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.

Transistor de sete átomos avança rumo ao computador quântico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/05/2010

Imagem do nanotransístor, mostrando um "orifício" central, onde estão alinhados grupos de sete átomos de fósforo. As duas barras diagonais, da esquerda para a direita, são os eletrodos que fazem a conexão ao ponto quântico.[Imagem: Unsw]

Transístor atômico

Cientistas australianos deram um verdadeiro mergulho na corrida pelo encolhimento dos transistores, os blocos básicos com que são feitos os computadores.

Eles construíram um transístor com as menores dimensões já alcançadas para esse tipo de construção, alcançando meros 4 nanômetros de comprimento.

A maior parte da indústria trabalha hoje na faixa dos 45 nanômetros, com alguns poucos chips sendo feitos na faixa dos 32 nanômetros. A grande meta atual é alcançar os 25 nanômetros.

Nanotransístor de silício

Embora já tenham sido demonstrados transistores verdadeiramente moleculares, transistores ópticos baseados em moléculas e até mesmo um transístor atômico, o nanotransístor agora criado foi feito de silício, o mesmo material hoje utilizado pela indústria de semicondutores.

O componente foi construído alinhando os átomos de fósforo, um por um, sobre um cristal único de silício.

O nanotransístor tem apenas 7 átomos de comprimento. Para comparação, um transístor de "último tipo", construído com a tecnologia de 25 nanômetros, tem cerca de 42 átomos de comprimento.

Isto coloca o nanotransístor na categoria dos pontos quânticos, elementos de grande interesse principalmente na área da computação quântica.

O componente pode ser usado para regular e controlar o fluxo de corrente elétrica exatamente como um transístor tradicional de silício, representando um passo importante rumo à miniaturização em escala atômica, quando os componentes serão feitos átomo por átomo, ou "de baixo para cima".

Só em laboratório

Mas exatamente o que representa sua grande vantagem - uma miniaturização com potencial para criar processadores super rápidos - é também sua fraqueza - pelo menos por enquanto e tendo-se em vista a aplicação na fabricação dos processadores normais.

É que o nanotransístor foi construído movendo os átomos de fósforo um por um, utilizando um microscópio de tunelamento - uma abordagem que não pode ser levada para o ambiente industrial por ser lenta demais.

Computador definitivo

Por outro lado, tendo-se em vista sua aplicação na computação quântica, o nanotransístor representa um passo importante para a fabricação desses computadores futuristas em estado sólido, usando o silício em vez dos átomos artificiais super frios.

"A significância desse resultado é que nós não estamos simplesmente movendo átomos para lá e para cá e olhando-os pelo microscópio," diz a Dra. Michelle Simmons, coordenadora da pesquisa. "Nós estamos manipulando átomos individuais e colocando-os com precisão atômica, construindo um componente eletrônico funcional."

"Esta é uma conquista tecnológica imensa, e é um passo crítico para demonstrar que é possível construir o 'computador definitivo' - um computador quântico de silício," diz Simmons.

Cientistas fazem foto 3D da camada de valência de uma molécula

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/05/2010

Nuvem de valência

Como todo estudante do ensino médio sabe, a química entre os átomos e as moléculas é fortemente determinada pela sua camada externa de elétrons, a chamada camada de valência.

O que poucos deles sabem é que as camadas dos elétrons são melhor representadas por nuvens de elétrons, e não por elétrons-partículas, como mostrado no conhecido modelo de Bohr, no qual um átomo é desenhado como se fosse um sistema solar, com os elétrons girando em órbitas bem definidas ao redor do núcleo.

Imagem 3D da camada de valência

Agora, uma equipe de cientistas japoneses desenvolveu uma técnica que é capaz de detectar a forma tridimensional e a dinâmica de uma nuvem de elétrons - mais especificamente, da camada de valência de uma molécula.

"A forma de uma nuvem de elétrons está no cerne das interações intermoleculares que levam a todas as maravilhas da química," comenta Toshinori Suzuki, do Instituto Riken, que liderou a equipe que reuniu cientistas de três instituições do Japão.

Medir a dinâmica de uma nuvem de elétrons é difícil porque as moléculas nos gases e nos líquidos sempre se movimentam aleatoriamente, o que torna difícil tirar uma foto instantânea do movimento médio de um grande número de moléculas.

Entretanto, a excitação do óxido nítrico (NO) por um feixe de laser polarizado consegue alinhar as moléculas ao longo de um eixo, permitindo a medição precisa de sua nuvem eletrônica externa, justamente a mais interessante para os químicos.

Nuvem de elétrons

Para detectar a forma da nuvem eletrônica externa de uma molécula de NO, alinhadas pelo primeiro pulso de laser, Suzuki e seus colegas liberaram os elétrons da última camada usando um segundo pulso de laser.

Eles então aplicaram um campo elétrico para acelerar e projetar a nuvem de elétrons que se expandia em uma tela fluorescente, onde ela pode ser visualizada como uma representação direta da distribuição eletrônica original.

Os pesquisadores então usaram algoritmos de computador, semelhantes aos utilizados na tomografia computadorizada, para construir uma imagem tridimensional da nuvem de elétrons a partir da representação bidimensional criada na tela fluorescente.

Eliminando os borramentos

Segundo Suzuki, princípios fundamentais da mecânica quântica limitam o grau em que as moléculas podem ser alinhadas pelo pulso de laser. Isto significa que a imagem tridimensional resultante é sempre um tanto borrada. Remover esta indefinição na imagem final foi, segundo ele, a parte mais difícil do processo.

Para gerar uma imagem ainda mais precisa, os cientistas analisaram como a imagem tridimensional muda quando as moléculas saem do alinhamento. Ao corrigir estes efeitos de desalinhamento eles conseguiram melhorar ainda mais a nitidez da imagem.

Danos ao DNA

O algoritmo desenvolvido pela equipe é capaz de visualizar a nuvem eletrônica externa de uma molécula em repouso, mas o desafio agora é mapear as rápidas mudanças que ocorrem durante as reações químicas.

"A molécula de NO foi apenas um teste," explica Suzuki. "Nosso alvo principal são as moléculas mais complexas e suas reações químicas em resposta à incidência de luz de cores diferentes."

A visão de futuro dos pesquisadores é utilizar a técnica para estudar o mecanismo de danos ao DNA induzidos pela radiação, a partir de observações em tempo real dos movimentos dos elétrons em suas moléculas constituintes.

Sol vai mergulhar em nuvem interestelar super quente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/05/2010

Atualmente o Sol, e todo o Sistema Solar, está viajando através de uma nuvem de gás interestelar - a Nuvem Interestelar Local - medindo cerca de 10 anos-luz de diâmetro, com uma temperatura entre 6.000 e 7.000 Kelvin. Esta nuvem está contida dentro de uma Bolha Local, muito maior, com uma temperatura na faixa dos milhões de graus.[Imagem: SRC/Tentaris,ACh/Maciej Frolow]

No final de 2009, a sonda espacial IBEX, da NASA, descobriu que a fronteira do Sistema Solar possui uma faixa brilhante e misteriosa.

Agora um grupo de cientistas da Polônia e dos Estados Unidos sugere que a "Faixa", resultado da emissão de átomos energéticos neutros, é um sinal de que o Sistema Solar está prestes a entrar em uma nuvem de gás interestelar com temperaturas que podem atingir a casa dos milhões de graus de temperatura.

Nuvens interestelares

Segundo os pesquisadores, a Faixa mostrada no mapeamento da sonda IBEX pode ser explicada por um efeito geométrico gerado conforme o Sol se aproxima da fronteira entre a Nuvem Local de gás interestelar e uma outra nuvem de gás muito quente, a chamada Bolha Local.

Se esta hipótese estiver correta, a IBEX estaria captando a matéria de uma nuvem interestelar muito quente, na qual o Sol poderá entrar daqui a cerca de 100 anos.

Desde a descoberta da "Faixa", apontada pela NASA como um dos achados mais importantes na exploração espacial feita em 2009, pelo menos seis hipóteses foram propostas para explicar o fenômeno, todas elas propondo uma relação da Faixa com os processos em curso na heliosfera ou nas suas vizinhanças.

Mas a equipe do professor Stan Grzedzielski, da Academia Polonesa de Ciências, propõe uma origem bem mais distante.

"Nós vemos a Faixa porque o Sol está se aproximando de uma fronteira entre a nossa Nuvem Local de gás interestelar e uma outra nuvem de gás muito quente e turbulenta," diz Grzedzielski.

Átomos neutros energéticos

Os átomos neutros energéticos (ENA: Energetic Neutral Atoms), registrados pelos sensores da IBEX, originam-se de íons (prótons) sendo acelerados da Bolha Local, que é extremamente quente, quando eles trocam carga com os átomos relativamente frios "evaporando-se" da Nuvem Interestelar Local.

Os recém-criados ENAs não têm carga elétrica e, portanto, podem viajar livremente em linha reta a partir do seu local de nascimento, sem sofrer alterações induzidas pelos campos magnéticos presentes.

Segundo os pesquisadores, alguns deles podem atingir a órbita da Terra, quando então foram detectados pela sonda IBEX.

Bolha quente e turbulenta

A Bolha Local é provavelmente um remanescente de uma série de explosões de supernovas que ocorreram alguns milhões de anos atrás e, portanto, não só é muito quente (pelo menos alguns milhões de graus), mas também turbulenta.

Com isto, os prótons na Bolha Local, que estão próximos à fronteira com a Nuvem Local, arrancam elétrons dos átomos neutros e zarpam em todas as direções, alguns deles chegando à IBEX.

"Se nossa hipótese estiver correta, então nós estamos capturando átomos que se originaram de uma nuvem interestelar que é diferente da nossa," maravilha-se o Dr. Maciej Bzowski, chefe da equipe polonesa da IBEX.

Efeito geométrico

Mas se esses átomos neutros estão sendo criados ao longo de toda a fronteira entre a Nuvem Local e a Bolha Local, por que enxergamos uma Faixa?

"É um efeito puramente geométrico, que observamos porque o Sol está atualmente no lugar exato, a cerca de mil unidades astronômicas da fronteira entre as nuvens," propõe Grzedzielski.

"Se a fronteira entre as nuvens for plana, ou melhor, ligeiramente inclinada em direção ao Sol, então ela aparece mais fina em direção ao centro da Faixa e mais grossa nas laterais, exatamente onde vemos a borda da Faixa. Se estivéssemos mais longe da fronteira, não veríamos nenhuma faixa, porque todos os ENAs seriam reionizados e se dispersariam no gás da Nuvem Local," explica o cientista.

Mergulho interestelar

Isto significaria que o Sistema Solar poderá entrar na nuvem de milhões de graus - a Bolha Local - já no próximo século.

Mas, segundo os pesquisadores, não há razões para preocupações.

"Não há nada de incomum, o Sol frequentemente atravessa várias nuvens de gás interestelar durante sua viagem galáctica," afirma Grzedzielski.

Essas nuvens têm densidade muito baixa, muito menor do que o melhor vácuo obtido nos laboratórios da Terra.

Uma vez lá dentro, a heliosfera se adaptará, podendo encolher um pouco. O nível de radiação cósmica entrando na magnetosfera também poderá subir um pouco, mas nada mais.

"Talvez as gerações futuras tenham também que aprender formas melhores de proteger seus equipamentos contra uma radiação espacial mais forte," conclui Grzedzielski.