O atrito é uma das forças mais presentes no cotidiano, embora raramente seja percebido. Ele está por trás da aderência dos pneus ao asfalto, impede escorregões, permite acender fósforos e influencia desde a sola dos sapatos até o funcionamento de máquinas industriais. Em termos simples, trata-se da resistência que surge quando duas superfícies entram em contato e se movimentam uma em relação à outra.
Tradicionalmente, a ciência sempre considerou que o atrito dependia necessariamente desse contato físico. No entanto, descobertas recentes vêm desafiando essa ideia e sugerem que a natureza pode ser ainda mais complexa: em determinadas condições, é possível existir uma forma de atrito sem que haja qualquer contato direto entre as superfícies.
Nos últimos anos, pesquisadores passaram a observar fenômenos incomuns em materiais extremamente pequenos, medidos na escala dos nanômetros — unidades equivalentes a um bilionésimo de metro. Em 2022, cientistas descobriram que moléculas de água em movimento dentro de nanotubos de carbono, estruturas microscópicas formadas exclusivamente por átomos de carbono, produziam uma quantidade ínfima de atrito.
O mecanismo não estava relacionado à rugosidade da superfície, mas às interações eletromagnéticas entre as cargas positivas das moléculas de água e os elétrons presentes nas paredes dos nanotubos.
Posteriormente, outra equipe de pesquisadores observou que folhas ultrafinas de grafeno — um material composto por uma única camada de átomos de carbono organizados em um padrão hexagonal — apresentavam alterações no comportamento de seus elétrons quando eram dobradas. Essas alterações modificavam a forma como o atrito se manifestava nas regiões das dobras, indicando que os elétrons podem desempenhar um papel muito mais importante do que se imaginava.
Com base nesses estudos, o químico físico Sebastian Kruss, da Universidade do Ruhr, na Alemanha, decidiu investigar o que aconteceria se nanotubos de grafeno fossem submersos em água e expostos a luzes de intensidades crescentes. A expectativa era relativamente simples: quanto maior a intensidade luminosa, maior seria o aquecimento do sistema, e materiais aquecidos normalmente se movem mais rapidamente em líquidos devido ao aumento da energia cinética — a energia associada ao movimento.
Para surpresa dos pesquisadores, ocorreu exatamente o oposto. À medida que a intensidade da luz aumentava, os nanotubos desaceleravam. Em vez de se difundirem mais rapidamente pela água, passavam a se mover cada vez mais lentamente. Isso indicava a presença de uma força adicional atuando sobre eles, uma espécie de resistência invisível.
Os cientistas concluíram que estavam observando um fenômeno conhecido como atrito quântico, uma manifestação extremamente sutil das interações entre partículas e campos eletromagnéticos em escala microscópica. Diferentemente do atrito convencional, ele não depende de imperfeições superficiais ou do contato direto entre objetos.
O grafeno desempenha um papel fundamental nessa descoberta. Apesar de possuir espessura equivalente a um único átomo, ele é aproximadamente duzentas vezes mais resistente que o aço. Sua estrutura é tão uniforme que praticamente elimina qualquer possibilidade de atrito causado por irregularidades físicas. Para se ter uma ideia, uma folha de grafeno é cerca de cem mil vezes mais fina que um fio de cabelo humano.
Ao serem iluminados, os nanotubos de grafeno começaram a formar partículas conhecidas como éxcitons. Um éxciton surge quando um elétron absorve energia e salta para um estado energético mais elevado, deixando para trás uma ausência de carga negativa, chamada de “lacuna”. O elétron e essa lacuna permanecem ligados, formando um par eletricamente neutro.
Embora não possuam carga líquida, os éxcitons conseguem transportar energia e emitir luz, o que explica o brilho observado nos nanotubos durante os experimentos. Mais importante ainda, sua formação provoca pequenas flutuações elétricas na superfície do grafeno. Essas flutuações transferem uma quantidade minúscula de movimento para as moléculas de água ao redor, criando uma resistência ao deslocamento.
Em outras palavras, quanto mais intensa era a iluminação, maior era o número de éxcitons produzidos, aumentando as flutuações elétricas e, consequentemente, o atrito quântico. O resultado era uma desaceleração progressiva dos nanotubos, mesmo sem que houvesse qualquer superfície sólida esfregando contra outra.
Os pesquisadores confirmaram essa hipótese utilizando espectroscopia em terahertz, uma técnica capaz de analisar fenômenos extremamente rápidos relacionados ao comportamento dos elétrons. Quando conseguiram eliminar a formação dos éxcitons, o efeito desapareceu completamente, demonstrando que eles eram os responsáveis pelo fenômeno.
Além de ampliar a compreensão científica sobre a natureza do atrito, a descoberta abre caminho para aplicações práticas. Uma das possibilidades é utilizar a luz como ferramenta para controlar reações químicas, acelerando ou desacelerando processos conforme necessário. Em sistemas microscópicos, esse nível de controle pode representar um avanço significativo em áreas como medicina, química e engenharia de materiais.
Outra aplicação potencial envolve o desenvolvimento de nanorrobôs, dispositivos microscópicos projetados para operar em ambientes inacessíveis aos seres humanos. No futuro, esses equipamentos poderiam ser utilizados para navegar pelo interior do corpo humano, realizar procedimentos médicos altamente precisos ou explorar regiões extremas do planeta, como as fissuras mais profundas dos oceanos. Se o atrito quântico puder ser controlado de forma confiável, bastaria ajustar a intensidade da luz para alterar sua velocidade e direção.
A descoberta também levanta novas questões. Os cientistas agora investigam se esse tipo de atrito sem contato pode ocorrer em outros materiais capazes de gerar grandes flutuações elétricas. Caso a resposta seja positiva, será necessário revisar parte do entendimento atual sobre como objetos interagem em escalas microscópicas.
Por séculos, o atrito foi definido como uma consequência inevitável do contato entre superfícies. Agora, evidências experimentais indicam que a natureza pode operar segundo regras mais sutis, nas quais a luz, os elétrons e as propriedades quânticas da matéria são suficientes para desacelerar um objeto, mesmo quando nada parece tocá-lo.
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