Eletrônica - Mundo quântico funde-se apenas parcialmente

Nuvens de átomos ultrafrios (vermelho) foram criadas dentro de um chip quântico (em cima). Sua interferência cria um padrão ordenado de interferência matéria-onda (embaixo).[Imagem: Vienna University of Technology]

Equilíbrio termal
Coloque um cubo de gelo em uma vasilha de água quente e ele perderá a estabilidade, fundindo-se totalmente.
As moléculas do gelo e as moléculas da água vão atingir um equilíbrio termal, atingindo a mesma temperatura, e não será mais possível identificar umas e outras.
É assim que um cristal sólido bem ordenado acaba na forma de um líquido totalmente desordenado.
Big Bang e computadores quânticos
No mundo quântico, porém, essa transição para um equilíbrio termal é mais interessante e bem mais complicada do que os cientistas acreditavam até agora.
Entre o estado ordenado inicial e o estado amorfo final, emerge algo que está sendo chamado de "estado intermediário quase estacionário".
É uma espécie de pré-termalização, onde sinais muito claros dos estados iniciais perduram por um longo tempo.
Segundo Jorg Schmiedmayer e seus colegas da Universidade Tecnológica de Viena, na Áustria, isso pode ajudar a explicar vários processos fora de equilíbrio na física quântica, o que inclui o estado inicial do Universo, instantes após o Big Bang, e as perdas de dados nos computadores quânticos.
Equilíbrio termal quântico
Os pesquisadores dividiram em dois um condensado de Bose-Einstein, um aglomerado de átomos ultrafrios que se comporta como se fosse um único átomo gigante.
Mas as duas metades não caminharam para o equilíbrio termal como se esperava.
A análise mostrou que "as duas nuvens não se esqueceram de que vieram da mesma nuvem atômica," disse Schmiedmayer.
Em vez de decair rápida e homogeneamente rumo ao equilíbrio, as duas deram uma longa parada no agora descoberto estado intermediário, ou de pré-termalização.
Evitando perda de dados
A transição de sistemas para o equilíbrio termal é importante em muitos campos da física quântica, incluindo o emergente campo da computação quântica.
Um experimento nunca consegue atingir exatamente o zero absoluto, de forma que os cientistas estão sempre às voltas com efeitos de mudanças de temperatura.
Fazer cálculos usando qubits ou armazenar dados em memórias quânticas inevitavelmente cria estados de não-equilíbrio, o que destrói os dados.
O novo conhecimento adquirido com este experimento poderá ajudar a evitar essas perdas de dados.

Eletrônica - O século da fotônica

Pesquisador testa as propriedades fotônicas dos materiais produzidos pelo grupo da Unesp de Araraquara. [Imagem: Revista Unesp Ciência]

Do vidro à fotônica
No princípio era o vidro, com o qual foi (e continua sendo) possível fazer tantas coisas, entre elas uma tecnologia simples que permite que o sol entre em nossas casas, a janela.
Depois, quando o homem entendeu de verdade o que é a luz e aprendeu a domesticá-la, vieram o laser e a fibra óptica.
Agora é a vez das telas, grandes ou pequenas, que nos mostram imagens em alta definição ou respondem ao toque de nossos dedos.
Por trás desta linha do tempo tecnológica, descrita assim de modo tão incompleto, está uma das áreas mais vibrantes das ciências dos materiais e que atende por um nome esquisito para a maioria dos mortais - a fotônica.
"O século 20 foi dominado pela eletrônica. Agora substitua os elétrons correndo em circuitos e cabos condutores por fótons circulando através de condutores de luz", explica Sidney Ribeiro, pesquisador da Unesp. "O século 21 é da fotônica."
Propriedades luminosas
Os materiais fotônicos podem ser divididos basicamente em dois tipos: os que transmitem e os que emitem luz.
O exemplo clássico do primeiro grupo são as fibras ópticas tradicionais, feitas de sílica, que sustentam os sistemas de telecomunicação e de transmissão de TV.
Mas, com composição química um pouco diferente, elas são usadas também para iluminar os órgãos internos de um paciente durante uma cirurgia de laparoscopia ou para medir temperatura e pressão em poços de petróleo no fundo do mar e em outros ambientes hostis.
Já entre os emissores de luz destacam-se os vidros de última geração.
Um exemplo deles é o Gorilla Glass, que recobre os smartphones mais modernos. Fino, leve, sensível ao toque e extremamente resistente, foi lançado em 2006 pela empresa americana Corning, pressionada por Steve Jobs, da Apple, que queria um vidro à prova de riscos para a primeira versão do IPhone.
Este ano, a Corning anunciou uma parceria com a Samsung para desenvolver o Lotus Glass, que deverá ser mais resistente e exibir imagens ainda mais nítidas.

Os materiais fotônicos podem ser divididos entre os que transmitem e os que emitem luz. [Imagem: Revista Unesp Ciência]

Sol-gel
Em outra frente, os pesquisadores da fotônica trabalham com os chamados "materiais sol-gel", que também podem ser ótimos emissores de luz.
Eles diferem dos vidros principalmente pela forma como são fabricados.
"Usamos um método puramente químico, que chamamos de soft chemistry (química leve), por causa das baixas temperaturas, em contraste com os quase 2.000 oC necessários para fazer um vidro ou uma fibra óptica", explica o professor Sidney. "Usamos um líquido, que é feito de sílica, ao qual adicionamos algum elemento inorgânico, geralmente íons de terras raras, como itérbio ou európio."
A distância entre esses íons, que são conectados com polímeros orgânicos, é nanometricamente calculada para otimizar as propriedades ópticas do material resultante.
Dependendo do íon escolhido, a peça vai absorver luz de uma cor e emitir outra, de cor diferente. É possível, por exemplo, que se um laser azul incidir no material, esse por sua vez emita uma luz amarela. "Isso pode ser usado para fazer um laser de aplicação oftalmológica", afirma Edison Pecoraro, outro pesquisador do grupo da Unesp.
Em um laboratório sem janelas, com ar-condicionado na potência máxima, um monte de equipamentos e fios espalhados por todo lado, Pecoraro testa os materiais desenvolvidos pelo grupo. Quando as luzes são apagadas, o ambiente ganha ares de ficção científica.
É nesse lugar que se checa se as propriedades fotônicas do material correspondem ao que foi planejado. Às vezes não dá certo, claro. Em outras, "uma propriedade pode ser otimizada e dar origem a outro material", acrescenta Sidney.
Evento de fotônica
O grupo de fotônica do campus de Araraquara realizou na última semana um evento de nível internacional, trazendo ao Brasil os maiores especialistas da área em nível internacional.
Veja detalhes sobre o evento:

• Ciência avançada: Avanços científicos e tecnológicos em fotônica

Energia - Nanoflores capturam e armazenam energia

As nanoflores de sulfeto de germânio oferecem uma grande área superficial, podendo servir para geração ou armazenamento de energia.[Imagem: Linyou Cao/NCSU]

Flores de energia
Embora sejam as folhas as grandes responsáveis pela fotossíntese natural das plantas, a fotossíntese artificial está tentando a sorte com flores.
Pesquisadores da Universidade do Estado da Carolina do Norte criaram nanoflores que, segundo eles, representam a próxima geração de dispositivos de armazenamento de energia e células solares.
A grande vantagem da estrutura é que as "pétalas" da flor são muito finas. Com seu formato complexo, isso se traduz em uma enorme área superficial.
"Isso pode aumentar significativamente a capacidade das baterias de lítio, por exemplo, já que uma estrutura mais fina com maior área superficial poderá conter mais íons de lítio. Da mesma forma, esta estrutura em flor de GeS pode aumentar a capacidade dos supercapacitores, que também são utilizados para armazenamento de energia," disse o Dr. Linyou Cao, coordenador do trabalho.
Nanoflores
As nanoflores foram sintetizadas com um material semicondutor chamado sulfeto de germânio (GeS), capaz de servir a diversas funções no campo das energias alternativas.
Para criar as estruturas em formato de flor, os pesquisadores primeiro aqueceram o GES em um forno até que o material se vaporizasse.
O vapor é então soprado para uma área mais fria do forno, onde o GeS sedimenta em camadas, de 20 a 30 nanômetros de espessura, e com até 100 micrômetros de comprimento.
Conforme as camadas vão sendo adicionadas, as folhas se ramificam umas a partir das outras, criando um padrão similar a um cravo.
Complexidades práticas
O pesquisador acrescenta que o material pode ser usado em células solares, embora o estudo agora divulgado ainda não demonstre como isso possa ser feito em uma estrutura tão complicada, e frágil demais para ficar exposta - a conexão dos eletrodos seria de longe o maior desafio.
Mas a estrutura complexa é promissora como componente de estruturas maiores, incorporada em materiais usados, como o pesquisador cita, em baterias e supercapacitores.

Energia - LED completa 50 anos

O primeiro LED custou U$260,00 só em materiais.[Imagem: GE]

O primeiro LED
Em Outubro de 1962, o então jovem doutor Nick Holonyak apresentava ao mundo o primeiro LED (Light-Emitting Diode), um diodo emissor de luz.
Já se sabia que os diodos podiam emitir radiação na faixa do infravermelho, mas ninguém havia ainda conseguido fazê-los brilhar na faixa visível pelo olho humano.
Na época, a pesquisa com semicondutores ainda era emergente e quase uma curiosidade científica, em um mundo dominado pelas válvulas termoiônicas.
O primeiro transístor era um adolescente, e não tinha ainda completado 15 anos de idade.
O primeiro circuito integrado vinha na turma seguinte, com apenas 14 anos.
Mas os trabalhos com os masers, que levariam à descoberta do laser, fervilhavam, com vários grupos tentando criar dispositivos de estado sólido para a emissão de diversos comprimentos de onda. Devido à sua ligação com a GE, Holonyak queria fabricar um componente semicondutor que emitisse luz visível - em outras palaavras, uma lâmpada.

O LED foi apenas a primeira criação do Dr. Nick Holonyak, que tem uma série de contribuições na área. [Imagem: GE/Univ.Illinois]

"O Mágico"
Enquanto seu colega Robert Hall tentava construir um laser semicondutor no infravermelho usando GaAs (arseneto de gálio), Holonyak voltou-se para o espectro visível usando GaAsP (fosforeto arsenieto de gálio).
Em 9 de outubro de 1962, com toda a equipe assistindo, Holonyak tornou-se a primeira pessoa a operar um laser de liga semicondutora na faixa visível - o componente que iluminou o primeiro LED visível.
A equipe passou a chamar o primeiro LED visível de "o mágico", porque, ao contrário dos outros componentes, não era preciso olhar para os aparelhos para ver se ele estava funcionando.
Cinquenta anos depois, os LEDs estão em todos os aparelhos eletrônicos, TVs, monitores de computador, lanternas, semáforos, faróis de carros e uma infinidade de outras aplicações.

Inúmeros pesquisadores ao redor do mundo tentam resolver as deficiências da luz emitida pelos LEDs, que não é tão agradável aos olhos humanos, apesar de suas inúmeras vantagens. [Imagem: GE]

Lâmpada definitiva
O que ainda se espera é que os LEDs realizem a promessa de substituir de vez as lâmpadas incandescentes, que consomem energia demais, e as fluorescentes, que usam o perigoso mercúrio.
Apesar disso, o Dr. Holonyak chama seu pequeno "mágico" de "a lâmpada definitiva": "Porque a própria corrente elétrica é a luz," justifica ele.
Isso significa que um LED opera de forma energeticamente muito eficiente, com pouca perda de energia e uma dissipação de calor desprezível.
O grande entrave à sua utilização na iluminação residencial é que seu espectro de emissão não é contínuo, o que torna sua luz menos agradável aos olhos humanos.
Aos 83 anos, o cientista continua trabalhando na Universidade de Illinois, nos Estados Unidos, sempre em parceria com a empresa GE.
O Dr. Holonyak é responsável também por vários avanços mais recentes na área:

Informática - Deficientes visuais "enxergam" com aparelho que traduz cores em música

O usuário pode usar o "aparelho de substituição sensorial" na forma de óculos, ou apontar diretamente a câmera para o objeto de interesse (embaixo à direita). [Imagem: Dupliy/Amedi/Levy-Tzedek]

Dispositivos de substituição sensorial
Pesquisadores criaram um novo dispositivo para ajudar pessoas cegas a não apenas perceberem o ambiente ao seu redor, mas também a identificar objetos individuais.
Já existem vários trabalhos que tentam criar "mapas sonoros do ambiente", convertendo imagens em sons.
O objetivo final é construir os chamados "dispositivos de substituição sensorial", aparelhos que usam diversas tecnologias para traduzir as informações de um sentido - geralmente não funcional no indivíduo - por informações que afetem outro sentido.
Alguns desses estudos já estão em estágio avançado de testes.

• Equipamento transforma imagens em mapas sonoros tridimensionais

Transformando imagens em sons
Mas Maxim Dupliy e seus colegas não queriam apenas uma forma de ajudar as pessoas cegas a caminharem dentro ou fora de casa: eles queriam construir algo mais funcional, que permita, por exemplo, que uma pessoa pegue uma fruta, ou aperte a mão de um amigo.
O aparelho, batizado de EyeMusic, usa uma câmera para capturar as imagens. Cada imagem digital é processada, transformando os pixels em notas musicais.
Por exemplo, os pixels na vertical, que mostram a altura dos objetos, são representados por notas musicais que variam do grave (objetos mais baixos) ao agudo (objetos mais altos).
A localização horizontal de cada pixel é indicada pela temporização das notas musicais, com tempos maiores indicando a direita, e tempos menores a esquerda.
O brilho de cada parte da imagem é codificado pelo volume do som.
Música para os meus olhos
Mas ninguém gosta de "ouvir em preto e branco". Restava então codificar as cores.
Para isso, foram usados diferentes instrumentos musicais, um para cada uma de cinco cores.
O azul é representado pelo trompete, o vermelho pelo órgão, o verde pelo órgão de palheta sintetizado e o amarelo pelo violino. Finalmente, o branco é representado por um vocal e o preto pelo silêncio.
Os pesquisadores preocuparam-se também com o lado artístico, para que os sons soem sempre suaves e harmônicos, evitando apitos e chiados desconfortáveis ou desagradáveis.
"As notas se estendem por cinco oitavas e foram cuidadosamente escolhidas por músicos para criar uma experiência agradável para os usuários," disse Amir Amedi, coautor do estudo.
Percepção espacial no cérebro
Se na descrição parece tudo muito complicado, na prática deu-se o contrário: os usuários conseguiram operar o dispositivo muito rapidamente, alguns deles com apenas meia hora de treinamento.
Assim, o experimento dá suporte à hipótese de que a representação do espaço no cérebro pode não ser dependente de como a informação espacial é recebida, e que é necessário muito pouco treinamento para criar uma representação do espaço sem a visão - isto pode ser feito, como se comprovou, usando sons.
"O nível de precisão alcançado em nosso estudo indica que é factível usar um dispositivo de substituição sensorial para realizar tarefas do dia-a-dia, indicando um grande potencial para seu uso em terapias de reabilitação," concluiu.

Informática - Aparelho de baixo custo controla computador com os olhos

Mesmo depois de um "banho de design", o aparelho poderá chegar ao mercado por uma fração do custo das versões atualmente disponíveis. [Imagem: Abbott/Faisal/JNE]

Sem as mãos
Implantes neurais, interfaces cérebro-máquina e sensores já permitem controlar computadores, próteses e até robôs, apenas com o pensamento.
A maioria, contudo, ainda está em estágio de pesquisas, disponíveis apenas para laboratórios - os poucos disponíveis têm baixa resolução e ainda são equipamentos caros.
Mas isso está prestes a mudar, graças ao trabalho de dois engenheiros do Imperial College, de Londres.
William Abbot e Aldo Faisal construíram um equipamento capaz de controlar um computador apenas com os olhos a um custo de cerca de US$60 (R$125,00).
Segundo eles, a tecnologia logo estará disponível para pessoas com diversos tipos de deficiências, incluindo pacientes de esclerose múltipla, Parkinson, distrofia muscular, lesões na medula espinhal ou amputados.
Controle do computador com os olhos
Fabricado com equipamentos comprados no comércio, o aparelho monitora com exatidão o movimento dos olhos, permitindo o controle de um cursor na tela exatamente como um mouse.
Com um consumo inferior a 1 watt, o aparelho, batizado de GT3D, pode transmitir os dados para qualquer computador rodando Windows ou Linux, conectado a uma porta USB ou por meio de uma conexão Wi-Fi.
Na demonstração, os pesquisadores permitiram que voluntários, sem nenhum treinamento, usassem o equipamento para brincar de Pong, usando apenas os olhos.
O sistema é composto por duas câmeras de baixo custo montadas sobre um par de óculos.
As câmeras capturam continuamente a imagens dos olhos, enquanto um programa processa as imagens e determina o movimento da pupila.
Esse movimento faz as vezes do mouse, controlando o cursor na tela. O clique é feito por um movimento especial do olho, que pode ser calibrado no software.
Profundidade do olhar
O programa de controle já alcançou uma precisão suficiente para determinar a "profundidade do olhar" - ele determina se o usuário está focando o olhar mais próximo ou mais distante.
Embora ainda não tenham tirado proveito dessa capacidade na versão atual do GT3D, os pesquisadores afirmam que isso poderá permitir o controle de cadeiras de rodas ou próteses robotizadas.
Nesses casos, bastará que o usuário focalize o olhar no ponto para onde deseja se deslocar, ou onde quer colocar a mão, por exemplo.

Informática - Disco histórico toca novamante a partir de uma fotografia

A imagem, registrada em uma revista alemã impressa em 1890, tem resolução suficiente para identificar quase completamente as ondulações dos sulcos, que representam as ondas sonoras registradas no disco. [Imagem: Indiana U.]

Imagens que falam
Por mais modernas que nos pareçam, as tecnologias sempre envelhecem.
Sensação quando foi inventada, no fim do século 19, tudo o que resta de uma das primeiras gravações de som feita pelo homem é uma fotografia.
O disco guarda a voz abafada de Emile Berliner, o pai do gramofone (ou fonógrafo), recitando a poesia "A Luva", de Friedrich Schiller.
Mas se tudo o que resta do disco é uma fotografia, como é que sabemos o que há nele?
É que o envelhecimento de uma tecnologia pressupõe o surgimento de uma nova tecnologia, mais moderna.
E Patrick Feaster e seus colegas da Universidade de Indiana, nos Estados Unidos, usaram todas as técnicas ao seu alcance para decodificar o som registrado no disco usando apenas sua fotografia.
Digitalização
Feaster digitalizou a imagem e processou o arquivo para "desenrolar" os sulcos do disco.
A surpresa foi que a imagem, registrada em uma revista alemã impressa em 1890, tinha resolução suficiente para identificar quase completamente as ondulações dos sulcos, que representam as ondas sonoras registradas no disco.
O pesquisador então criou um arquivo linear, que lembra um pouco um clip de áudio moderno, e utilizou um programa especialmente desenvolvido para ler as ranhuras do disco e transformá-las em sons.
Embora não tenha conseguido datar precisamente a gravação, Feaster ainda assim acredita que se trata de um dos primeiros experimentos com o gramofone, uma inovação que viria maravilhar toda uma geração.
"Há 25 bibliotecas no mundo que têm esse exemplar [da revista Über Land und Meer], o que o torna extremamente raro. Mas nós fizemos o que nenhuma delas consegue fazer: tocamos o disco novamente," comemorou ele.
Recentemente, outra equipe reconstruiu as primeiras gravações de som da história, mas a partir de disco reais, guardados no Museu Smithsoniano.

Materiais Avançados - Vidro multifuncional tem dupla personalidade

O vidro multifuncional é antirreflexo, autolimpante e antiembaçante. [Imagem: Park et al./ACS Nano]

Antirreflexo
George Barbastathis e seus colegas do MIT criaram um vidro texturizado que não apenas pode evitar os reflexos, como se tornar autolimpante e à prova de embaçamento.
Esse vidro, que seus criadores chamam de "vidro multifuncional", tem uma superfície nanoestruturada, repleta de minúsculos cones, cada um medindo 200 nanômetros de diâmetro na base, e projetando-se por outros 200 nanômetros de altura.
A primeira propriedade obtida com essa nanoestrutura é o antirreflexo. Mas não é a única.
Superhidrofilicidade
As nanorrugosidades dão ao vidro a propriedade da superhidrofilicidade, um fenômeno descoberto em 1995, que cria uma película homogênea de água sobre o material, tornando o vidro antiembaçante e autolimpante.
A película de água não apenas impede a incrustação de compostos orgânicos, como remove qualquer partícula que já esteja depositada.
Superhidrofobicidade
Contudo, basta adicionar um componente extra, um surfactante, para que o vidro multifuncional reverta completamente seu comportamento, passando a apresentar a superhidrofobicidade, ou seja, ele passa a repelir completamente a água.
Segundo Barbastathis, a nanoestrutura no formato dos cones evita a perda das propriedades com o uso do vidro, tornando-o mais durável.
Mais luz para a energia solar
Segundo ele, o vidro multifuncional pode ter inúmeras aplicações, mas a energia solar parece ter muito a ganhar.
Os painéis solares perdem eficiência com o tempo devido à deposição de poeira, que impede que a luz do Sol chegue até as células solares propriamente ditas. Assim, um vidro autolimpante seria a escolha ideal para recobri-los.
Além disso, a propriedade óptica do antirreflexo otimiza o rendimento dos painéis solares conforme aumenta o ângulo de incidência da luz solar, ao permitir que mais luz chegue às células solares.
Autolimpante de fora e antiembaçante de dentro
O setor da construção civil e os automóveis também poderão ser beneficiados.
"Você pode ter um vidro com superhidrofobicidade do lado de fora, para que a água não se acumule e retire a sujeira, e superhidrofilicidade do lado de dentro, para que o vidro não embace," disse Barbasththis.
A técnica de fabricação do vidro multifuncional ainda é complicada e cara, mas o pesquisador afirma que, no futuro, ele poderá ser fabricado "simplesmente passando o vidro através de um par de rolos texturizados enquanto o vidro ainda está parcialmente fundido."

Materiais Avançados - Peneira de microfiltragem varia porosidade e se autoconserta

A membrana varia a espessura de seus poros, podendo filtrar desde material particulado em suspensão, até vírus e moléculas individuais. [Imagem: Damien Quémener]

Filtragens especiais
Pesquisadores franceses desenvolveram uma nova membrana que não apenas pode alterar a espessura dos poros, como se autoconserta se furar.
Uma membrana é uma espécie de peneira high-tech.
O mercado de membranas está passando por um boom mundial, com aplicações que vão da purificação de água e da dessalinização até as células a combustível e a separação de produtos da química fina.
Sobretudo as indústrias farmacêutica e de alimentos têm apresentado alta demanda por filtragens especiais, fazendo o mercado expandir-se 10% ano ano.
Prashant Tyagi e seus colegas do instituto CNRS pretendem ocupar um bom espaço nesse mercado, graças às características inusitadas de sua nova membrana.
Micelas
A membrana é dinâmica, no sentido de que ela pode ajustar o tamanho de seus poros de forma autônoma, bastando para isso alterar a pressão com que o líquido a ser filtrado é injetado sobre ela.
Embora seja mais comum fabricar membranas para microfiltragem com cerâmica, os pesquisadores usaram uma combinação de três polímeros, de diferentes solubilidades, para formar micelas, nanopartículas em constante interação umas com as outras.
Quando a pressão do líquido aumenta, as micelas têm uma tendência para se achatar, reduzindo a dimensão dos poros.
Por exemplo, a uma baixa pressão - 0,1 bar - os poros têm cerca de 5 nanômetros, permitindo a filtragem de vírus e macromoléculas.
Com uma leve subida na pressão é possível atingir poros na dimensão de até 1 nanômetro.
Contudo, se a pressão atingir 5 bars, a morfologia da membrana passa por uma mudança drástica, e os poros alcançam dimensões de 100 nanômetros, permitindo a filtragem de bactérias ou materiais particulados em suspensão.
Isso permitirá a construção de equipamentos para diversas exigências de filtragem usando uma única membrana.

As micelas reorganizam-se para restaurar o equilíbrio, o que resulta no fechamento de furos muito grandes, até 85 vezes maiores do que a espessura da membrana. [Imagem: Tyagi et al./Angewandte]

Autoconserto
Mas o mais interessante parece ser sua capacidade de se "recuperar" de furos que eventualmente apareçam.
Na ocorrência de algum furo, ela é capaz de se autoconsertar, prolongando sua vida útil e garantindo maior segurança na qualidade dos produtos filtrados.
Quando a membrana se rasga, quebra-se o equilíbrio físico que mantém as micelas juntas.
As micelas então tentam restaurar o equilíbrio reorganizando-se, o que resulta no fechamento do furo.
Os testes mostraram que uma perfuração 85 vezes maior do que a espessura da membrana é reparada sem qualquer intervenção humana. É necessário apenas parar o processo de filtragem por alguns instantes.

Materiais Avançados - IPT desenvolve tecnologia de borracha em pó

A borracha em forma de pó ultrafino é uma alternativa mais simples para várias aplicações, em comparação com o uso do material em bloco. [Imagem: IPT]

Borracha em pó
Pesquisadores do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) de São Paulo estão desenvolvendo uma nova técnica para fabricação de borracha em pó.
O objetivo da pesquisa é desenvolver uma rota química de produção a partir do látex sintético, para aplicação no aumento da resistência de diversos tipos de materiais plásticos e para a elaboração de resinas poliméricas.
Para preencher uma lacuna tecnológica pouco explorada atualmente dentro e fora do Brasil, os pesquisadores brasileiros estão empregando uma técnica de secagem por aspersão, ou spray drying.
A borracha em forma de pó ultrafino é uma alternativa mais simples para várias aplicações, em comparação com o uso do material em bloco.
Os blocos demandam operações de moagem e pulverização, enquanto a borracha em pó pode ser adicionada diretamente aos processos industriais.
Processo contínuo
A técnica mais comum para a obtenção da borracha em pó emprega a irradiação da emulsão para promover uma modificação na estrutura do látex antes da secagem em spray dryer.
Mas o processo apresenta, gargalos como a necessidade de uma infraestrutura em grande escala e riscos à saúde dos trabalhadores.
Já o projeto do IPT emprega uma técnica simples, que opera em processo contínuo, e de baixo custo.
O látex sintético é modificado quimicamente por meio de monômeros funcionais e óxido coloidal, que irão compor uma mistura submetida posteriormente à secagem em um equipamento de spray dryer.
Foram estudados dois tipos de látex, o estireno-butadieno e o estireno-butadieno carboxilado, sendo que o primeiro apresentou melhores resultados no quesito viabilidade econômica.
Tintas especiais
O projeto tem prazo de conclusão em abril de 2013, mas os bons resultados obtidos já possibilitaram o pedido de depósito de uma patente e podem expandir o emprego das novas formulações:
"O foco do projeto é a aplicação da borracha em pó para aumentar a resistência ao impacto dos plásticos, mas ela poderá ser também uma alternativa viável para as indústrias, como aditivo em tintas especiais ou modificador de impacto em concreto ou pisos, por exemplo", completa Lucilene Betega de Paiva, coordenadora do projeto.

Mecânica - Tecnologias que você não vê beneficiarão o que você vê e usa

Tecnologias de processo Tecnologias que renderão bilhões de dólares nos próximos anos serão adotadas sem que os usuários sequer percebam.
Isto porque não são tecnologias de produto, como o tablet do momento ou o motor mais moderno do seu carro.
São tecnologias de processo, que tornam aquilo que você usa, ou usará no futuro, mais eficiente, mais fácil de fabricar e, por decorrência, mais barato.
É o caso de dois avanços de impacto divulgados nesta semana.
O primeiro mostra como não apenas o tablet do momento, mas os de todos os momentos futuros, podem ser beneficiados pelas pesquisas com fusão nuclear.
O segundo mostra como um mineral e um bom trabalho em um laboratório de química podem se traduzir em ganhos econômicos e ambientais globais.

Minirreator: quatro capacitores (embaixo) fornecem 10.000 volts para separar os elétrons do xenônio de seus núcleos, criando um plasma eletricamente carregado. [Imagem: U. of Washington]

Plasmando a eletrônica
A equipe do Dr. Uri Shumlak, da Universidade de Washington, está tentando viabilizar a criação de uma estrela artificial, uma máquina de fusão nuclear para gerar energia renovável e sem resíduos.
Para isso eles lidam com plasma, o quarto estado da matéria. O plasma de hidrogênio no Sol é tão quente que os núcleos de hidrogênio se fundem liberando energia.
Mas quando ainda estudava seu protótipo em escala de laboratório, o pesquisador descobriu que já possuía uma tecnologia muitíssimo superior à que é necessária para que a indústria eletrônica fabrique componentes cada vez menores - mais especificamente, 1.000 vezes melhor.
A litografia usada para a fabricação de chips depende de uma fonte de luz - uma máquina de US$100 milhões para fazer a luz ricochetear em uma série de espelhos e lentes, até atingir a superfície da pastilha de silício.
Como os transistores precisam ficar cada vez menores, muito menores do que o comprimento de onda da luz, os esforços atuais se concentram na construção de fontes de luz ultravioleta extrema, para tentar alcançar os 13,5 nanômetros especificados pela indústria como o próximo degrau para manter a Lei de Moore em vigor.
O problema é que espelhos e lentes sempre absorvem um pouco da luz, e o feixe chega no silício fraco demais, em "fagulhas" que duram entre 20 e 50 nanossegundos.
Shumlak e sua equipe criaram um feixe de plasma que dura 1.000 vezes mais, de 20 a 50 milionésimos de segundo.
"Isso se traduz diretamente em mais luz na saída, mais potência atingindo a pastilha de silício, de tal forma que você pode movê-la durante um período razoável de tempo," explicou o pesquisador, referindo-se ao movimento necessário para desenhar os transistores.
Ele agora está em busca de investidores para integrar o feixe de plasma aos equipamentos já usados pela indústria eletrônica, a tempo de pegar a próxima geração de processadores.

1 grama de zeólita tem uma superfície de 1.000 metros quadrados, fazendo com que os líquidos atinjam os catalisadores passando pelos inúmeros túneis do material. [Imagem: Michael Tsapatsis Lab]

Catalisando a química
E, já que computadores e automóveis são os elementos dinâmicos da chamada "economia moderna", o outro avanço não poderia deixar de beneficiar os possantes - e muito outros produtos.
Cada gota de gasolina que seu carro consome percorre um longo caminho na refinaria, em uma série de reações químicas que fazem com que não lembre em nada o petróleo da qual se originou.
E todas essas reações químicas dependem de catalisadores.
Michael Tsapatsis e seus colegas da Universidade de Minnesota desenvolveram uma técnica que usa zeólitas para dar ao material que está sendo processado um acesso ultrarrápido ao catalisador.
O ganho é comparável a retirar os compostos químicos de onde eles correm hoje, a um ritmo de uma rua estreita de um bairro, e levá-los para uma rodovia de várias pistas sem limite de velocidade.
"O impacto dessa nova descoberta é enorme," disse Tsapatsis, acrescentando que ela terá uso não apenas na produção de gasolina e diesel, mas também na fabricação de plásticos, biocombustíveis, medicamentos, enfim, em toda a indústria química.
Eles usaram materiais altamente porosos, chamados zeólitas. Essa espécie de cerâmica foi crescida artificialmente na forma de nanofolhas ultra-finas, que se dobram em ângulos de 90 graus, formando uma estrutura parecida com um castelo de carta - ou seja, são poros dentro de poros.
Como a área superficial disponível é muito maior - 1 grama de zeólita tem uma superfície de 1.000 metros quadrados - os líquidos podem atingir os catalisadores passando pelos inúmeros túneis do material.
Segundo os pesquisadores, além da maior velocidade, o processo apresentou ganhos em estabilidade e seletividade, tudo ao mesmo custo do que é feito hoje - só que para uma produção que poderá ser centenas e até milhares de vezes maior.

Mecânica - Avião metamórfico: Asa ativa muda suavemente de formato

A asa ativa variável muda suavemente de formato, graças a uma cobertura externa de polímero. [Imagem: WenChao et al./Mechanica & Astronomica]

Aerodinâmicas
O desenvolvimento de veículos voadores de pequeno porte, tanto microaviões quanto microrrobôs voadores inspirados em insetos e veículos aéreos não tripulados, está colocando novos desafios para a aerodinâmica.
Um desses desafios é lidar com o voo em baixa velocidade, otimizando o desempenho dos aviões.
O problema é definido por aquilo que os engenheiros chamam de "número de Reynolds baixo", quando a inércia desempenha um papel menor em relação à viscosidade na determinação das forças de atrito entre o avião e o ar.
As exigências sobre a aerodinâmica são muito diferentes - geralmente envolvendo fatores excludentes - quando se trata de otimizar o voo em diferentes condições, o que é comum nos microveículos voadores, que devem decolar como helicópteros, voar como aviões e manobrar em espaços exíguos.
Asa ativa
Pesquisadores chineses demonstraram que a saída pode estar em asas ativas, que mudam de perfil em tempo de voo.
Yang Jiming e seus colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China construíram um aerofólio ativo que, ao contrário de experimentos similares, não muda drasticamente de uma posição para outra.
Em vez disso, ele pode ter seu perfil alterado suavemente.
Mais importante ainda, a asa ativa possui a capacidade de arqueamento, alterando a linha média entre o intradorso e o extradorso.
A asa ativa pode se estender até 30% da sua dimensão básica.
Asa morfológica
A estrutura interna da asa morfológica compreende cinco linhas de elementos dobráveis.
Ela foi projetada para suportar uma "pele" - um revestimento flexível - que lhe dá a forma aerodinâmica e reage de forma suave ao movimento dos elementos internos, gerando o comportamento metamórfico (morphing).

• Nanocompósitos podem viabilizar avião-Transformer

O atuador é um servomotor, fixado na longarina, que puxa a superfície inferior da seção de popa com a ajuda de engrenagens.
Conforme uma parte da superfície inferior é puxada em direção à longarina, produz-se uma discrepância assimétrica na área entre as superfícies superior e inferior do aerofólio, o que lhe dá uma curvatura.
No protótipo, a longarina foi feita com materiais acrílicos, e a "pele" da asa ativa foi feita com polipropileno.
Voo não tripulado
Os testes indicaram que uma aeronave dotada com uma asa ativa poderia dispor de condições aerodinâmicas que hoje só podem ser obtidas por projetos diferentes, ou seja, por diferentes aeronaves.
Os pesquisadores planejam fazer os primeiros testes de seu novo conceito de asa ativa em aeromodelos, preparando-as para uso em veículos aéreos não tripulados.

Mecânica - Indústria automobilística contra-ataca com motores pequenos

O 1.0 de três cilindros da Ford tem a mesma potência que o 1.6 que ele substitui. [Imagem: Ford]

A indústria automotiva parece decidida a colocar no mercado as mais significativas inovações em termos de motorização desde o advento da injeção eletrônica.
Preocupadas com o peso dos quesitos ambientais adicionados às avaliações dos seus carros, feitas por sites e revistas especializadas, as grandes empresas esperam parar de perder pontos, e clientes, pela fama de carros beberrões e politicamente incorretos.
Motor de três cilindros
O novo Focus, da Ford, por exemplo, é equipado com um motor menor, mais econômico e que, no entanto, tem a mesma potência que o motor que ele substitui.
Com três cilindros minúsculos, é uma mudança histórica em relação aos motores de quatro cilindros, mas com ganhos em termos de economia de gasolina e menor emissão de dióxido de carbono (CO2).
É um motor 1.0 substituindo um motor 1.6.
Ainda assim, ele tem a mesma potência do motor anterior, que ele substitui, mesmo sendo 30% mais leve.
"E nós conseguimos obter uma melhora de 15 a 20% na economia de combustível," garante Tim Winstanley, da Ford.

O revolucionário TwinAir 500, da Fiat, promete fazer 30 km/l de combustível. [Imagem: Fiat]

Evolucionário e revolucionário
Mas, se o pequeno motor da Ford dá à empresa um pouco de vantagem sobre seus rivais no momento, a montadora não é a primeira a seguir este caminho.
"Nós observamos o downsizing dos motores em toda a indústria", disse Kaushik Madhavan, diretor de pesquisa da consultoria Frost & Sullivan, "embora as montadoras estejam tomando rotas diferentes para chegar lá."
A Fiat, por exemplo, usa um motor turbo de dois cilindros em seu TwinAir 500, fiel ao Cinquecento original, de 1957.
O motor tem alta eficiência em termos de consumo de combustível graças a uma gestão cuidadosa da quantidade de ar que entra no motor, o que ajuda a melhorar a combustão.
Tudo é feito com a utilização de controles eletro-hidráulicos das válvulas de entrada, no lugar do tradicional comando de válvulas por eixo.
"O motor da Ford é evolucionário," opina Madhavan. "Mas o da Fiat é revolucionário."
O design retrô da Fiat promete fazer 30 km/l de combustível, com uma emissão de CO2 de apenas 95 g/km.

O 1.4 TSI da VW oferece melhor potência e melhor característica de torque do que um motor de 2.3 litros aspirado. [Imagem: Volkswagen]

Único e bem-sucedido
O grupo Volkswagen também é ativo nesse campo, tendo introduzido um minimotor a gasolina com injeção direta em 2005.
O motor a gasolina 1.4 TSI oferece melhor potência e melhor característica de torque do que um motor de 2.3 litros aspirado, também oferecendo economia de combustível e redução nas emissões, segundo a empresa.
"A abordagem da Volkswagen é muito original e muito bem-sucedida. Poucas montadoras até agora mostraram motores que são turbo e supercharger," disse Madhavan.
Enxugamento agressivo
Desenvolvimentos similares estão ocorrendo em toda a indústria automobilística, o que inclui fabricantes como a maior empresa de carros de luxo do mundo, a BMW, que está se preparando para introduzir os frugais motores de três cilindros em seus carros.
"Consequentemente, os motores a gasolina vão passar por enxugamentos muito mais agressivos do que os motores a diesel," diz Madhavan.
Na Europa é permitido o uso de motores a diesel em automóveis, e esses vinham roubando lugar dos motores a gasolina há vários anos, graças a novas tecnologias que permitem que elas poluam menos do que seus equivalentes a gasolina.
Mas isso parece destinado a mudar.
A empresa de consultoria de Madhavan prevê que, até 2018:

• mais da metade dos carros movidos a gasolina vendidos na Europa terão motores menores que 1.2 litro, em comparação com um quarto em 2010;
• carros com motores a gasolina pequenos, menores do que 1 litro, vão alcançar parcelas de mercado de 5% a 16%;
• apenas 5% dos veículos a gasolina terão motores de 2 litros, contra 10% em 2010.

Meio ambiente - Casas inteligentes: tecnologia já está disponível

A maior parte das tecnologias para as casas inteligentes já está disponível no comércio. O que falta é um controle central. [Imagem: Washington State University]

Agentes inteligentes
Os edifícios inteligentes já têm o seu lugar na agenda da arquitetura e da construção civil.
Mas, e as casas, quando elas também começarão a ficar inteligentes?
Não há mais o que esperar, garante a engenheira Diane Cook, da Universidade do Estado de Washington, nos Estados Unidos.
Em um levantamento realizado para a revista Science, Diane fez um inventário de todas as tecnologias já desenvolvidas e que podem ser utilizadas para dar um pouco mais de inteligência às casas.
Segundo ela, não falta muito para que nossas casas façam o papel de "agentes inteligentes", dotados de sensores e programas de computador para antecipar nossas necessidades e fazer automaticamente tarefas que podem melhorar nossa saúde, facilitar nossa interação social e, sobretudo, ajudar a economizar.
Casa que pensa
Muitas casas já possuem a maior parte do aparato mais complicado necessário para essas tecnologias: os sensores, que já vêm embutidos em fornos de microondas, aparelhos de TV e timers para ligar e desligar aparelhos eletrodomésticos.
O que falta é interligar tudo.
"Nós queremos que sua casa como um todo 'pense' sobre o que você quer, e use esses componentes para fazer a coisa certa no tempo adequado," disse ela.
Essa é exatamente a especialidade da engenheira, que vem aplicando inteligência artificial em sistemas de automação residencial.
Seu laboratório atual é um conjunto de 18 apartamentos na cidade de Seattle, onde ela está testando um sistema de monitoramento de idosos que dispensa a presença física do acompanhante.
Os sensores espalhados pela casa alertam o cuidador, pela internet ou pelo celular, caso o morador tenha deixado de lado qualquer tarefa programada.
Isso inclui hora de acordar e dormir, horário das refeições, dos medicamentos e até se o vovô está deixando o banho para o outro dia.
Com a tendência mundial de envelhecimento da população, o cuidado aos idosos é visto como um dos mercados mais promissores para novas tecnologias.

Pesquisadores brasileiros criaram o protótipo de uma casa do futuro que une sustentabilidade e eficiência energética. [Imagem: Ag.USP]

Skype em todo lugar
Outras tecnologias já em testes incluem o agendamento de equipamentos como máquinas de lavar roupa e louça, secadoras, a manutenção da temperatura da água nos reservatórios e o alerta caso algum aparelho seja ligado ou desligado.
No lado da interação, a ideia é usar tecnologias como o Bluetooth e o WiFi para permitir a comunicação remota, sem precisar usar as mãos, de qualquer lugar da casa.
Será a era do "Skype em qualquer lugar," diz Diane, o que, segundo ela, inclui câmeras espalhadas por todo lado.
Assim será mais fácil monitorar os idosos e as crianças.
Privacidade e segurança
Mas a pesquisadora também pondera sobre as questões de privacidade e segurança, como o risco de ter imagens, voz ou dados bisbilhotados por observadores indiscretos.
"As tecnologias das casas inteligentes, assim como muitas outras, estão enfrentando o desafio clássico de serem aceitas e adotadas," diz ela.
Em suas pesquisas, os dados mostram que a maior resistência vem dos moradores mais idosos. Eventualmente porque ninguém gosta que outros fiquem vigiando a hora que você toma banho - ou não toma.
"Em última instância", diz ela, "quando as pessoas tiverem uma compreensão melhor do que essas tecnologias fazem, e verem uma utilidade que contrabalance a sua intromissão, a adoção irá começar. Eu acredito que algumas tecnologias vão ganhar impulso tão logo começarem a ser usadas."

Meio ambiente - Privada ecológica produz fertilizantes, eletricidade e não gasta água

Os dejetos viram fertilizantes (esquerda) e geram metano em um biorreator (direita), sendo o gás usado para produzir eletricidade. [Imagem: NTU]

Descarga sem água
Cientistas de Cingapura desenvolveram um sistema de tratamento de esgotos que produz fertilizantes e eletricidade, é autossuficiente no fornecimento de água e não polui.
A privada possui dois compartimentos, que separam os dejetos líquidos dos sólidos.
Usando uma tecnologia de sucção a vácuo, similar à utilizada em aviões, o sistema precisa de apenas 0,2 litro de água em cada descarga, uma fração do que é necessário nos sistemas tradicionais.
Wang Jing-Yuan e seus colegas da Universidade Tecnológica de Nanyang estimam que, se for instalada em um banheiro público, com 100 descargas por dia, o novo vaso sanitário poderá economizar 160.000 litros de água por ano.
Fertilizantes e eletricidade
Mas o vaso sanitário não funciona sozinho. Para uma otimização de todo o sistema, ele deve abastecer uma unidade de reprocessamento capaz de aproveitar os dejetos.
Os dejetos sólidos serão processados por biorreatores, onde gerarão um biogás rico em metano, que será queimado para gerar eletricidade.
Os dejetos líquidos irão para uma planta de processamento, onde serão usados na produção de fertilizantes, com a recuperação de nitrogênio, fósforo e potássio.
A água restante será redirecionada para reúso pelo próprio sistema, servindo para novas descargas.
A ideia é que não apenas o sistema atinja autossuficiência em água, mas que a água restante possa ser redirecionada para outros usos públicos, incluindo banheiros do tipo antigo.
Vontade política
Em Cingapura, o projeto está recebendo US$10 milhões do governo apenas para uma etapa inicial de testes.
Ele deverá ser implantado em hotéis, resorts e comunidades isoladas, sem interligação com os sistemas tradicionais de esgoto.

Meio ambiente - Argila com tecnologia tem valor 100 vezes maior

Colunas de elutriação - um processo oposto à sedimentação - usadas para a separação das argilas.[Imagem: Márcio Nascimento]

Argilas nobres
O barro pode se transformar em matéria-prima para algo bem mais valioso do que os já muito úteis tijolos.
É o que está demonstrando um estudo desenvolvido na Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia (UFBA), coordenado pelo professor Márcio Nascimento.
Minerais abundantes no território brasileiro, as argilas têm seu uso bastante atrelado à indústria da construção civil e à produção de objetos cerâmicos.
Mas, com a tecnologia adequada, os pesquisadores baianos estão fazendo melhoramentos que tornam possível o uso da argila até pela indústria farmacêutica, substituindo a importação de matérias-primas nobres.
Segundo o pesquisador, o beneficiamento dá às argilas um valor comercial até 100 vezes maior do que material em bruto.
Argilas industriais e argilas especiais
Segundo o Ministério das Minas e Energias, existem 417 minas de argila em operação no país, individualmente produzindo de 1.000 a 20.000 toneladas/mês.
Cerca de 90% da argila produzida no país é destinada para a fabricação de agregados e materiais para a construção civil.
Os 10% restantes, destinados aos "fins especiais", têm aplicações que incluem absorventes, tintas, papel, borracha, desodorantes e produtos químicos e farmacêuticos.
A importância da agregação de valor, contudo, mostra-se na hora do faturamento: os 10% de argilas especiais respondem por 70% do faturamento total com o produto.
Isto faz com que os pesquisadores já segmentem o material em "argilas industriais", para construção civil, e "argilas especiais", para usos mais nobres.
Tratamento físico-químico
O professor Márcio Nascimento e seu grupo estão desenvolvendo técnicas de modificação físico-química das argilas brasileiras, substituindo um processo que hoje é feito no exterior.
"Em termos comerciais, se compram essas argilas por centavos de dólar a tonelada. E chegamos a importar essas mesmas argilas modificadas por algum processo físico-químico, onde elas passam de centavos de dólar a dezenas ou centenas de dólar," explica ele.
As técnicas desenvolvidas pela equipe estão em processo de patenteamento.
Mas a equipe planeja também estudar formas de tornar mais nobres as argilas industriais.
"Se você tiver uma argila melhorada, o tijolo, por exemplo, certamente terá algumas de suas propriedades melhoradas," prevê o pesquisador, salientando que esse tijolo de melhor qualidade também deverá ter um custo maior.

Nanotecnologia - DNA-RW: Dados binários são gravados em molécula de DNA

Em uma mesma célula, a informação pode ser escrita e reescrita até 16 vezes. Ou ela pode ser escrita e perpetuar-se pelas gerações futuras, conforme o microganismo se divide. [Imagem: Bonnet et al./PNAS]

DNA-RW
Cientistas da Universidade de Stanford conseguiram escrever, ler e voltar a escrever dados binários em moléculas de DNA.
Esse DNA-RW (Read and Write) foi criado usando enzimas de bactérias para alterar sequências específicas da molécula de DNA.
Essas sequências podem ter suas posições alternadas à vontade, o que transforma a molécula no equivalente genético de um dígito binário - um bit genético.
"Essencialmente, se a seção do DNA aponta em uma direção, ela representa um 0. Se aponta na outra direção, representa um 1," resume Pakpoom Subsoontorn, um dos autores da façanha.
"O armazenamento programável de dados no DNA de células vivas pode ser uma ferramenta incrivelmente poderosa para estudos sobre o câncer, envelhecimento, desenvolvimento dos organismos, e mesmo do meio ambiente," disse o professor Drew Endy.
Uma das possibilidades teóricas seria contar a frequência da divisão celular, disparando a morte celular programada caso a célula se torne cancerosa.
Bit genético
Enquanto a célula continuar viva, o dado registrado permanecerá gravado, o que torna o dígito genético comparável às memórias não-voláteis da eletrônica.
Mas aqui surge a grande diferença entre o armazenamento eletrônico de dados e o armazenamento biológico: o dado gravado permanece ao longo das gerações.
Os cientistas observaram os organismos unicelulares - nos quais eles gravaram o dado - dividindo-se até 100 vezes, sem que o dado fosse perdido.
Em um dos experimentos, eles regravaram o dado, invertendo o bit genético de 1 para 0, na geração número 90 - e o novo dado passou para as novas gerações. Em um mesmo organismo, o processo pode ser repetido 16 vezes.

O armazenamento de dados binários em moléculas de DNA recebeu o nome de memória RAD. [Imagem: Bonnet et al./PNAS]

Memória genética RAD

Se, no mundo da informática, o mecanismo pode ser facilmente explicado como um bit genético, em biotecnologia ele recebe o nome bem mais complicado de "inversão de DNA mediado por recombinase", uma referência ao processo enzimático usado para cortar, inverter e recombinar o DNA dentro da célula.
Os pesquisadores chamam sua memória genética de RAD (recombinase addressable data), algo como dado endereçável por recombinase.
Eles usaram esse mecanismo de memória biológica para determinar como micróbios unicelulares fluorescem sob luz ultravioleta - eles ficam vermelhos ou verdes, dependendo da posição da seção do DNA alvejada pela técnica.

Embora pareça simples, a equipe relata que foram necessários três anos de pesquisas e 750 tentativas diferentes, até encontrar as proteínas adequadas para a tarefa.
Computação in vivo
Com a demonstração do armazenamento genético de dados, segundo a equipe, o futuro da computação parece não ser mais uma simples questão de velocidade e quantidade de dados: passa a importar também onde as computações ocorrem e como elas podem impactar nosso entendimento e nossa interação com a vida.
O professor Endy afirma que o próximo passo do trabalho é criar um byte genético - um conjunto de oito bits que possa ser lido e escrito de forma conjunta.
"Eu ainda não estou realmente preocupado com os usos que o armazenamento genético de dados terá no futuro. Por enquanto, tudo o que eu quero é criar bits e bytes biológicos confiáveis e escaláveis. Então nós iremos colocá-los nas mãos de outros cientistas para que eles mostrem ao mundo como os dados genéticos poderão ser usados," afirmou.
Ele acrescenta que o segundo bit deverá levar menos tempo para ser desenvolvido do que o primeiro, e o terceiro menos do que o segundo.
Ainda assim, o pesquisador afirma esperar ter o seu byte genético totalmente funcional dentro de uma década.

• Bactérias ganham lógica e são programadas como computadores

Nanotecnologia - Microscópio vê interior de células de peixe vivo

A imagem do interior das células do peixe-zebra, totalmente focadas, é obtida pelo processamento em computador de uma sequência de imagens individuais. [Imagem: NIH/KIT]

Ver ao vivo
Microscópios ópticos são ferramentas insuperáveis para o estudo da estrutura e da dinâmica das células.
Mas a verdadeira dinâmica das células só pode ser observada quando o organismo está em seu ambiente natural, seguindo em seu ritmo normal de vida.
Não é difícil fazer isto com microrganismos, mas não é nada fácil ver o interior vivo de seres de mais alta ordem.
Superando a fluorescência
Agora, cientistas alemães desenvolveram uma nova técnica que finalmente supera o método de engenharia genética necessário para gerar a fluorescência que permite a visualização das estruturas vivas.
Com a nova técnica, eles observaram o interior de um peixe-zebra, o organismo modelo mais utilizado em pesquisa genética, com uma resolução inédita de 145 nanômetros, muito abaixo do comprimento de onda da luz visível.
Isto permitiu a visualização detalhada de estruturas chamadas microtúbulos, essenciais para o movimento e a divisão celular.
"É possível alcançar uma resolução de 145 nanômetros no plano e 400 nanômetros nos pontos intermediários," disse Marina Mione, que desenvolveu a nova técnica de microscopia com seus colegas dos institutos Karlsruhe e Max Planck.
Imagem 3D do interior de um ser vivo
Nesta nova técnica, o objeto a ser observado não é completamente iluminado.
Ao contrário, a iluminação é focalizada em um ponto específico, minimizando o espalhamento da luz e permitindo a geração de uma imagem muito detalhada daquele ponto.
Essa iluminação é então deslocada, gerando-se imagens sequenciais de toda a área que se deseja observar.
A imagem final, totalmente focada, é obtida pelo processamento em computador das imagens individuais.
Outra vantagem é a possibilidade de ajustar a profundidade de campo, criando uma imagem 3D do interior de um ser vivo ainda vivo, e não dos restos biológicos de um ser que já foi vivo um dia.
Vivo inspira o não-vivo
O processo todo leva apenas alguns segundos, de forma que o movimento natural das células do organismo vivo não chega a interferir com o foco da imagem final.
A realização de imagens em sequência permitiu literalmente filmar o processo de crescimento da linha lateral do peixe, um órgão sensorial que se desenvolve 45 micrômetros abaixo de sua pele, e que outros pesquisadores estão replicando para auxiliar na navegação de robôs submarinos.

Nanotecnologia - A incrível arte de montar objetos com átomos e moléculas

Montar uma caixa, algo trivial em escala humana, torna-se um desafio quando é preciso acondicionar nanopartículas ou picolitros de alguma substância. [Imagem: NSF]

Brincadeira de cientista
Montar objetos usando peças que você consegue ver e pegar é tão fácil que virou literalmente brincadeira de criança.
É assim também que são montadas todas as máquinas que usamos, de torradeiras e automóveis, até navios e naves espaciais.
Mas átomos e moléculas não podem ser manipulados tão facilmente quanto porcas e parafusos.
Empenhados em desenvolver técnicas que permitam a fabricação de dispositivos ultraminiaturizados, de nanorrobôs  a memórias de computador que consigam armazenar mais dados por área, os cientistas estão tendo que criar ferramentas totalmente novas.
Esse desafio, que depende de um auxílio especialmente intenso da matemática, está sendo vencido aos poucos, com pinças de luz, moldes de DNA, alicates magnéticos e vários outros artifícios.

Há 43.480 jeitos diferentes de dobrar um dodecaedro. A vantagem é que, em nanoescala, ele vira uma caixa sozinho. [Imagem: Gracias/Menon/NSF]

Matemática da nanotecnologia
Imagine montar uma caixa, algo trivial em escala humana, mas que se torna um desafio quando é preciso acondicionar nanopartículas ou picolitros de alguma substância.
Mas, vencido o desafio, há uma grande vantagem: as nanocaixas montam-se sozinhas.
É verdade que David Gracias, da Universidade Johns Hopkins não teria nem começado a construir suas caixas tridimensionais automontantes sem a ajuda da matemática.
Foi Govind Menon, da Universidade Brown, quem descreveu matematicamente como os materiais planos deveriam ser cuidadosamente cortados para que resultassem em caixas perfeitamente lacradas, que poderão ser usadas para levar medicamentos para o interior do corpo humano.
"Há 43.480 jeitos diferentes de dobrar um dodecaedro," disse Menon.
"Da mesma forma que a natureza monta tudo, de conchas do mar a pedras preciosas, sempre de de baixo para cima, a ideia da automontagem promete se tornar uma técnica totalmente nova de fabricar objetos partindo de átomos e moléculas," completa Gracias.
Depois de feitos os cortes com precisão, tudo o que é necessário fazer é aquecer o material para que, sozinho, ele crie a nanodobradura com perfeição.

As folhas são fabricadas por uma técnica de impressão, e depois se dobram com água. [Imagem: Zina Deretsky/NSF]

Pétalas que se fecham
O trabalho de Christian Santangelo e Ryan Hayward, da Universidade Massachusetts-Amherst é muito parecida - na verdade é complementar à de Gracias e Menon.
Eles empregaram técnicas fotográficas para imprimir folhas de polímeros já nos formatos adequados às dobraduras.
Em vez do calor, contudo, as folhas dobram-se no formato desejado apenas com a adição de água - a tensão superficial de microgotas é suficiente para levantar as "pétalas" das flores impressas.
As estruturas 3D finais são mais parecidas com sacos do que com caixas, e são curadas para permanecer na posição definitiva com luz ultravioleta.

As estruturas metálicas têm detalhes estruturais 100 vezes menores do que uma bactéria. [Imagem: Scott Warren/Uli Wiesner/Cornell]

Nanotecnologia metálica
Scott Warren e Uli Wiesner, da Universidade de Cornell, preferem montar estruturas metálicas.
Eles desenvolveram uma tecnologia capaz de fazer com que folhas metálicas sigam seu próprio caminho, automontando-se em caixas cujos detalhes estruturais são 100 vezes menores do que uma bactéria.
Ao contrário das grandes fábricas de produtos metálicos, às voltas com altos-fornos e grandes prensas, a nanometalurgia usa polímeros, frágeis e moles, para guiar as folhas de metal, que não são assim tão duras quando têm apenas poucos átomos de espessura.
Trabalhar com metais tem outro foco de aplicações, que inclui catalisadores mais eficientes e mais baratos para células a combustível e estruturas que guiam a luz para transportar mais informações no interior dos processadores fotônicos.

As partículas ocas serão nanorreatores, no interior dos quais quantidades ínfimas de compostos poderão reagir em condições estritamente controladas. [Imagem: Michael D. Ward/New York University]

Nanorreatores
Mike Ward, da Universidade de Nova Iorque, não gosta tanto de dobraduras, e desenvolveu uma técnica para criar nanopartículas cristalinas já ocas.
Segundo ele, a criação do espaço vazio garante mais pureza da nanocaixa, evitando reações químicas indesejadas.
E o químico não poderia estar interessado em outra coisa que não fazer reações químicas: suas nanopartículas ocas foram projetadas para serem nanorreatores, no interior dos quais quantidades ínfimas de substâncias químicas poderão ser postas para reagir, em condições estritamente controladas.
"Nós queremos criar estruturas que sirvam como um 'hotel' para moléculas 'convidadas'," disse Ward.
"Isso tornará possível separar os compostos químicos por tamanho das moléculas ou fazer reações em locais bem definidos e isolados, o que dará maior controle sobre a reatividade química e os produtos finais da reação," completa ele.

Os vasos de DNA não deixam nada a dever aos vasos e peças decorativas e funcionais de cerâmica. [Imagem: Hao Yan/Arizona State University]

Origami e arte
Hao Yan e Yan Liu, da Universidade do Estado do Arizona, estão entre os muitos que apostam nas moléculas de DNA e suas incríveis capacidades de conexão, que se encaixam apenas nos locais adequados.
Isso dá uma flexibilidade e uma precisão na montagem que não se consegue, ainda, obter de outro modo.
Usando a técnica, adequadamente batizada de origami de DNA, que já foi usada até para construir nanorrobôs que andam, os cientistas estão criando estruturas que não deixam nada a dever aos vasos e peças decorativas de cerâmica.
De novo, a vantagem é que os receptáculos podem ser projetados com antecedência, deixando a a montagem por conta das fitas de DNA, que recusam-se a se ficar nos locais inadequados, garantindo peças sempre perfeitas.
Veja mais detalhes desta incrível "arte nanotecnológica" na reportagem Origami de DNA cria nanoestruturas 3-D.

A técnica de nanoconstrução guia as partículas por magnetismo, permitindo a criação de estruturas com vários materiais. [Imagem: Benjamin Yellen]

Montagem magnética mista
Benjamin Yellen, da Universidade de Duke, também prefere as automontagens, mas no lado "duro" da nanotecnologia.
Em vez de moléculas biológicas, ele está usando nanopartículas cristalinas, que podem ser metálicas ou cerâmicas.
Feitas as partículas, elas encontram seu caminho para montar as estruturas desejadas quando detectam variações em sua concentração ou na presença de campos magnéticos.
Yellen também precisou da matemática para conseguir isso.
"Nós não apenas desenvolvemos o arcabouço teórico dessa nova técnica, como demonstramos no laboratório que ela pode criar mais de 20 estruturas previamente programadas," disse ele.
Além das caixas, foram criados anéis, correntes e até malhas parecidas com tabuleiros de dama, com nanopartículas de tipos diferentes.
E esse, juntamente com o controle externo por um campo magnético, é o grande trunfo da nova técnica, permitindo a criação de nanoestruturas feitas de diversos materiais.
Nanofuturo
"A era da miniaturização promete revolucionar nossas vidas. Podemos fazer estas nanocaixas a partir de uma grande quantidade de materiais diferentes, tais como metais, semicondutores e mesmo polímeros biodegradáveis para uma série de aplicações ópticas, eletrônicas, ou para carregarem medicamentos," entusiasma-se o professor Gracias. "Por exemplo, há uma necessidade na medicina para criar partículas inteligentes que possam alvejar tumores específicos, doenças específicas, sem despejar drogas no resto do corpo, de forma a limitar os efeitos colaterais."
E, com tantas opções de automontagem, talvez já não seja mais ficção imaginar milhares de minúsculas partículas biodegradáveis, precisamente estruturadas e contendo em seu interior apenas os compostos químicos desejados, de alta pureza, correndo através da corrente sanguínea a caminho de um órgão doente.
Ou então, partículas sendo guiadas por luz ou por magnetismo para montar componentes eletrônicos com dimensões moleculares, no interior dos processadores de computador do futuro.
Mas é necessário concordar que essa é a visão para um futuro, ainda que não tão distante.
Para ligar o hoje com esse futuro, os cientistas precisam aprimorar o projeto das suas nanoestruturas, de forma que elas possam ser fabricadas sem variações e em grandes quantidades.

Robótica - Mão robótica tem tendões artificiais similares aos humanos

Cada dedo robótico, como um dedo humano, é formado de três segmentos, cada um controlado precisamente por tendões individuais. [Imagem: Saarland University]

Mão boba
Programar um robô para que ele pegue um jarro e coloque suco em um copo pode ser uma tarefa extenuante.
Uma das maiores dificuldades é que pegar um jarro cheio requer um nível de força e firmeza, enquanto pegar um copo de vidro vazio requer suavidade e cuidado.
Engenheiros da Universidade de Saarland, na Alemanha, acreditam que a saída é resolver a questão de uma vez por todas, passando a flexibilidade na manipulação dos objetos para o hardware da mão robótica.
Assim, os programadores poderão ficar livres para desenvolver aplicativos mais criativos, dando funções mais práticas aos robôs.
A miniaturização dos motores elétricos permitiu que os engenheiros simulassem a ação dos nervos da mão humana, usando-os para enrolar e desenrolar fios que controlam os dedos de forma independente e precisa.
Usando esses tendões artificiais, o resultado é uma mão robótica ao mesmo tempo forte e delicada, que dosa a força dependendo da tarefa a desempenhar.
Imitando a mão humana
"Queríamos dar à nossa mão robótica um amplo espectro de características humanas. Seus músculos artificiais devem ser capazes de dispensar grandes forças com técnicas simples e compactas," disse Chris May, coordenadora da equipe, que inclui pesquisadores de outras universidades europeias.
Pequenos motores de alta velocidade liberam e recolhem fios especiais de polímero, criando atuadores capazes de mover um objeto com até 5 quilogramas a 30 milímetros por segundo, sem as tradicionais "tremidas" dos braços robóticos.
"Cada dedo robótico, como um dedo humano, é formado de três segmentos, cada um controlado precisamente por tendões individuais," disse May. Cada tendão é formado por um fio de 20 centímetros.
A construção de mãos robóticas fortes, ágeis e hábeis é um dos principais objetivos do projeto europeu Dexmart, que pretende construir troncos robóticos com dois braços capazes de desempenhar tarefas complexas.

Robótica - Robô-criança aprende a falar conversando com as pessoas

O robô iCub, batizado de DeeChee, comporta-se como uma criança entre 6 e 14 meses de idade. [Imagem: Lyon et al./Plos One]

Primeiras lições de vida
Em 2008, pesquisadores da Universidade de Hertfordshire, no Reino Unido, começaram a ensinar um robô a falar da mesma forma que os pais ensinam uma criança.
Em 2010, o robô já havia aprendido a interagir emocionalmente, demonstrando algumas expressões faciais pré-determinadas.
Agora, finalmente os cientistas parecem estar se aproximando de seu objetivo inicial.
Programado com comportamentos típicos de crianças entre 6 e 14 meses de idade, o robô desenvolveu o que os pesquisadores chamaram de "princípios linguísticos rudimentares", ao interagir com um participante humano.
Robô que aprende a falar
Os participantes humanos que interagiram com o robô não eram pesquisadores envolvidos no projeto, eram voluntários que usaram suas próprias palavras, em vez de termos predefinidos.
Os pesquisadores orientaram os voluntários a conversarem com o robô como se estivessem conversando com uma criança pequena.
O resultado é que, em poucos minutos, o robô deixa de balbuciar sílabas aleatórias, como fora programado, e passa a produzir fonemas inteligíveis, chegando a pronunciar o nome de algumas formas e cores.
O resultado é significativo, dadas as limitações próprias do software: o robô é programado para emitir fonemas. Assim, ele sempre vai pronunciar uma sílaba, já que não há forma de fazê-lo pronunciar consoantes desacompanhadas de vogais.
Isso limita o desenvolvimento de um falar mais aprimorado, mas foi bastante bom para uma criança em seus primeiros balbucios.
Aquisição da linguagem
Caroline Lyon e seus colegas afirmam que, além do desenvolvimento dos próprios robôs, o estudo pode ser útil para o entendimento da aquisição da linguagem em humanos, um assunto até hoje altamente controverso.
"Sabe-se que as crianças são sensíveis à frequência dos sons na fala, e esses experimentos mostram como essa sensibilidade pode ser modelada e contribuir para o aprendizado de palavras pelo robô," afirmou.

Robótica - Telerrobótica oferece terceira via para exploração espacial

O Justin, da agência espacial alemã, foi o primeiro robô controlado a partir da Estação Espacial, em um marco da telerrobótica espacial.[Imagem: DLR]

Pilotos de robôs
Com missões espaciais tripuladas fora do horizonte, a exploração além da órbita baixa da Terra, onde está a Estação Espacial Internacional, tem-se limitado a robôs semi-autônomos.
Agora a NASA está estudando uma terceira via: enviar astronautas a outros mundos, sejam planetas ou asteroides, mas deixá-los em órbita, controlando via rádio robôs que desçam à superfície.
A tele-robótica pode ser várias ordens de magnitude mais produtiva para a exploração espacial do que robôs semi-autônomos como o Spirit e o Opportunity, afirma George Schmidt, do Centros Goddard de Voos Espaciais.
Robôs controlados à distância estão sendo usados com grande sucesso para explorar o fundo do mar ou para fazer cirurgias. Segundo Schmidt, no espaço os ganhos poderão ser ainda maiores.
Latência
Mas então, por que enviar astronautas para controlar os robôs, e não fazê-lo diretamente a partir da Terra?
A resposta chama-se latência, o tempo decorrido entre o disparo do comando e sua recepção pelo robô.
Testes mostraram que os cirurgiões conseguem fazer cirurgias delicadas usando robôs cirurgiões controlados à distância desde que o robô responda no máximo em meio segundo. Latências maiores do que isso causam problemas.
A latência na Terra não passa dos milissegundos, mas fica ao redor de 3 segundos entre a Terra e a Lua.
"Você pode usar a telepresença para amarrar um nó em 30 segundos na Terra, mas vai levar 10 minutos para amarrá-lo com uma latência de 3 segundos," exemplifica Daniel Lester, da Universidade do Texas, que, junto com Schmidt, organizou um simpósio para discutir a telerrobótica espacial.
O problema fica maior conforme a distância aumenta: dependendo da posição do planeta, a latência fica entre 8 e 40 minutos entre a Terra e Marte.
Exploração de Vênus
Desta forma, a opção mais plausível seria ter uma estação com astronautas nas proximidades da área a ser explorada com a telerrobótica.
Isto poderia ser uma nave em órbita de Marte, ou uma estação espacial no ponto lagrangiano L2, uma área gravitacionalmente neutra entre a Terra e a Lua, a cerca de 60.000 quilômetros de distância - nos pontos de Lagrange, o puxão gravitacional de dois corpos celestes se anulam.
Nesse cenário, defendem os dois especialistas, a exploração de Vênus seria mais prática a médio prazo, já que o planeta está mais próximo do que Marte.
O desafio é adaptar os robôs para que eles consigam sobreviver à atmosfera quente e corrosiva de Vênus.
"Uma vez que você tenha ido a Vênus, você poderá ir a um monte de lugares, por exemplo, mergulhar nos lagos de metano de Titã," prevê Lester.

Robótica - Peixes de verdade fazem amizade com peixe-robô

Mesmo sendo 5 vezes maior do que os peixes-zebra (veja a escala), e bem mais feio, o peixe-robô conseguiu atrair a atenção dos animais. [Imagem: Polverino et al./Bioinspiration & Biomimetics]

Robô-líder
Talvez os pequenos peixes-zebra achem sua réplica robotizada um gigantesco mostrengo.
Mas isso não impediu que eles se juntassem ao robô, pelo menos quando se sentiam sozinhos.
Os pesquisadores ficaram entusiasmados por pelo menos dois motivos.
O primeiro é que os robôs estão sendo cada vez mais utilizados para monitorar o meio ambiente, sobretudo a vida aquática. E é importante saber como a presença dos robôs afeta o comportamento dos animais.
Em segundo lugar, os cientistas têm planos para que seus robôs interajam com a vida selvagem.
O exemplo mais recente desse tipo de pesquisa foi uma interação inusitada entre uma cobra cascavel e um robô-esquilo.
Mas os planos são mais ambiciosos. Um dos objetivos é que os robôs consigam agir como líderes, controlando o comportamento de cardumes ou outros grupos de animais.
Eventualmente isto poderia ser utilizado para controlar espécies invasoras ou desviar os animais de áreas contaminadas por acidentes.
Melhor um amigo esquisito que sozinho
Neste novo trabalho, realizado por cientistas da Universidade de Nova Iorque (EUA) e do Instituto Superior de Sanitá (Itália), os pequenos peixes-zebra gostaram das listras e do abanar de cauda do peixe-robô.
Foram realizados 16 experimentos, combinando somente peixes de verdade, isolados e em grupos, e peixes de verdade e o peixe-robô, também variando a quantidade de indivíduos vivos.
Embora, no geral, os peixes-zebra tenham preferido seus iguais ao robô, eles preferem o robô do que ficar sozinhos.
O ruído do motor do robô diminui o interesse dos peixes, mas o movimento de sua cauda reforça sua atratividade, superando o problema do barulho.
O Dr. Maurizio Porfiri, idealizador do experimento, afirmou que esses primeiros resultados são encorajadores e poderão ajudar no projeto de robôs que possam ter um comportamento ativo em busca de se tornar o líder, efetivamente guiando o comportamento dos animais.
"Já estamos fazendo novos estudos em nosso laboratório, investigando as interações entre peixes e o peixe-robô quando eles podem nadar juntos em ambientes controlados e em condições ecologicamente complexas," disse ele.

Eletrônica - Grafeno e plasmônica permitem controle elétrico da luz

Um laser infravermelho focado sobre o braço de um microscópio de força atômica gera os plásmons, ondas superficiais de elétrons, sobre o grafeno.[Imagem: Basov Lab/UCSD]

Ondas de elétrons
Duas equipes de cientistas, trabalhando independentemente, demonstraram que é possível controlar ondas de elétrons na superfície do grafeno usando um circuito elétrico simples.
Essencialmente, torna-se possível controlar a luz com eletricidade, permitindo sua manipulação com as mais diversas finalidades.
Por exemplo, criar microscópios com uma resolução sem precedentes, porque essas ondas de elétrons, chamadas plásmons de superfície, não têm as restrições do comprimento de onda da luz.
Também se tornará possível criar novos tipos de materiais ópticos, incluindo os metamateriais, famosos pela invisibilidade, e novas plataformas de computação onde a luz substitui os elétrons, com a chamada plasmônica, ou de interfaces entre a comunicação óptica e o processamento eletrônico.
Os plásmons de superfície vêm sendo cogitados para inúmeras aplicações, mas até agora eles só haviam sido observados na superfície de metais.
Plásmons no grafeno
No final do ano passado, um trabalho virou manchete mundial ao unir o grafeno com a plasmônica.
Naquele trabalho, contudo, que incluía os ganhadores do prêmio Nobel por seus trabalhos com o grafeno, os pesquisadores tiveram que usar fios metálicos sobre o grafeno, para conseguir tirar proveito dos plásmons de superfície.
Agora, os grupos de Zhe Fei (Universidade da Califórnia - EUA), e Jianing Chen (IQFR-CSIC - Espanha) observaram pela primeira vez os plásmons de superfície diretamente no grafeno.
"É ver para crer! Nossas imagens provam a existência dos plásmons localizados e em propagação, e permitem uma medição direta do seu comprimento de onda dramaticamente reduzido," disse Rainer Hillenbrand, coordenador da equipe espanhola.

Técnica para imageamento óptico dos plásmons sobre o grafeno, produzidos pela incidência de um laser e registrados pela luz difundida a partir da ponta do microscópio. O painel inferior mostra uma imagem do grafeno, com as franjas mostrando a interferência dos plásmons. [Imagem: nanoGUNE/IQFR-CSIC/ICFO]

Componente plasmônico
Mais do que isso, os pesquisadores criaram uma técnica para ligar e desligar as ondas de elétrons que se espalham sobre a superfície do grafeno, quando este é atingido por um feixe de laser infravermelho.
Ainda não existe tecnologia para medir diretamente as ondas plasmônicas. Mas, à medida que alcançam as bordas da folha de grafeno, elas geram oscilações que se somam ou se cancelam, criando um padrão de interferência característico que revela seu comprimento de onda e sua amplitude.
Os cientistas demonstraram que esse padrão pode ser alterado por um circuito eletrônico de controle formado por eletrodos grudados sobre a superfície do grafeno e por uma superfície de silício puro, sobre a qual o grafeno é colocado.
"É só isso. Você simplesmente liga uma pilha de lanterna e está pronto um componente plasmônico ajustável," simplifica o Dr. Dimitri Basov, coordenador da equipe norte-americana.
Via estreita
O circuito de controle permite usar os plásmons de superfície para transmitir informações, com a vantagem de que eles podem fazer isso em espaços muito reduzidos, muito menores do que o comprimento de onda da luz.
O comprimento de onda dos plásmons sobre o grafeno pode ser de 10 a 100 vezes menor.
E o grafeno também é bom em lidar com os plásmons, tão bom quanto o ouro, o melhor material que se conhecia para fazer isso até agora, o que torna os resultados do experimento muito promissores para futuras aplicações práticas.

Eletrônica - Eletrônica transparente quer levar painel para o pára-brisas

Detalhe da tela quase flexível, cuja transparência é melhor observada nos protótipos abaixo. [Imagem: Uninova]

Painel no pára-brisas
Pesquisadores europeus apresentaram os resultados de um projeto que pretende levar as informações dos painéis dos carros para os pára-brisas.
O conceito envolve uma folha de plástico flexível transparente, contendo todos os circuitos eletrônicos necessários para mostrar as informações.
Esse plástico transparente seria aplicado sobre o pára-brisas e conectado aos circuitos do carro.
Ao contrário de outros projetos de telas flexíveis - e de todo o esforço por trás da Eletrônica Orgânica - o grupo se concentrou na transformação de óxidos inorgânicos em componentes eletronicamente ativos.
A tela flexível e transparente foi construída com um filme cerâmico, à base óxidos cujas partículas têm poucos nanômetros de diâmetro, o que os torna basicamente transparentes.
Contudo, esses óxidos são a base para LEDs orgânicos, os verdadeiros responsáveis por mostrar as informações.
Brilhante mas pouco flexível
Embora já existam no mercado sistemas que projetam informações de velocidade e outras, o brilho dos LEDs orgânicos superou até mesmo o brilho de alguns painéis tradicionais, daqueles que se precisa abaixar os olhos para olhar.
O protótipo já apresenta um excelente nível de transparência, embora ainda não seja flexível o suficiente para ser aplicado sobre o vidro.
É também difícil afirmar qualquer coisa sobre o custo de fabricação dessas telas, mesmo em escala industrial, devido à dificuldade de processamento dos óxidos - um dos grandes trunfos da eletrônica orgânica é o baixo custo de fabricação.
Por outro lado, mesmo não sendo totalmente flexível, a tela pode encontrar utilidades em outras áreas, como em vitrines capazes de mostrar anúncios, por exemplo.
O projeto Multiflexoxides teve a participação do Instituto Uninova, de Portugal, da VTT (Finlândia) e da Fiat (Itália).

Eletrônica - Bioeletrônica: Primeiro circuito integrado químico

Quanto totalmente desenvolvido, o processador químico poderá controlar a liberação de moléculas diretamente nas células, por exemplo, controlando o acionamento de nervos e músculos. [Imagem: LiU/Ingemar Franzén]

Lógica química
Cientistas suecos criaram o primeiro circuito integrado químico.
O chip é capaz de fazer cálculos e operações lógicas como um circuito integrado eletrônico comum.
A diferença crucial é que, em vez de eletricidade, o circuito usa compostos químicos circulando através de canais iônicos, similares aos existentes nos seres vivos.
O chip químico é uma decorrência natural de um trabalho divulgado em 2010, quando Klas Tybrandt e seus colegas criaram um transístor iônico, cujo funcionamento depende não de uma corrente de elétrons, mas de um fluxo de íons.

• Neurônios são controlados eletronicamente com transístor iônico

Os transistores iônicos transportam tanto íons positivos quanto negativos, assim como biomoléculas.
Processamento químico
Nesses últimos dois anos, os pesquisadores trabalharam na combinação dos transistores iônicos negativos e positivos, criando circuitos complementares e portas lógicas similares à organização dos transistores de silício nos chips eletrônicos.
A similaridade com os processadores eletrônicos é praticamente total: o circuito integrado químico baseia sua lógica em transistores de junção iônicos bipolares, que permitem a montagem de inversores e portas lógicas NAND de tipo np (negativo-positivo) e pn (positivo-negativo).
O consumo de energia é baixo e o circuito é totalmente funcional nas condições de altas concentrações salinas típicas dos seres vivos.
Mas a grande vantagem de um processador químico é que ele poderá controlar diretamente as sinalizações celulares, abrindo o caminho para a conexão de circuitos eletrônicos diretamente a seres vivos.
E não apenas a aplicação de fármacos ou a chamada "entrega de medicamentos", mas o roteamento e liberação de padrões complexos de moléculas, de fato controlando o comportamento dos "circuitos fisiológicos".

A similaridade com os circuitos eletrônicos é praticamente total, com os elétrons sendo substituídos pelos íons. [Imagem: Tybrandt et al./JACS]

Controle fisiológico
Embora ainda esteja nos estágios iniciais de desenvolvimento, o processador químico terá potencial para mudar totalmente a forma como são controladas as próteses e os implantes médicos, abrindo possibilidades inteiramente novas para os campos da biônica e da biomecatrônica.
Onde hoje existe um circuito eletrônico para disparar uma corrente elétrica e acionar um nervo, por exemplo, poderá haver a saída de um transístor químico, por onde poderão sair substâncias químicas específicas - os íons - de acordo com a função que se deseja ativar nas células vivas.
"Nós poderemos, por exemplo, enviar sinais para as sinapses, em pontos onde o sistema de sinalização não esteja mais funcionando por alguma razão," disse Magnus Berggren, que coordenou o desenvolvimento do chip químico.
Antes disso, nos próprios laboratórios, os cientistas poderão estabelecer condições onde os experimentos terão níveis de controle que não são possíveis hoje, por exemplo, testando a aplicação de um quimioterápico e, simultaneamente, fármacos adicionais que limitem seus efeitos colaterais.
Controle de neurotransmissores
Os testes iniciais do chip químico, a exemplo do que já ocorrera com os transistores iônicos, foram feitos usando o neurotransmissor acetilcolina.
O chip químico é capaz de controlar a liberação da acetilcolina, por sua vez controlando células musculares, que são ativadas quando entram em contato com a substância.
O próximo passo da pesquisa será construir todas as portas lógicas químicas, de forma a montar um processador químico completo.
Como seu funcionamento deverá ser similar ao dos processadores eletrônicos, sua fabricação e adoção deverá ser muito mais rápida do que os chamados "processadores biológicos".