Desde que Nikola Tesla vomitou eletricidade em todas as direções com sua bobina em 1891, os cientistas tem pensado em maneiras de enviar energia elanãtrica pelo ar. O sonho écarregar seu celular ou laptop, ou talvez atémesmo um dispositivo de saúde como um marca-passo, sem a necessidade de fios e plugues. A parte complicada éfazer com que a eletricidade encontre o alvo pretendido e fazer com que esse alvo absorva a eletricidade em vez de apenas refleti-la de volta no ar - tudo de preferaªncia sem colocar ninguanãm em perigo ao longo do caminho.

Hoje em dia, vocêpode carregar um smartphone sem fio colocando-o a uma polegada de uma estação de carga. Mas a transferaªncia de energia sem fio de longo alcance utiliza¡vel, de um lado a outro de uma sala ou mesmo atravanãs de um edifa­cio, ainda éum trabalho em andamento. A maioria dos manãtodos atualmente em desenvolvimento envolve focalizar feixes estreitos de energia e direciona¡-los para o alvo pretendido. Esses manãtodos tiveram algum sucesso, mas atéagora não são muito eficientes. E ter focado feixes eletromagnanãticos voando pelo ar éperturbador.

Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Maryland (UMD), em colaboração com um colega da Wesleyan University em Connecticut, desenvolveu uma técnica aprimorada para tecnologia de transferaªncia de energia sem fio que pode prometer transmissão de energia de longo alcance sem energia estritamente focada e direcionada feixes. Seus resultados, que ampliam a aplicabilidade de técnicas anteriores, foram publicados em 17 de novembro de 2020 na revista Nature Communications .

A equipe generalizou um conceito conhecido como "anti-laser". Em um laser, um fa³ton dispara uma cascata de muitos fa³tons da mesma cor disparando em um feixe coerente. Em um anti-laser, ocorre o inverso. Em vez de aumentar o número de fa³tons, um anti-laser absorve de forma coerente e perfeita um feixe de muitos fa³tons ajustados com precisão. a‰ como um laser correndo para trás no tempo.

O novo trabalho, liderado pelo Professor de Fa­sica da UMD Steven Anlage do Quantum Materials Center (QMC), demonstra que épossí­vel projetar um absorvedor perfeito coerente fora da estrutura original do laser reverso no tempo - um relaxamento de algumas das principais restrições em trabalho anterior. Em vez de assumir feixes direcionados viajando ao longo de linhas retas em um alvo de absorção, eles escolheram uma geometria que era desordenada e incapaz de retroceder no tempo.

“Quera­amos ver esse efeito em um ambiente totalmente geral, onde não houvesse restrições”, diz Anlage. "Quera­amos um tipo de ambiente aleata³rio, arbitra¡rio e complexo, e quera­amos fazer com que a absorção perfeita acontecesse nessas circunsta¢ncias realmente exigentes. Essa era a motivação para isso, e noso fizemos."

Anlage e seus colegas queriam criar um dispositivo que pudesse receber energia de uma fonte mais difusa, algo que fosse menos feixe e mais banho. Antes de enfrentar o desafio sem fio, eles configuraram seu anti-laser generalizado como um labirinto de fios para as ondas eletromagnanãticas viajarem. Especificamente, eles usaram microondas, um candidato comum para aplicações de transferaªncia de energia. O labirinto consistia em um monte de fios e caixas conectados de uma forma propositalmente desordenada. As micro-ondas que passassem por esse labirinto ficariam tão emaranhadas que, mesmo que fosse possí­vel reverter o tempo, isso ainda não as desembaraçaria.

Enterrado no meio deste labirinto estava um absorvedor, o alvo para o qual fornecer energia. A equipe enviou microondas de diferentes frequências, amplitudes e fases para o labirinto e mediu como foram transformadas. Com base nessas medições, eles foram capazes de calcular as propriedades exatas das microondas de entrada que resultariam em uma transferaªncia de potaªncia perfeita para o absorvedor. Eles descobriram que, para as microondas de entrada escolhidas corretamente, o labirinto absorveu um número sem precedentes de 99,999% da energia enviada para ele. Isso mostrou explicitamente que uma absorção perfeita coerente pode ser alcana§ada mesmo sem um laser retrocedendo no tempo.

A equipe então deu um passo em direção a  transferaªncia de energia sem fio. Eles repetiram o experimento em uma cavidade, uma placa de latão vários metros em cada direção com um orifa­cio de formato estranho no meio. O formato do orifa­cio foi projetado de forma que as microondas saltassem ao redor dele de uma forma imprevisível e caa³tica. Eles colocaram um absorvedor de energia dentro da cavidade e enviaram microondas para ricochetear no espaço aberto interno. Eles foram capazes de encontrar as condições de microondas de entrada certas para uma absorção perfeita e coerente com eficiência de 99,996%.

O trabalho recente de uma colaboração de equipes na Frana§a e na austria também demonstrou uma absorção perfeita e coerente em seu pra³prio labirinto desordenado de microondas. No entanto, seu experimento não foi tão geral quanto o novo trabalho de Anlage e colegas. No trabalho anterior, as microondas que entram no labirinto ainda seriam desemaranhadas por uma inversão hipotanãtica do tempo. Isso pode parecer uma distinção sutil, mas os autores dizem que mostrar que a absorção perfeita coerente não requer nenhum tipo de ordem no ambiente promete aplicabilidade em praticamente qualquer lugar.

Generalizar técnicas anteriores dessa forma convida a ideias que parecem ficção cienta­fica , como ser capaz de carregar sem fio e remotamente qualquer objeto em um ambiente complexo, como um prédio de escrita³rios, com eficiência quase perfeita. Esses esquemas exigiriam que a frequência, amplitude e fase da energia elanãtrica fossem ajustadas de forma personalizada para alvos específicos. Mas não haveria necessidade de focalizar um feixe de alta potaªncia e aponta¡-lo para o laptop ou telefone - as próprias ondas elanãtricas seriam projetadas para encontrar o alvo escolhido.

"Se tivermos um objeto para o qual queremos fornecer energia, primeiro usaremos nosso equipamento para medir algumas propriedades do sistema", diz Lei Chen, estudante de graduação em engenharia elanãtrica e de computação na UMD e principal autor do artigo . "Com base nessas propriedades, podemos obter os sinais de microondas exclusivos para este tipo de sistema. E eles sera£o perfeitamente absorvidos pelo objeto. Para cada objeto exclusivo, os sinais sera£o diferentes e especialmente projetados."

Embora essa técnica seja muito promissora, ainda hámuito a ser feito antes do advento dos escrita³rios sem fio e sem plug-ins. O absorvedor perfeito depende crucialmente da potaªncia que estãosendo ajustada corretamente para o absorvedor. Uma ligeira mudança no ambiente - como mover o laptop de destino ou aumentar as persianas da sala - exigiria um reajuste imediato de todos os parametros. Portanto, deveria haver uma maneira de encontrar rápida e eficientemente as condições certas para uma absorção perfeita na hora, sem usar muita energia ou largura de banda. Além disso, mais trabalho precisa ser feito para determinar a eficácia e a segurança dessa técnica em ambientes realistas.

Mesmo que ainda não seja hora de jogar fora todos os cabos de alimentação , a absorção perfeita coerente pode ser útil de várias maneiras. Nãoéapenas geral para qualquer tipo de alvo, também não se limita a a³ptica ou microondas. "Nãoestãovinculado a uma tecnologia especa­fica", diz Anlage, "Este éum fena´meno de onda muito geral. E o fato de ser feito em microondas éporque éonde estãoas forças em meu laboratório. Mas vocêpoderia fazer tudo isso com acaºstica, vocêpoderia fazer isso com ondas de matéria, vocêpoderia fazer isso com a¡tomos frios. Vocaª poderia fazer isso em muitos, muitos contextos diferentes. "

Além de Chen e Anlage, Tsampikos Kottos, professor da Wesleyan University, foi coautor do artigo.