e, assim, aumentar drasticamente o seu desempenho. "Em aplicações sensíveis, como o posicionamento de segmentos de espelhos [de telescópios], a posição desta plataforma deve ser mantida estável dentro de algumas dezenas de nanômetros," explica o professor Ernst Csencsics. "Isso só é possível se você puder compensar até mesmo pequenas vibrações do solo, como aquelas que ocorrem quando alguém passa fora do laboratório, ou aquelas causadas por vibrações normais de edifícios."

O sistema é formado por uma placa fixa e outra móvel, esta controlada pelos atuadores magnéticos.
[Imagem: A. Pechhacker et al. - 10.1109/TIE.2023.3288176]

Ímãs eletropermanentes

Já se usam eletroímãs para o amortecimento ativo de vibrações, mas eles têm a grande desvantagem de exigirem um suprimento contínuo de energia - qualquer falha na energia e tudo "desaba" instantaneamente.

Um ímã permanente, por outro lado, uma vez magnetizado por um campo magnético muito forte, mantém suas propriedades magnéticas durante qualquer período de tempo sem qualquer fornecimento de energia externa. Os ímãs permanentes do dia a dia, como aqueles colados em nossas geladeiras, são criados desta forma: Você precisa de um material magnetizável adequado e o expõe uma única vez a um campo magnético forte, criando uma ordem magnética no material e fazendo com que ele permaneça magnético permanentemente.

Os pesquisadores conseguiram agora combinar as vantagens dos eletroímãs e dos ímãs permanentes no amortecimento de vibrações usando o chamado ímã eletropermanente. "Este é um ímã permanente que também vem com uma bobina," detalha Csencsics. Garantido que a força do ímã permanente esteja na faixa correta, ele não requer nenhuma energia e a plataforma flutuante é mantida no lugar - apenas pequenas medidas corretivas por parte dos atuadores são necessárias para compensar as vibrações.

Mesa de estabilização vista de cima.
[Imagem: A. Pechhacker et al. - 10.1109/TIE.2023.3288176]

Controle ativo de vibrações

Quando a força do ímã permanente já não for adequada, por exemplo porque o peso sobre a plataforma flutuante mudou ou porque precisa ser inclinado, então são utilizados métodos mais drásticos: Um pulso de corrente curto e forte é enviado através da bobina, criando um campo magnético muito forte por um momento e alterando assim também a magnetização do ímã permanente. Ao selecionar a intensidade correta do pulso magnético, o ímã permanente pode ser ajustado para um novo ponto de operação, o qual permanecerá constante doravante sem a necessidade de fornecimento de energia.

E este controle pode ser automatizado: O sistema reconhece automaticamente se ainda está próximo do ponto operacional desejado ou se é necessária uma remagnetização. "Desenvolvemos a tecnologia de controle necessária nos últimos dois anos e ela já está funcionando muito bem," afirmou Csencsics.

Além do controle de espelhos de telescópios, que a equipe usou para demonstração, a tecnologia de amortecimento de vibrações por ímã eletropermanente também pode ser aplicada a outras áreas, como a produção de precisão de chips semicondutores, grandes ópticas de alta qualidade, atuadores adaptativos e tecnologias de medição de precisão.

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