O Motor Gravítico

Nesta seção, estarei desenvolvendo melhor a ideia do Motor Gravítico, Idea #147.

O Motor Gravítico é sobre conseguir pequenos deslocamentos (talvez menores que 1mm), de maneira barata. Não posso prometer que realmente funcione, ou que atinja estes deslocamentos porque pelo meu conhecimento ninguém já tentou construir uma máquina assim. O motor não é necessariamente superior a outras maneiras mais convencionais de conseguir pequenos deslocamentos, exceto talvez que você possa construí-lo com coisas que encontra na loja de ferragens da esquina. As pessoas têm usado barras roscadas e até motores piezoelétricos para conseguir deslocamentos pequenos, com bastante sucesso.

A história do Motor Gravítico é mais ou menos assim. Sempre fui fascinado pela noção de manipular pequenas coisas, coisas na escala nanométrica, apesar de não possuir o conhecimento necessário (em termos de Mecânica Quântica) para fazê-lo. Construir coisas com os próprios blocos fundamentais da natureza, átomos ou moléculas, deve ser algo divino. Sempre esteve no topo dos meus objetivos de Pesquisa. É claro que Star Trek teve seu papel nesta minha fantasia, com as nanosondas Borg e tudo aquilo mais.

Mas ao mesmo tempo, aplicações quânticas estão realmente distantes de mim e do próximo homem comum. Tudo parece precisar de equipamentos de laboratório altamente sofisticados, que para dizer a verdade, nem sei se existem aqui no Brasil. Então, é presunçoso considerar que você vai manipular nanoestruturas em sua garagem. Mas a vontade de investigar isto persistiu, e comecei a buscar ativamente maneiras de conseguir pequenos deslocamentos. Bom é isso. Vamos pular para a ideia. 

Na imagem da esquerda, vemos como seria esta máquina. Não se incomode se não conseguir ler o texto, estarei guiando você. É uma estrutura no formato de H, alta, feita com canos PVC. Você deve usar aqueles canos roscados (não os soldáveis), porque aí fica fácil de desmontar tudo.  

Existem seções retas de cano e conectores do tipo T. Nas bases também têm aqueles adaptadores que aumentam o tubo. Fiz um upgrade no design de maneira que os tubos se largam na base. Isto aumenta a autonomia do Motor Gravítico, como discutiremos depois. Nos dois canos da base existem tampas (essas tampas selam o tubo, não deixam a água vazar). Os tubos da parte de cima todos tem o mesmo diâmetro, e o tubo com a torneira pode ser um pouco mais fino, opcionalmente. Os tubos das colunas do H são abertos no topo, e você pode aumentá-los um pouco na saída, ou por um funil, como mostrado na imagem.

O cano horizontal de baixo é realmente só um cano com uma torneira plástica, nada mais.

No tubo horizontal de cima existe algo dentro do tubo, que você vai colocar lá. Esta é a boia. A boia é um pedaço de material de um material de baixa densidade que se move para frente e para trás um pouco dentro do tubo horizontal. Existe um furo neste tubo, na parte de cima da boia. Este furo é necessário para que possamos fixar uma mesa a boia, com um pino ou parafuso. O buraco tem exatamente a largura na qual você precisa que a mesa se mova. 

No topo desta mesa movente, você coloca o que você vai trabalhar usando o Motor Gravítico. A boia é besuntada de óleo ou graxa, para reduzir o atrito o máximo possível. Ela se move bem colada no tubo horizontal. Idealmente, não haveria passagem de água de um lado do tubo horizontal para o outro. Não se sabe no presente momento se isto iria se confirmar em uma construção de verdade.

No topo de cada uma das colunas, há dispositivos que soltam bolinhas ou pedrinhas. Estes soltam, por comando wireless, uma única bolinha de tamanho padrão. Algum esforço precisa ser feito para projetar este dispositivo, e não é incluído aqui. Alternativamente, você pode despejar areia fina. 

As colunas são preenchidas com água até certo nível. Você não quer enchê-las demais. Na verdade, você quer enchê-las até um pouco acima do tubo horizontal superior. 

Durante a operação, você iria colocar suas amostras na mesa, e uma ferramenta ou atuador iria agir nelas. Pense neste atuador como um microscópio, uma ferramenta de pegar-e-largar, ou uma broca, apenas como exemplo. Quando você quiser que a mesa se mova para a direita, você solta uma pedrinha na coluna da esquerda. Isto sobe o nível da água um pouco, e buscando equilibrar a pressão, a boia se move para a direita para igualar as coisas. A mesa anda um pouco para a direita. Se você quiser que a mesa se mova para a esquerda, solte uma pedra na coluna da direita. 

Um dia de operação pode envolver muitos movimentos individuais para a direita ou esquerda. No final, as pedrinhas se acumularam na base do tubo, até chegar o ponto em que você vai ser forçado a tirar a água, meio que desmontar os canos e tirar as pedrinhas. Preencha de novo com água, e você está pronto para começar a brincadeira toda de novo.

Na realidade, alguns cálculos envolvendo física bastante ingênua indicaram que esta máquina tem um menor deslocamento possível, e que isto tem a ver com o atrito da boia. Como o atrito depende do peso das coisas que você põe sobre a mesa, você acaba só conseguindo trabalhar com coisas leves. Isto é um verdadeiro inconveniente do Motor Gravítico. Mas faz sentido no final, pois em geral quando se trabalha com pequenos deslocamentos, você está trabalhando com coisas peso-pena.

Adicionei painéis de vidro ao redor da máquina e dispositivos anti-vibração ao aparato. Você pode ir realmente profissional aqui e fazer vácuo parcial na câmara toda, também.

No início, parecia fazer sentido usar pequenas gotas d'agua ao invés de areia. Mas rapidamente percebi que você não consegue fazer pequenas gotas de água, de verdade. Você está limitado aquelas microgotas que se usam em dispositivos tipo de soro intravenoso, usado em aplicações médicas. Então partículas sólidas devem funcionar melhor.

Detalhe do cano horizontal de cima, mostrando a boia dentro do buraco na superfície do cano de PVC. 

Agora , na imagem da esquerda, você pode ver o que seria uma versão de dois eixos do Motor Gravítico. Você está vendo uma visão do topo, cada círculo é um dos canos de PVC da base. a ideia é manter cada par de motores sincronizado, para cada pedra solta em uma coluna de um motor, você soltaria outra também na coluna da frente. O detalhe do lado a direita (uma vista explodida) mostra como é a peça em baixo da mesa, como os dois eixos se cruzam permitindo movimento independente. Pode ser possível, embora bastante grande, chegar também a um setup do tipo Gantry para o motor.

Possíveis aplicações (atuadores):

Variação #1: Fixe duas molas independentes em cada lado da boia, dentro do tubo, que são fixadas na lateral das colunas, de forma a amortecer oscilações.

Variação #2: Considerei uma vez que você poderia usar um ímã como o flutuador, e pegar o movimento para a mesa por interação magnética. Isto iria ter a vantagem de não ter que fazer o furo no cano PVC. É uma solução bastante elegante, posso dizer. O ímã ficaria em posição por molas.

Variação #3: Use silica aerogel na boia (bem profissional).

Seção de Dicas

Se você estiver se sentindo corajoso o bastante, venha comigo para a Seção Matemática do Motor Gravítico, onde discutiremos a matemática das coisas aqui.

BANNER IMAGE CREDITS: ESA/Hubble & NASA, A. Filippenko, R. Jansen 

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