Fazer ciência diferente: Explorar a matéria em todas as suas formas

O Instituto de Física para Materiais Avançados, Nanotecnologia e Fotónica da Universidade do Porto (IFIMUP) transforma ciência fundamental em soluções com impacto real. Liderado por João Pedro Araújo, o IFIMUP organiza a sua investigação em três vetores — materiais quânticos e multifuncionais, materiais e tecnologias para energia, e fotónica e tecnologias emergentes. A sua investigação ganha forma em projetos como Blood2Power, ND4QTECH e Magccine: “Gostamos de nos ver como uma ponte entre a ciência e a tecnologia, transformando investigação em soluções com impacto real”.

Perspetiva Atual: O IFIMUP, unidade de investigação em Física da Universidade do Porto, integrada na Faculdade de Ciências, dedica-se ao estudo de materiais avançados, nanotecnologia e fotónica, tendo atualmente três vetores temáticos principais. Em que consistem e como funcionam na prática?

João Pedro Araújo: No IFIMUP, Instituto de Física de Materiais Avançados, Nanotecnologia e Fotónica da Universidade do Porto, exploramos a matéria em todas as suas formas, desde o nível nanoscópico até dispositivos funcionais, procurando compreender e controlar as suas propriedades para responder a desafios da sociedade. Gostamos de nos ver como um “pipeline” entre a ciência e a tecnologia. Atualmente, estruturamos a investigação em três grandes vetores: materiais quânticos e multifuncionais, materiais e tecnologias para energia, e fotónica e tecnologias emergentes. Na prática, estas áreas cruzam-se diariamente nos nossos laboratórios — um mesmo material pode ser estudado pela sua estrutura eletrónica quântica, processado à nanoescala e, no fim, integrar um dispositivo ótico, magnético ou biomédico.

A evolução multidisciplinar do IFIMUP tem sido particularmente visível nos últimos anos, continuando a afirmar o seu valor no setor industrial, no panorama internacional e através do reconhecimento em prémios de inovação e empreendedorismo científico.

O Laboratório Associado que o IFIMUP lidera, o La-PMET – Laboratório de Física para Materiais e Tecnologias Emergentes, tem desempenhado um papel determinante neste crescimento, possibilitando a contratação recente de Investigadores Auxiliares de carreira, que vêm reforçar as competências do IFIMUP nos diferentes vetores temáticos estratégicos.

O primeiro vetor, dedicado aos Materiais Quânticos, reflete o alinhamento estratégico do IFIMUP com o novo desígnio da União Europeia, que aposta fortemente na promoção dos materiais e tecnologias quânticas nas próximas décadas.

O segundo vetor, centrado em Materiais Avançados para Energia, aborda diretamente o desafio societal da Energia Segura, Limpa e Eficiente, promovendo o desenvolvimento de tecnologias disruptivas para a recolha de energia ambiental (térmica, triboelétrica e solar), fundamentais para a revolução digital em curso, como a da Internet das Coisas (IoT). Neste domínio, o IFIMUP atua em estreita colaboração com empresas nacionais e internacionais, contribuindo para a inovação e para o desenvolvimento económico regional e nacional.

“No IFIMUP exploramos a matéria em todas as suas formas, desde o nível nanoscópico até dispositivos
funcionais, procurando compreender e controlar as suas propriedades para responder a desafios da sociedade”

O terceiro vetor temático, voltado para as Ciências da Vida e da Saúde, representa uma nova oportunidade para aplicar o conhecimento acumulado do IFIMUP na interface entre a física e a biomedicina. Este vetor é suportado por uma sólida experiência interna em vibrações moleculares e atómicas em redes cristalinas, espectroscopias de gigahertz (GHz) e lasers ultrarrápidos, e reforçado pela investigação em nanopartículas magnéticas para administração local de fármacos e deteção de cancro através de espetroscopia Raman.

Estas competências articulam-se também com os vetores de formação do Departamento de Física e Astronomia da Universidade do Porto, nomeadamente na Física Médica ao nível de mestrado e doutoramento.

PA: A missão do IFIMUP passa por desenvolver novas tecnologias capazes de responder a desafios contemporâneos. Poderia dar exemplos de projetos que já tenham contribuído para a resolução de problemas atuais?

JPA: O IFIMUP tem procurado transformar ciência fundamental em soluções com impacto real na sociedade. Um bom exemplo é o projeto Blood2Power, no qual os nossos investigadores, Professores João Ventura e André Pereira, e as suas equipas desenvolveram o primeiro enxerto vascular inteligente sem bateria — o i-Graft.
Mais recentemente, com o projeto MAGCINNE, liderado pelo Professor João Belo Silva, estamos a desenvolver novas técnicas de refrigeração magnética baseadas no efeito magnetocalórico, com potenciais aplicações, por exemplo, no transporte e conservação de vacinas.

Destacam-se ainda projetos icónicos no domínio da eletrónica flexível e das tatuagens eletrónicas (e-Tattoo), onde a Professora Ana Pires tem tido uma atividade de grande destaque, impulsionando novas abordagens à interface entre materiais avançados e dispositivos biomédicos.
Outro exemplo é o ND4QTECH, que combina nanodiamantes e grafeno para criar novas tecnologias quânticas.

PA: O projeto Blood2Power criou o primeiro enxerto vascular inteligente sem bateria. Existe potencial para escalar esta tecnologia para outros tipos de implantes médicos?

JPA: Sem dúvida. O princípio base — geração e gestão de energia a partir do próprio corpo — é aplicável a várias situações. As equipas de investigação já estão a trabalhar em parcerias para adaptar esta tecnologia a stents coronários inteligentes e a sistemas de monitorização contínua em tecidos biológicos. Em particular, a Dra. Mariana Rocha coordena o projeto Pyro4Cardio, em estreita colaboração com o i3S, que segue precisamente esta linha de desenvolvimento.

PA: Resultados como estes não seriam possíveis sem uma boa equipa e sem parcerias sólidas. Quais são os parceiros estratégicos do IFIMUP?

JPA: A força do IFIMUP está nas pessoas e nas colaborações. Trabalhamos com universidades e laboratórios de excelência, como a Universidade de São Paulo, o CERN–ISOLDE, o Oak Ridge National Laboratory, e com instituições nacionais como o i3S, o INESC TEC e o CENTI, entre muitos outros.

PA: Recentemente, o IFIMUP reforçou as suas capacidades com novas instalações e equipamentos para a geração e aplicação de pulsos de laser ultrarrápidos. Que impacto têm tido estas novas ferramentas?

JPA: As novas instalações de fotónica ultrarrápida permitem-nos observar fenómenos físicos que acontecem em escalas de tempo abaixo do femtossegundo, abrindo portas ao desenvolvimento de novos materiais para eletrónica quântica e fotónica integrada.

PA: Além da saúde, a sustentabilidade e a eficiência energética são áreas cada vez mais valorizadas. O IFIMUP tem tido destaque nestes domínios?

JPA: Sim, absolutamente. Trabalhamos em materiais fotovoltaicos, ferroelétricos, magnéticos e magnetocalóricos aplicáveis à refrigeração sem gases nocivos, à conversão de energia solar e a sensores ambientais.

PA: Existem planos para expandir a investigação para novas áreas?

JPA: Queremos aprofundar o cruzamento entre materiais quânticos, biotecnologia e inteligência artificial, criando ferramentas que permitam modelar e otimizar o comportamento de novos materiais. As tecnologias quânticas são claramente uma das nossas próximas apostas.

PA: Que programas académicos oferecem e qual é o papel dos estudantes nos vossos projetos?

JPA: O IFIMUP participa na Licenciatura e no Mestrado em Engenharia Física, bem como no Mestrado em Ciência e Tecnologia de Nanomateriais, e em vários programas de Doutoramento. Os estudantes têm um papel central e são integrados desde cedo em equipas de investigação, contribuindo ativamente para projetos em curso. Damos apoio aos vários cursos oferecidos pelo Departamento de Física e Astronomia (DFA) da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto. Em particular destacam-se as Licenciaturas em Física (L:F) e a Licenciatura em Engenharia Física (LEF). Os Mestrados em Física (M:F), mestrado em Engenharia Física (MEF) e o Mestrado em Ciência e Tecnologia de Nanomateriais (M:CTN) que acolhe também o mestrado erasmus mundus Master in Surface, Electro-, Radiation, and Photo-Chemistry (SERP+).

Ao nível de doutoramento temos o MAP-Fis, Doutoramento em Física que é um programa doutoral oferecido conjuntamente pela Universidade do Minho, a Universidade de Aveiro, e a Universidade do Porto. Por último, o Programa Doutoral em Engenharia Física (PRODEF). De referir que os programas, desde a licenciatura ao doutoramento que envolvem Engenharia Física, são programas conjuntos entre a FCUP e a FEUP.

PA: Estando a caminhar para o final do ano, que objetivos já foram traçados para 2026?

JPA: O foco para 2026 é consolidar o IFIMUP como um polo de excelência científica e tecnológica, concluir a instalação dos novos equipamentos do programa Equipar+2 e reforçar a internacionalização através de novos projetos Horizon Europe.

“As novas instalações de fotónica ultrarrápida permitem-nos observar fenómenos físicos que acontecem em escalas
de tempo abaixo do femtossegundo, abrindo portas ao desenvolvimento de novos materiais para eletrónica quântica e fotónica integrada”