O echipă de ingineri japonezi a atins levitaţia magnetică aproape lipsită de fricţiune la temperatura camerei

14 Octombrie 2025, 15:24 Redacţia PiataAuto.md Levitaţia magnetică e un efect foarte dorit în multe aplicaţii de tehnologii înalte, dintre cele mai diverse, iar ideea ei e de bază e în reducerea fricţiunii şi în spoirea eficienţei.

Trenurile maglev, spre exemplu, folosesc acest principiu, unde ele levitează pe şine, putând circula cu viteze mari, de 500-600 km/h, aproape fără rezistenţă de la şinele e cale ferată, întrucât nu le ating.

Elementele trenului sunt menţinute în echilibru de câmpul magnetic şi astfel trenurile rulează lin, fără fricţiune cu şinele de metal şi fără vibraţiile date de acestea.

Există şi compresoare mari, de mulţi MW putere, unde elementele interioare plasate pe rulmenţi nu mai sunt suficient de lipsite de fricţiune, şi ele aplică levitaţia magnetică, asortată cu un gaz de proprietăţi potrivite, reducând astfel fricţiunea şi sporind randamentul.

De asemenea, levitaţia magnetică e necesară într-o mulţime de scopuri de cercetare şi senzori giroscopici.

Dar ea poate avea, totuşi, o rezistenţă generată de fluxul magnetic, care reduce din randament şi precizie.

Ei bine, o echipă de ingineri din Japonia, de la Institutul de Ştiinţă şi Tehnologie Okinawa, a atins acum levitaţia magnetică aproape lipsită de rezistenţă la temperatura camerei. Foto: Laborator de la Institutul de Ştiinţă şi Tehnologie Okinawa Efectul de fricţiune în levitaţia magnetică e creat de curenţii Foucault, numiţi şi curenţi Eddy sau curenţi turbionari.

Un conductor din interiorul unui câmp magnetic va genera la rotire asemenea curenţi.

Un disc de cupru are nevoie de mai multă pentru a se roti între polii unui magnet, spre exemplu.

Efectul apare atunci când un material conductor e în mişcare în interiorul unui câmp magnetic, iar câmpul magnetic al acestuia ia forma unor mici turbulenţe, opunându-se mişcării. Foto: Reprezentare grafică a curenţilor Foucault Oamenii de ştiinţă au învăţat să folosească acest efect în avantajul lor, spre exemplu la frânare cu ajutorul electromagneţilor sau la stabilizarea poziţiei unor obiecte care levitează, cum ar fi aceleaşi trenuri maglev. Foto: Tren cu levitaţie magnetică în Japonia, în teste Dar în anumite aplicaţii oamenii îşi doresc evitarea acestei rezistenţe, pentru a putea imprima o mişcare circulară de lungă durată, fără impulsuri adiţionale prea frecvente pentru a reajusta viteza de turaţie.

Un disc în levitaţie, care s-ar putea roti aproape fără a pierde viteză, devine un senzor preţios, atât pentru cercetări ştiinţifice, cât şi eventual pentru un sistem de navigaţie care să nu mai folosească semnal GPS.

Partea asta de navigaţie e cea care va beneficia poate cel mai mult de inovaţia făcută de inginerii niponi, şi o vom explica ceva mai jos. Foto: Alte încercări de a crea sisteme de navigare fără GPS, pe baza senzorilor cuantici Pentru cercetări ştiinţifice în medii controlate, oamenii au folosit criogenia pentru a atinge lipsa de fricţiune.

La temperaturi criogenice, acolo unde materialele devin superconductor, rezistenţa lor devine zero, iar câmpul magnetic e expulzat prin efectul Meissner în jurul materialului rotativ, fără a-l atinge pe acesta.

Astfel, efectul curenţilor Foucault dispare şi astfel se poate atinge acea rotaţie aproape de neoprit, ca un soi de perpetuum mobile. Dar, chiar şi în condiţii de laborator şi chiar în condiţii de vid, mai există oricum efectul minuscul al diverşilor factori, inclusiv mici vibraţii, care atenuează din efect şi nu permit precizia absolută.

Însă, dacă se atinge levitaţia foarte apropiată de zero rezistenţă, precizia acestor senzori ajunge la valori extraordinari. Foto: Senzor de măsurare a amplitutidinii câmpului magnetic la temperaturi criogenice Pentru ca un avion sau o maşină să folosească un asemenea sistem de navigare, el ar avea nevoie de o izolare absolută a acestora de vibraţii, pe de o parte, dar şi asigurarea unor temperaturi criogenice.

Criogenia, ca să poată fi asigurată constant, e foarte energofagă şi nu e viabilă de obicei, în raport cu beneficiu obţinut pentru asemenea aplicaţii.

Se poate încerca funcţionarea lor la temperaturi obişnuite, însă atunci curenţi Foucault îşi vor face efectul şi vor reduce din precizie, chiar dacă se va încerca compensarea periodică. De ce ar avea nevoie avioanele sau maşinile de asemenea sisteme de navigare şi cum funcţionează ele? Ei bine, pentru maşini ele ar fi o tehnologie poate prea sofisticată, dar avioanele şi alte obiecte zburătoare în ultimii ani au cam fost supuse bruiajelor adesea, care le făcea să piardă semnalul GPS de la sateliţi.

Sistemele inerţiale pot înlocui sistemele GPS, ele funcţionând pe baza unor senzori unghiulare, de viteză şi de timp.

Practic, sistemul de navigaţie înţelege direcţia în care s-a mişcat, viteza pe care avut-o şi timpul cât a continuat deplasarea în fiecare direcţie, şi astfel îşi calculează poziţia nouă în fiecare clipă fără a avea nevoie de semnal extern de a sateliţi.

Un asemenea sistem e teoretic imun la bruiaj.

E un principiu folosit de multe decenii în multe aplicaţii specifice, iar precizia lui nu era întotdeauna perfectă, necesitând recalibrări periodice în care să i se dea poziţia corectă.

Senzorii giroscopici pe bază de levitaţie magnetică ar putea oferi precizia aia superbă, dar ei ar trebui să fie criogenici pentru precizie maximă, fie să aplice o soluţie pentru a elimina fricţiunea dată de curenţii Foucault. Ei bine, exact asta a făcut acum echipa din Japonia, compusă din inginerii Daehee Kim, Shilu Tian, Breno Calderoni, Cristina Sastre Jachimska, James Downes şi Jason Twamley, de la Institutul de Ştiinţă şi Tehnologie Okinawa.

Ei au atins levitaţia magnetică a unui disc de grafit de 1 cm grosime, creat prin piroliză, format din 99,9% carbon, încadrat între poli de magneţi permanenţi pe bază de neodim, bor şi fier.

Forma lui circulară, şlefuită până la absolut şi încadrarea între discuri de magneţi de formă circulară l-a făcut să nu genereze curenţii Foucault, evitându-se cu totul efectul fizic care împiedica levitaţia fără fricţiune la temperatura camerei. Dispozitivul echipei de ingineri niponi a atins această levitaţie aproape fără fricţiune la temperatura camerei, prin designul său pasiv, fără criogenie energofagă.

Practic, discul se roteşte în jurul axei sale fără a ocupa un alt spaţiu fizic şi astfel nu apare mişcarea în spaţiu pentru a genera curenţii Foucault. Teoretic, acum acest disc se poate roti infinit şi deveni astfel un senzor giroscopic sau de cercetare perfect la temperatura camerei.

La modul practic, aerul din jurul său şi micile imperfecţiuni microscopice îi mai pot reduce viteza de rotaţie şi acesta se va opri în cele din urmă.

Estimările arată că fără a extrage aerul atmosferic, un asemenea disc în levitaţie se poate roti minim vreo 10 ore.

Într-un vacuum absolut şi la o precizie maxim posibilă tehnic, s-au putea ajunge la o rotaţie ce ar dura 2.200 ani.

În viaţa practică, însă, dacă se va ajunge la 10-20 ani de rotaţie continuă fără a pierde vizibil din viteză, ar fi deja o minute tehnologică ce ar acoperi toate necesităţile de precizie ale oricărui sistem de navigaţie hi-tech. E o descoperire importantă pentru fizică, întrucât a reuşit să realizeze ceea ce se credea imposibil sau mult prea dificil în condiţii de temperatură de cameră, realizarea vine cu o construcţie pasivă.

Din acest punct încolo cu siguranţă foarte mulţi producători de sisteme de navigaţie inerţială se vor interesa urgent de ea şi vor dori s-o plaseze în producţie mai ales pentru avioane şi alte aparate de zbor de înaltă precizie ce trebuie să fie imune la bruiaje. Dar descoperirea ar putea ajunge ulterior, peste câteva decenii, mult mai răspândită şi în sisteme de navigare pe vehicule mai simple, poate chiar şi pe maşinile noastre, care n-ar mai pierde legătura cu satelitul în tunele şi care ar putea funcţiona independent. Şi mai sunt multe alte domenii de aplicare care ar putea fi impulsionate de această elaborare din Japonia, de la studiile superconductivităţii la temperatura camerei până la multe alte utilaje ce au nevoie de senzori de înaltă precizie, imuni la bruiaj. Foto: Institutul de Ştiinţă şi Tehnologie Okinawa, Japonia 914