Relógio molecular tornará mais eficiente o GPS de smartphones

Não use isso como desculpa para chegar atrasado, mas os relógios que você tem no pulso, no celular e até no computador não são tão precisos quanto parecem. Os mais certeiros desses aparelhos chegam a atrasar algumas dezenas de segundos por ano. Talvez isso não pareça um grande problema, mas muitas tecnologias, como o GPS, dependem de instrumentos muito afiados para funcionar corretamente. Graças a pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, os smartphones poderão marcar horas de forma parecida aos relógios atômicos, considerados hoje o padrão de tempo em todo o mundo.

O sistema criado é um relógio molecular que funciona usando o mesmo princípio dos relógios atômicos, mas com moléculas inteiras e não apenas átomos. A diferença é que ele tem o tamanho de um chip convencional e gasta pouca energia, o que permite que a tecnologia seja integrada com facilidade a celulares e a outros aparelhos eletrônicos móveis. “Nós buscamos explorar uma física completamente diferente. Não observamos o comportamento de átomos. Nós observamos o comportamento de moléculas”, explica Ruonan Han, um dos autores do artigo que detalha a solução, publicado, neste mês, na revista Nature Electronics.

O relógio não chegará a ter a mesma precisão que os melhores modelos atômicos, mas será muito menor e 10 mil vezes mais eficaz no propósito que os aparelhos de quartzo atualmente disponíveis. Segundo os criadores, a solução poderá melhorar consideravelmente a precisão de GPSs e ajudar em situações em que o sinal não esteja disponível, como em explorações no fundo do mar. “Nossa visão é que, no futuro, não será preciso gastar uma grande quantidade de dinheiro para botar relógios atômicos nos dispositivos. Em vez disso, você poderá ter uma pequena cápsula de gás grudada a um chip de um celular, e o sistema funcionará com a mesma precisão”, explica Han.

A cápsula contém moléculas de sulfeto de carbonila em forma de gás, que são responsáveis por medir o tempo. O dispositivo emite uma radiação de alta frequência nessas moléculas, fazendo com que comecem a girar. Essa oscilação de moléculas e átomos, quando expostos a uma determinada radiação, é sempre muito precisa — ela é a responsável pelos melhores relógios do mundo, que atrasam apenas um segundo a cada 1,4 milhão de anos.

Uma das dificuldades enfrentadas para criar o chip com precisão atômica foi produzir a radiação necessária ao seu funcionamento. Para a molécula girar corretamente, deve ter uma frequência de aproximadamente 231 giga-hertz. Os eletrônicos atuais, porém, não conseguem transmitir frequências que ultrapassem 5 giga-hertz, e é impossível superar a barreira de 10 giga-hertz, por limitações da física envolvida nesses dispositivos. “Acima disso, a informação não pode mais ser transmitida por cabos, seja os de cobre, seja os de ouro, usados nos circuitos”, explica Francisco Gontijo Guimarães, professor do Instituto de Física de São Carlos, da Universidade de São Paulo (USP).

Para superar esse obstáculo, a equipe do MIT criou estruturas de metal capazes de amplificar a baixa frequência produzida pelo chip e transformá-la em um sinal com centenas de giga-hertz. A solução foi feita de forma econômica, porque o relógio consome apenas 66 miliwatts de potência, menos do que algumas funções comumente encontradas em celulares, como o GPS, o Wi-Fi e a própria tela.

Durante os testes, o relógio mostrou que atrasa apenas 8 segundos a cada mil anos, o que é uma precisão 10 mil vezes maior do que a dos relógios convencionais. Outra vantagem é que o chip foi criado com a mesma tecnologia usada em componentes eletrônicos tradicionais e, por isso, poderá ser fabricado em massa e a baixo custo. Para os criadores, porém, o maior benefício que a tecnologia pode trazer é tornar os sistemas de localização mais precisos.

O GPS calcula uma posição a partir das informações de pelo menos três satélites, mas também utiliza as informações do relógio interno do celular para fazer esses cálculos. “Desde as navegações antigas, para se localizar, uma pessoa precisava da posição, da latitude e da longitude”, conta Guimarães. “A latitude era medida pela posição das estrelas, mas, para calcular a longitude, era necessário um relógio. Como os da época não eram bons, a pessoa podia errar o destino e perder dias de viagem.”

De acordo com o professor da USP, nos dias atuais, ao entrar em um túnel ou perder a conexão com os satélites de GPS, o dispositivo do celular continua calculando a posição do usuário com base no relógio presente no aparelho. Com o relógio molecular desenvolvido no MIT, essa navegação poderá ser feita de forma precisa em condições adversas. “A vantagem é a segurança de um relógio melhor. Acho que essa pesquisa é extremamente importante. Você tem a precisão de um relógio atômico, mas sem precisar de um equipamento muito grande para isso”, avalia Guimarães.

Em 1967, o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, dos Estados Unidos, definiu oficialmente o segundo como a duração de 9.162.631.770 oscilações em um átomo de césio-133. Cada átomo e cada molécula têm uma oscilação diferente que, se conhecida, pode ser usada para medir o tempo de forma muito precisa.