Cmara de levitao magntica simula ausncia de gravidade

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Mecnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 22/12/2021

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Esquerda: Esquema do sistema de levitao magntica. direita: Grfico de contorno da energia de reteno de uma amostra de gua colocada no campo magntico, mostrando o tamanho e a forma da regio onde a gravidade equivale a 1% da gravidade da Terra.
[Imagem: Hamid Sanavandi et al. – 10.1038/s41526-021-00174-4]

Levitao magntica

A levitao magntica pode ser forte e controlvel o suficiente para simular o ambiente de microgravidade do espao e de corpos celestes como a Lua e Marte.

claro que a levitao magntica forte o suficiente para levitar trens, grandes equipamentos industriais e at caixas de cmbio de carros, mas nesses casos esto envolvidos dois polos magnticos se opondo, um no trilho e outro no prprio trem.

Hamid Sanavandi e Wei Guo, da Universidade Estadual da Flrida, esto trabalhando com a levitao magntica “livre”, em que os objetos podem ser suspensos no ar e manipulados.

J existem simuladores de microgravidade baseados em levitao magntica, e vrios prottipos j demonstraram sua capacidade de levitar organismos vivos sem causar danos a eles. Eles tm como vantagens a possibilidade de ajustar a fora exata da gravidade e funcionar de modo praticamente ilimitado no tempo.

O inconveniente que a levitao magntica s havia conseguido criar at agora uma gravidade baixa e sobre um volume muito pequeno. Por exemplo, quando o aparelho ajustado para imitar um ambiente com cerca de 1% da gravidade da Terra, o volume funcional de apenas alguns poucos microlitros, o que muito pequeno para experimentos prticos.

Simulador de microgravidade por levitao magntica

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

A tcnica produziu um volume funcional sem precedentes, de mais de 4.000 microlitros em uma bobina compacta, com um dimetro de apenas 8 cm. Quando a corrente eltrica na bobina 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 avano foi obtido usando uma bobina de Maxwell de gradiente de campo no interior do furo central de 120 mm de um m supercondutor – esta configurao foi proposta pelo fsico James Clark Maxwell no sculo 19 para produzir gradientes de campo uniformes no dimetro.

A levitao magntica sempre foi vista como a opo mais barata em termos de simulao de ausncia de gravidade, e o uso do supercondutor no foi capaz de tirar completamente essa vantagem. Segundo Sanavandi, isso deve ao fato de que seu simulador de microgravidade pode ser fabricado usando supercondutores j existentes no mercado, conhecidos como ReBCO (xido de cobre e brio derivado de terras raras).

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O volume til da cmara de microgravidade 1.000 vezes maior do que havia sido alcanado at agora.
[Imagem: Hamid Sanavandi et al. – 10.1038/s41526-021-00174-4]

Usos para levitao magntica

A reduo da gravidade afeta os organismos biolgicos de vrias maneiras. Entre os efeitos conhecidos est a inibio do crescimento celular, levando a uma perda de massa ssea e muscular suficiente para prejudicar a sade dos astronautas. Em sistemas fsicos, a microgravidade pode afetar as bolhas de cavitao, a transferncia de calor em fluidos e a dinmica de espalhamento de propelentes criognicos nas espaonaves. Na pesquisa de materiais, os efeitos da reduo da gravidade incluem mudanas na maneira como os cristais crescem e as ligas metlicas se formam.

Pesquisar isso hoje exige mandar as amostras para o espao, o que caro e demorado. Existem alternativas, como fazer os experimentos dentro de um foguete de sondagem ou em um avio em voo parablico, mas nenhum deles perfeito para os experimentos de laboratrio, que tipicamente precisam ser repetidos exausto. Assim, praticamente a nica alternativa que resta so as torres de queda livre, mas que so caras de construir.

Assim, a simulao de microgravidade por levitao magntica se coloca agora como uma alternativa real e prtica, ao alcance da maioria dos laboratrios ao redor do mundo, permitindo realizar uma variedade de experimentos de fsica, medicina e biologia com vistas a futuras misses espaciais.

“O fato de que nosso projeto SLM [Simulador de baixa gravidade por Levitao Magntica] oferece um volume funcional cerca de trs 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 usado para emular gravidades reduzidas em ambientes extraterrestres, como na Lua ou em Marte, o volume funcional resultante grande o suficiente para acomodar at mesmo plantas pequenas, tornando esta uma ferramenta interessante para pesquisas mdicas e de biologia.”

Bibliografia:

Artigo: A magnetic levitation based low-gravity simulator with an unprecedented large functional volume
Autores: Hamid Sanavandi, Wei Guo
Revista: Microgravity
Vol.: 7, Article number: 40
DOI: 10.1038/s41526-021-00174-4

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