Em 2007, Eric Henderson observou as folhas em forma de coração de um redbud sussurro ao vento fora de sua casa em Iowa. Uma rajada atravessou os galhos da árvore, fazendo as folhas oscilarem no fluxo turbulento de ar.
"E isso me fez pensar", diz ele.
Henderson, um biólogo molecular da Iowa State University, começou a brincar com a ideia de colher essas rajadas aleatórias. “Não é o vento que vai ver uma turbina porque está baixa e está passando por pequenos turbilhões e redemoinhos”, diz ele. Mas ainda há energia lá.
Isso começou em uma obsessão com as folhas - estudando suas formas, aerodinâmica, oscilações à menor provocação. Ele recrutou dois outros pesquisadores da universidade, Curtis Mosher e Michael McCloskey, para ajudá-lo e, juntos, o conceito da floresta falsa floresceu. A ideia era que, ao criar folhas de certos materiais, elas pudessem coletar a energia das folhas de rocha dobradas.
Tudo dependia de um método conhecido como piezoelétrico, que existe há mais de um século. Descobertas por Jacques e Pierre Curie em 1880, elas foram usadas em uma variedade de aparelhos - desde fonógrafos antigos (onde os piezoelétricos transformavam as vibrações da agulha em corrente elétrica) para acender os isqueiros.
O conceito é baseado na manipulação de materiais que possuem um conjunto regular de ligações covalentes, uma conexão química na qual dois átomos compartilham elétrons. "Em um cristal, todos esses [títulos] estão em um estado muito ordenado", diz Henderson. "Se você apertar, empurrar ou ajustar, ele mudará." E, se manipulado adequadamente, esse movimento de e para os elétrons pode gerar eletricidade.
O básico da ideia dos pesquisadores era simples: construir um gerador de eletricidade em forma de árvore com folhas de plástico que possuem hastes feitas de fluoreto de polivinilideno (PVDF), um tipo de plástico piezoelétrico. Plunk a árvore fora em qualquer região com uma brisa e colher a energia como as folhas falsas balançam para lá e para cá.
Mas, como publicaram recentemente no Journal PLoS ONE, a situação é muito mais complicada. "Tudo parece ótimo até você tentar fazer a física", diz Henderson.
As folhas da árvore biomimética, modeladas a partir de folhas de choupo, dependem de processos piezoelétricos para produzir eletricidade. (Christopher Gannon) O primeiro problema são as condições necessárias para gerar eletricidade, explica McCloskey, que também é autor do artigo. Embora as folhas batam ao vento, supostamente gerando eletricidade, a única maneira de obter energia útil é a alta freqüência, a flexão regular dos talos - uma condição raramente encontrada na natureza.
Acontece também que a quantidade de energia produzida pode estar relacionada à rapidez com que os talos são dobrados. Quando eles colocam um ventilador para que suas lâminas possam realmente atingir a folha ao girar, eles conseguiram acender um LED. Mas, novamente, esta não é uma situação comum na natureza.
Há também algo conhecido como capacitância parasita, explica ele. Como seu homônimo, esse fenômeno é semelhante a uma sanguessuga sugando a força vital de uma criatura infeliz. Embora o vento possa, supostamente, gerar muita energia à medida que as folhas oscilarem, vários efeitos parasitas - como o movimento das folhas em várias direções - roubam goles dessa energia, cancelando efetivamente as cargas elétricas. E no final, quase nada resta.
Ainda por cima, recolher os restos de energia está longe de ser uma brisa. Devido à natureza dos materiais, a energia é perdida durante a transferência para uma bateria. E apesar de poderem carregar uma pequena bateria, McCloskey diz que seria necessária uma "era glacial".
Curtis Mosher (à esquerda), Eric Henderson (no meio) e Mike McCloskey (à direita) montaram um protótipo de árvore biomimética que produz eletricidade. A tecnologia poderia atrair um nicho de mercado no futuro, de acordo com os pesquisadores. (Christopher Gannon) Enquanto a equipe trabalhava incansavelmente para compensar esses problemas, eles começaram a ver outros perseguindo a mesma ideia. E apesar de algumas tentativas serem melhores do que outras, parece haver muito ar quente em termos do que as pessoas afirmam ser capazes de fazer com essa tecnologia, de acordo com Henderson e McCloskey.
Existem até empresas que afirmam ser capazes de aproveitar essa energia. Um deles, chamado SolarBotanic, espera combinar uma combinação ambiciosa de tecnologias de energia em cada folha de sua árvore falsa: energia solar (fotovoltaica), energia térmica (termoelétricas) e piezoelétricos. O problema, explica McCloskey, é que, em comparação com a energia solar, os piezoelétricos produzem uma quantidade minúscula de energia. A empresa foi fundada em 2008. Nove anos depois, a floresta falsa ainda não se concretizou.
No ano passado, Maanasa Mendu venceu o Desafio Jovem Cientista 2016 com uma iteração similar de uma árvore falsa e produtora de energia. Mas ela também reconheceu as limitações dos piezoelétricos, incorporando células solares flexíveis no dispositivo.
“Eu não acho que seja um conceito ruim ter uma planta [falsa] ou até mesmo uma planta real que seja modificada”, diz McCloskey. “É exatamente esse esquema particular de piezoeletricidade - não acho que funcione com materiais atuais.”
A equipe, no entanto, também está trabalhando em outro ângulo: sintetizar um material que imita uma proteína encontrada no ouvido humano que é crucial para amplificar o som. Embora os detalhes que eles poderiam dar sobre o projeto sejam limitados devido a divulgações de invenção pendentes, McCloskey pode dizer que o material tem uma eficiência piezoelétrica 100.000 vezes maior que seu sistema atual.
Descartando os métodos atuais de piezoelétricos, a equipe está a um passo no caminho para descobrir a melhor maneira de atacar as árvores. Como Edison supostamente disse enquanto lutava para desenvolver uma bateria de armazenamento: “Eu não falhei. Acabei de encontrar 10.000 maneiras que não funcionam. ”
McCloskey acrescenta: "Este é um desses 10.000".
