E se um objecto de metal cheio de buracos conseguisse, ainda assim, flutuar na água? Parece contrariar o senso comum, mas uma investigação recente mostra que é possível.
Mais de um século depois do afundamento do Titanic, continua a haver uma procura activa por soluções mais eficazes para impedir que navios e outras estruturas flutuantes acabem por submergir.
Uma equipa de investigação da University of Rochester (URochester) deu agora mais um passo nesse sentido. Os cientistas desenvolveram tubos metálicos que se recusam a afundar, mesmo após danos intensos e depois de permanecerem submersos durante longos períodos.
Transformar um material comum
O trabalho foi realizado no Institute of Optics da URochester. O estudo foi coordenado por Chunlei Guo, investigador sénior no Laboratory for Laser Energetics (LLE).
A equipa partiu de tubos de alumínio comuns. Em vez de alterar o formato ou introduzir espuma no interior, os investigadores concentraram-se na superfície interna de cada tubo.
Recorrendo a uma técnica especial com laser, gravaram no metal pequenas cavidades e texturas. Essas marcas existem à escala microscópica e nanométrica, demasiado pequenas para serem vistas a olho nu.
Ao criar esta rugosidade controlada, a superfície passa a produzir um efeito muito forte: a água deixa de aderir com facilidade. Esta característica é conhecida como super-hidrofobicidade, ou seja, uma capacidade extrema de repelir água.
Ar aprisionado mantém o tubo metálico a flutuar
Quando o tubo tratado é colocado na água, acontece algo fora do normal. Em vez de a água entrar e ocupar o espaço oco, mantém-se no exterior. Assim, fica retida uma bolsa de ar no interior. É esse ar aprisionado que torna o tubo leve e flutuante.
Como o ar pesa muito menos do que a água, o tubo evita encher e afundar enquanto a bolha de ar se mantiver lá dentro.
O princípio tem paralelos claros na natureza. As aranhas de campânula de mergulho transportam bolhas de ar para debaixo de água para conseguirem respirar. Já as formigas-de-fogo unem-se e retêm ar para formar jangadas flutuantes durante cheias.
“Importantly, we added a divider to the middle of the tube so that even if you push it vertically into the water, the bubble of air remains trapped inside and the tube retains its floating ability,” diz Guo.
Esse separador é determinante: ajuda a manter a bolsa de ar no lugar, mesmo quando a água exerce pressão intensa e a partir de várias direcções.
Metal para navios que não se afunda
Em muitos objectos flutuantes, basta surgirem fendas ou buracos para o ar ser substituído por água, levando ao afundamento. Aqui, isso não acontece. Mesmo quando o tubo é severamente danificado, a superfície super-hidrofóbica continua a afastar a água.
“We tested them in some really rough environments for weeks at a time and found no degradation to their buoyancy,” diz Guo.
“You can poke big holes in them, and we showed that even if you severely damage the tubes with as many holes as you can punch, they still float. If you severely damage the tubes with as many holes as you can punch, they still float,” diz Guo.
Este desfecho apanhou muitos investigadores de surpresa. Em condições normais, buracos significam falha; neste caso, porém, o ar permanece protegido pelo revestimento interno que repele água.
Maior estabilidade em água agitada
Guo e o seu grupo já tinham demonstrado dispositivos flutuantes super-hidrofóbicos em 2019.
Nesse modelo anterior, o sistema era composto por dois discos planos repelentes de água selados entre si. Funcionava bem em água calma, mas inclinavações muito acentuadas criavam um problema: em ângulos extremos, o ar podia escapar.
O desenho em tubo contorna essa limitação. A forma cilíndrica prende o ar com mais segurança e resiste melhor à agitação provocada pelas ondas. Nos ensaios, os tubos foram colocados em condições de água agitada semelhantes às do oceano. Passaram semanas sem perder capacidade de flutuação.
Este avanço torna o conceito muito mais plausível para utilização no mundo real.
De tubos flutuantes a plataformas maiores
Um único tubo consegue flutuar, mas vários tubos em conjunto abrem novas possibilidades. A equipa ligou diversos tubos para construir jangadas.
Em testes laboratoriais, essas jangadas mantiveram-se estáveis e conseguiram suportar peso. Durante as experiências, os tubos atingiram comprimentos de quase meio metro.
Para Guo, aumentar a escala não parece ser um obstáculo significativo. Versões maiores poderiam sustentar equipamento pesado, pessoas ou estruturas. Entre as aplicações possíveis estão navios, plataformas flutuantes, bóias e infra-estruturas offshore.
Um papel na energia limpa
A investigação também aponta para aplicações em energias renováveis. Jangadas feitas com estes tubos conseguem mover-se com as ondas, e esse movimento gera energia mecânica. Se forem acoplados dispositivos adequados, o vaivém das ondas pode ser convertido em electricidade.
A energia das ondas continua a ser um recurso renovável pouco aproveitado. Esta tecnologia de flutuação poderá ajudar a captar energia em oceanos e rios de forma mais durável.
O estudo demonstra como pequenas alterações na superfície podem produzir efeitos muito grandes. Um tubo metálico simples, depois de tratado, passa a flutuar apesar de danos, do tempo e de água agitada.
A ideia de estruturas flutuantes mais seguras parece agora mais próxima do que nunca.
O projecto foi financiado pela National Science Foundation (NSF), pela Bill and Melinda Gates Foundation e pelo Goergen Institute for Data Science and Artificial Intelligence da University of Rochester.
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