Atrito que esfria: Fenômeno inusitado “esfria” robôs sem energia externa

Mecnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 01/09/2025

Entendendo o atrito

Se voc j esfregou as mos durante o inverno ou observou os discos de freio incandescentes de um carro de corrida antes da curva, ento sabe bem que o atrito gera calor. Logo, o atrito consome energia.

E isso til por muitos motivos: Basta pensar no atrito dos pneus de um veculo com a estrada, ou do solado dos seus sapatos com o piso – sem o atrito, nem voc e nem o carro sairiam do lugar. Na verdade, dois corpos slidos, um sobre o outro, no se movero mesmo quando ligeiramente inclinados, j que o atrito esttico os mantm unidos. Somente quando um ngulo crtico de inclinao atingido, o de cima desliza, quando o atrito esttico superado pela fora da gravidade.

Os fsicos se referem a isso como atrito esttico “seco” (sem lubrificante), tambm conhecido como atrito de Coulomb. Eles tambm dizem que um objeto em repouso est “frio”, enquanto uma partcula em movimento est “quente”. O atrito esttico, portanto, causa o resfriamento das partculas ativas.

Agora, Alexander Antonov e colegas das universidades de Dusseldorf (Alemanha) e Sapienza (Itlia) descobriram um modo de inverter essa dinmica, fazendo com que o atrito esfrie os objetos. Isto possvel interrompendo sua dinmica de forma autossustentvel, ou seja, o resfriamento acontece por si s, sem depender de um “sugador” de calor externo.

Eles testaram seu novo mecanismo usando pequenos robs: O fenmeno remove a energia cintica dos robs aps uma coliso mtua de forma to eficiente que eles no conseguem mais se colocar em movimento.

Resfriamento autnomo

O efeito do atrito de Coulomb no movimento importante em muitos cenrios prticos. Por exemplo, quando necessrio descarregar um silo, fazendo os gros armazenados l dentro flurem para fora, o modo mais eficiente de fazer isso agitando os gros. Funciona mais ou menos bem, porque a fora motriz, ou “atividade” gerada, no constante, mas flutuante.

Isso quer dizer que os gros assumem um movimento complexo de parada e avano, em que uma partcula se move at ser desacelerada por uma flutuao desfavorvel aleatria, sendo ento parada pelo atrito esttico. Mas logo o chacoalhar faz novamente seu trabalho e o gro recomea a se mover quando recebe a prxima flutuao favorvel.

A equipe estudou esse mecanismo usando a robtica de enxame, uma configurao em que pequenos robs muito simples interagem de modo dinmico para criar uma espcie de matria ativa, o que permite simular muitas coisas do mundo real, incluindo os gros em um silo.

O que est em jogo so os processos de resfriamento, comuns na natureza, onde so tipicamente gerados pelo contato externo com um ambiente frio – de acordo com as leis da termodinmica, a temperatura final de um sistema determinada pela temperatura do ambiente.

Mas o que a equipe descobriu um fenmeno de resfriamento interno espontneo, que ocorre sem contato externo – um resfriamento autnomo.

Quando o quente convive com o frio

Em um experimento de demonstrao, centenas de minirrobs impressos em 3D corriam soltos, movidos por uma placa vibratria vertical. Ao se movimentar, os robs do enxame, claro, colidiam continuamente uns com os outros.

Dada a alta densidade de partculas (os robs) e a baixa fora motriz, prxima ao limiar de superao do atrito de Coulomb, esse atrito esttico reinava durante as colises, fazendo com que as partculas parassem de se mover repetidamente. Com o tempo, isso leva formao de aglomerados de robs que no se movem mais. Ou seja, os robs ficam “frios”, como se a energia que entra no sistema pelo chacoalhar da placa fosse anulada.

Em outras palavras, no necessria nenhuma interveno externa para resfriar o sistema – os prprios robs se resfriam por meio das colises, ou, visto de outro modo, devido ao atrito.

“Curiosamente, com grandes aglomerados que mudam dinamicamente, surge uma configurao mista na qual reas frias coexistem com reas quentes. Em equilbrio, isso impossvel, pois tais diferenas de temperatura se cancelariam imediatamente por meio de colises,” acrescentou o professor Hartmut Lowen.

Para entender isso, a equipe se desdobrou em simulaes de computador at chegar a comportamentos capazes de reproduzir o experimento. “Conseguimos o que muitos fsicos tericos sonham: Entender o mecanismo fsico por trs de um fenmeno experimental e, posteriormente, reproduzi-lo em simulaes numricas de computador,” disse Antonov.

“Esse efeito de resfriamento inesperado poder ser usado no futuro para controlar automaticamente exrcitos inteiros de robs, ou o comportamento coletivo de materiais a granel, sem interveno externa,” concluiu o professor Lowen.

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