(Phys.org) —A levitação magnética foi demonstrada para uma variedade de objetos, de trens a sapos, mas até agora ninguém desenvolveu um atuador prático baseado em maglev que converta alguma fonte externa de energia em movimento. Agora em um novo estudo, pesquisadores, pela primeira vez, usaram um laser para controlar o movimento de um disco de grafite em levitação magnética. Ao alterar a temperatura do disco, o laser pode alterar a altura de levitação do disco e movê-lo em uma direção controlada, que tem o potencial de ser ampliado e usado como um sistema de transporte humano movido a luz. A luz do laser ou a luz solar também podem fazer com que o disco em levitação gire a mais de 200 rpm, o que poderia levar a um novo tipo de sistema de conversão de energia luminosa.

Os pesquisadores, Dr. Masayuki Kobayashi e Professor Jiro Abe da Aoyama Gakuin University em Kanagawa, Japão (Abe também está no CREST, Agência de Ciência e Tecnologia do Japão em Tóquio), publicaram seu estudo sobre o controle óptico do movimento da grafite maglev em uma edição recente da Jornal da American Chemical Society .

"O ponto mais importante neste trabalho é a conquista de uma técnica de controle de movimento em tempo real que pode mover um material diamagnético levitando magneticamente sem contato pela primeira vez no mundo, "Abe disse Phys.org . "Como essa técnica é muito simples e fundamental, espera-se que se aplique a várias técnicas da vida diária, como sistemas de transporte e diversão, bem como foto-atuadores e sistemas de conversão de energia luminosa. "

Como explicam os pesquisadores, a levitação magnética ocorre devido ao diamagnetismo de um objeto, que repele campos magnéticos. Embora todos os materiais tenham algum diamagnetismo, geralmente é muito fraco para permitir que levitem magneticamente. A levitação magnética ocorre apenas quando as propriedades diamagnéticas de um material são mais fortes do que suas propriedades ferromagnéticas e paramagnéticas (que atraem campos magnéticos). Um dos materiais diamagnéticos mais fortes é o grafite.

Para levitar magneticamente, a força magnética total de um objeto não deve ser apenas repulsiva, mas a repulsão também deve ser mais forte do que a força da gravidade. A altura em que um material diamagnético levita pode ser controlada por dois fatores:o campo magnético aplicado e as próprias propriedades diamagnéticas do material. A posição de levitação de materiais diamagnéticos foi previamente controlada pela alteração do campo magnético aplicado, mas até agora ninguém controlou com sucesso o movimento maglev da segunda maneira, alterando as propriedades diamagnéticas do material com um estímulo externo, como temperatura, luz, ou som.

Aqui, os pesquisadores fizeram exatamente isso usando um laser para controlar reversivelmente a temperatura de um disco de grafite que levita sobre um bloco de ímãs permanentes. Eles demonstraram que, conforme a temperatura do grafite aumenta, sua altura de levitação diminui, e vice versa. Os pesquisadores explicam que a mudança na temperatura provoca uma mudança na susceptibilidade magnética do grafite, ou o grau em que sua magnetização reage a um campo magnético aplicado. Em um nível atômico, o laser aumenta o número de elétrons excitados termicamente no grafite devido ao efeito fototérmico. Quanto mais desses elétrons, quanto mais fracas as propriedades diamagnéticas do grafite e menor sua altura de levitação.

Além de controlar a altura da grafite maglev, os pesquisadores descobriram que também podiam fazer o grafite se mover em qualquer direção e girá-lo mudando o local de irradiação. Considerando que o laser foi apontado bem no centro do disco de grafite ao controlar sua altura, mirar na borda do disco muda a distribuição de temperatura, e, portanto, a distribuição de susceptibilidade magnética, de forma que a força de repulsão se desequilibra e o grafite se move na mesma direção do feixe de luz.

Para girar o disco de grafite levitando, os pesquisadores substituíram os ímãs retangulares em forma de prisma sob o disco por uma pilha de ímãs em formato cilíndrico, e novamente apontou o laser para a borda do disco. A distribuição distorcida da temperatura faz com que o disco de grafite em levitação gire, com a direção e velocidade de rotação dependendo do local de irradiação. A rotação também ocorre quando a configuração é exposta à luz solar. Ao converter energia solar em energia rotacional, o disco pode atingir uma velocidade de rotação de mais de 200 rpm, o que pode torná-lo útil para aplicações como turbinas acionadas opticamente.

Os pesquisadores prevêem que a capacidade de controlar o movimento baseado em maglev com um laser pode levar ao desenvolvimento de atuadores baseados em maglev e sistemas de conversão de energia solar fototérmica. Os aplicativos podem incluir um baixo custo, sistema de geração de energia ecologicamente correto e um novo tipo de sistema de transporte movido a luz.

"Neste momento, estamos planejando desenvolver uma lâmina de turbina maglev adequada para este sistema, "Abe disse." Neste caso, prevê-se que o atrito atrapalhe a rotação da turbina maglev. Portanto, gostaríamos de desenvolver um sistema de conversão de energia luminosa com alta eficiência de conversão de energia com referência à técnica denominada MEMS (Sistemas Microeletromecânicos).

"Quanto ao atuador, o grafite maglev pode transmitir qualquer coisa que tenha quase o mesmo peso que o disco de grafite levitando. Então, se a expansão de escala do sistema foto-atuador for alcançada, não é um sonho que um humano no grafite maglev possa dirigir sozinho. "

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