Mecânica - Bicicleta voadora elétrica dispensa pedaladas

O ocupante poderá até pedalar se quiser, mas a energia para fazer a bicicleta voar virá de baterias. [Imagem: Technodat]

Camicleta
Em uma série de grande audiência na TV brasileira nos anos 1970, os heróis Shazan (Paulo José) e Xerife (Flávio Migliaccio) percorriam o país em busca da realização do seu sonho: a construção de uma bicicleta voadora.
Eles nunca conseguiram, mas os fãs da série agora podem se deleitar com um projeto com maiores possibilidades de realização.
Um consórcio formado por três empresas tchecas apresentou o conceito de uma bicicleta elétrica voadora, que a empresa planeja construir para entretenimento.
Segundo os projetistas, a bicicleta voadora será capaz de fazer voos curtos, a uma altura máxima de cinco metros.
A segurança será garantida desde que o voo seja feito "longe de cabos elétricos".

A bicicleta elétrica voadora terá uma potência de 47 kW. [Imagem: Technodat]

Bicicleta elétrica voadora
O projeto prevê uma potência de 47 kW, o que seria suficiente para levantar um ocupante de até 170 quilogramas.
Um ocupante que poderá até pedalar se quiser, mas a energia virá de baterias, que movimentarão os quatro rotores por um período entre 3 e 5 minutos, a uma velocidade de até 50 km/h.
A bicicleta mede 3,5 metros de comprimento, 2,5 metros de largura e 1,2 metros de altura, e deverá pesar algo próximo dos 85 quilogramas.

O primeiro protótipo deverá estar pronto até Setembro. [Imagem: Technodat]

Protótipo
O primeiro protótipo da bicicleta voadora, que ainda está em construção, deverá ser apresentado em setembro durante uma feira de equipamentos na República Tcheca.
O consórcio reúne as empresas Technodat, especializada em projetos e engenharia, Duratec, fabricante de bicicletas, e Evektor, especializada no projeto de aviões.

Mecânica - Hidrogênio faz metal virar isolante

Eletrodos de ouro são usados para monitorar com precisão a estranha alteração de fase do óxido de vanádio, que é tanto estrutural quanto eletrônica.[Imagem: Jiang Wei/Rice University]

Transição metal-isolante
O óxido de vanádio é um material estranho: como metal, ele é um condutor térmico e elétrico.
Mas aqueça-o a meros 67 ºC e, em um trilionésimo de segundo, ele passa a ser um isolante.
Isso tem inúmeras aplicações práticas, como janelas sensíveis à temperatura, que absorvem a energia no Sol nos dias frios, e a refletem nos dias de calor.
Ou vidros inteligentes que simplesmente deixam passar a luz e bloqueiam o calor.
Alguns pesquisadores estão também usando o óxido de vanádio para desenvolver chaves ópticas para incorporação em circuitos eletrônicos, no campo da chamada optoeletrônica.
Agora, esse "material bipolar" poderá encontrar ainda mais utilidades, uma vez que cientistas descobriram uma forma não apenas de baixar a temperatura dessa transição metal-isolante, mas também de torná-la totalmente reversível.
Dopagem reversível
A técnica de "dopagem reversível" é feita com a mera adição do gás hidrogênio.
"Se adicionamos pouco hidrogênio, a transição de fase acontece a uma temperatura ligeiramente mais baixa, e a fase isolante se torna mais condutora. Se o hidrogênio for acrescentado em quantidade suficiente, a transição para a fase isolante desaparece completamente," explica Douglas Natelson, da Universidade Rice, nos Estados Unidos.
"No lado prático, há várias aplicações para isso, como sensores ultrassensíveis de hidrogênio", diz o pesquisador. "Mas a compensação mais imediata será nos ajudar a entender melhor a física envolvida na transição de fase do VO2."
De fato, os modelos atuais não conseguem explicar o que acontece na rede atômica desse dióxido.
Transição de fase do dióxido de vanádio
Quando o oxigênio reage com o vanádio para formar o VO2, os átomos formam cristais que se parecem com longos caixotes retangulares. Os átomos de vanádio alinham-se ao longo das quatro bordas do caixote, em linhas regularmente espaçadas.
Um único cristal de VO2 pode ter várias dessas caixas alinhadas lado a lado. Nessa estrutura, esses cristais conduzem eletricidade como se fossem fios.
Mas tudo muda aos 67 ºC.
"Estruturalmente, os átomos de vanádio emparelham-se, e cada par fica ligeiramente inclinado, de forma que você não tem mais essas longas cadeias. Quando a fase muda, com a ocorrência desses emparelhamentos, o material passa de um condutor elétrico para um isolante elétrico," explica Natelson.
Ou seja, ocorre uma transição de fase que é tanto estrutural, quanto eletrônica.
Quando entenderem totalmente esse processo, os pesquisadores poderão ajustá-lo ou controlá-lo de forma mais precisa, levando o óxido de vanádio para aplicações mais nobres.
Isso agora poderá ser feito com muito mais rapidez e precisão com a possibilidade de reverter a transição de fase à vontade, com a simples adição de hidrogênio.

Mecânica - Volante vibrante ajuda motoristas manterem os olhos na estrada

O aproveitamento dos estímulos adicionais, termos de uma direção mais segura, depende da idade do motorista. [Imagem: AT&T Labs]

Vibrações benéficas
Tão logo o volante do seu carro começa a apresentar vibrações, você corre para balancear as rodas, certo?
Apesar de ser algo muito incômodo, engenheiros estão propondo que um volante vibrante pode ser a forma mais eficaz de fazer com que o motorista mantenha sua atenção firme no trânsito.
Mas não será uma vibração qualquer - é o que seus idealizadores chamam de volante háptico, um dispositivo capaz de gerar feedback sensorial.
A ideia é fornecer um mecanismo adicional aos navegadores GPS, fazendo o volante tremer seletivamente para indicar a direção a ser tomada, ou alertar de perigos, como um pedestre que se aproxima do carro.
Feedback sensorial
Nos testes, sobretudo os motoristas mais jovens mostraram-se muito menos distraídos com a tela do navegador quando era fornecido um feedback sensorial adicional na forma de uma tremidinha básica no volante.
Para os motoristas mais idosos, contudo, a simples adição de estímulos sensoriais não aumenta o desempenho e a segurança ao dirigir - o melhor seria substituir estímulos.
"Nossos resultados sugerem que, à medida que os sistemas de navegação se tornam mais sofisticados, o melhor será personalizar o sistema de feedback sensorial, ao menos em parte, de acordo com a idade do motorista," disse SeungJun Kim, da Universidade Carnegie Mellon.
Volante háptico
Vibrações controladas no volante já são usadas por alguns fabricantes em modelos mais luxuosos, para alertar os motoristas de perigos na estrada.
Mas o novo volante háptico que está sendo desenvolvido pela equipe do professor Kim é totalmente configurável, sendo capaz de emitir pulsações de forma mais seletiva, passando informações diferentes para o motorista.
São nada menos do que 20 atuadores, que podem ser acionados em qualquer ordem.
A vibração pode literalmente "caminhar" pelo volante, para indicar direções a tomar, ou vibrar naquilo que os engenheiros chamam de "modo pulsante total", para alertar sobre perigos, apenas para citar dois exemplos.
O trabalho agora está se concentrando no desenvolvimento de padrões de vibração que passem automaticamente para as pessoas uma sensação motora do tipo de alerta que se quer dar, de forma natural.
"Usando essas dicas pela vibração, nós estamos aproveitando algo com que as pessoas já estão familiarizadas, tornando o aprendizado mais fácil," afirmou Kevin Li, que está desenvolvendo esta parte da pesquisa.

Meio ambiente - Casa do futuro une sustentabilidade e eficiência energética

A casa sustentável e energeticamente autônoma combina elementos de alta tecnologia com soluções tradicionais de arquitetura e engenharia. [Imagem: Ag.USP]

Casa sustentável
Pesquisadores de diversas universidades brasileiras criaram o protótipo de uma casa do futuro, batizada de Ekó House, que está sendo montada na USP.
Trata-se de uma casa eficiente, sustentável e inovadora, que funciona exclusivamente com energia solar, tanto térmica quanto fotovoltaica.
"A casa tem aproximadamente 47 metros quadrados. Ela conta com cozinha, sala de jantar, sala de estar, banheiro e quarto. O ambiente é projetado para dar flexibilidade de uso.
"Com persianas e móveis o ambiente é alterado, aumentando a área social ou a área íntima," explicou Bruna Mayer de Souza, da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), e uma das integrantes da iniciativa.
Residências Energia Zero
O projeto da Ekó House está em desenvolvimento desde o final de 2010.
O protótipo combina elementos de alta tecnologia com soluções tradicionais de arquitetura e engenharia.
No aspecto de pesquisa, diversos itens do projeto e da construção da Ekó House embasam pelo menos uma dezena de trabalhos acadêmicos que resultarão em teses, dissertações e artigos científicos.
Além disso, o desenvolvimento do protótipo está inserido em um convênio entre USP e Eletrobrás, que tem como objetivo principal o lançamento das bases de uma indústria nacional de Residências Energia Zero (REZ) com tecnologia brasileira e adequação às nossas diversas regiões bioclimáticas.
"O projeto busca desenvolver pesquisa sobre Residências de Energia Zero (REZ) para o nosso clima e sociedade. Buscamos tecnologias que levem a um menor impacto ambiental das residências brasileiras," explica a pesquisadora.

A casa eficiente funciona exclusivamente com energia solar, tanto térmica quanto fotovoltaica. [Imagem: Ag.USP]

Solar Decathlon
O projeto é a proposta brasileira que está concorrendo ao Solar Decathlon Europe 2012, uma competição internacional onde 20 equipes, representando universidades de todo o mundo, projetam, constroem e colocam em funcionamento uma casa sustentável e com eficiência energética.
O Solar Decathlon é dividido em dez categorias, que avaliam as inovações da casa, como sua capacidade de geração e eficiência energética, conforto, qualidade espacial e construtiva, entre outras.
As casas são construídas e testadas localmente e transportadas para o local da competição em Madrid, na Espanha, onde devem ser montadas em dez dias. Lá permanecem em exposição lado a lado por 17 dias, quando estão abertas à visitação do público e são realizadas as provas.
"A casa será levada para Madrid parcialmente desmontada, em contêineres. A estrutura é feita de peças de cumaru e placas de OSB (oriented stranded board) que formam painéis. Esses painéis são preenchidos com lã de vidro para isolamento térmico.
"Como revestimento, são usadas placas cimentícias e, entre os painéis e as placas, também é utilizado revestimento térmico de alto desempenho. Os painéis já irão prontos para Madri, com todas as suas camadas instaladas, inclusive com canos e fios, para lá serem apenas encaixados", explica Bruna.

Meio ambiente - Bioalquimia: rejeito industrial vira água limpa

O processo gera 10 vezes menos lodo aprisionando os micróbios faxineiros em grânulos no interior de uma matriz de polímero.

Tratamento de efluentes industriais
Se o seu problema são sujeiras incrustadas em superfícies difíceis de lavar, a solução pode estar em uma torneira com bolhas e ultrassom, que limpa sem pressão.
Mas se a sujeira está dispersa na água, que precisa ser tornada potável porque as pessoas não gostam de tomar água suja, ou ser menos suja porque o meio ambiente não gosta de receber água com rejeitos excessivos, então a saída pode ser a bioalquimia.
É o que propõem cientistas italianos e alemães, que desenvolveram um novo tratamento biológico que reduz a quantidade de lodo presente na água por um fator de 10.
Processos biológicos já são usados em plantas de tratamento de esgoto de todo o mundo.
Mas o problema é mais sério quando se trata daquele líquido quase irreconhecível que sai de indústrias do couro, de tecidos ou farmacêuticas.
Nesses casos, não há micróbio que dê jeito.
Mini-planta de tratamento
A equipe do Instituto de Pesquisas da Água, na Itália, criou então uma tecnologia na qual a biomassa microbiana, que "quebra" os resíduos presentes na água, cresce na forma de grânulos.
Os grânulos são presos nos poros de uma membrana no interior de um reator.
Estressados pelo aprisionamento, os micróbios produzem menos lodo porque não obtêm as condições ideais para se proliferarem.
Assim, produzem-se menos micróbios e menos rejeitos.
A remoção de um quilograma de resíduo por meio de um sistema de tratamento biológico comum produz meio quilograma de lodo, que passa a representar um problema por si só.
"Com esta nova tecnologia, você produz apenas 50 gramas de lodo. Uma planta de tratamento com esta tecnologia poderá ser 10 vezes menor do que as tradicionais," afirmou Antonio Lopez, diretor do projeto.
Bioalquimia
Mas, para caracterizar a sua alegada "bioalquimia", os cientistas queriam limpar a água industrial, reduzindo seu impacto ao meio ambiente.
Eles fizeram isto adicionando ozônio ao seu reator.
O ozônio é um oxidante poderoso, que consegue quebrar a maioria dos compostos orgânicos.
No reator bioalquímico, o gás não quebra totalmente os compostos - uma medida de redução dos custos, já que o ozônio não é muito barato - mas os transforma em compostos mais facilmente biodegradáveis.
Os micróbios estressados fazem o resto.
"O tratamento dos efluentes da indústria do couro é uma espécie de benchmark no setor de tratamento de águas industriais porque sua composição é complexa e difícil de tratar," explica Lopez.
"Em nosso protótipo em escala piloto, o efluente final da indústria do couro se parece com água da torneira," completou.

Meio ambiente - Bico ultrassônico muda a forma a água é usada para limpeza

São consumidos cerca de 60 litros de água superpura, filtrada 12 vezes, para fabricar um único processador de computador. 

 

Bico de limpeza de água
Fabricantes de lavadoras de alta pressão, preocupai-vos.
Cientistas da Universidade de Southampton, no Reino Unido, desenvolveram um novo equipamento que poderá revolucionar a forma como a água é utilizada para limpeza.
O acessório, cujo protótipo é adaptável a torneiras comuns, limpa a sujeira incrustada em superfícies usando apenas água com bolhas e ultrassom, dispensando a pressão.
Os professores Tim Leighton e Peter Birkin ressaltam ainda que seu aparelho funciona com água fria, "com um mínimo de aditivos" e consome energia elétrica equivalente a uma lâmpada.
Dadas as dimensões do protótipo, eles afirmam que a tecnologia pode ser usada para lavar mãos e folhas de alface, mas também serve para limpeza em grandes volumes, incluindo hospitais e indústrias.
Água para fabricar processadores
Muito se fala do uso doméstico da água, mas pouco se fala do seu uso industrial.
Por exemplo, para produzir 1 tonelada de lã, gasta-se 100 toneladas de água pura.
Para fabricar o processador do seu computador, é necessário passar a água por 12 processos de filtragem, para que não restem partículas menores do que 20 nanômetros - elas não podem ser maiores do que um transístor.
E são consumidos cerca de 60 litros dessa água superpura para fabricar um único processador.

A água corrente, sem pressão, sai do bico e consegue fazer uma limpeza que só poderia ser obtida com jatos de água quente muito fortes. 

 

Contudo, para ficar apenas em dois exemplos, a limpeza da água hoje depende de tecnologias que consomem muita energia.
Isso ocorre principalmente quando a sujeira não se convence facilmente a sair das superfícies, o que exige tratamentos mais contundentes - geralmente água fervente sob alta pressão.
Bolhas de ar e ultrassom
O novo bico limpador de água tenta resolver isto gerando bolhas e ultrassom.
Ambos percorrem o fluxo de água, onde as bolhas atuam como "purificadores inteligentes microscópicos", segundo os pesquisadores, removendo a sujeira por meio de forças de cisalhamento.
O dispositivo pode ser utilizado em altas e baixas potências, o que o torna adequado tanto para uso doméstico quanto industrial.
O dispositivo utiliza menos água e energia do que os sistemas de pressão equivalentes - aproximadamente 2 litros/minuto, em comparação com 20 litros/minuto, e menos de 200 W, em comparação com 2kW.
O maior ganho energético vem da utilização de água fria, economizando a energia normalmente usada no aquecimento da água.
Outra vantagem é que o sistema gera menos aerossóis, pequenas partículas atmosféricas de água que podem carregar as impurezas retiradas da água e contaminar outras superfícies, um elemento importante em utilização industrial.

Nanotecnologia - Biossensores avançam com origami de DNA e tunelamento quântico

Diagrama do sensor baseado em um transístor de efeito de campo que funciona por tunelamento quântico, a capacidade de partículas subatômicas atravessarem barreiras físicas.[Imagem: Peter Allen/UCSB]

Sensor de transístor
Pesquisadores da Universidade de Santa Bárbara, nos Estados Unidos, projetaram um novo biossensor que funciona com base nos princípios da mecânica quântica.
O conceito promete aumentar em várias ordens de grandeza a sensibilidade dos exames clínicos, detectando biomoléculas em concentrações ultra-baixas.
O novo sensor, que é na verdade uma modificação de um transístor FET por tunelamento, é mais rápido e quatro ordens de magnitude mais sensível do que os sensores atuais.
A tecnologia atual de maior sensibilidade para a detecção de biomoléculas usa procedimentos de detecção óptica.
Usar um sensor baseado em transistores é mais promissor pela possibilidade de miniaturização e de aumento da resolução das medições.
Para isso, a porta de entrada do transístor é retirada, e sua função é suprida pela carga elétrica das moléculas que se deseja medir, que "tunelam" pelo transístor.
Para imobilizar as moléculas, a superfície do transístor é recoberta com receptores específicos, que se ligam às biomoléculas a serem detectadas.
Segundo a equipe, o biossensor de transístor deverá ter um "tremendo impacto na pesquisa de genômica e proteômica, assim como em aplicações farmacêuticas, clínicas e forenses, incluindo o crescente mercado dos exames in-vitro e in-vivo".

O DNA estrutura-se sobre o furo original na pastilha semicondutora, fechando-se de forma muito precisa, até deixar um nanofuro perfeito, capaz de "pescar" as moléculas desejadas. [Imagem: Hendrik Dietz/Ulrich Rant/TUM]

Origami de DNA
Pesquisadores alemães também anunciaram ganhos expressivos nos biossensores.
A diferença é que, em vez de apostar na eletrônica, eles usaram as próprias moléculas biológicas e sua capacidade de automontagem.
Os nanoporos - furos tão finos que apenas moléculas de dimensões muito precisas conseguem passar por eles - estão na base de várias tecnologias recentes na área biomédica.
Foram eles, por exemplo, que viabilizaram o sequenciamento eletrônico do DNA, a filtragem de proteínas e a criação de um sequenciador de DNA para portas USB.
Na mão de Ruoshan Wei, da Universidade de Munique, o DNA virou ferramenta, permitindo a funcionalização de nanoporos de estado sólido.
Um sensor de nanoporo de estado sólido é mais interessante porque, além de usar materiais semicondutores, os furos podem ser feitos usando as técnicas tradicionais da microeletrônica.
Quando as biomoléculas passam através do nanofuro, elas induzem pequenas alterações na eletricidade que flui através do material semicondutor, permitindo a detecção de sua identidade e de suas propriedades físicas.
Usando a técnica do origami de DNA, os cientistas descobriram como configurar com precisão a espessura dos nanoporos.
As moléculas de DNA estruturam-se sobre o furo original na pastilha semicondutora, fechando-se de forma muito precisa, até deixar um nanofuro perfeito, com as dimensões desejadas.
Essa configuração da espessura do nanofuro permitirá a filtragem de moléculas por tamanho em um único dispositivo, uma espécie de peneira seletiva, capaz de identificar e ordenar as moléculas.

Nanotecnologia - Sensor magnético atômico mede atividade do cérebro humano

O sensor consiste de um recipiente com um gás contendo cerca de 100 bilhões de átomos de rubídio, com menos de um centímetro quadrado.

 

Interfaces neurais
Um sensor magnético baseado em um super átomo demonstrou sua eficácia na prática medindo a atividade cerebral humana.
Os testes demonstraram o potencial do sensor atômico para aplicações práticas em medicina e nas pesquisas de interfaces neurais, para o controle de próteses ou outros equipamentos, como robôs e computadores, diretamente pelo pensamento.
Criado por uma equipe da Alemanha e dos Estados Unidos, o novo sensor promete levar as possibilidades de mensuração dos campos magnéticos biológicos a um novo patamar.
Na avaliação inicial, o magnetômetro mediu com precisão, de forma não-invasiva, as ondas alfa do cérebro humano associadas com o abrir e fechar dos olhos, além de detectar quando a mão dos voluntários recebiam um estímulo, sem qualquer movimento motor.
Comparação com SQUID
As medições foram comparadas com as obtidas por um SQUID (Superconducting Quantum Interference Device).
Os SQUIDs são os sensores magnéticos mais sensíveis que existem. Contudo, por precisarem de materiais supercondutores, eles exigem aparatos criogênicos complicados, caros e grandes.
O novo sensor atômico apresentou uma sensibilidade ligeiramente menor do que os SQUIDs.
Contudo, além de ter potencial para melhorias, ele funciona a temperatura ambiente, é minúsculo, abrindo caminho para equipamentos portáteis e de baixo custo.
Magnetômetro atômico
O sensor consiste de um recipiente com um gás contendo cerca de 100 bilhões de átomos de rubídio, iluminado por um laser infravermelho de baixíssima potência e uma fibra óptica para detectar a luz do laser refletida pelo gás.
Os átomos de rubídio absorvem mais luz quando o campo magnético ao se redor se eleva.
O sensor consegue medir sinais magnéticos de 1 picotesla (1 trilionésimo de tesla) - para comparação, o campo magnético da Terra é 50 milhões de vezes mais forte.
Os cientistas afirmam que, a curto prazo, poderão aumentar essa sensibilidade por um fator de 10 melhorando a detecção pela fibra óptica - o que deixará definitivamente os SQUIDs para trás.

Robótica - Robôs professores poderão ensinar humanos?

Você se arriscaria a dizer quem é o professor e quem é o aluno?

Mestre Robô
Os cientistas conhecem muito bem as dificuldades de ensinar aos robôs mesmo as tarefas mais simples.
Isso tem levado alguns a tentar com que os robôs aprendam sozinhos, ou que aprendam com sua própria experiência ou até mesmo, quem sabe, lendo uma Wikipedia robótica.
Por isso não deixa de impressionar o objetivo a que se propuseram Bilge Mutlu e Michael Gleicher, da Universidade de Wisconsin-Madison, nos Estados Unidos.
Eles querem criar robôs capazes de ensinar aos seres humanos.
Pode parecer pretensioso pensar que os robôs já tenham alcançado um nível que os permita substituir um professor humano em uma sala de aula, mas os primeiros testes em robôs e personagens virtuais trazem algum entusiasmo, se não com uma aula ao vivo, pelo menos em instruções mais breves ou em aprendizado via computador.
Pedagogia robótica
Como é relativamente fácil dar a um robô o acesso a qualquer base de dados e a um número ilimitado de instruções, os pesquisadores se voltaram para algo que pode fazer a diferença: o comportamento dos robôs.
Segundo eles, robôs que olham e gesticulam como humanos são muito mais eficazes para passar informações, como já demonstraram em laboratório.
E, quando se trata de comunicação, às vezes é a nossa linguagem corporal que fala mais - especialmente os nossos olhos.

Outras pesquisas já demonstraram que robôs podem ser muito eficientes para ensinar crianças com deficiências cognitivas, sobretudo autismo.

Para demonstrar isso, um pequeno robô amarelo recebe voluntários que entram no laboratório: "Oi, eu sou Wakamaru, prazer em te conhecer. Eu tenho uma tarefa para você: organize esses objetos sobre a mesa por categorias, colocando-os nas caixas."
Com alguns voluntários, o robô, muito naturalmente, olha em direção aos objetos enquanto fala. Com outros, o robô apenas olha diretamente para a pessoa.
Mutlu diz que os resultados são bastante claros: "Quando o robô usa o olhar como um humano o faria, as pessoas são muito mais rápidas em localizar os objetos que têm que mover."
Modelagem de comportamentos
E é principalmente assim, observando humanos, que os dois pesquisadores estão rastreando o papel do olhar, e as informações que o olhar humano transmite na comunicação, que eles planejam desenvolver algoritmos de controle que possam ser associados com as informações textuais que os robôs ou personagens virtuais têm que passar.
"São comportamentos que podem ser modelados e, em seguida, programados nos robôs para que eles, os comportamentos, possam ser usados pelo robô sempre que necessário, para se referir a algo e certificar-se de que as pessoas entendam a que o robô está se referindo," explica Mutlu.
A teoria está sendo testada em um agente virtual, este sim, capaz de dar aulas pelo computador.
Ao dizer "Olá. Hoje eu vou lhes falar um pouco sobre a história da China Antiga", o personagem "sabe" que há um mapa da China sendo projetado atrás de si e, de forma quase natural, vira-se, olha e aponta para o mapa, como se fosse a moça da previsão do tempo durante os telejornais.
Isso encorajou os dois pesquisadores a falarem em robôs em salas de aula, não como alunos, mas como professores.
"Nós podemos projetar tecnologias que realmente beneficiem as pessoas no aprendizado, na saúde e no bem-estar, e em trabalhos colaborativos," conclui Mutlu.

Robótica Robô cultiva cartilagens para transplantes

O robô para engenharia de tecidos estimula e monitora o crescimento das células e do tecido como um todo, sem atrapalhar seu desenvolvimento.

Biorreator robotizado
Um robô capaz de cultivar, estimular o crescimento e avaliar o desenvolvimento de seus "frutos" bem poderia ser chamado de robô agricultor, ou algo parecido.
A diferença é que este novo robô não lida com plantas - ele cultiva células humanas vivas.
Trata-se de um biorreator - uma câmara capaz de cultivar tecidos biológicos - totalmente robotizado, que trabalha autonomamente.
Ele é capaz de cultivar as células e, por meio de uma contínua avaliação do seu processo de crescimento, imitar os processos naturais, gerando tecidos vivos.
O objetivo é que, no futuro, esses tecidos cultivados por robôs possam ser utilizados para substituição de tecidos do corpo humano danificados por acidentes ou queimaduras, ou por desgaste, como as cartilagens dos joelhos e dos quadris.
Cartilagens para transplantes
As técnicas manuais atuais de cultivo de tecidos são lentas e só conseguem avaliar a qualidade do tecido gerado depois que ele cresceu - se algo saiu errado, a única alternativa é começar tudo de novo.
O biorreator criado por engenheiros do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia (NIST) dos EUA, ao contrário, usa um sistema de ultrassom para monitorar continuamente o tecido, sem danificá-lo e sem atrapalhar seu desenvolvimento.
A pesquisadora Jenni Popp está apostando inicialmente no cultivo de cartilagens porque, sendo tecido não-vascularizados, sua replicação em laboratório é mais simples e mais promissora.
Além disso, a criação de cartilagens em laboratório permitirá atender uma área médica que não conta com a possibilidade de doações para transplantes - a substituição das cartilagens danificadas é feita atualmente por materiais plásticos ou metálicos, com sérios problemas de desgaste.
Biocinética
O novo equipamento automatiza inteiramente o trabalho do biorreator, incluindo a incubadora das células e o controle de suas condições de crescimento e alimentação em um material artificial de suporte que imita a matriz extracelular.
Os estudos preliminares indicam que o biorreator faz todo este trabalho com precisão, gerando cartilagens em formatos tridimensionais em cerca de sete dias.
Embora a aplicação médica ainda necessite de aprimoramentos em termos de formato da estrutura gerada, colegas da Universidade do Colorado já solicitaram o equipamento para validar modelos matemáticos de biocinética, o estudo do crescimento e do movimento dos tecidos vivos.
Esta validação prática será possível pela primeira vez graças à precisão do trabalho do robô.

Eletrônica - Bactérias magnéticas inspiram criação de biocomputadores

Os "bits" magnéticos bacterianos ainda são grandes e precisam ganhar em homogeneidade para serem usados na prática.

Magnetismo bacteriano
Ter vírus e vermes no seu computador nunca é boa notícia, mas um disco rígido inspirado em bactérias pode ser algo bem diferente.
É o que garantem pesquisadores britânicos e japoneses, que usaram uma bactéria que ingere ferro para criar uma superfície magnética, comparável estruturalmente à camada de dados de um disco rígido.
Pelo nome do microrganismo, Magnetospirilllum magneticum, pode-se ver que bactérias e magnetismo juntos não são exatamente uma novidade - conforme a bactéria ingere o ferro, ela cria pequenos ímãs dentro de si mesma.
Dispensando a bactéria
A novidade é que os pesquisadores começaram a entender como as proteínas no interior das bactérias capturam, moldam e posicionam esses nanomagnetos dentro da célula bacteriana.
Agora, afirmam eles, já é possível replicar o mecanismo artificialmente, fora das bactérias.
E é aí que o processo passa a ser interessante de um ponto de vista prático, devido à possibilidade de fazer o processo sob controle.
O objetivo é, no futuro, usar uma abordagem "de baixo para cima" para criar componentes eletrônicos menores, mais eficientes, e sem usar os compostos químicos hoje utilizados nos processos de litografia.

A equipe também conseguiu produzir nanofios usando uma outra proteína bacteriana.

Computador biológico
Johanna Galloway, da Universidade de Leeds, usou a proteína bacteriana para criar nanocristais de magnetita perfeitos.
A proteína foi colocada sobre uma superfície de ouro dotada de ranhuras, para dirigir a formação dos nano-ímãs. Quando a chapa foi mergulhada em uma solução de ferro, a 80°C, os nanocristais de magnetita formaram-se precisamente nas ranhuras.
Os pesquisadores agora vão tentar reduzir o tamanho das "ilhas" magnéticas, eventualmente produzindo nanomagnetos individuais - os "bits" são grandes em relação aos domínios magnéticos dos discos rígidos atuais, e ainda estão longe de atingir uma homogeneidade comparável.
A equipe também conseguiu produzir nanofios usando uma outra proteína bacteriana.
"É possível ajustar esses fios biológicos para que eles tenham uma resistência elétrica específica. No futuro eles poderão crescer conectados a outros componentes, como parte de um computador inteiramente biológico," prevê o Dr. Masayoshi Tanaka.

Eletrônica - Cão de Pavlov eletrônico: computadores podem aprender

Os cientistas conseguiram ensinar os circuitos eletrônicos a memorizar reações. [Imagem: Hermann Kohlstedt]

Comportamento eletrônico
Os experimentos com cães do russo Ivan Pavlov estão para a psicologia assim como o lendário "experimento" de Newton com a maçã está para a física.
Até o início do século 20, a ciência assumia que os seres vivos agiam seguindo alguns reflexos instintivos inatos. Mas Pavlov demonstrou que era possível gerar reações sem o estímulo físico característico.
Ao tocar um sino antes de alimentar os cães, ele demonstrou que, após algum tempo, os cães salivavam apenas ao ouvir o toque da sineta, sem que houvesse nenhuma comida por perto.
A história parece estar se repetindo no campo da eletrônica.
Até há pouco tempo, considerava-se que os componentes eletrônicos, que formam os computadores e toda a parafernália tecnológica com a qual estamos acostumados, "agiam" apenas segundo a corrente elétrica que passava por eles.
Isso começou a mudar com a criação do memristor, uma memória resistiva, que se "lembra" da corrente elétrica que a percorreu anteriormente - por isso apelidado de "sinapse artificial".

• Sinapse artificial memoriza e esquece como o cérebro

Agora, cientistas da Universidade de Kiel, na Alemanha, construíram uma versão eletrônica do cão de Pavlov: essencialmente, um circuito que "aprende pela experiência".
"Nós usamos memristores a fim de imitar o comportamento associativo do cão de Pavlov na forma de um circuito eletrônico," resume o professor Hermann Kohlstedt, coordenador da equipe.
Aprendizado de máquina
Essencialmente, este experimento está para a computação assim como o experimento de Pavlov está para o comportamento humano, ou Newton e a maçã estão para a física.
Ocorre que as informações digitais e as informações biológicas são processadas seguindo princípios fundamentalmente diferentes.
É por isso que é tão difícil ensinar as coisas aos computadores e aos robôs: eles simplesmente não aprendem pela experiência.
Isso força os humanos a escrevem programas exaustivamente extensos, que devem prever cada situação que o equipamento irá encontrar, em detalhes, dizendo como ele deverá agir em resposta a cada uma dessas situações. Quando alguma coisa sai fora do script, o programa trava ou é encerrado abruptamente.
Assim, estamos longe de podermos falar sobre "processos cognitivos" de um computador ou de um robô.
A replicação do cão de Pavlov em escala eletrônica pode mudar tudo isso ao abrir, pela primeira vez, a possibilidade de se projetar circuitos eletrônicos que imitem o aprendizado animal.
Cognição eletrônica
Enquanto um resistor "reage" à corrente elétrica simplesmente impondo uma resistência à sua passagem, o memristor consegue se "lembrar" da última corrente que passou por ele porque ele altera sua própria resistência a cada passagem da energia.
Há tempos os cientistas sonham em usar esse efeito memória para criar circuitos similares às conexões existentes entre as sinapses cerebrais.
"No longo prazo, nosso objetivo é transferir a plasticidade sináptica para os circuitos eletrônicos. Nós poderemos até mesmo recriar eletronicamente as habilidades cognitivas," confirma Kohlstedt.

• Elo perdido da eletrônica permitirá computador que aprende

E o experimento do "cão de Pavlov eletrônico" é um marco no caminho em direção a esse objetivo.

O circuito eletrônico apresenta o comportamento clássico do condicionamento observado no campo da psicologia. [Imagem: Advanced Functional Materials]

Cão de Pavlov eletrônico
O experimento do cão de Pavlov eletrônico consistiu no seguinte: dois impulsos elétricos foram interligados a um comparador através de um memristor. Os dois impulsos representam a comida e o sino no experimento de Pavlov.
Um comparador é um dispositivo que compara duas tensões ou correntes e gera uma saída quando se atinge um determinado nível. Neste caso, quando o valor limite é atingido, o comparador produz o sinal de saída, representando a salivação do cão eletrônico.
Além disso, o elemento memristivo tem sua própria tensão limite, que é definida por propriedades físico-químicas estabelecidas na sua fabricação. Abaixo desse valor limite, o memresistor comporta-se como qualquer resistor comum. Acima do limite, surge seu efeito memória, mudando sua resistência.
Ao aplicar os dois impulsos elétricos simultaneamente, supera-se a tensão limite do memresistor, ativando-se sua memória.
Múltiplas repetições levam a um processo de aprendizado associativo no circuito - exatamente como no cão de Pavlov.
"Desse momento em diante, nós precisamos apenas aplicar o impulso elétrico 2 (equivalente ao sino) para que o comparador gere um sinal, equivalente à salivação," explica Martin Ziegler, responsável pelo experimento.
O impulso elétrico 1 (o alimento) continua produzindo a mesma reação que já produzia antes do aprendizado. Afinal, o cão sempre saliva na presença do alimento real.
Assim, o circuito eletrônico apresenta o comportamento clássico do condicionamento observado no campo da psicologia.
E, como se aprende, também se desaprende. Se o sino for tocado seguidamente sem que o cão receba comida, o condicionamento será rompido - no cão de Pavlov eletrônico, a não aplicação dos dois impulsos simultaneamente leva à perda do aprendizado do circuito eletrônico.
Computadores que aprendem
O que os pesquisadores planejam agora é construir comportamentos mais complexos, criando módulos de uma rede neural em hardware que de fato aprenda com os impulsos que receber.
Segundo eles, uma primeira aplicação prática estaria no reconhecimento de padrões, algo muito difícil de programar nos computadores atuais.
Mas, no longo prazo, a esperada criação de habilidades cognitivas em circuitos eletrônicos poderão criar computadores que não serão avaliados mais apenas pela velocidade com que conseguem realizar cálculos, mas pela sua capacidade de aprendizado.
O memristor, o componente eletrônico com memória, foi teorizado pelo cientista Leon Chua, em 1971.
Mas o primeiro memristor prático só foi construído em 2005, nos laboratórios da HP, e os cientistas conseguiram entender realmente seu funcionamento apenas no ano passado:

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Também no ano passado, a IBM apresentou seus primeiros processadores cognitivos, mas trata-se de uma arquitetura que ainda não tira proveito dos memristores.
O primeiro processador realmente baseado em memristores foi construído por Robinson Pino e seus colegas da pouco conhecida Universidade de Boise, nos Estados Unidos:

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