A exploração de mundos gelados do Sistema Solar pode ganhar um impulso importante graças a uma nova tecnologia apoiada pela NASA. Pesquisadores desenvolveram um “chip” capaz de operar em ambientes extremamente frios e com altos níveis de radiação, como os encontrados em luas distantes.

Essa inovação pode abrir caminho para robôs capazes de investigar oceanos escondidos sob camadas espessas de gelo. Um dos principais alvos é Europa, lua de Júpiter que abriga um vasto oceano subterrâneo e é considerada um dos lugares mais promissores para a busca de vida fora da Terra.

Em resumo:

Tecnologia apoiada pela NASA resiste a frio extremo e radiação;

Avanço pode viabilizar exploração de Europa, o quarto maior satélite natural de Júpiter;

Essa lua abriga oceano oculto sob crosta de gelo;

Oceanos subterrâneos podem revelar sinais de vida;

Inovação eletrônica opera sem caixas térmicas protetoras;

Chips usam liga avançada de silício-germânio;

Sistemas desenvolvidos também podem funcionar na Lua e em Marte.

Superfície da lua Europa, de Júpiter, que esconde um vasto oceano sob uma crosta de gelo. Crédito: Artsiom P – Shutterstock

NASA busca eletrônica resistente para ambientes extremos

Diversos corpos do Sistema Solar podem conter água em diferentes formas, como gelo, vapor ou líquido. Entre eles estão luas gigantes como Europa e Ganimedes, que orbitam Júpiter, além de Encélado e Titã, que pertencem ao sistema de Saturno.

Também entram nessa lista o planeta anão Plutão, alguns cometas e até regiões do planeta Urano. Muitos desses locais possuem camadas espessas de gelo que podem esconder oceanos líquidos abaixo da superfície.

Esses oceanos subterrâneos despertam grande interesse científico. Eles podem guardar pistas sobre a formação do Sistema Solar e até oferecer condições químicas capazes de sustentar formas de vida microscópica.

O problema é que explorar esses mundos é extremamente difícil. Em alguns deles, a radiação pode alcançar níveis dezenas de vezes superiores ao limite letal para humanos. Além disso, as temperaturas podem cair para cerca de –180 °C.

Equipamentos eletrônicos convencionais não conseguem sobreviver por muito tempo nessas condições. Para funcionar, normalmente precisam ser protegidos dentro de caixas aquecidas que mantêm uma temperatura semelhante à da Terra.

Essa estratégia foi usada em várias missões espaciais, incluindo sondas enviadas à Lua e a Marte. No entanto, para mundos oceânicos distantes, esse método se torna pouco prático. Isso acontece porque missões que viajam bilhões de quilômetros precisam ser leves, compactas e eficientes. Cada grama extra significa mais combustível e custos maiores.

Concepções artísticas de Europa, uma lua oceânica (à esquerda), e seu oceano de água líquida e calota polar onde a vida pode existir (à direita). Crédito: NASA

Por esse motivo, a NASA vem financiando projetos que buscam desenvolver eletrônicos capazes de funcionar diretamente no ambiente hostil desses mundos, sem proteção térmica pesada.

Um dos projetos mais promissores é liderado por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia, em parceria com especialistas do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL), da NASA, e da Universidade do Tennessee.

Segredo está nos transistores de silício-germânio

A solução encontrada pelos cientistas envolve o uso de uma tecnologia conhecida como silício-germânio, abreviada como SiGe. Esse material é utilizado na fabricação de transistores, que são os componentes fundamentais de praticamente todos os circuitos eletrônicos.

Transistores funcionam como pequenos interruptores capazes de ligar, desligar e amplificar sinais elétricos. Eles estão presentes em sensores, computadores, rádios e praticamente qualquer equipamento eletrônico.

Nos novos dispositivos, os pesquisadores utilizam uma liga microscópica de silício e germânio dentro da estrutura do transistor. Essa combinação altera o comportamento dos elétrons que atravessam o componente.

Em temperaturas extremamente baixas, os elétrons conseguem se mover mais rapidamente através da liga. Como resultado, o transistor passa a operar de forma ainda mais eficiente no frio.

Além disso, a arquitetura desses transistores reduz a presença de materiais sensíveis à radiação. Isso aumenta a resistência dos circuitos em ambientes altamente energéticos, como os encontrados perto de Júpiter.

Micrografia de um transistor e chip de Silício-Germânio (SiGe). Essa tecnologia ultra-resistente permite que circuitos eletrônicos operem em missões espaciais extremas, garantindo a comunicação e o controle de sondas em luas e mundos oceânicos. Crédito: John D. Cressler / Georgia Tech

O resultado é uma tecnologia que apresenta duas vantagens importantes ao mesmo tempo. Ela funciona melhor em temperaturas muito baixas e também suporta altos níveis de radiação. Essas características são ideais para missões em mundos oceânicos, onde o frio intenso e a radiação formam um dos ambientes mais hostis conhecidos no Sistema Solar.

Sistema criado para Europa pode ser útil na Lua e em Marte

A equipe de pesquisadores criou modelos detalhados desses transistores para projetar circuitos completos capazes de operar em ambientes extremos. A partir deles, foram desenvolvidos componentes eletrônicos para comunicação, sensores e controle.

Um dos resultados mais importantes foi a criação de um circuito integrado experimental que serve como prova de conceito. O sistema passou por testes em laboratório que simulam as condições de mundos oceânicos. Durante os experimentos, o circuito funcionou normalmente em temperaturas de –180 °C enquanto era exposto a níveis de radiação muito elevados.

O protótipo também demonstrou um sistema de comunicação por rádio em banda X, uma faixa de frequência comum em missões espaciais. O dispositivo conseguiu transmitir dados de forma estável mesmo nessas condições severas.

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Outro destaque foi o tamanho extremamente compacto do sistema. O circuito, um chip de menos de 10 milímetros, quadrados e consome pouca energia, características essenciais para missões espaciais.

Esse tipo de tecnologia poderia permitir redes de sensores espalhadas sobre superfícies congeladas, módulos de pouso, sondas perfuradoras de gelo e até pequenos submarinos robóticos.

Todos esses equipamentos poderiam trabalhar juntos para investigar oceanos escondidos sob quilômetros de gelo, como se acredita existir em Europa.

Embora o objetivo principal seja explorar mundos oceânicos, a tecnologia também pode ter aplicações mais próximas da Terra, como em futuras missões à Lua e a Marte, onde as temperaturas também podem cair drasticamente.

No caso da Lua, sensores e sistemas de comunicação poderiam operar diretamente na superfície, inclusive durante as longas noites lunares ou dentro de crateras permanentemente sombreadas.

Com isso, a nova eletrônica pode se tornar uma peça fundamental para futuras bases humanas fora da Terra e para missões robóticas em alguns dos ambientes mais extremos do Sistema Solar. 

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