Un estudio revisado por pares demuestra una nueva interacción de fuerzas que desafía nuestra comprensión del magnetismo, explicando un sorprendente experimento realizado con un juguete en 2021

Un nuevo estudio revisado por pares afirma haber encontrado una nueva técnica de levitación magnética que se creía imposible hasta ahora y que tiene serio potencial de revolucionar el transporte para siempre sin necesidad de usar superconductores a temperatura ambiente. Esta levitación utiliza dos imanes opuestos para derrotar a la gravedad, girando uno de ellos para conseguir que la levitación sea estable.

Este sistema es radicalmente diferente a los sistemas de levitación actuales como los usados por algunos trenes bala japoneses y chinos. Según el Dr. Rasmus Bjørk, profesor del Departamento de Conversión y Almacenamiento de Energía de la Universidad Técnica de Dinamarca y uno de los autores de la extraordinaria investigación publicada en el diario científico Physical Review Applied, los imanes no deben flotar uno sobre el otro cuando los juntas.

Bjørk afirma que la inestabilidad es demasiado grande, pero, si giras uno de los imanes de forma constante, todo funciona: “La fuerza que afecta a los imanes no debe cambiar solo porque giras uno de ellos, por lo que parece que hay un acoplamiento entre el movimiento y la fuerza magnética”.

La solución al sorprendente experimento de 2021

Este avance en la levitación magnética fue presentado por primera vez en 2021 por el Dr. Hamdi Ucar, ingeniero electrónico de Göksal Aeronautics en Turquía. El experimento inicial de Ucar utilizó un juguete Levitron con un imán unido a un motor que giraba a unas 10.000 revoluciones por minuto. Cuando colocó otro imán debajo de este imán de rotor giratorio, comenzó a girar y logró una levitación totalmente estable, desafiando la comprensión tradicional de las interacciones magnéticas.

Al analizar la mecánica de este fenómeno en el laboratorio, el equipo de investigadores de este nuevo estudio descubrió que, a medida que el imán levitador —o “flotador”— comienza a girar, este sincroniza su frecuencia de rotación con el imán del rotor. El flotador debería haber asumido una orientación casi vertical en una configuración típicamente inestable, pero, en este caso, el campo magnético giratorio del rotor ejerció un par en el flotador. Este par, que actúa como una especie de fuerza de torsión, parece ser la clave para lograr una levitación estable.

La investigación explica que durante la levitación, el campo del imán flotante se alinea cerca del eje de rotación y el mismo polo del imán del rotor. Esta alineación estable es contraintuitiva a las leyes de la magnetostática, afirman, ya que el flotador orienta su magnetización casi perpendicular al campo magnético del rotor. El equipo asegura que la inesperada configuración magnética durante la levitación es un aspecto crítico de su descubrimiento.

Relaciones inesperadas

Según el estudio, el tamaño del flotador influye significativamente en la levitación. Los flotadores más pequeños requieren velocidades de rotor más altas para la levitación, elevándose más lejos del rotor. Esta relación entre el tamaño del flotador y las condiciones necesarias para la levitación añade otra capa de complejidad a este sorprendente fenómeno.

La investigación concluye que la levitación se logra a través de interacciones magnetostáticas entre los imanes giratorios, independientemente de la gravedad como fuerza de equilibrio. La levitación, dicen, no es solo un acto de equilibrio contra la gravedad, sino una nueva interacción de fuerzas magnéticas.

Sus argumentos teóricos y el modelo numérico desarrollado en el estudio muestran datos consistentes con las observaciones experimentales, confirmando su descubrimiento.

Potencialmente revolucionario

Esta nueva técnica de levitación magnética no es solo una sorprendente curiosidad científica, sino que representa un salto significativo en nuestra comprensión de las fuerzas magnéticas con aplicaciones que se extienden mucho más allá del laboratorio y que pueden, afirman, revolucionar varias industrias, empezando por la del transporte.

Ucar, el científico que demostró por primera vez este fenómeno, reconoció la precisión del estudio. Según él, futuros trabajos deberían incorporar los efectos de las corrientes de Foucault, unas corrientes circulares inducidas dentro de los conductores por un campo magnético cambiante.

Como apunta el blog The Debrief, el CEO y fundador de No-Touch Robotics en Zúrich, Marcel Schuck, expresó en 2023 su entusiasmo por el potencial práctico de este nuevo método de levitación magnética. Schuck señaló que, además de aplicaciones como el transporte, este descubrimiento puede mejorar notablemente las tecnologías de levitación magnética existentes ofreciendo la posibilidad de controlar objetos sin contacto físico, particularmente robótica y sistemas automatizados de fabricación y manipulación, sobre todo en industrias en las que la precisión y la minimización del contacto físico son cruciales.

El equipo de investigación del nuevo estudio afirma que seguirá su investigación explorando su eficiencia energética y la capacidad de escalar este fenómeno desde tareas de precisión a pequeña escala hasta procesos industriales a gran escala.

Sin gasto masivo ni superconductores

La levitación magnética ya existía en los trenes maglev antes mencionados. Estos se basan en dos sistemas primarios: la suspensión electromagnética (EMS) y la suspensión electrodinámica (EDS). EMS utiliza la fuerza atractiva de los imanes para levantar el tren de las vías, mientras que EDS emplea fuerzas repulsivas. Ambos sistemas dependen de una fuente de alimentación continua para mantener la levitación y el movimiento, además de vías muy caras y complejos sistemas de control para estabilizar la levitación durante el trayecto. Además, los campos magnéticos requeridos para conseguir la levitación y la propulsión son enormes, lo que requiere de blindaje que eviten efectos nocivos en los viajeros.

La nueva técnica de levitación magnética, sin embargo, no se basa en una fuente de alimentación continua para crear los campos magnéticos ni en superconductores: la levitación se logra a través de la interacción de imanes permanentes, uno giratorio y otro levitando. Esta técnica tiene el potencial de reducir radicalmente la complejidad y el coste de estos sistemas al eliminar la necesidad de energía continua para las vías y los sofisticados sistemas de control.

Esto, contando que el equipo consiga escalar la tecnología como creen que pueden hacer, reduciría notablemente el consumo energético, evitando otro de los grandes inconvenientes de las tecnologías de levitación magnética actuales. En teoría, los resultados de su investigación también prometen posibles aplicaciones para el transporte más allá de los trenes de alta velocidad, incluyendo el potencial desarrollo de vehículos más pequeños y personales.

Fuente: elconfidencial.com