Robô ganha estômago e intestino parar gerar sua própria energia

Moisés de Freitas - 29/07/2010

O programa do robô faz com que ele se aproxime periodicamente de um depósito de comida, onde obtém uma porção de ração para robôs adequada para alimentar as 48 células a combustível microbianas que fazem as vezes de estômago.[Imagem: Univ.Bristol]

O dilema das baterias

Comece a estudar robótica e cedo você descobrirá que a área se divide em duas áreas aparentemente opostas, uma altamente entusiasmante, e outra que é quase só frustração.
No lado agradável estão a mecatrônica, a inteligência artificial, sensores extremamente precisos, aprendizado de máquina, computação cognitiva e um sem-número de outros assuntos apaixonantes.
No lado desagradável estão, felizmente sozinhas, as baterias. Não que baterias por si só não sejam desafiadoras, mas elas são sempre um empecilho à criação de robôs autônomos. Qualquer desenvolvimento no "lado agradável" vai esbarrar sempre em limitações no "lado desagradável".

Intestino robótico

Em busca da liberdade para seus robôs, a equipe do Dr. Chris Melhuish, da Universidade de Bristol, na Inglaterra, resolveu adotar uma solução, por assim dizer, biomimética: criar um estômago artificial, capaz de digerir biomassa e gerar a energia necessária para alimentar os circuitos eletroeletrônicos do robô.
A mesma equipe já havia construído um robô capaz de gerar sua própria energia a partir de moscas mortas, mas eles decidiram que seria mais eficiente usar bactérias - além da eficiência, eles poderiam também evitar problemas com as associações dos defensores das moscas.
Contudo, gerar eletricidade a partir de biomassa não é nenhuma novidade e, de fato, cria um problema semelhante ao das baterias: da mesma forma que baterias precisam ser recarregadas, biocélulas microbianas geram rejeitos, que precisam ser descartados periodicamente.
A saída foi então construir também um intestino artificial, por onde o "diarreia-bot" possa excretar o seu cocô robótico.

Ração para robôs

Embora ainda não seja capaz de sair pela floresta e passar meses caçando sua própria comida e coletando dados ambientais, o Ecobot, agora na sua versão III, mostra tecnologias promissoras rumo a uma realidade semelhante a essa.
Testado em um ambiente de laboratório, o Ecobot funcionou ininterruptamente por sete dias, digerindo sua comida, gerando sua energia e fazendo seu trabalho ao longo de um pequeno trilho e, mais importante, lançando fora o material que não era mais necessário em seu estômago bioeletroquímico.
O programa do robô faz com que ele se aproxime periodicamente de um depósito de comida, onde obtém uma porção de ração para robôs adequada para alimentar as 48 células a combustível microbianas que fazem as vezes de estômago, ou de gerador de energia.

Biocélulas bacterianas

As 48 células a combustível microbianas fazem as vezes de estômago, ou de gerador de energia, suficiente para alimentar todos os circuitos do robô. [Imagem: UWE]

O processo consiste basicamente em reações de oxidação-redução, que ocorrem no anodo das biocélulas. Conforme as bactérias digerem o alimento, elas quebram átomos de hidrogênio.
Os elétrons do hidrogênio migram para o eletrodo, gerando uma corrente, enquanto os íons de hidrogênio passam através de uma membrana de troca de prótons, chegando à câmara que funciona como catodo da célula. Essa câmara fica cheia de água, permitindo que o oxigênio da água combine-se com os prótons para produzir mais água.
Como a água produzida não é suficiente para contrabalançar a evaporação, o Ecobot, além de comer, precisa também beber água regularmente.
A disposição das biocélulas permite que qualquer material não digerido se acumule em um furo central, de onde ele é recirculado para permitir a máxima extração de energia. Em termos energéticos, contudo, o sistema é ineficiente, capturando apenas 1% da energia contida no alimento.
O intestino do robô imita os movimentos peristálticos do intestino humano com a ajuda de uma pequena bomba, que aplica ondas em um tubo plástico por onde o material indesejado é descartado.

Brasileiros criam modelos teóricos para fenômenos quânticos

Fábio de Castro - Agência Fapesp - 04/08/2010

Pesquisadores da Unesp desenvolveram modelos teóricos para explicar resultados de pesquisas experimentais sobre condensado de Bose-Einstein, que permite estudar fenômenos quânticos em escala visível. [Imagem: Adhikari et al.]


Fenômenos quânticos

Até meados da década passada os fenômenos quânticos só podiam ser estudados na teoria, pois não era possível visualizar os componentes de sistemas atômicos em escala tão pequena.
Essa limitação só começou a ser superada quando foi descoberto o condensado de Bose-Einstein - uma fase da matéria formada por átomos em temperaturas próximas do zero absoluto, que permite a observação de efeitos quânticos em escala macroscópica.
O estudo do condensado de Bose-Einstein se tornou fundamental para desvendar os enigmas do mundo quântico.

Modelos teóricos quânticos

Um projeto temático financiado pela FAPESP está contribuindo para esse avanço do conhecimento ao desenvolver modelos teóricos capazes de explicar fenômenos observados a partir de experimentos realizados com o condensado.
Coordenado por Sadhan Adhikari, professor do Instituto de Física Teórica da Universidade Estadual Paulista (Unesp), o projeto "Estudo de Condensação de Bose-Einstein usando a teoria de campo médio" foi iniciado em 2006.
Segundo Adhikari, entre os diversos resultados obtidos até agora, um dos mais significativos está relacionado ao fenômeno conhecido como localização de Anderson em condensados de Bose-Einstein. Três artigos sobre o tema foram publicados na revista Physical Review A em 2009 e 2010 pelo grupo de Adhikari.
Os trabalhos se fundamentaram em dois artigos publicados por grupos europeus em 2008 na revista Nature, os quais descreviam experimentos que utilizaram lasers polarizados para estudar a localização de Anderson em condensados de Bose-Einstein.
"Nós estudamos e explicamos em modelos teóricos os resultados desses experimentos. Os estudos sobre o condensado de Bose-Einstein são muito interessantes, porque permitem observar processos quânticos que, tempos atrás, estavam na imaginação dos teóricos. Agora que podemos verificar em laboratório as previsões teóricas, precisamos voltar à teoria para explicar de forma precisa o que foi observado", disse Adhikari.

Einstein, Bose e o condensado

A existência do condensado de Bose-Einstein foi prevista por Albert Einstein em 1925, a partir do trabalho de Satyendra Nath Bose, como consequência teórica da mecânica quântica. Setenta anos depois, em 1995, na Universidade do Colorado (Estados Unidos), Eric Cornell e Carl Wieman produziram pela primeira vez o condensado - recebendo, por conta disso, o Prêmio Nobel da Física em 2001.
O físico norte-americano Philip Warren Anderson, nascido em 1923, estudou profundamente as propriedades dos sólidos e os problemas da física da matéria condensada. Quando trabalhava nos Laboratórios Bell Labs, há cerca de 50 anos, Anderson descobriu o conceito de localização - a ideia de que estados expandidos podem ser localizados pela presença da desordem em um sistema.
Em 1977, Anderson ganhou o Nobel da Física por pesquisas sobre a estrutura eletrônica de sistemas magnéticos e desordenados, que permitiram o desenvolvimento de componentes de memória em computadores.

Condutor vira isolante

A condensação de bósons, ou de pares de férmions pela generalização apropriada, é um efeito frágil que pode ser facilmente superado por outras instabilidades. Dentre seus principais competidores estão a cristalização, a dissociação no caso de bósons compostos, e a desordem e localização.
"Na época, sabia-se que era possível transformar um sólido condutor em isolante - isto é, em um sólido que não permite que os elétrons carregados se movam por ele - com a introdução de uma pequena porcentagem de impurezas. Anderson estudou esses mecanismos e percebeu que os elétrons se movem em paralelo a uma rede de átomos localizada na superfície do sólido", disse Adhikari.
Com isso, Anderson percebeu que os átomos do sólido têm um potencial que, muito ordenado quando o sólido é puro, repete-se periodicamente. "Mas, quando colocamos impurezas no sólido, esse potencial periódico é quebrado. Quando o elétron encontra essa desordem, ele não consegue continuar seu trajeto e o sólido perde a condutibilidade. Anderson descobriu a formação de um estado ligado na superfície sólida", explicou Adhikari.

Localização de Anderson

A ausência da difusão de ondas em um meio desordenado passou a ser conhecida como "localização de Anderson". O fenômeno sugere a possibilidade de localização de elétrons dentro de um semicondutor, desde que o grau de aleatoriedade das impurezas ou defeitos seja suficientemente alto.
Os movimentos dos elétrons, no entanto, não podem ser observados, já que as minúsculas partículas obedecem às leis da mecânica quântica. Só a partir de 1995 o condensado de Bose-Einstein abriu a perspectiva para estudos experimentais desses fenômenos. Em 2008, os dois estudos europeus descreveram experimentos feitos com o condensado sobre o fenômeno da localização de Anderson.
"No laboratório, os cientistas criaram uma rede potencial com o uso de lasers polarizados que, refletidos entre dois espelhos, geravam uma onda estacionária. Ao longo dessa onda aparece um campo magnético que varia enquanto se propaga, mas que possui um comportamento periódico, com um potencial encontrado pelos elétrons dentro do sólido. Em vez do elétron, os pesquisadores colocam o condensado de Bose-Einstein nesse potencial para tentar localizá-lo", disse Adhikari.
Se o potencial for suficientemente forte, o condensado é localizado. Se for fraco demais, o condensado desaparece. "Eles criaram um potencial sem periodicidade, aleatório e perceberam que o condensado fica estagnado. Com isso, deram uma prova experimental do efeito de Anderson", disse.

Localização do condensado

Adhikari utilizou equações de Schroedinger para estudar e explicar os resultados das experiências em modelos teóricos. Além de verificar se as observações estavam corretas e se o condensado de Bose-Einstein de fato se tornava localizado, os estudos avaliaram o tamanho e a natureza da localização, definindo como ela varia ou qual sua interferência na interação potencial entre os átomos do condensado.
"A partir desse estudo, previmos também a localização do condensado de Bose-Einstein em outros casos, como o dos átomos dipolares. Condensados simples envolvem átomos comuns com potencial de curto alcance entre eles. Mas com os átomos com momento elétrico dipolar - que estão sendo muito utilizados para gerar condensados - podemos ter um potencial de longo alcance", disse.

Fronteira entre mundos quântico e clássico

No lado prático, vários progressos recentes têm sido feitos em busca de novas formas de estudar experimentalmente os fenômenos quânticos.
Há poucos meses, um grupo de pesquisadores demonstrou que uma esfera levitando por luz torna os fenômenos quânticos detectáveis numa escala maior, embora ainda microscópica.
O grupo do Dr. Markus Aspelmeyer, da Áustria, foi mais longe e estabeleceu uma interação entre um fóton e um ressonador micromecânico, criando o chamado acoplamento forte, capaz de transferir efeitos quânticos para o mundo macroscópico - veja Mundo quântico comunica-se com o mundo macro pela primeira vez.
 O maior passo até agora, contudo, parece ter sido dado por uma equipe da Universidade de Santa Bárbara, nos Estados Unidos, que demonstrou que um ressonador mecânico - uma pequena fita metálica que pode vibrar livremente - que foi resfriada até o seu estado fundamental de energia (ground state), funciona em nível macro conforme as probabilidades de mecânica quântica - veja Mecânica quântica aplica-se ao movimento de objetos macroscópicos.

Brasileiros criam técnica para medir rotação da luz

Don Monroe - Physical Review Focus - 03/08/2010
















Difração triangular: um feixe de luz que passa através de uma abertura triangular produz um padrão de pontos na superfície do detector (seu brilho calculado, que aparece aqui como uma elevação). O número de pontos em cada lado do triângulo central brilhante (aqui, cinco) é um a mais do que o momento angular orbital do feixe original.[Imagem: J. Hickmann/Federal Univ. of Alagoas]


Informações quânticas

A luz pode ter um "momento angular orbital", uma espécie de rotação, mas que se parece mais com um planeta orbitando ao redor do Sol do que girando sobre seu próprio eixo.
Medir essa propriedade é complicado, mas no exemplar de 30 de Julho da revista científica Physical Review Letters, pesquisadores brasileiros mostram que dirigir um feixe luminoso através de um buraco triangular cria uma matriz triangular de pontos que indica diretamente a dinâmica orbital angular desse feixe.
A técnica, simples e elegante, é uma ferramenta importante para explorar uma propriedade incomum da luz, que poderá no futuro ser usada para codificar informações quânticas.

Momento angular da luz

Quando um feixe de luz possui momento angular, esse momento angular pode ter dois elementos. O momentum angular "spin" corresponde à polarização circular da luz para a direita ou para esquerda, o que significa que a direção do campo elétrico gira no sentido horário ou anti-horário conforme a luz se move para a frente.
O momento angular orbital (OAM: Orbital Angular Momentum) - largamente aceito pela comunidade científica apenas nos últimos 20 anos - ocorre quando a direção do campo elétrico varia no interior do feixe.
Por exemplo, imagine medir a direção do campo elétrico em cada ponto ao redor de um feixe de luz de grande diâmetro. Ele pode apontar para cima, para a à direita (às três horas), para baixo, ou para a esquerda (às nove horas).
Este feixe pode ter uma unidade de OAM - uma "carga topológica" de um.
O campo de um feixe de carga dois poderia dar duas rotações completas conforme você se move ao redor de seu contorno.
Os pesquisadores esperam aproveitar esta propriedade para transportar informações com a luz, exatamente como eles já fazem com a polarização.
E com uma grande vantagem: enquanto cada fóton tem apenas dois estados de spin distintos, há potencialmente infinitos estados OAM. O problema é que até agora não havia um método de distinguir os diversos estados OAM de forma eficiente - veja informações associadas a isto nos artigos sobre spintrônica e orbitrônica.

Experimentos de difração

Os físicos já haviam descoberto como gerar feixes que possuam momento angular orbital e usá-los para exercer torque sobre partículas, movimentando-as.
Mas Jandir Miguel Hickmann e seus colegas da Universidade Federal de Alagoas, em Maceió, afirmam que há uma quantidade muito pequena de pesquisas que exploram o que acontece quando esses raios de luz passam por aberturas muito pequenas.
Esses experimentos de difração geram padrões de pontos que os físicos vêm usando há muito tempo para analisar as propriedades da luz comum - mas as técnicas para medir o OAM são poucas e mais complicadas.
Quando Hickmann e seus colegas simularam a difração de feixes de luz passando através de furos de variados formatos, eles descobriram que o uso de um triângulo isósceles traz um benefício inesperado: "Você pode simplesmente contar os pontos para descobrir a carga topológica". Os pesquisadores também verificaram esta previsão experimentalmente.

Medição do momento angular orbital

A equipe calculou e observou que, uma vez que o feixe está centrado no furo, ele gera um padrão incomum: uma rede triangular de pontos. O brilho de cada ponto individual depende das contribuições combinadas da luz a partir de diferentes locais no buraco triangular.
Os cálculos preveem que os pontos mais brilhantes formam um triângulo cujo tamanho (o número de pontos em cada um dos seus lados) é uma unidade maior do que a magnitude da carga topológica.
Além disso, o padrão luminoso triangular é girado em 60 graus em qualquer direção em relação à abertura, com a direção dependendo do sinal da carga (o sentido de rotação da luz). Assim, a abertura triangular representa uma maneira fácil de medir a magnitude e o sinal do momento angular orbital.
Miles Padgett, da Universidade de Glasgow, na Escócia, comentando o artigo dos brasileiros, afirmou que "Foi uma surpresa, pelo menos para mim, que haja uma relação tão simples e bonita" entre o número de pontos difratados, a orientação do padrão e a magnitude e o sinal da carga topológica.

Robô mais forte do mundo nasce de um chip

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/07/2010

Os nada menos que 512 pés, dispostos quatro a quatro para formar 128 conjuntos, permitem que os microrrobôs movimentem-se em qualquer direção, sobre terrenos totalmente irregulares. [Imagem: John Suh/Stanford University]
Microrrobôs
O projeto grandioso do Dr. Karl Bohringer, da Universidade de Washington, nos Estados Unidos, contrasta fortemente com os instrumentos que ele pretende usar para realizá-lo.
O pesquisador vislumbra que, em um futuro próximo, milhares de robôs microscópicos, ou microrrobôs, poderão ser atirados de um avião ou de um helicóptero e, ao cair no chão, começarem a desempenhar sozinhos a tarefa para a qual foram projetados.
Entre essas tarefas estão explorar estruturas e regiões assoladas por desastres naturais, coletar dados e analisar amostras do meio ambiente, ou fazer qualquer outra tarefa onde as pequenas dimensões sejam uma vantagem.
"Quinhentopeia"
Para exemplificar o conceito, Bohringer e sua equipe construíram robôs que pesam meio grama, medem apenas alguns centímetros de comprimento e têm a espessura equivalente à de uma unha.
Os nada menos que 512 pés, dispostos quatro a quatro para formar 128 conjuntos, permitem que os microrrobôs movimentem-se em qualquer direção, sobre terrenos totalmente irregulares.
Os microrrobôs estão também entre os mais fortes já construídos: cada um deles é capaz de carregar o equivalente a sete vezes o seu próprio peso, o que pode ser usado tanto para levar cargas para locais pré-determinados, quanto para recolher amostras do meio ambiente.


Pernas super rápidas

O microrrobô foi construído a partir de um chip virado de cabeça para baixo. Aqui ele carrega sete vezes o seu peso em clipes de papel. [Imagem: University of Washington]

O grande avanço está justamente na disposição e na estrutura de movimentação das pernas dessa centopeia robótica. Cada perna é feita com um fio metálico ensanduichado entre dois materiais com coeficientes de expansão termal diferentes - sob calor, um deles se expande mais do que o outro.
Quando uma corrente elétrica passa através da perna do robô, o fio aquece os dois materiais. Como um dos lados se expande mais do que o outro, isto faz a perna se curvar para um dos lados. A desligar a energia, a perna retorna à sua posição original.
A área superficial das pernas é tão grande em comparação com seu volume que elas podem aquecer ou esfriar em apenas 20 milissegundos.
Os conjuntos com centenas de pernas, alimentadas sequencialmente, podem repetir o movimento de 20 a 30 vezes por segundo.
"O tempo de resposta é um ponto interessante nesses robôs minúsculos," explica Bohringer. "No seu forno, pode levar dezenas de minutos para aquecer algo. Mas nesta pequena escala, o aquecimento é muito, muito mais rápido."
Robô-chip
O microrrobô do Dr. Bohringer tem uma longa história. Ele nasceu como um chip para a fabricação de escâneres de imagem e impressoras muito finas. Logo depois ele foi adaptado para ser usado em satélites artificiais.
Agora o que os pesquisadores fizeram foi virá-lo de cabeça para baixo e transformar seus pinos de conexão em pernas, criando um robô parecido com uma centopeia, só que muito mais rápido e muito mais forte.
"É um dos mais fortes atuadores que você pode obter em pequena escala, e ele tem uma das maiores amplitudes de movimentação," conta Bohringer. "Isto é difícil de obter nessa escala."

Imagens médicas são criadas com técnica mais rápida que a luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/07/2010

Quando uma partícula move-se mais rápido do que a velocidade da luz naquele meio específico, ela produz uma "onda de choque" parecida com a onda sônica gerada quando um avião quebra a barreira do som - é a radiação de Cerenkov. [Imagem: Matt Howard]

A próxima geração de técnicas de imageamento médico poderá se basear em uma tecnologia baseada em um fenômeno que se move mais rapidamente do que a velocidade da luz
De acordo com um grupo de cientistas de várias universidades norte-americanas, a técnica tem potencial para criar exames mais eficientes e mais baratos para o diagnóstico e o tratamento de câncer e de vários outros problemas de saúde.


Luminescência de Cerenkov


A nova técnica de imageamento óptico é chamada de imageamento por luminescência de Cerenkov, ou radiação de Cerenkov, ou mais simplesmente CLI (Cerenkov Luminescence Imaging).
A velocidade da luz depende do meio no qual ela viaja - por exemplo, sua velocidade diminui quando ela viaja através da água. Mas quando uma partícula - um elétron, por exemplo - move-se mais rápido do que a velocidade da luz naquele meio específico, normalmente um isolante, ela produz uma "onda de choque" - de forma muito parecida com a onda sônica gerada quando um avião quebra a barreira do som - emitindo uma luz azul conhecida como radiação de Cerenkov.
É a radiação de Cerenkov que é responsável pela coloração azulada dos reatores nucleares.
Essa luminescência também pode ser gerada pelos contrastes radioativos injetados na corrente sanguínea do paciente. Com isto, é possível dispensar o uso de uma fonte externa de luz, comumente usada para gerar imagens do interior do corpo humano.
A combinação do imageamento óptico com a medicina nuclear representa uma nova forma de gerar imagens a partir dos isótopos médicos.
"Isto dá ao imageamento óptico um conjunto de contrastes nucleares já utilizados clinicamente hoje, que podem ser utilizados imediatamente, ao contrário dos corantes fluorescentes," explica o Dr. Jan Grimm, do Weill Cornell Medical Center, principal autor do artigo que descreve a nova técnica.


Imageamento óptico

O imageamento óptico é uma técnica na qual moléculas luminescentes, projetadas para se ligar a células ou moléculas específicas do corpo humano, são injetadas na corrente sanguínea e então detectadas por um sensor óptico externo. [Imagem: JNM]


Os cientistas consideram que as técnicas de imageamento multimodais representam a próxima fronteira para a geração de imagens do interior do corpo humano mais precisas e a um custo mais baixo. O imageamento óptico é uma técnica na qual moléculas luminescentes, projetadas para se ligar a células ou moléculas específicas do corpo humano, são injetadas na corrente sanguínea e então detectadas por um sensor óptico externo.
Hoje, o imageamento óptico exige a excitação dessas moléculas por uma fonte externa de luz ou por um processo biológico, para que elas emitam a luz que será captada pelo sensor.
A radiação de Cerenkov produz a luz pela radioatividade, dispensando a fonte de luz externa ou sua ativação biológica. É por isto que a nova técnica é considerada como um processo de imageamento híbrido, que combina imagens ópticas com a imagem radioterápica tradicional.


Pósitrons e raios gama


Uma vantagem adicional da imageamento por luminescência de Cerenkov é que ela permite captar imagens de núcleos radioativos que não emitem nem pósitrons e nem raios gama - a maior limitação das técnicas de imageamento nuclear atuais.
Além disso, o imageamento óptico é promissor para uso em endoscopia e em cirurgias graças à sua capacidade de visualizar lesões tumorais, dando informações em tempo real aos médicos para guiar as cirurgias.
"Os benefícios do imageamento óptico são muitos, e nós estamos no caminho certo para torná-los uma realidade para uso nas clínicas e nos hospitais," diz o Dr. Grimm.

Descoberta nova partícula que interfere no movimento da eletricidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/05/2010

O experimento demonstrou que o modelo de bandgap baseado unicamente no elétron não é suficiente para descrever o movimento das cargas elétricas no grafeno, que é muito mais complexa do que se imaginava.[Imagem: Bostwick et al./Science]

Como a eletricidade se move

Você aprendeu na escola que a eletricidade é criada pelo movimento dos elétrons.

Se foi um pouco mais aplicado, aprendeu também que o movimento da eletricidade se dá por meio dos "portadores de carga" - os próprios elétrons, negativos, e as lacunas, positivas, onde os elétrons se alojam durante seu movimento.

Mas as coisas começam a se tornar mais emocionantes conforme se mergulha rumo ao mundo nano.

Tome por exemplo o grafeno, um material formado por uma única camada de átomos de carbono e que é visto como um dos mais promissores tanto na área de materiais quanto na eletrônica.

Plasmon

Como a eletricidade se move no grafeno?

Ela continua tendo elétrons e lacunas como portadores de carga, mas que começam a ser influenciados pelos plasmons de superfície - vale lembrar que o grafeno é bidimensional, ou seja, ele é inteiro superfície.

Os plasmons de superfície são ondas de luz acopladas a ondas de elétrons, que surgem na interface entre um metal e um dielétrico, um material não-condutor, como o ar - ou seja, ao longo de todo o grafeno.

Essas "oscilações de densidade" movem-se de forma parecida com o som, através do "mar de elétrons" que existe na superfície do grafeno.

Plasmaron

Agora, pela primeira vez, os cientistas detectaram um plasmaron, uma quase-partícula, ou partícula composta, formada por uma portadora de carga normal acoplada a um plasmon.

"Embora os plasmarons tenham sido propostos teoricamente na década de 1960, e evidências indiretas deles já tenham sido encontradas, o nosso trabalho consiste na primeira observação de suas bandas de energia distintas," afirma Eli Rotenberg, do Laboratório Lawrence Berkeley, nos Estados Unidos.

Rotenberg é o coordenador do grupo que identificou diretamente a assinatura inequívoca do plasmaron.

Plasmônica

O entendimento das relações existentes entre esses três tipos de "partículas" - portadoras de carga (elétrons e lacunas), plasmons e plasmarons - pode levar ao uso do grafeno na chamada plasmônica.

O nome plasmônica vem dos plasmons de superfície. Assim como nos circuitos eletrônicos atuais, os sinais são transmitidos por elétrons, nos futuros circuitos plasmônicos os sinais serão transmitidos pela oscilação conjunta de sinais elétricos e ópticos.

Até agora os experimentos vinham se baseando sobretudo nas quase-partículas chamadas polaritons. Os plasmarons vêm se somar à caixa de ferramentas dos cientistas em busca dessa área emergente da tecnologia em nanoescala, frequentemente chamada de "luz por meio de fios".

Pele de tubarão vira tinta para revestir aviões e geradores eólicos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/05/2010

As escamas dos tubarões evoluíram ao longo de milhões de anos para permitir que o animal nade muito rápido, diminuindo a resistência contra o fluxo da água.[Imagem: EMU/University of Cape Town]

Um grupo de cientistas alemães anunciou recentemente estar tentando copiar o truque de uma samambaia para manter-se seca para criar um revestimento biônico para navios, ajudando-os a economizar até 1% de todo o combustível fóssil consumido no planeta.

Mas seus colegas do Instituto Fraunhofer, também na Alemanha, acreditam que os tubarões são uma aposta com melhores possibilidades de ganhos a curto prazo.

Escamas de tubarões

De olho não apenas nos navios, mas principalmente nos aviões e nas turbinas eólicas, os pesquisadores criaram um novo sistema de pintura que imita a pele dos tubarões, diminuindo a resistência ao arrasto - do ar ou da água - e, por decorrência, fazendo-os gastar menos combustível ou gerar mais eletricidade.
A inspiração para a criação da nova tinta veio das escamas dos tubarões. Essas escamas, que evoluíram ao longo de milhões de anos para permitir que o animal nade muito rápido, diminuem a resistência contra o fluxo de um fluido.

No caso dos tubarões, o fluido é obviamente a água. Mas a solução também funciona para o ar, permitindo que a tinta anti-arrasto possa ser aplicada aos aviões e pás dos geradores eólicos.

Nanopartículas

O maior desafio enfrentado pela equipe da Dra. Yvonne Wilke foi aprimorar o sistema de revestimento para que ele pudesse resistir às altas velocidades, à intensa radiação ultravioleta e às flutuações de temperatura - de -55 a +70 graus Celsius - a que os aviões estão sujeitos rotineiramente.

A principal parte da receita da nova tinta são nanopartículas especialmente desenvolvidas pela Dra. Wilke e seus colegas Volkmar Stenzel e Manfred Peschka.

As nanopartículas dão à tinta as suas características de resistência à radiação ultravioleta, às variações de temperatura e à carga a que está submetida toda a superfície do avião ou do navio.

Pintura com estêncil

"Nossa solução consiste não em aplicar a tinta diretamente, mas através de um estêncil," afirma Peschka. Segundo o pesquisador, é isto que dá ao revestimento sua estrutura parecida com a pele de tubarão.

O segredo da técnica está em aplicar a tinta líquida de forma totalmente uniforme, em uma fina camada sobre o estêncil e, ao mesmo tempo garantir que o estêncil possa ser novamente retirado.

A dificuldade reside em que é necessário a aplicação de radiação ultravioleta para que o revestimento seque e endureça. Mas os pesquisadores afirmam ter vencido esta etapa.

Eles também testaram o revestimento em navios, obtendo um ganho de 5% na redução do atrito. Mas as algas e cracas que grudam no casco dos navios representam um desafio à parte e os cientistas ainda estão trabalhando em busca da melhor solução para esse problema.

Rotores eólicos

Segundo os cálculos dos cientistas, se todos os aviões em uso hoje recebessem a nova tinta, isto resultaria em uma economia anual de 4,48 milhões de toneladas de combustível.

Além da economia de combustível, existem aplicações ainda mais interessantes - por exemplo, nas fazendas de energia eólica.

A resistência do ar tem um efeito negativo sobre as pás do rotor. A nova pintura poderá melhorar o grau de eficiência dos geradores eólicos e, portanto, aumentar sua capacidade de geração de energia.

Material fotorreversível põe 500 Blu-ray em um único disco

Jon Cartwright - RSC - 28/05/2010

Os pesquisadores usaram um material baseado em nanocristais de pentóxido de titânio (Ti3O5), que eles criaram sinterizando o óxido de titântio (TiO2) com hidrogênio.[Imagem: Ohkoshi et al./Nature Chemistry]

Um grupo de químicos japoneses criou o primeiro material capaz de sofrer uma transição fotorreversível de metal para semicondutor.

Segundo eles, a descoberta terá aplicação direta no armazenamento óptico de dados em ultra-alta densidade, com discos capazes de conter até 500 vezes a densidade de um disco Blu-ray.

Alterar a matéria com luz

Nos últimos anos tem havido um interesse crescente na busca de formas de alterar as propriedades físicas da matéria.

A temperatura e a pressão podem transformar materiais, digamos, de isolantes para condutores ou de não-magnéticos para magnéticos - mas os dois parâmetros são de difícil controle no interior de complexos dispositivos de memória em nanoescala.

Em vista disso, os pesquisadores começaram a procurar por formas de alterar a matéria usando luz - as chamadas transições de fase fotoinduzidas - cujo "estímulo" para a alteração da matéria é dado por um laser.

Recentemente, o laser foi usado para criar magnetismo artificial, para permitir que físicos enxergassem através de materiais opacos, para retorcer estruturas rígidas e até para criar um fenômeno quântico conhecido como transparência induzida por luz.

Transição fotoinduzida

Agora, Shin-ichi Ohkoshi e seus colegas da Universidade de Tóquio produziram o que pode ser a transição fotoinduzida - a passagem de um material de uma fase para outra pela ação da luz - mais prática e mais útil já demonstrada.

Segundo os pesquisadores, a transição de metal para semicondutor satisfaz os três requisitos principais para o armazenamento óptico de dados:

la funciona a temperatura ambiente;

o estímulo é dado por luz na faixa do ultravioleta - o que é essencial para as memórias de alta densidade;

e a luz necessária para gravar os dados na memória é de baixa potência.

Cristais de titânio

Os pesquisadores usaram um material baseado em nanocristais de pentóxido de titânio (Ti3O5), que eles criaram sinterizando o óxido de titântio (TiO2) com hidrogênio.

Os nanocristais de Ti3O5 estão normalmente em um estado de mínima energia, conhecido como "lambda", no qual o material é um condutor metálico.

No entanto, a irradiação dos nanocristais com luz ultravioleta faz com que eles saltem para um outro nível mínimo de energia, o estado "beta", no qual as cargas ficam deslocalizadas, como em um semicondutor.

Para colocar os nanocristais de volta para o estado lambda, basta irradiá-los novamente com luz ultravioleta de um comprimento de onda um pouco menor.

500 Blu-Ray em um disco

"O que eu acho mais interessante para as potenciais aplicações é o fato de que o material obtido é nanoestruturado - isto é, ele possui intrinsecamente uma resolução muito alta e, portanto, pode ser apropriado para armazenamento de dados de ultra alta densidade," diz Alex Kolobov, um especialista em mudança de fase de materiais do Instituto Nacional de Ciências e Tecnologias Avançadas do Japão.

Na verdade, o grupo de Ohkoshi acredita que um sistema de memória baseado nos novos nanocristais seria capaz de acomodar uma densidade de dados de 1 terabit por polegada quadrada, ou 500 vezes mais do que um disco Blu-ray.

Eles agora estão planejando criar um protótipo de sistema desse tipo usando a luz de "campo próximo" de um microscópio eletrônico de varredura.

Jogadores espanhóis terão camisa inteligente que monitora o coração

Anelise Infante - BBC - 28/05/2010

Os dados transmitidos pela camisa inteligente proporcionam um eletrocardiograma completo e ainda medem com precisão o esforço realizado pelo atleta, especificando os quilômetros percorridos por ele e sua velocidade.[Imagem: BBC]

Quatro clubes da primeira divisão do futebol espanhol testaram um modelo de camiseta inteligente que avisa em tempo real qualquer alteração cardíaca dos atletas durante a atividade física.

Morte de jogadores em campo

O Ministério de Indústria da Espanha financiou a pesquisa de um modelo de roupa inteligente para reduzir os casos de morte súbita de jogadores depois que atletas da primeira divisão tiveram ataques cardíacos em pleno jogo.

Puerta, lateral do Sevilla, morreu em 2007, três dias depois de sofrer um ataque cardíaco em campo. E Jarque, zagueiro do Espanyol, morreu em 2008 em um infarto em um hotel. Outros dois jogadores (De la Reb e Sérgio Sanchez) tiveram infarto enquanto jogavam.

Camisa que monitora o coração

A nova camisa tem um sistema de microchip que detecta sinais do coração durante o esforço físico. O sinal é transmitido em tempo real e pode ser captado por um telefone celular ou ir diretamente para um computador.

Os dados transmitidos proporcionam um eletrocardiograma completo e ainda medem com precisão o esforço realizado pelo atleta, especificando os quilômetros percorridos por ele e sua velocidade.

Os primeiros modelos da camiseta foram experimentados por pacientes da Unidade de Cardiologia do Hospital La Paz, em Madri.

Eles foram monitorados em repouso e durante a atividade física usando a vestimenta.

Folgado

Aprovada pelos médicos, a roupa foi experimentada por atletas de elite do Real Madrid e Barcelona e está em fase experimental para os do Sevilla e Atlético de Bilbao.

O chefe do departamento médico do Sevilla, Juan Ribas, disse à BBC Brasil que "o projeto é muito bom e muito necessário ao futebol, mas precisa ser melhorado".

Segundo o médico, a camisa "proporciona um eletrocardiograma, mas não o analisa. Num momento de emergência, toda a informação precisa pode e será vital para evitar uma morte súbita".

Camisa inteligente

A Federação Espanhola de Futebol disse à BBC Brasil que "as regras do futebol são estabelecidas por instituições internacionais que não permitem o uso de peças inteligentes sem prévia aprovação, portanto esta camisa ainda não tem permissão expressa para ser usada nas competições oficiais".

"Mas ninguém pode descartá-la em um futuro breve, se for comprovada que pode ajudar a salvar vidas. É uma questão de bom senso", completou a assessoria de imprensa.

O projeto da camisa inteligente deverá ser aplicado ainda em 2010 em outros esportes como automobilismo, atletismo, motociclismo e ciclismo.

Interface por gestos usa luva colorida e webcam

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/05/2010

Uma luva colorida e uma webcam. Este é todo o hardware necessário para operar um novo sistema de computação baseada em gestos, criada por um estudante do MIT.[Imagem: Jason Dorfman/CSAIL]

Uma luva colorida e uma webcam. Este é todo o hardware necessário para operar um novo sistema de computação baseada em gestos, criada por um estudante do MIT, nos Estados Unidos.

2D versus 3D

Outros protótipos de interfaces gestuais já utilizaram fitas coloridas ou reflexivas coladas na ponta dos dedos ou mesmo em luvas.

"Mas isto é informação 2D. Você está usando apenas as pontas dos dedos e nem mesmo sabe que fita corresponde a qual dedo," critica Robert Wang, criador da nova interface, bem mais espalhafatosa.

A luva colorida permite a geração de um modelo 3D da mão na tela do computador, praticamente em tempo real, com uma defasagem mínima. "Este [equipamento] de fato captura a configuração 3D da sua mão e dos seus dedos. Nós sabemos como os seus dedos estão se movimentando," diz Wang.

Luvas coloridas

Foram testados diversos designs de luva, com pontos coloridos e "remendos" de diversos formatos. A versão atual, que apresentou os melhores resultados até agora, possui 20 formatos irregulares, usando 10 cores diferentes.

O número de cores é restrito porque o sistema deve ser capaz de reconhecer cada uma delas com confiabilidade, em diversas condições de iluminação e com diferentes objetos no background da cena.

Diversão e uso sério

A vocação da nova tecnologia de interface por gestos são os videogames. Mundos virtuais, por exemplo, permitem que o usuário pegue e manipule objetos usando apenas gestos com as mãos.

Mas Wang afirma que engenheiros e projetistas também poderão usar o sistema para manipular de forma mais intuitiva modelos 3D de produtos comerciais, equipamentos mecânicos ou grandes obras de construção civil.

 Diminuição da resolução

O software de reconhecimento das imagens foi baseado em uma outra pesquisa do MIT, quando Antonio Torralba e seus colegas desenvolveram um algoritmo que reconhece imagens diminuindo sua resolução.

Depois que a webcam captura a imagem, o software retira o background, deixando a luva superposta a um fundo branco. Então o programa reduz drasticamente a resolução da imagem resultante, até atingir 40 por 40 pixels.

Finalmente, ele compara a imagem capturada com uma base de dados contendo centenas de modelos digitais de 40 x 40 pixels, até encontrar aquela que corresponda à posição atual.

Esse mecanismo, que elimina a necessidade de cálculos, retorna uma resposta em uma fração de segundo, praticamente eliminando os retardos no uso da luva.

USP cria braço robótico para tetraplégicos

Felipe Maeda Camargo - Agência USP - 25/05/2010

Nos testes clínicos, os pacientes conseguiram exercer de forma autônoma atividades como beber água e se alimentar, algo de outra forma impossível para quem só possui movimentos do pescoço para cima.[Imagem: Renato Varoto]

Pesquisadores brasileiros desenvolveram um sistema híbrido para membros superiores (braço, antebraço e mãos) que auxilia as atividades motoras de pessoas tetraplégicas.

O equipamento permite que o paciente alcance objetos distantes do corpo por comandos de voz. O trabalho foi feito na Escola de Engenharia de São Carlos, da USP.

Exoesqueleto

Renato Varoto, responsável pela pesquisa, explica que o diferencial deste sistema foi a combinação de técnicas utilizadas.

"A técnica mecânica, que inclui a órtese e que possibilita movimentos de flexão e extensão do cotovelo; e uma técnica não convencional, que é a estimulação elétrica neuromuscular, que possibilita os movimentos da mão," diz Varoto.

O protótipo é constituído de uma órtese dinâmica para cotovelo, que funciona como um exoesqueleto, eletrodos de superfície que vão nas mãos e uma luva que contém sensores para indicar ao paciente a força aplicada.

Comando de voz

Todas as partes mecânicas e eletrônicas do equipamento são comandadas por voz.

"Com o comando de voz, cinco palavras são gravadas de acordo com o gosto do paciente: uma para estender o braço, uma para a flexão do cotovelo, uma para parar o movimento, uma para pegar o objeto e uma para soltar o objeto. Se for preciso, é possível controlar o nível de estimulação para o movimento da mão e a velocidade da órtese do cotovelo, cada uma com duas palavras", descreve Varoto.

Segundo o pesquisador, o sistema é indicado para tetraplégicos que possuem movimentos somente do pescoço e do ombro. Desse modo, o comando de voz é essencial para que os tetraplégicos realizem os movimentos voluntariamente.

Braço robótico para tetraplégicos

O braço robótico criado por Varoto foi testado em 15 pacientes do Hospital das Clínicas da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), em março e abril deste ano.

O pesquisador ressalta que "o que chama a atenção é o auxílio que o sistema pode trazer aos tetraplégicos".

Nos testes clínicos, os pacientes conseguiram exercer de forma autônoma atividades como beber água e se alimentar. "São atividades simples para nós, mas para os pacientes, que perderam quase todos os movimentos do corpo, traz uma grande satisfação a esperança de poder fazê-las", diz Varoto.

Fisioterapia com robô

O pesquisador pretende continuar as aplicações com os pacientes. O próximo passo será aplicar uma terapia assistida por robô. Nessa terapia, o paciente faz uma série de movimentos repetitivos com o sistema, com a diferença de que, em vez de ser um fisioterapeuta que o auxilia nas atividades, é um robô que exerce essa função.

O objetivo da terapia é tentar fazer o tetraplégico ganhar movimentos naturais com um método artificial.

Varoto explica como isso pode acontecer pelo conceito de neuroplasticidade: "Quando um paciente apresenta paralisia e começa a fazer movimentos repetitivos com a ajuda de aparelhos, ele pode reaprender, ainda que não totalmente, alguns movimentos. O que pode acontecer em termos biológicos é que há um rearranjo dos neurônios no sistema nervoso central."

esquisador ressalva que ainda há alguns aspectos do sistema que precisam ser aperfeiçoados: "O sistema pode ser mais leve e pode melhorar esteticamente. Quanto mais atender as expectativas do paciente melhor".

Mistérios geológicos de Marte ganham nova explicação

Agência Fapesp - 27/05/2010

As conclusões coincidem com o trabalho de um outro pesquisador, que previu a ação dos ventos na formação das estruturas marcianas há quase 30 anos, mesmo sem dispor dos dados das novas sondas que estão em órbita de Marte. [Imagem: NASA]

Um mistério de quase 40 anos em Marte pode agora estar sendo resolvido. Cientistas conseguiram reconstruir a formação de duas características inusitadas no polo norte do planeta: uma série de espirais e um abismo maior do que o Grand Canyon.

Gelo empoeirado

Em dois artigos publicados na edição desta quinta-feira da revista Nature, John Holt e seus colegas da Universidade do Texas descrevem como usaram dados obtidos pela sonda Mars Reconnaissance Orbiter, da Nasa, a agência espacial norte-americana, para desvendar a composição da camada de gelo no norte marciano.

Na Terra, os mantos são formados principalmente pelo fluxo de gelo, mas em Marte, segundo a nova pesquisa, outras forças têm moldado as calotas. A calota ao norte é uma pilha de gelo e camadas de poeira com até 3 quilômetros de profundidade, que cobre uma área maior do que a do Estado de Minas Gerais.

Ao analisar em computador os dados de radar colhidos pela sonda, os pesquisadores puderam, como se estivessem retirando as camadas de uma cebola, verificar como a cobertura de gelo evoluiu com o tempo.

Grand Canyon de Marte

Uma das partes mais notáveis no polo norte marciano é a Chasma Boreale, uma depressão tão extensa como o Grand Canyon norte-americano, mas mais profundo.

Desde que foi descoberta, em 1972, cientistas estimavam que a depressão teria sido formada a partir do derretimento do fundo do manto de gelo pelo calor vulcânico. Mas o novo estudo indica que tanto a Chasma Boreale como as espirais foram criadas principalmente pela ação de fortes ventos, durante milhões de anos.

Camadas complexas

A nova pesquisa aponta também que a calota de gelo no norte marciano não é composta por muitas camadas relativamente planas, mas que conta com características mais complexas, entre as quais camadas com espessura e orientação diferentes ou camadas que simplesmente desaparecem em alguns pontos.

"Não se sabia da existência de uma estrutura de camadas tão complexa, que registram a história de acúmulo de gelo, erosão e ação do vento. A partir de agora, poderemos recuperar uma história detalhada do clima em Marte", disse Holt.

Redescoberta

Em 1982, Alan Howard, da Universidade da Virgínia, propôs em um artigo que as misteriosas espirais teriam sido formadas pela ação do vento, mas o trabalho foi ignorado pela comunidade científica, que bancava a hipótese da origem vulcânica. O novo estudo mostra que Howard estava certo.

Segundo Holt e colegas, a formação em espiral deriva dos ventos existentes na região, formados por ar denso e relativamente frio que circula a partir dos polos e por sobre as calotas.

A ação do vento é afetada pela força de Coriolis, perpendicular ao sentido do movimento do planeta. Na Terra, isso leva à formação de furacões, que giram em direções opostas nos hemisférios. Em Marte, essa força influencia nos ventos e nas depressões criadas, que assumem a forma de espirais.

Máquina de algodão-doce high-tech leva nanofibras para a indústria

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/05/2010

Esquerda: diagrama da máquina de algodão-doce high-tech. Direita: no alto, as fibras que saíram da máquina e, embaixo, as nanofibras vistas ao microscópio.[Imagem: Kit Parker]

Com um conceito que pode ser classificado em algum lugar entre uma máquina de algodão-doce e uma centrífuga de alta rotação, engenheiros da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos, criaram uma nova tecnologia capaz de fabricar nanofibras com alta produtividade.


Nanofibras

As nanofibras - fibras com dimensões de alguns nanômetros - têm o potencial para servir de matéria-prima para a produção de materiais muito mais fortes e resistentes, bem como de tecidos biológicos.
Mas tecê-las em dimensões úteis era um desafio até hoje sem solução.
Exatamente como uma máquina de algodão-doce "reconstrói" os grãos de açúcar, fazendo-os formar fibras, o novo equipamento rotativo retorce e une as fibras individuais de polímeros, cada uma medindo cerca de 100 nanômetros de diâmetro.

Nanotecnologia na indústria

Segundo Mohammad Badrossamay, coordenador da pesquisa, o equipamento poderá marcar um verdadeiro boom na utilização da nanotecnologia na indústria, com aplicações potenciais que vão da construção de órgãos artificiais e o desenvolvimento de tecidos para implantes, até a fabricação de filtros de ar mais eficazes e até de roupas mais leves e mais resistentes.
"Nossa técnica será muito útil na indústria, já que máquinas simples poderão facilmente permitir a fabricação de nanofibras em qualquer laboratório. De fato, com esta técnica nós alcançamos o objetivo final de fabricar nanotêxteis," diz Kevin Parker, coautor da pesquisa.

Eletrofiação


Hoje o método mais usado para a fabricação de nanofibras é a eletrofiação, que consiste em dirigir uma alta tensão elétrica sobre gotas de polímero líquido para arrancar filamentos em nanoescala.
Apesar de eficaz, a eletrofiação não permite controle sobre o processo de fabricação, além de sua produtividade ser baixa demais para aplicações industriais.

Fabricação de nanofibras

Ao girar no interior da nova centrífuga, o polímero se estica de forma muito parecida com o açúcar derretido que começa a secar e se transformar em finíssimos fios, parecidos com seda.
Como na máquina de algodão-doce, as nanofibras são extrudados através de um bocal por uma combinação de pressões hidrostática e centrífuga. O resultado são fibras padronizadas em nanoescala, mas que atingem até 10 centímetros de diâmetro.
Mais importante, a técnica possibilita um alto grau de flexibilidade na produção, já que o diâmetro das fibras pode ser facilmente manipulado e as estruturas resultantes podem ser integradas em uma estrutura tridimensional, ou em qualquer outro formato, simplesmente variando a forma como a fibras são coletadas.