A maioria das tecnologias hoje depende de dispositivos que transportam energia na forma de luz, rádio, ou ondas mecânicas. Contudo, esses canais guias de ondas são suscetíveis a distúrbios e danos, seja na fabricação ou após serem implantados em ambientes hostis.

Pesquisadores da Grainger College of Engineering da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign demonstraram experimentalmente uma nova maneira de transportar energia, mesmo através de guias de ondas com defeito, e mesmo que o distúrbio seja um fenômeno temporário. Este trabalho pode levar a dispositivos muito mais robustos que continuam a operar apesar dos danos.

Gaurav Bahl, professor associado em ciência mecânica e engenharia, e Taylor Hughes, professor de física, publicou suas descobertas em Nature Communications . Este importante trabalho foi liderado pelo pesquisador de pós-doutorado Inbar Grinberg, também em ciência mecânica e engenharia.

Seu artigo, "Bombeamento temporal robusto em um isolador topológico magneto-mecânico, "detalha a demonstração de uma bomba topológica, um sistema que produz sob demanda, transporte robusto de energia mecânica quando é acionado periodicamente no tempo. Os pesquisadores construíram a bomba topológica usando um material artificial magneto-mecânico unidimensional, composto de molas, massas, e ímãs.

A inspiração para a bomba veio do trabalho do físico ganhador do prêmio Nobel David Thouless em 1983, em que ele propôs um esquema para alcançar o transporte quantizado de partículas individuais, por exemplo. elétrons, através de um potencial periódico, por exemplo. uma cadeia de átomos. O princípio básico é tornar gradual, modulações periódicas da estrutura da cadeia em função do tempo. Na conclusão de cada período do ciclo de bombeamento, uma única partícula deve entrar na cadeia em uma extremidade, e, simultaneamente, uma única partícula deve sair da outra extremidade da cadeia. Isso ocorre de forma confiável mesmo se a cadeia de átomos apresentar alguma desordem moderada.

Este tipo de sistema é denominado bomba porque sua descrição técnica evoca a visão de um Parafuso de Arquimedes, uma bomba d'água de manivela com referências históricas que datam do antigo Egito.

Os pesquisadores da Grainger pegaram a ideia de Thouless e a implementaram em uma bomba topológica mecânica. Uma distinção notável é que sua bomba transporta energia mecânica, não partículas ou água, em toda a cadeia em um período do ciclo de bombeamento. Além disso, a bomba opera com sucesso mesmo se a corrente tiver uma quantidade significativa de desordem no espaço ou no tempo. Para completar a analogia com uma bomba de parafuso de água, os pesquisadores acionaram sua demonstração com um eixo de manivela giratório.

"Em última análise, gostaríamos de estender esta demonstração para produzir guias de onda resilientes semelhantes para luz, som, e eletricidade, "explicou Bahl." O sonho é colocar um sinal em uma extremidade de um canal unidimensional, e ter transporte garantido para a outra extremidade, de forma robusta, sempre que o usuário desejar. Acreditamos que as bombas topológicas são uma ótima maneira de fazer isso. "

As linhas de fibra óptica e cobre formam a espinha dorsal de todas as nossas tecnologias de comunicação. Atualmente, danos moderados ao longo de tais canais de comunicação - por exemplo, qualquer coisa, menos desconexão completa - pode reduzir a intensidade do sinal e até mesmo produzir reflexos indesejáveis, o que afeta negativamente a quantidade de dados que esses canais podem transportar.

A equipe de pesquisa acredita que o bombeamento topológico pode ser uma ótima solução nesses cenários.