Cientistas afirmam que este motor alcança uma eficiência de 100% através do aproveitamento de flutuações térmicas em escala microscópica, algo nunca antes alcançado.
Uma equipa de cientistas afirma ter desenvolvido um motor que rompe com mais de dois séculos de compreensão das Leis da Termodinâmica que regem a física desde os tempos de Isaac Newton. Chamam-lhe «Gambling Carnot Engine» — que pode ser traduzido literalmente como motor do acaso de Carnot — e, de acordo com o investigador principal do estudo publicado na prestigiada revista científica Physical Review Letters, consegue 100% de eficiência sem quebrar a segunda lei da termodinâmica, graças ao funcionamento dos processos físicos à escala microscópica.
Segundo Roldán, o termo «gambling» (aposta) deve-se ao facto de se assemelhar 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. «O motor utiliza o acaso, como num jogo de cartas, mas seguindo sempre critérios rigorosos e medidas de retroalimentação em tempo real», esclarece Roldán do Centro Internacional Abdus Salam de Física Teórica à publicação Phys.org.
Flutuações térmicas naturais
A chave para este avanço está no facto de o motor não funcionar com vapor ou grandes pistões, mas sim com uma minúscula partícula de plástico suspensa em água, capturada e movida porraios laser. Ao contrário dos motores clássicos, o Gambling Carnot Engine aproveita as flutuações térmicas naturais que fazem com que as partículas microscópicas se movam aleatoriamente.
O sistema observa constantemente a posição da partícula e, quando ocorre o evento adequado — a partícula cruzar 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 aproveitamento do acaso é inspirado no paradoxo de Maxwell, usando um “demónio” ou controlador externo. A máquina pode escolher o momento ideal para intervir, exatamente como o jogador de blackjack escolhe quando parar ou pedir carta para ganhar mais em cada mão. O resultado é que, no limite de ciclos muito lentos e com controlo suficiente sobre o sistema, o motor converte toda a energia térmica absorvida em trabalho útil, atingindo a eficiência teórica de 100%.
No entanto, o truque está em como se mede a eficiência. Roldán e a sua equipa explicam que o seu sistema respeita as leis da física clássica e que, falando apenas do processo estritamente térmico, sem contar o gasto no processamento das informações necessárias, é possível ultrapassar o famoso limite de Carnot. «Se adicionarmos ao cálculo o custo de apagar ou processar todas as informações recolhidas, então o rendimento total volta a respeitar os limites clássicos», salienta o investigador.
Escala microscópica
Em termos práticos, esta tecnologia estaria limitada, por enquanto, a aplicações em escala microscópica, como a criação de nanomáquinas ou motores minúsculos em laboratórios e na medicina. Mas o facto de as experiências e simulações terem sido realizadas com parâmetros reais sugere que poderemos ver protótipos funcionais em breve. O principal desafio, segundo explicam os autores, será desenvolver sistemas de deteção e controlo a frequências superiores a 100 000 medições por segundo para aplicar a estratégia ideal.
Se este paradigma for confirmado em laboratório, a possibilidade de obter motores ou geradores que aproveitem melhor a desordem microscópica poderá revolucionar a eficiência dos dispositivos em 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 designs realistas onde antes parecia impossível», conclui Roldán.
