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".

Energia - Alquimia das luzes: Luz infravermelha é transformada em raios X

Representação artística de um pulso de raio X com o maior espectro de cores já produzido, um verdadeiro arco-íris de alta energia. [Imagem: Tenio Popmintchev/Brad Baxley/University of Colorado]

Harmônicos de luz
Cientistas conseguiram pela primeira vez fazer uma espécie de alquimia das luzes.
Tenio Popmintchev, liderando uma equipe dos EUA, Áustria e Espanha, descobriu como converter um raio de luz infravermelha em um feixe altamente coerente de raios X e em uma multiplicidade de outros comprimentos de onda.
Em vez dos enormes aceleradores atuais, o novo equipamento gera raios X de alta pureza em um equipamento que cabe sobre uma mesa.
Imagine um violinista, que toca a mesma nota em diferentes oitavas movendo seu dedo ao longo da corda do instrumento.
O que os cientistas fizeram é muito parecido, usando um fenômeno correlato, criando "harmônicos de luz".
A diferença é que não dá para manipular a luz com os dedos: o grupo demonstrou o conceito em um cristal e em uma câmara de gás sob alta pressão.
Estudo de materiais e medicina
Enquanto um violinista obtém algumas poucas oitavas, a técnica de manipulação das ondas de luz, chamada HHG (high-harmonic generation: harmônicos de alta ordem), alcança uma geração de harmônicos muito maior.
"Normalmente em ciência você se depara com uma escala que impede que você dê saltos dramáticos. Mas, neste caso, nós conseguimos gerar 1,6 keV - cada fóton de raio X foi gerado por mais de 5.000 fótons infravermelhos," conta o pesquisador.
É alguma coisa como tocar uma nota 5.000 oitavas acima.
Os elétrons são seletivamente excitados e relaxados pela luz infravermelha, que emerge do outro lado como um feixe de raios X de altíssima qualidade e precisão. Ou seja, a luz infravermelha faz os átomos emitirem raios X.
A técnica conseguiu produzir pulsos de raios X de 2,5 attossegundos de duração, na fronteira do menor tempo já medido pelo homem.
Isto representa uma nova forma de geração de raios X, uma tecnologia cada vez mais importante para o estudo de materiais em nível atômico, assim como para a análise de fenômenos que ocorrem em escala temporais muito curtas, como as reações químicas.
E, claro, para uso em biomedicina.

A nova técnica "definitivamente abre possibilidades para estudarmos as mais curtas escalas de tempo e espaço relevantes para qualquer processo em nosso mundo natural." [Imagem: Popmintchev et al./Science]

Escalas de tempo e espaço
A técnica é muito versátil: ela pode gerar feixes de luz coerentes e altamente direcionais, similares a um laser, do ultravioleta aos raios X, e toda a faixa de frequência entre os dois. Ou seja, um verdadeiro arco-íris de alta energia.
É o que o grupo chama de um "super-continuum" de luz.
"Esta é a fonte de luz coerente de maior banda espectral já produzida," afirmou Henry Kapteyn, membro da equipe. "Ela definitivamente abre possibilidades para estudarmos as mais curtas escalas de tempo e espaço relevantes para qualquer processo em nosso mundo natural."
O avanço agora obtido fundamenta-se em desenvolvimentos anteriores do grupo, quando eles desenvolveram um laser na faixa do ultravioleta extremo e um feixe de luz ultravioleta mais preciso do que um laser.

Energia - Avanço sólido das células solares orgânicas

O eletrólito de estado sólido dá durabilidade a estas que são as mais promissoras células solares, com potencial para impulsionar o uso da energia solar. [Imagem: Chung et al./Nature]

Baratas e flexíveis
As células solares fotovoltaicas, feitas de silício, são eficientes, mas não são baratas.
Suas competidoras mais promissoras são as células solares orgânicas, que, de certa forma, imitam a fotossíntese.
Elas podem ser muito mais baratas do que as células solares de silício porque podem ser fabricadas por impressão, e podem ser impressas sobre superfícies flexíveis, adaptando-se melhor à arquitetura das construções e dos objetos.
Esse tipo alternativo de célula solar também é conhecido pela sigla DSC (Dye-Sensitized Solar Cells - células solares sensibilizadas por corantes), ou como células solares de Gratzel.
Corantes corrosivos
Mas as células solares orgânicas têm um problema: os corantes usados são essencialmente líquidos, e líquidos muito corrosivos, que eventualmente vazam e destroem a célula solar.
Em 2010, uma equipe norte-americana criou algumas alternativas, que substituíram o líquido por um gel, minimizando o problema dos vazamentos e eliminando a cara platina dos eletrodos.

• Células solares orgânicas: problemas de 20 anos são solucionados

Parece não ter sido ainda suficiente, porque, dois anos depois, e ninguém conseguiu montar um protótipo confiável o bastante - os melhores duraram 18 meses.
Célula com corante sólido
Agora, pesquisadores conseguiram construir uma célula de Gratzel inteiramente de estado sólido, eliminando de vez o problema dos vazamentos e da durabilidade das células.
A nova solução vem pelas mãos da equipe de Robert Chang e Mercouri Kanatzidis, da Universidade Northwestern, nos Estados Unidos.
"Nós criamos um novo material robusto, que torna o conceito da célula de Gratzel ainda melhor. Nosso material é sólido, não líquido, de forma que ele não pode vazar e corroer as células," disse Kanatzidis.
O eletrólito líquido das células originais de Gratzel foi substituído por um composto de césio, estanho e iodo (CsSnI3).
Ao contrário do conceito original, a nova célula solar orgânica de estado sólido usa semicondutores tanto do tipo p (positivo) quanto do tipo n (negativo), conectados por uma camada de moléculas de corante.
Nanopartículas de dióxido de titânio, quase esféricas, fazem o papel de semicondutor do tipo n. O novo material (CsSnI3) faz o papel de um semicondutor solúvel do tipo p - depois de aplicado, o solvente evapora e a célula solar fica inteiramente sólida.
Célula solar tipo Gratzel
O protótipo apresentou uma eficiência excepcional para as células solares orgânicas: 10,2%.
A melhor célula solar de Gratzel construída até agora, mas sujeita a vazamentos, alcançou uma eficiência de 12%, enquanto as células solares de silício disponíveis no mercado alcançam 20%.
A grande eficiência foi alcançada por que o próprio material sólido agora desenvolvido é um absorvedor de luz, um papel que não é desempenhado pelo eletrólito líquido original.
Essa dupla personalidade do semicondutor faz com que a nova célula solar não possa ser rigorosamente descrita como sendo uma célula de Gratzel - é uma variante desta.
"Isto é apenas o começo. Nosso conceito é aplicável a muitos tipos de células solares. Há muito espaço para crescermos," disse Robert Chang.

Informática - Algoritmo de previsão otimiza redes móveis de comunicação

Além de atender às necessidades dos serviços de emergência, as redes móveis ad hoc poderão viabilizar o funcionamento dos carros sem motorista. [Imagem: Cortesia Pohang University]

Redes móveis ad hoc
Redes móveis ad hoc deverão permitir que as pessoas comuniquem-se umas com as outras enquanto estão no interior de múltiplos veículos em movimento.
Essas MANETs (Mobile Ad hoc NETworks) estão sendo desenvolvidas sobretudo para a interligação de frotas de veículos e para o auxílio dos serviços de emergência, como bombeiros, polícia e ambulâncias.
Mas, quando totalmente otimizadas, elas têm tudo para dar maior conforto aos usuários de internet ou telefonia celular, ou mesmo viabilizar o funcionamento dos carros sem motorista.
O nó das redes móveis
Ainda há desafios para criar MANETs práticas, sobretudo porque não é nada simples transmitir dados entre nós de rede que se movimentam continuamente em alta velocidade.
Quanto mais rápido cada nó da rede está se movendo, mais difícil é para a rede identificar caminhos eficazes para rotear os dados.
Isto ocorre porque a potência dos canais de transmissão de dados flutua muito mais rapidamente com a alta velocidade.
Em outras palavras, um transmissor pode tentar enviar uma mensagem através do roteador A porque ele está naquele momento com um sinal mais forte.
Entretanto, como tanto o transmissor como o roteador estão se movendo rapidamente, o sinal de retransmissão de A pode ser fraco no momento que a mensagem realmente chegar lá.
E um sinal fraco pode resultar em uma mensagem truncada.
Algoritmo previsor
Para resolver esse problema, pesquisadores da Universidade do Estado da Carolina do Norte, nos Estados Unidos, desenvolveram um método para melhorar a capacidade de cada nó da rede ad hoc de selecionar o melhor caminho para os dados que deve transmitir.
Quando um nó precisa transmitir uma mensagem, ele primeiro mede a intensidade das transmissões que ele próprio está recebendo dos melhores candidatos para a transmissão da sua mensagem.
Esses dados alimentam um algoritmo que prevê qual rota terá o sinal mais forte no momento em que a mensagem o atingir.
Como está lidando com a intensidade provável do sinal no futuro, o algoritmo também consegue dar uma estimativa da velocidade com que os dados devem ser transmitidos para cada candidato em potencial.
Se ele tenta enviar muitos dados muito rapidamente, a qualidade dos dados irá cair. Se a taxa de transmissão de dados for lenta demais, a rede não irá funcionar com a máxima eficiência.
"Nosso objetivo foi obter a maior taxa de dados possível, sem comprometer a fidelidade do sinal," resume a coordenadora da pesquisa, Alexandra Duel-Hallen.

Informática - Wi-Fi com raios T mais próximo da realidade

O experimento foi possível graças a um componente de 1 milímetro quadrado, chamado diodo-túnel, ou diodo de tunelamento ressonante (branco, sobre o suporte metálico).[Imagem: Tokyo Institute of Technology]

Radiação terahertz
Pesquisadores japoneses bateram o recorde de transmissão de dados sem fios na faixa dos terahertz, uma parte ainda inexplorada do espectro eletromagnético.
A taxa de dados alcançada é 20 vezes maior do que o melhor padrão wi-fi.
A banda dos raios T fica entre as micro-ondas e o infravermelho distante - 1 THz equivale a 1.000 GHz.
Os raios T, ou radiação terahertz, vêm sendo considerados como altamente promissores para o uso biomédico, eventualmente substituindo os raios X - apesar do nome "radiação terahertz", trata-se de uma radiação não-ionizante.

• Quer se livrar do perigo da radiação? Use raios-T em vez de raios-X

Em 2007, pesquisadores demonstraram pela primeira vez que os raios T poderiam ser usados também para a transmissão digital de dados.
Desde então tem havido uma procura frenética pelo desenvolvimento de geradores de radiação terahertz e de antenas capazes de captá-la.
Quase terahertz
Por enquanto, os trabalhos na transmissão de dados na faixa dos terahertz têm adotado uma especificação mais folgada, que vai dos 300 GHz até os 3 THz. Nenhuma agência de telecomunicação até agora regulamentou a faixa dos THz.
Apesar de teoricamente suportar taxas de transferência de dados de até 100 Gb/s - 15 vezes mais do que o wi-fi de próxima geração, que ainda está em fase de especificação - o "wi-fi terahertz" provavelmente terá um alcance mais limitado, por volta dos 10 metros.
Neste trabalho mais recente, os pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio demonstraram uma taxa de transmissão de 3 Gb/s a 542 GHz.
Ou seja, eles estão a meio-caminho dos raios T - o que é muito, considerando-se que é uma tecnologia com poucos anos de desenvolvimento.
Diodo-túnel
O experimento foi possível graças a um componente de 1 milímetro quadrado, chamado um diodo de tunelamento ressonante, ou RTD (Resonant Tunnelling Diode).
Diodos-túnel têm a característica incomum de que a tensão que produzem pode algumas vezes diminuir quando a corrente aumenta.
Eles são projetados de tal forma que este processo faz com que o diodo entre em ressonância, emitindo ondas de frequência muito alta - teoricamente, de vários terahertz.
Os pesquisadores japoneses afirmam que o próximo passo da pesquisa é justamente aproximar a prática dessa teoria, entrando finalmente no regime efetivo dos terahertz.
Antes de qualquer uso prático, será necessário também aumentar a potência do componente.

Informática - Processador "inexato" é 15 vezes mais eficiente

Em termos de velocidade, consumo de energia e dimensão, o processador inexato é cerca de 15 vezes mais eficiente do que os chips atuais.[Imagem: Avinash Lingamneni/Rice University/CSEM]

Gerenciamento dos erros
Engenheiros criaram um processador "inexato" que desafia a imagem de precisão associada aos computadores.
Sendo tolerante com erros eventuais, a equipe criou um processador que pode ser até 15 vezes mais eficiente em termos de velocidade, consumo de energia e dimensão.
A ideia de construir chips que operem fora da rígida lógica booleana não é nova.
O primeiro processador probabilístico começou a cometer seus erros em 2009, pelas mãos do mesmo Dr. Krishna Palem, da Universidade Rice, nos Estados Unidos, que coordena uma equipe internacional que investe nessa abordagem.
O conceito é inacreditavelmente simples: não tente obter precisão absoluta, deixando que os circuitos cometam alguns erros, e torna-se possível economizar muita energia sem perder velocidade.
O inconveniente dos erros pode ser superado gerenciando adequadamente a probabilidade desses erros de forma a limitá-los a um patamar aceitável.
Poda eletrônica
Uma das abordagens usadas para construir um processador que consome menos energia é a chamada "poda eletrônica", que corta fora partes dos circuitos que são usadas apenas raramente, economizando energia.
Essa técnica já vem sendo discutida e testada por várias equipes e pelas próprias empresas fabricantes de processadores.
Os ganhos podem ser surpreendentes: um processador "podado" pode ter metade do tamanho, consumir metade da energia, mas ser até duas vezes mais rápido, porque todos os circuitos ficam menores e mais próximos uns dos outros.
A equipe do Dr. Palem usou também o que ele chama de "tensão confinada", que permite obter ganhos de desempenho.
"Nos últimos testes, nos demonstramos que a poda pode cortar a demanda de energia em 3,5 vezes para chips que desviam do valor correto por uma média de 0,25%," conta Avinash Lingamneni, membro da equipe.
"Quando nós fatoramos em dimensão e ganhos de velocidade, esses chips são 7,5 vezes mais eficientes do que os chips comuns. Processadores que deram respostas erradas com um desvio bem maior, de 8%, foram até 15% mais eficientes," completa.

Esta comparação mostra o processamento de vídeo rodando em um processador normal (esquerda), e em um processador inexato, com erro relativo de 0,54% (centro) e 7,58% (direita). [Imagem: Rice University/CSEM/NTU]

Processadores inexatos
Os pesquisadores afirmam que os processadores inexatos, devidamente podados e otimizados, deverão encontrar suas primeiras aplicações em nichos como câmeras fotográficas e outros equipamentos portáteis.
O tablet I-slate, que está sendo distribuído em escolas na Índia, é um dos principais alvos do conceito de "poda eletrônica", para economizar energia e permitir que o aparelho funcione com a eletricidade gerada por pequenos painéis solares.
Palem afirma que os primeiros I-slates, assim como protótipos de implantes auditivos, já equipados com chips podados, deverão se tornar realidade em 2013.
O protótipo apresentado pela equipe é fruto de uma colaboração que envolve a Universidade Tecnológica Nanyang (Cingapura), o Centro Suíço de Eletrônica e Microtecnologia e a Universidade de Berkeley (EUA).

Materiais Avançados - Invento com jeitinho brasileiro vira capa de revista científica

Com US$2,00 os brasileiros substituíram um equipamento de US$25.000,00, abrindo caminho para a popularização da espectrometria de massas. [Imagem: Schwab et al./Analyst]

Jeitinho inovador
Parece que o jeitinho brasileiro funciona também na ciência.
Pesquisadores brasileiros desenvolveram um equipamento de alta tecnologia usando recursos inacreditavelmente simples.
Jesuí Vergilio Visentainer, da Universidade Estadual de Maringá, no Paraná, liderou o desenvolvimento de uma fonte de ionização e dessorção de amostras para análise por espectrometria de massas.
Trocando em miúdos, é um dispositivo inédito, sensível e portátil, que promete simplificar a análise dos componentes químicos presentes em uma amostra de material.
Um equipamento desse tipo custa hoje cerca de US$25.000,00.
Jesuí resolveu o problema com US$2,00.
O aparelho foi construído com uma lata de ar comprimido, uma mangueirinha de soro, uma agulha de injeção e um capilar de sílica.
A inovação brasileira foi considerada tão marcante e criativa que mereceu a capa da revista científica Analyst, da Royal Chemical Society.

O invento brasileiro será capa da edição de Junho da revista Analyst. [Imagem: RSC/Analyst]

Espectrometria das massas
A espectrometria de massa, até poucos anos atrás, era considerada uma técnica de elite, cara e complicada.
Aos poucos, graças a avanços em instrumentação e ao desenvolvimento de técnicas revolucionárias de ionização, a técnica já está disponível em laboratórios de quase todo o mundo.
Com a inovação brasileira, a espectrometria de massa poderá se transformar em "espectrometria das massas", popularizando-se de vez.
"A ideia é ver o dispositivo disseminado, e não apenas em laboratórios de análises. Uma dona de casa poderia verificar se o tomate está contaminado, e o marido, se o vinho e a cerveja são de qualidade. Costumo brincar que a espectrometria de massas é um canivete suíço," diz o professor Marcos Eberlin, da Unicamp, que coordenou o estudo.
Patente e mercado
Jesuí cita ainda o exemplo das competições esportivas, onde o aparelho poderá ser usado para a realização de exame antidoping.
O material a ser analisado é recolhido através do equipamento e pulverizado em um espectrômetro portátil - o exame ficaria pronto em cerca de 30 minutos.
Um pedido de patente do equipamento foi feito conjuntamente pelas universidades de Maringá e Campinas, junto ao Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI).
Segundo o professor Jesuí, já há empresas interessadas em produzi-lo.

Materiais Avançados - Espião invisível: camuflagem permite ver sem ser visto

Ao contrário do que possa parecer, as áreas em amarelo brilhante representam a luz refletida pelo silício. As áreas escuras estão revestidas com ouro, tendo tornado-se "invisíveis" devido à interferência destrutiva das ondas plasmônicas. [Imagem: Stanford Nanocharacterization Lab]

Camuflagem plasmônica
Engenheiros usaram a camuflagem plasmônica - uma das técnicas usadas para criar os mantos de invisibilidade - para criar um dispositivo que consegue ver sem ser visto.
O método mais tradicional para criar invisibilidade é usar estruturas físicas projetadas para interagir com os raios de luz - os metamateriais.
Na invisibilidade plasmônica, tira-se proveito dos plásmons de superfície, ondas de elétrons que se formam na superfície de metais a partir de sua interação com a luz.
Neste novo trabalho, realizado por uma equipe das universidades de Stanford e Pensilvânia, os pesquisadores usaram um truque que parece pouco intuitivo: uma cobertura de metal reflexivo que torna menos visível o material ao qual essa película brilhante é aplicada.
Fotodetector invisível
Embora a equipe chame seu experimento de "máquina invisível", o aparato consiste essencialmente de um nanofio de silício recoberto por uma fina camada de ouro - seria mais adequado chamá-lo de fotodetector invisível.
Ajustando a proporção entre ouro e silício, a equipe conseguiu fazer com que os raios de luz refletidos pelos dois materiais cancelem-se mutuamente, um fenômeno conhecido como interferência destrutiva e que foi usado recentemente para forçar a luz a fazer curvas.
Conforme as ondas de luz surfam sobre o metal e o semicondutor, elas criam uma separação de cargas positivas e negativas nos dois materiais - um momento dipolar, em termos técnicos.

Esta imagem do experimento real mostra que o rendimento é bom para uma primeira tentativa, mas que a "invisibilidade" não é total. [Imagem: Fan et al./Nature Photonics]

O pulo do gato consiste em criar um dipolo no ouro que seja igual em intensidade, mas oposto em sinal, ao dipolo no silício.
Quando dipolos positivos e negativos de igual intensidade se encontram, eles se anulam, e o sistema torna-se invisível.
"Descobrimos que um revestimento de ouro cuidadosamente projetado modifica drasticamente a resposta óptica do nanofio de silício," afirma Pengyu Fan, primeiro autor do artigo que descreve a descoberta. "A absorção da luz no fio cai ligeiramente - por um fator de apenas quatro -, mas a dispersão da luz cai 100 vezes devido ao efeito de camuflagem, tornando-se invisível."
Ou seja, o revestimento de ouro, que é normalmente altamente reflexivo, é a porção do nanofio que se torna invisível.
Espião invisível
Os experimentos mostraram que a invisibilidade plasmônica é eficaz em grande parte do espectro de luz visível e que o efeito funciona independentemente do ângulo de entrada da luz ou do formato e do posicionamento do nanofio.
O mecanismo também funciona com outros metais em lugar do ouro, como o alumínio e o cobre, com rendimento semelhante.
Segundo a equipe, esse espião invisível - ele detecta a luz do exterior, mas a luz que ele próprio emite não pode ser vista - poderá ter utilidade em áreas como células solares, sensores, LEDs, lasers semicondutores, entre outras.
Em câmeras digitais e sistemas avançados de imageamento médico, por exemplo, pixels camuflados plasmonicamente poderão reduzir o ruído entre pixels vizinhos, que geram imagens borradas.
"Nós podemos até mesmo imaginar a possibilidade de fazer uma reengenharia dos aparelhos optoeletrônicos para incorporar novas funções valiosas e para alcançar densidades de sensores que não são possíveis hoje," afirmou Mark Brongersma, coautor do estudo.