Luz e sombra: quando a ciência imita as artes e a natureza

Por Keli F. Seidel – Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR 

Girassóis, além de serem belas flores, podem despertar certa curiosidade em muitas pessoas devido ao seu comportamento de seguir o sol, chamado fototropismo. Este comportamento faz com que as flores variem sua orientação em relação à luz do sol que incide sobre elas buscando maior iluminação. A natureza sabe explorar este fenômeno muito bem e cientistas há tempos vêm tentando desenvolver materiais capazes de imitar esse comportamento dos girassóis. Por quê? Porque estes materiais poderiam, por exemplo, recobrir painéis fotovoltaicos que são instaladas em nossas casas, capazes de converter a energia solar em energia elétrica. A grande vantagem seria que esses materiais se movimentariam em relação ao movimento do sol de maneira a receber uma maior incidência solar aproveitando, portanto, melhor a luminosidade.

Pesquisadores da área de engenharia e ciências dos materiais da Universidade da Califórnia desenvolveram uma estrutura de material fototrópico capaz de seguir precisamente a direção da luz incidente. Assista ao vídeo superinteressante do link a seguir:

 

A estrutura possui formato de pilares que se curvam na direção da luz incidente. Os cientistas envolvidos na pesquisa descrevem que esta tecnologia pode ser capaz de melhorar muito a eficiência das células solares, janelas inteligentes ou ainda a eficiência de dispositivos solares térmicos, cujo desempenho depende da quantidade de luz que incide sobre eles. A ideia inicial dos pesquisadores foi baseada em materiais já

Figura 1: retirada da referência [1].

conhecidos no meio científico e que possuem a propriedade de encolher quando são aquecidos e expandir quando são resfriados, aos quais foi adicionado um polímero capaz de absorver a luz. O hidrogel que forma estes pilares é composto por mistura de polímeros junto ao chamado negro de fumo ou as nanopartículas de ouro. Com esta mistura, fizeram uma série de pilares minúsculos no tamanho de micrômetros ou até centímetros como se fosse um mini jardim de girassóis (veja Figura 1). Quando a luz de um laser incide sobre os pilares, a luz é absorvida de modo a aquecer a região fazendo com que o material se contraia e se curve na direção da luz. Para exemplificar a utilidade dos mini pilares fototrópicos, pesquisadores fizeram um dispositivo que utiliza o calor da luz solar para evaporar a água, a fim de purificá-la ou dessalinizá-la. O resultado impressionante foi que com este sistema, o dispositivo apresentou um aumento na captação de energia solar em até 400%.

Figura 2: retirada da referência [2].

Outro trabalho interessante relacionado ao estudo da incidência de luz sobre um determinado material busca, na verdade, uma maneira de explorar uma união entre sombra e luz para fornecer energia [2]. Pesquisadores exploraram o contraste entre os pontos brilhantes e sombra para criar uma corrente elétrica que pode alimentar pequenos aparelhos eletrônicos. A vantagem neste trabalho é que através deste contraste de sombra e luz é possível coletar energia em qualquer lugar da Terra, não apenas em espaços abertos sob a incidência da luz solar. Também neste caso, foram explorados materiais que já são velhos conhecidos no meio científico, mas de uma forma diferenciada. Eles usaram uma camada superfina de ouro sobre silício, um material típico de célula solar. Com luz incidindo no silício, elétrons são energizados de modo a se mover do silício para o ouro. Assim, a tensão da parte do metal iluminado aumenta em relação à área escura, e elétrons passam da região de alta para baixa tensão, gerando uma corrente elétrica. Quanto maior o contraste entre claro e escuro (luz e sombra), mais energia o gerador fornece (Figura 2).

Por fim, assim como as artes buscam explorar o contraste entre luz e sombra para realçar belezas em uma foto, ou então, assim como a natureza busca a luz do sol para transformá-la em energia para sua sobrevivência, pesquisadores estão observando tais fenômenos de forma a agregar em tecnologias capazes de beneficiar nosso cotidiano. Essas descobertas trazem grande potencial de avanços tecnológicos para a área de geração de energia limpa. Então, que tal olhar para o horizonte ao seu redor para buscar alguma inspiração para melhorar o seu dia?

Referências utilizadas nesse texto:

  1. Artificial phototropism for omnidirectional tracking and harvesting of light.
  2. Energy harvesting from shadow-effect.

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