Já imaginou carregar o celular no wi-fi? Cientistas descobriram como

Imagine um acessório que absorve radiação do ambiente e usa essa energia para carregar seu smartphone, sem fios. Você nunca mais ficaria sem bateria! Isso já existe, pelo menos na academia. Cientistas do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts) projetaram uma tecnologia capaz de converter ondas Terahertz (THz) em corrente contínua —uma forma de eletricidade capaz de alimentar nossos aparelhos eletrônicos.

Qualquer dispositivo que envia sinal de wi-fi também emite muita radiação Terahertz (ondas eletromagnéticas de alta frequência, posicionadas entre micro-ondas e infravermelho no espectro).

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Conhecidos como raios-T, eles na verdade são produzidos por quase tudo que registra temperatura, incluindo nossos corpos e os objetos inanimados ao nosso redor.

Apesar de muito presentes no nosso dia a dia, até hoje, as ondas Terahertz são energia desperdiçada, pois não há maneira prática de capturá-las e convertê-las em fonte alternativa de energia.

O projeto do MIT explora a mecânica quântica, ou o comportamento atômico, do grafeno. Eles descobriram que, ao combiná-lo com outro material —neste caso, o nitreto de boro —, seus elétrons podem se mover em uma mesma direção. Os raios-T do ambiente "transportam" esses elétrons através do grafeno, fluindo como uma corrente contínua.

Os pesquisadores publicaram os resultados no jornal Science Advances, e agora estão estudando uma maneira de transformar este projeto em um dispositivo físico.

"Estamos rodeamos de ondas eletromagnéticas na faixa Terahertz", diz o autor principal, Hiroki Isobe, no comunicado do MIT. "Se conseguirmos converter essa energia em uma fonte de energia que possamos usar em nossa vida diária, isso nos ajudaria a aliviar os desafios energéticos que enfrentamos."

Como eles conseguiram?

Na última década, cientistas têm se debruçado na questão energética. Diversas pesquisas tentam encontrar maneiras de aproveitar a energia ambiente, convertendo-a em eletricidade utilizável. Foram desenvolvidos diversos retificadores - aparelhos que transformam a corrente oscilante (alternada) das ondas eletromagnéticas em corrente contínua.

A maioria deles converte ondas de baixa frequência, como as de rádio. É usado um circuito com diodos, para gerar um campo elétrico, que consegue direcionar as ondas através do dispositivo como corrente contínua. Esses retificadores ainda não conseguiram contemplar a faixa Terahertz.

Algumas tecnologias experimentais tiveram sucesso em transformar raios-T em corrente contínua, mas apenas a temperaturas ultrafrias - algo impossível de aplicar em nosso dia a dia.

O diferencial do projeto do Dr. Isobe é não precisar nem de um campo elétrico externo e nem de mudanças na temperatura ambiente. Ao abordar o nível da mecânica quântica, os elétrons do próprio material poderiam ser induzidos a fluir em uma mesma direção, para direcionar as ondas Terahertz que chegam a uma corrente contínua.

Esse material precisaria ser muito limpo, sem qualquer impureza. Foi escolhido o grafeno - uma das formas cristalinas do carbono, primo do grafite e do diamante. Ele é considerado o material mais forte, leve, fino e melhor condutor do mundo, e pode ser produzido em laboratório a custos baixos.

Mas, para que seus elétrons fluíssem em uma mesma direção, seria preciso quebrar a simetria do material, conhecida como "inversão".

Normalmente, os elétrons do grafeno sofrem uma força igual entre cada um deles. Isso significa que qualquer energia que entra dispersa os elétrons em todas as direções, simetricamente. Os pesquisadores procuraram maneiras de quebrar a inversão e induzir um fluxo assimétrico de elétrons, em resposta à energia que chega ao grafeno.

Posicionado sobre uma camada de nitreto de boro ­- composto por dois tipos de átomos, boro e nitrogênio -, o grafeno perde o equilíbrio: a força sentida pelo elétron depende se ele está mais perto do nitrogênio ou do boro. Assim, cria-se o efeito chamado "dispersão de inclinação" (skew scattering), em que os elétrons se inclinam e fluem na mesma direção.

A equipe do MIT desenvolveu um modelo teórico para estudar todas as maneiras que o grafeno poderia se dispersar nesse arranjo com o nitreto de boro, e como os elétrons afetariam qualquer onda eletromagnética que chegasse, particularmente aquelas da frequência Terahertz.

Eles descobriram que os elétrons são direcionados pelos raios-T, e esse movimento de inclinação gera corrente contínua, se o grafeno for relativamente puro. Se houver muitas impurezas, elas agiriam como obstáculos no caminho da nuvem de elétrons, que se espalhariam em todas as direções. Com a oscilação, a energia Terahertz se perderia.

Por que isso é importante?

O estudo mostrou que, quanto mais forte a energia Terahertz que chega, mais dessa energia pode ser convertida em corrente contínua. Isso quer dizer que um dispositivo que transforme raios-T também deve incluir uma maneira de concentrar essas ondas previamente.

Assim, os pesquisadores desenvolveram um projeto de um retificador de Terahertz. Ele é formado por um pequeno quadrado de grafeno, posicionado sobre um substrato de nitreto de boro, com uma antena por cima. A antena coletaria e concentraria a radiação Terahertz ambiente, amplificando seu sinal o suficiente para convertê-lo em corrente contínua.

"Funciona de maneira muito parecida a uma célula fotovoltaica, com exceção da diferente faixa de frequência. Passivamente, o aparelho vai coletando e convertendo a energia ambiente. Este trabalho em escala atômica nos abrirá muitas possibilidades", diz o coautor Liang Fu.

A equipe já patenteou o projeto e agora está trabalhando com outros cientistas do MIT para desenvolver o protótipo. "Ele deve funcionar a temperatura ambiente, o que permitirá seu uso em diversas aplicações portáteis e cotidianas", garante Isobe.

Ele acredita que, em um futuro próximo, retificadores de Terahertz possam ser usados até para carregar via wireless o marca-passo de um paciente, sem precisar de uma cirurgia para troca de bateria. Também seriam usados no nosso dia a dia, por exemplo, convertendo os sinais de Wi-Fi do ambiente para carregar eletrônicos pessoais como laptops e smartphones.