Laser gera feixes coloridos e controlados de raios X

Redação do Site Inovação Tecnológica -  29/08/2016

Os feixes de laser com polarização oposta (vermelho) cruzam no interior de um gás, produzindo feixes separados de raios X com características cuidadosamente controladas. [Imagem: The Kapteyn/Murnane Group/Steve Burrows/JILA]

Luz que guia luz

Cruzando dois feixes ultrarrápidos de laser com polarizações opostas no interior de um gás, físicos conseguiram controlar a produção, a direção e a polarização de outros feixes na faixa do ultravioleta extremo aos raios X.

Isto torna possível manipular feixes de raios X utilizando simplesmente luz visível, sem precisar dos aparatos de óptica grandes e caros necessários para isso até agora.

No processo, os pulsos de laser arrancam elétrons dos átomos do gás e aceleram esses elétrons para energias mais altas. Os elétrons então se chocam com os íons gerados - os átomos que tiveram seus elétrons arrancados -, criando pulsos de luz em frequências que são harmônicas da frequência do laser original.

O novo método não só preserva a útil coerência da luz laser - são lasers de raios X -, como também gera uma série de feixes de raios X perfeitos, com direção e polarização controladas.

Mais interessante ainda, as diferentes "cores" de raios X surgem em ângulos distintos, facilitando seu isolamento, criando feixes separados com diferentes comprimentos de onda e polarizações. Assim, torna-se possível produzir feixes de laser de raios X com características específicas para atender às necessidades de cada experimento.

Reações químicas e materiais biológicos

Esses pulsos serão utilizados para a observação de reações químicas ou para estudar os movimentos dos elétrons dentro dos átomos, tudo usando aparelhos de pequenas dimensões, que cabem sobre uma mesa, e realizando medições de eventos que ocorrem nas mais rápidas escalas de tempo - femtossegundos (10^-15 segundos) e attossegundos (10^-18 segundos).

Esses feixes também são adequados para o estudo de materiais magnéticos e moléculas quirais, como proteínas ou DNA, que vêm em versões esquerda e direita.

Na verdade, a técnica é tão nova que a equipe ainda não sabe dizer quais são seus limites. Eles vão começar agora a analisar quais são os limites de energia dos pulsos gerados, o quanto conseguem reduzir a duração dos pulsos e quão brilhantes eles podem ser.

Bibliografia:

Non-collinear generation of angularly isolated circularly polarized high harmonics
Daniel D. Hickstein, Franklin J. Dollar, Patrik Grychtol, Jennifer L. Ellis, Ronny Knut, Carlos Hernández-García, Dmitriy Zusin, Christian Gentry, Justin M. Shaw, Tingting Fan, Kevin M. Dorney, Andreas Becker, Agnieszka Jaron-Becker, Henry C. Kapteyn, Margaret M. Murnane, Charles G. Durfee
Nature Photonics
Vol.: 9 (11): 743
DOI: 10.1038/nphoton.2015.181

Câmera precisa de apenas 1 fóton por píxel

Redação do Site Inovação Tecnológica -  29/08/2016

O modelo (1), o fluxo de dados brutos da iluminação, conforme coletado pelo sensor (2) e a imagem reconstruída (3). [Imagem: Dongeek Shin et al. - 10.1038/ncomms12046]

Pingos de luz

Quando você tira uma foto com sua câmera digital, cada píxel do sensor da câmera, chamado CCD, detecta trilhões de fótons.

Quando faltam fótons, a imagem perde a nitidez - é por isso que é tão difícil captar uma boa imagem à noite ou em um ambiente pouco iluminado.

Agora, pesquisadores criaram uma maneira de renderizar uma imagem medindo as distâncias até a cena usando apenas um fóton por píxel.

"É natural pensar na intensidade da luz como uma quantidade contínua, mas quando você começa a lidar com quantidades muito pequenas de luz, então a natureza quântica subjacente torna-se significativa", explica Vivek Goyal, da Universidade de Boston, nos EUA.

"Quando você usa o tipo certo de modelagem matemática para a detecção de fótons individuais, você pode dar o salto para a formação de imagens de qualidade útil a partir de quantidades extremamente pequenas de luz detectada," acrescentou.

Sensor de fóton único

Para produzir imagens com cerca de um fóton por píxel, a equipe usou componentes fotossensíveis chamados SPAD - Single Photon Avalanche Photodiodes, ou fotodiodos de fóton único baseados no efeito avalanche.

Tecnicamente conhecido como "fenômeno da multiplicação das cargas", o efeito avalanche foi descoberto recentemente, e gerou muito ceticismo na comunidade científica, até que esse milagre da multiplicação dos elétrons foi demonstrado de forma prática em células solares.

Agora ele foi demonstrado também na captura de imagens, com um protótipo de câmera mais fino que uma moeda, contendo uma matriz de 1.024 píxeis que fazem várias medições simultaneamente, permitindo uma aquisição de dados eficiente e rápida.

A configuração experimental usa pulsos de laser infravermelho e uma lâmpada incandescente comum para iluminar a cena, de forma a ter um mecanismo de medição e uma forte fonte de luz de longo alcance.

Os sensores captam as duas fontes de luz a cada pulso do laser e um algoritmo analisa os dados brutos e os interpreta para formar uma imagem da cena. O resultado é uma imagem reconstruída, montada a partir de partículas individuais de luz.

Carros sem motorista

Embora câmeras com sensores de fóton único não devam estar no mercado tão já, a equipe afirma que a técnica apresenta possibilidades interessantes para o sensoriamento remoto de longo alcance, mapeamento de ambientes e, sobretudo, nos carros de autocondução, ou sem motorista, onde a velocidade de aquisição de dados é crítica.

Bibliografia:

Photon-efficient imaging with a single-photon camera
Dongeek Shin, Feihu Xu, Dheera Venkatraman, Rudi Lussana, Federica Villa, Franco Zappa, Vivek K. Goyal, Franco N. C. Wong, Jeffrey H. Shapiro
Nature Communications
Vol.: 7, Article number: 12046
DOI: 10.1038/ncomms12046

Bateria de zinco armazena 450 watts/h por litro

Redação do Site Inovação Tecnológica -  30/08/2016

Esquema de funcionamento da bateria de íons de zinco. [Imagem: Dipan Kundu et al. - 10.1038/nenergy.2016.119]

Bateria de íons de zinco

Químicos da Universidade de Waterloo, no Canadá, desenvolveram uma bateria de íons de zinco que é segura, barata e durável.

Com base no preço dos materiais utilizados, ela tem potencial para custar metade do preço das baterias de íons de lítio, apresentando uma durabilidade nunca antes alcançada por dispositivos do seu tipo.

Em vez do lítio, a bateria usa zinco, um material muito mais abundante e mais barato, além de eliminar compostos tóxicos e inflamáveis.

Intercalação

A bateria usa materiais seguros, sais à base de água não-inflamáveis, não tóxicos e com um pH neutro.

Ela é formada por um eletrólito à base de água, um eletrodo positivo de óxido de vanádio e um eletrodo negativo de zinco metálico.

A bateria gera eletricidade através de um processo reversível chamado intercalação, no qual íons de zinco carregados positivamente são oxidados no eletrodo negativo de zinco metálico, viajam através do eletrólito e se inserem entre as camadas de óxido de vanádio. Isto gera um fluxo de elétrons no circuito externo, criando uma corrente elétrica. Durante o carregamento, ocorre o processo inverso.

As baterias de lítio também operam por intercalação - de íons de lítio - mas elas usam materiais flamáveis e mais caros.

Quatro critérios

Segundo Dipan Kundu e seus colegas, seu protótipo representa a primeira demonstração da intercalação de íons de zinco em um material de estado sólido que satisfaz quatro critérios essenciais: alta reversibilidade, taxa de carga e descarga e capacidade adequadas e não formação de dendritos de zinco.

No estágio atual, a bateria suportou mais de 1.000 ciclos de carga e descarga com retenção de 80% da capacidade e uma densidade de energia de 450 watts-hora por litro de solução.

• Bateria recarregável de zinco-ar de alta eficiência e baixo custo

Bibliografia:

A high-capacity and long-life aqueous rechargeable zinc battery using a metal oxide intercalation cathode
Dipan Kundu, Brian D. Adams, Victor Duffort, Shahrzad Hosseini Vajargah, Linda F. Nazar
Nature Energy
Vol.: 1, Article number: 16119
DOI: 10.1038/nenergy.2016.119

Mecânica

Supercerâmica resiste a temperaturas extremas

Redação do Site Inovação Tecnológica -  24/08/2016

Microfotografia da estrutura da supercerâmica. [Imagem: S. Buyakova et al. - 10.1088/1757-899X/140/1/012006]

Cerâmica multicamada

Um novo tipo de cerâmica, capaz de resistir a temperaturas extremas - acima de 3.000º C -, deverá ter um impacto importante na indústria aeroespacial, sobretudo em motores de foguetes e de aviões e em sistemas de proteção à reentrada na atmosfera.

"Para um metal típico, o limite de temperatura é de 1.200º C, e existem ligas que podem suportar até 2.000 graus. Conseguimos criar um novo material cerâmico de múltiplas camadas com uma resistência ao calor da camada superior de mais de 3.000º C," explica o professor Sergey Kulkov, da Universidade Estadual de Tomsk, na Rússia.

Cerâmicas multicamadas são criadas superpondo diferentes tipos de materiais, neste caso principalmente carboneto de háfnio, diboreto de zircônio e outros óxidos.

Naves e aviões hipersônicos

Além de permitir aumentar a temperatura na câmara de combustão de motores a jato, a nova cerâmica poderá fornecer maior proteção a naves durante a reentrada na atmosfera.

Por isso a pesquisa já chamou a atenção da agência espacial russa, a Roscosmos, que irá testar amostras da supercerâmica em uma instalação especial que está desenvolvendo tecnologias para aviões hipersônicos, cuja fuselagem fica sujeita a temperaturas extremas devido ao atrito com o ar atmosférico.

O critério estabelecido pela agência é que a cerâmica consiga manter estável a temperatura por pelo menos 20 segundos em um dos seus lados, enquanto o outro lado é exposto a chamas a 2.200° C.

A equipe disse estar confiante, uma vez que, em seu laboratório, o material foi sujeito a testes mais rigorosos, embora em menor escala.

Bibliografia:

The influence of ZrB2-SiC powders mechanical treatment on the structure of sintered ceramic composites
S. Buyakova, A. Burlachenko, Yu Mirovoi, I. Sevostiyanova, S. Kulkov
IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (2016)
Vol.: 140: 012006
DOI: 10.1088/1757-899X/140/1/012006

Robótica

Primeiro robô totalmente mole e autônomo

Redação do Site Inovação Tecnológica -  25/08/2016

O octobô foi criado com uma mistura de impressão 3D, engenharia mecânica e microfluídica. [Imagem: Lori Sanders]

Robô flexível

Enquanto os robôs de metal líquido não chegam, que tal um robô mole, totalmente mole, sem qualquer parte rígida?

Dispensando as engrenagens, as baterias e mesmo a eletrônica convencional, o Octobô é o primeiro de uma nova classe de robôs autônomos mais parecidos com coisas vivas.

Em vez de motores, o robô usa reações químicas que geram gases e movem suas pernas pneumaticamente. Por decorrência, em vez de baterias, são usados tanques com produtos químicos. E seu corpo é feito com géis aplicados cuidadosamente para apresentarem diferenciais de densidade.

Uma reação interna transforma uma pequena quantidade de combustível líquido - o peróxido de hidrogênio - em um volume muito maior de gás, que flui até os tentáculos, inflando-os como um balão. Com a diferença na densidade do gel, cada tentáculo se distende de forma precisa, fazendo com que o robô se mova.

"As fontes de combustível para os robôs moles sempre se basearam em algum tipo de componente rígido. O que é legal com o peróxido de hidrogênio é que uma única reação química entre o composto e um catalisador - neste caso a platina - nos permitiu substituir as fontes de energia rígidas," disse Michael Wehner, criador do robô.

Cérebro microfluídico

Esquema do chip microfluídico que faz as vezes de "cérebro" do robô mole autônomo. Em vez de circuitos elétricos, ele é formado por uma sequência de pequenos canos. [Imagem: Lori Sanders]

O mais interessante, porém, é o "cérebro" do robô, uma espécie de biochip que usa a tecnologia microfluídica para tomar decisões de quando e qual tentáculo encher, e desta forma coordenar o movimento.

O circuito lógico microfluídico é um análogo de um oscilador eletrônico, controlando quando o peróxido de hidrogênio se decompõe e dirigindo o fluxo de gás para a perna adequada.

A seguir, a equipe planeja fazer um cérebro microfluídico mais complexo, que permita que o octobô nade, suba obstáculos e interaja com o ambiente.

"Esta foi uma prova de conceito. Esperamos que nossa abordagem para a criação de robôs autônomos moles inspire roboticistas, cientistas de materiais e pesquisadores focados em sistemas avançados de manufatura," disse Ryan Truby, membro da equipe.

Bibliografia:

An integrated design and fabrication strategy for entirely soft, autonomous robots
Michael Wehner, Ryan L. Truby, Daniel J. Fitzgerald, Bobak Mosadegh, George M. Whitesides, Jennifer A. Lewis, Robert J. Wood
Nature
Vol.: 536, 451-455
DOI: 10.1038/nature19100

Usuários ignoram até 90% das mensagens de segurança

Redação do Site Inovação Tecnológica -  26/08/2016

"Agora não"

Programadores, prestem atenção: se vocês querem que os usuários levem em consideração os avisos de segurança dos seus programas, é necessário fazer esses avisos aparecerem nos momentos corretos.

Esta é a conclusão de um estudo realizado por engenheiros do Google Chrome em colaboração com especialistas em desenvolvimento e segurança da informação da Universidade Brigham Young, nos EUA.

Mensagens de erro e alertas de segurança que aparecem seguindo apenas o fluxo do programa - enquanto as pessoas estão digitando, assistindo a um vídeo, fazendo upload de arquivos etc. - são simplesmente ignoradas em até 90% das vezes.

Monotarefas

A equipe constatou que mensagens mostradas quando os usuários estão ocupados são menos eficazes devido à "interferência da dupla tarefa", o que eles acreditam ser uma limitação neural onde até tarefas simples não podem ser executadas simultaneamente sem perda significativa de desempenho - ou seja, parece que os humanos não são bons em multitarefa.

Por exemplo, 74% das pessoas no estudo ignoraram as mensagens de segurança que surgiram quando elas estavam para fechar uma página web. Outros 79% ignoraram as mensagens quando estavam assistindo a um vídeo. E 87% desconsideraram as mensagens de segurança enquanto estavam transferindo informações - neste caso, um código de confirmação.

Parte do estudo envolveu usar um equipamento de ressonância magnética funcional para ver o que acontecia no cérebro dos voluntários conforme eles completavam as tarefas no computador. Os exames mostraram que a atividade neuronal é substancialmente reduzida quando as mensagens de segurança interrompem uma tarefa, em comparação com quando um usuário respondia à própria mensagem de segurança.

Como chamar a atenção do usuário

A boa notícia é que resolver o problema é uma questão de ajustar o momento em que as mensagens de segurança são mostradas.

"Esperar para exibir um aviso até quando as pessoas não estiverem ocupadas fazendo alguma outra coisa aumenta o seu comportamento de segurança de forma substancial," disse o pesquisador Jeff Jenkins.

As pessoas prestaram mais atenção às mensagens de segurança quando essas mensagens apareceram:

• Após assistir a um vídeo.
• Enquanto esperavam uma página carregar.
• Após interagir com um site.

Bibliografia:

More Harm Than Good? How Messages That Interrupt Can Make Us Vulnerable
Jeffrey L. Jenkins, Bonnie Brinton Anderson, Anthony Vance, C. Brock Kirwan, David Eargle
Information Systems Research
DOI: 10.1287/isre.2016.0644

Armazenamento de energia: Híbrido de bateria e supercapacitor

Redação do Site Inovação Tecnológica -  26/08/2016

Um polímero condutor (verde) formado no interior dos pequenos poros da estrutura hexagonal (vermelho e azul) armazena energia elétrica de forma rápida e eficiente. [Imagem: William Dichtel/Northwestern University]

Energizando as baterias

Um novo material está prometendo energizar o travado campo das baterias, que há muito clama por um avanço tecnológico que teima em não vir.

A novidade é um híbrido que combina a capacidade de armazenar grandes quantidades de energia, típica das baterias, com a capacidade de liberar essa energia rapidamente, o que é típico dos supercapacitores.

"Nosso material combina o melhor dos dois mundos," garante o professor William Dichtel, da Universidade Northwestern, nos EUA.

A base do desenvolvimento é uma classe recente de materiais conhecidos como "estruturas orgânicas covalentes", ou COFs (covalent organic frameworks), polímeros com uma elevada porosidade, o que significa uma enorme área superficial útil para o armazenamento de energia.

"COFS são estruturas maravilhosas com um monte de promessas, mas a sua condutividade é limitada," disse Dichtel. "Esse é o problema que estamos resolvendo aqui. Modificando-as - dando-lhes o atributo que lhes falta - pudemos começar a usar as COFS de uma forma prática."

Protótipos do híbrido de bateria e supercapacitor. [Imagem: Catherine R. Mulzer et al. - 10.1021/acscentsci.6b00220]

Bateria orgânica

A equipe adicionou ao COF um polímero condutor (PEDOT, ou poli[3,4-etilenodioxitiofeno]), depois de fazer com que duas moléculas orgânicas se automontassem em uma estrutura parecida com favos de mel. O resultado é um COF capaz de induzir reações de redução (redox).

O material consegue armazenar 10 vezes mais eletricidade do que o COF original, e libera essa energia de 10 a 15 vezes mais rápido.

O protótipo ainda é pequeno, do tamanho de uma pilha tipo botão, mas as extrapolações dos experimentos indicam que ele suporta cerca de 10.000 ciclos de carga e descarga.

O híbrido de bateria e supercapacitor ainda terá que passar pelo crivo das dificuldades de escalonamento - fabricá-lo em grandes dimensões -, mas os materiais à base de carbono que estão tentando os mesmos feitos, como ografeno, são mais caros e mais difíceis de processar - e definitivamente não são fáceis de produzir em larga escala.

Bibliografia:

Superior Charge Storage and Power Density of a Conducting Polymer-Modified Covalent Organic Framework
Catherine R. Mulzer, Luxi Shen, Ryan P. Bisbey, James R. McKone, Na Zhang, Héctor D. Abruña, William R. Dichtel
ACS Central Science
DOI: 10.1021/acscentsci.6b00220

Termodinâmica atômica: o bolo pode esfriar ou pegar fogo

Redação do Site Inovação Tecnológica -  26/08/2016

Ao mergulhar em uma nuvem fria de átomos de cálcio, os íons "escolhem" a temperatura de equilíbrio a que vão chegar. [Imagem: Alex Dunning]

Desvio das leis da Termodinâmica

De acordo com as leis básicas da termodinâmica, se você tirar um bolo do forno e deixá-lo sobre a mesa para esfriar, depois de algum tempo o bolo atingirá a mesma temperatura do ar ambiente.

Os químicos e físicos podem até gostar de bolos, mas eles preferem esfriar amostras de partículas carregadas, ou íons, porque isso os torna mais fáceis de controlar e estudar.

Para isso, eles usam uma abordagem um pouco mais trabalhosa - chamada resfriamento com gás amortecedor (buffer gas cooling) -, aprisionando os íons e, em seguida, mergulhando-os em nuvens de átomos frios. As colisões com os átomos desse gás amortecedor esfriam os íons através da transferência de energia dos íons para os átomos do gás.

Mas uma nova pesquisa demonstrou agora que os íons nunca se resfriam até a temperatura do gás circundante. Além disso, e muito surpreendentemente, descobriu-se que existem pelo menos duas temperaturas finais, e a temperatura que os íons "escolhem" depende da sua temperatura inicial.

"Este aparente desvio das leis familiares da Termodinâmica é semelhante ao nosso bolo se esfriar como esperado ou espontaneamente explodir em chamas, dependendo da temperatura exata do bolo quando ele saiu do forno," explicou o professor Eric Hudson, da Universidade da Califórnia em Los Angeles, nos EUA.

Fenômeno físico de não-equilíbrio

Não fosse o impacto sobre os fundamentos da termodinâmica, o experimento já seria significativo o suficiente por ser a primeira vez que se demonstra haver limites fundamentais para o uso da refrigeração de gás amortecedor em armadilhas de íons, uma ferramenta largamente utilizada em laboratórios ao redor de todo o mundo.

Para realizar o experimento, o pesquisador Steven Schowalter preparou uma amostra microscópica de íons do elemento químico bário e os mergulhou em nuvens de cerca de 3 milhões de átomos de cálcio. Tudo foi resfriado a laser, sob condições altamente controladas, na tentativa de revelar propriedades da mecânica quântica que não aparecem de forma óbvia.

Os íons foram aprisionados em um aparelho que levita partículas carregadas usando campos elétricos que oscilam milhões de vezes por segundo, confinando os íons a uma região menor do que a largura de um fio de cabelo humano. Tanto a amostra atômica quanto a amostra iônica foram levadas a uma temperatura de um milésimo de grau acima do zero absoluto.

Diagrama esquemático do experimento, que mostrou que o resfriamento com gás amortecedor não é um processo de equilíbrio simples. [Imagem: Steven J. Schowalter et al. - 10.1038/ncomms12448]

Depois de permitir que ocorressem as colisões entre os átomos e os íons, e que o sistema atingisse sua temperatura final, os físicos removeram os átomos de cálcio e mediram a temperatura dos íons de bário.

Os resultados, que mostram a existência de várias temperaturas finais com base no número de íons e na temperatura inicial, sugerem que existe um sutil fenômeno físico de não-equilíbrio entrando em ação.

Falhas na Termodinâmica

Ao tentar entender o que está havendo, tanto as simulações computadorizadas quanto as teorias da mecânica quântica parecem dar sustentação ao que se vê no experimento - embora tudo seja muito estranho para o mundo macro.

Assim, em vez de o mecanismo de resfriamento com gás amortecedor ser um processo de equilíbrio simples como se interpretava até agora, ele é na verdade um processo fundamentalmente diferenciado, de não-equilíbrio, com um comportamento dependente de elementos não previstos em uma explicação tradicional baseada nas leis da termodinâmica.

Na verdade, este é mais um experimento que dá suporte à ideia de que existemvárias Segundas Leis da Termodinâmica em nanoescala, uma vez que, em determinadas condições, a Termodinâmica simplesmente falha na escala atômica.

• Terceira Lei da Termodinâmica pode ter falha, diz cientista

Bibliografia:

Blue-sky bifurcation of ion energies and the limits of neutral-gas sympathetic cooling of trapped ions
Steven J. Schowalter, Alexander J. Dunning, Kuang Chen, Prateek Puri, Christian Schneider, Eric R. Hudson
Nature Communications
Vol.: 7, Article number: 12448
DOI: 10.1038/ncomms12448

Robô montará telescópio modular no espaço

Redação do Site Inovação Tecnológica -  22/08/2016

O robô parece uma "aranha espacial", e poderá ser operado remotamente. [Imagem: Nicolas Lee et al - 10.1117/1.JATIS.2.4.041207]

Telescópio montado roboticamente

Embora existam vários projetos de telescópios com tecnologias revolucionáriassendo estudados e desenvolvidos, os astrônomos têm pressa e estão sempre querendo telescópios maiores.

O Telescópio Gigante Magalhães e o E-ELT, que será o maior telescópio do mundo, prometem atender as demandas no campo dos telescópios terrestres.

Mas colocar telescópios maiores no espaço está se tornando um desafio não apenas técnico, mas de recursos para atender a esses projetos bilionários.

Uma saída pode ser enviar pequenas partes separadas, usando foguetes de pequeno porte, e depois montá-las no espaço.

A ideia foi agora descrita em detalhes por Nicolas Lee e seus colegas do Instituto de Tecnologia da Califórnia, nos EUA, que estão propondo a construção do RAMST, sigla em inglês para Telescópio Espacial Modular Montado Roboticamente (Robotically Assembled Modular Space Telescope).

Etapas da construção de um telescópio espacial hipotético. [Imagem: Nicolas Lee et al - 10.1117/1.JATIS.2.4.041207]

"Nosso objetivo é resolver os principais desafios técnicos associados com essa arquitetura, de forma que futuros estudos conceituais abordando projetos científicos específicos possam considerar os telescópios montados roboticamente entre as opções viáveis," escrevem os autores da proposta.

O estudo descreve como um espelho modular pode ser montado no espaço e as tecnologias de metrologia avançadas que darão suporte à montagem e à operação do telescópio.

Um protótipo do robô já está em testes, embora a versão espacial deverá ser muito mais simples e mais leve. [Imagem: Nicolas Lee et al - 10.1117/1.JATIS.2.4.041207]

Mais importante ainda, a equipe determinou as características necessárias para o robô responsável pela montagem, uma espécie de "aranha robótica espacial", quase inteiramente braços, responsáveis por capturar as peças e montá-las no lugar.

Um protótipo do robô já está em testes, embora a versão espacial deverá ser muito mais simples e mais leve, já que não terá que fazer tanta força no ambiente de microgravidade.

Esquema do processo de montagem, que prevê a montagem de telescópios de qualquer tamanho. [Imagem: Nicolas Lee et al - 10.1117/1.JATIS.2.4.041207]

A arquitetura proposta é escalável, podendo atender uma variedade de tamanhos de telescópios, e não impõe limites ao projeto óptico.

"Um sistema robótico de montagem, atualização, conserto e reabastecimento oferece a possibilidade de telescópios espaciais de todos os tipos com vidas úteis muito longas," avaliou Harley Thronson, do Instituto de Conceito Avançados da NASA, lembrando o Hubble, que já completou 26 anos no espaçograças às atualizações e consertos que recebeu na época dos ônibus espaciais.

Bibliografia:

Architecture for in-space robotic assembly of a modular space telescope
Nicolas Lee, Paul Backes, Joel Burdick, Sergio Pellegrino, Christine Fuller, Kristina Hogstrom, Brett Kennedy, Junggon Kim, Rudranarayan Mukherjee, Carl Seubert, Yen-Hung Wu
JATIS - Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems
Vol.: 2(4), 041207
DOI: 10.1117/1.JATIS.2.4.041207

Tela 3D com luz torcida dispensa óculos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  22/08/2016

Os mesmos píxeis foram usados para mostrar três imagens diferentes - as letras P, S e G - simultaneamente, cada uma para uma direção. [Imagem: Xuefeng Li et al. - 10.1088/2040-8978/18/8/085608]

3D com luz torcida

Um fenômeno só recentemente descoberto, a luz torcida já está sendo avaliada para transmissão de dados em alta velocidade, e recentemente foi miniaturizada para caber dentro de um chip.

Agora, essa possibilidade de fazer a luz se propagar como se fosse um parafuso foi explorada por Xuefeng Li e seus colegas da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, para a construção de uma nova arquitetura de telas 3D que dispensa os óculos.

O protótipo ainda é primário - a tela tem 9 x 9 píxeis - mas demonstra que o conceito é viável. Neste primeiro teste, a equipe projetou três imagens diferentes para três direções diferentes usando os mesmos píxeis.

Assim, dependendo de onde cada usuário se posicionava, ele via a letra "P", ou a letra "S", ou a letra "G".

Momento angular orbital

A técnica para criar as imagens envolve três passos. Inicialmente, cada letra é registrada como um padrão de píxeis. Em seguida, esse padrão é codificado na forma de um sinal que pode ser transmitido para a tela. Finalmente, a tela recebe e decodifica o sinal e mostra a imagem.

A grande inovação está no método de codificação e decodificação do sinal, que permite que a tela organize e transmita uma grande quantidade de dados de forma eficiente. Isto é possível porque os fótons que compõem a luz torcida - ou o momento angular orbital desses fótons - permite que eles sejam facilmente identificados e separados uns dos outros.

Manipular o momento angular orbital do fóton envolve torcer sua frente de onda em torno do seu eixo de propagação, criando um vórtice no meio do feixe de luz. Essa rotação ocorre em valores discretos, chamados modos, que a equipe então explorou para categorizar os fótons e separá-los para mostrar diferentes imagens.

A equipe já consegue gerar 30 modos diferentes, o que equivaleria a gerar imagens em 30 angulações. Contudo, eles ainda não se arriscam em prever quando a tecnologia poderá alcançar um uso prático.

Bibliografia:

Automultiscopic displays based on orbital angular momentum of light
Xuefeng Li, Jiaqi Chu, Quinn Smithwick, Daping Chu
Journal of Optics
Vol.: 18, Number 8
DOI: 10.1088/2040-8978/18/8/085608

Titânio vira biotitânio com proteína artificial

Redação do Site Inovação Tecnológica -  22/08/2016

Biotitânio

Com base em insights coletados de pesquisas de ciência básica com mexilhões - que são capazes de ligar-se fortemente até mesmo a superfícies muito lisas graças a proteínas especiais - cientistas japoneses conseguiram conectar moléculas biologicamente ativas a uma superfície de titânio.

Com isto, torna-se possível iniciar a fabricação de uma nova geração de implantes médicos com melhor biocompatibilidade, eventualmente com mecanismos ativos de regeneração dos tecidos à sua volta.

O trabalho partiu de descobertas anteriores de que os mexilhões ligam-se a superfícies lisas graças a uma proteína, chamada L-DOPA - curiosamente, essa mesma proteína opera nos seres humanos como um precursor da dopamina, além de estar envolvida em tratamentos para a doença de Parkinson.

Proteína sintética

Usando uma combinação de tecnologia de DNA recombinante e um tratamento com tirosinase (precursora da melanina), Chen Zhang e colegas do Instituto Riken sintetizaram uma proteína híbrida com partes ativas da L-DOPA e do fator de crescimento 1 (IGF-1), similar à insulina - um promotor da proliferação celular.

[Imagem: Chen Zhang et al. - 10.1002/anie.201603155]

Os testes mostraram que a proteína sintética dobra-se normalmente e mantém o IGF-1 ativo, funcionando normalmente. Graças à incorporação da L-DOPA, a proteína artificial ligou-se fortemente à superfície de titânio, permanecendo ligada mesmo quando o metal foi lavado com solução salina tamponada com fosfato.

"Isto é similar às fortes propriedades de cola dos mexilhões, que permanecem fixos aos materiais metálicos mesmo embaixo d'água," disse Zhang.

A equipe se prepara agora para testar os efeitos do biotitânio em implantes, inicialmente em animais de laboratório.

Bibliografia:

A Bioorthogonal Approach for the Preparation of a Titanium-Binding Insulin-like Growth-Factor-1 Derivative by using Tyrosinase
Chen Zhang, Hideyuki Miyatake, Yu Wang, Takehiko Inaba, Yi Wang, Peibiao Zhang, Yoshihiro Ito
Angewandte Chemie
DOI: 10.1002/anie.201603155

Seda de aranha transforma microscópio em nanoscópio

Redação do Site Inovação Tecnológica -  23/08/2016

A seda de aranha (silk) foi usada para ver estruturas na superfície de um disco Blu-ray (embaixo) que não aparecem na imagem de um microscópio óptico em sua resolução máxima. [Imagem: Bangor University/University of Oxford]

Nanoscópio

Físicos das universidades de Bangor e Oxford (Reino Unido) alcançaram um feito inédito: eles utilizaram a seda de aranha natural, sem nenhum tratamento, como uma superlente que permitiu enxergar estruturas invisíveis pelo microscópio óptico.

As leis da física estabelecem que é impossível visualizar diretamente objetos menores do que 200 nanômetros - o tamanho de uma das menores bactérias - utilizando apenas um microscópio comum. No entanto, as superlentes podem tornar isso possível, o que as transformou em um campo movimentado de pesquisa.

James Monks e seus colegas descobriram que a seda de aranha funciona naturalmente como uma superlente, bastando para isso colocá-la sobre a superfície do material a ser visualizado. O resultado é um aumento adicional de 2 a 3 vezes em comparação com a ampliação normal do microscópio - o microscópio vira efetivamente um nanoscópio.

"Nós provamos que a barreira de resolução dos microscópios pode ser quebrada usando uma superlente, mas a fabricação industrial de superlentes envolve alguns processos complexos de engenharia que não são amplamente acessíveis a outros pesquisadores. É por isso que estamos interessados em uma superlente que ocorra naturalmente, fornecida pela Mãe Natureza, que possa ser encontrada por aí, de modo que todos possam ter acesso às superlentes," disse o professor Zengbo Wang, coordenador da equipe.

Superlente de seda de aranha

Embora muitas nanogotas de diversos materiais venham sendo exploradas como superlentes, esta é a primeira vez que um material biológico de ocorrência natural foi utilizado nesse papel.

Monks usou um pedaço do fio - um pequeno cilindro - de seda da aranhaNephila edulis.

Estas lentes podem ser usadas para ver estruturas anteriormente consideradas "invisíveis", incluindo nanoestruturas artificiais e biológicas e germes e vírus naturais.

"A lente de seda cilíndrica tem vantagens no largo campo de visão quando comparada a uma superlente de microesfera. Ainda mais importante para potenciais aplicações comerciais, um nanoscópio de seda de aranha seria robusto e econômico, o que por sua vez poderia fornecer excelentes plataformas de fabricação para uma ampla gama de aplicações," concluiu o professor Wang.

Bibliografia:

Spider Silk: Mother Nature’s Bio-Superlens
James N. Monks, Bing Yan, Nicholas Hawkins, Fritz Vollrath, Zengbo Wang
Nano Letters
Vol.: Article ASAP
DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b02641

Esponja gera vapor usando luz solar

Redação do Site Inovação Tecnológica -  23/08/2016

A água chega à temperatura de ebulição - 100º C - mesmo em dias nublados e relativamente frescos. [Imagem: Jeremy Cho/MIT]

Fervedor solar

Que tal ferver água sem gastar energia?

Engenheiros do MIT inventaram um dispositivo simples, uma espécie de esponja, que absorve a luz solar natural e aquece a água até a temperatura de ebulição, gerando vapor através dos seus poros.

O aparelho, que os pesquisadores chamam de um gerador solar de vapor, não precisa de espelhos ou lentes caras para concentrar a luz solar, dependendo apenas de uma combinação criativa de materiais de baixa tecnologia e baixo custo para capturar a luz solar ambiente e concentrá-la na forma de calor.

O calor é então direcionado para os poros da esponja, que levam a água para cima e a lançam para fora já como vapor.

A demonstração, feita deixando a esponja no telhado do laboratório, levou a água à sua temperatura de ebulição - 100º C - mesmo em dias nublados e relativamente frescos. A esponja tem uma eficiência de 20% na conversão da luz solar em vapor.

O material, de baixa tecnologia e baixo custo, pode oferecer alternativas para aplicações que vão desde a dessalinização e aquecimento de água residencial, até o tratamento de águas residuais e a esterilização de ferramentas médicas.

Gerador solar de vapor

Para construir o material, George Ni e seus colegas depositaram sobre uma fina folha de cobre uma película de um material comumente usado em aquecedores solares, que tem como característica a capacidade de absorção espectralmente seletiva.

Esse material absorve a radiação solar na faixa do visível, mas não irradia na faixa do infravermelho, o que significa que ele absorve a luz solar e retém o calor, minimizando a perda de energia.

O cobre revestido é então posto sobre uma espuma de carbono que flutua sobre a água, sendo tudo envolto em plástico bolha, criando uma estufa para que o vento não esfrie o sistema. O calor que é aprisionado é dirigido para furos, ou canais, que os pesquisadores perfuraram através da estrutura.

Quando a esponja é colocada sobre a água e tudo é posto ao Sol, a água sobe pelos canais, atingindo a temperatura de 100º C e deixando a estrutura na forma de vapor, onde pode ser usado ou coletado.

Bibliografia:

Steam generation under one sun enabled by a floating structure with thermal concentration
George Ni, Gabriel Li, Svetlana V. Boriskina, Hongxia Li, Weilin Yang, TieJun Zhang, Gang Chen
Nature Energy
Vol.: 1, Article number: 16126
DOI: 10.1038/nenergy.2016.126

Tela pode ser cortada com tesoura

Redação do Site Inovação Tecnológica -  23/08/2016

O objetivo é criar um revestimento que permita mudar as cores dos objetos - ou fazer "pichações" reversíveis. [Imagem: NIMS]

Tela de cortar

As telas - de computadores, celulares e TVs - são dispositivos selados porque contêm componentes em estado líquido que podem vazar se suas bordas abrirem.

As tecnologias mais recentes, por sua vez, baseadas em eletrônica orgânica, não têm nada para vazar, mas não se pode deixar nada entrar - elas são altamente suscetíveis à contaminação com impurezas, água e até com o oxigênio do ar.

Por isso, é surpreendente que pesquisadores tenham conseguido fabricar uma tela totalmente funcional que pode ser cortada com uma tesoura e continuar funcionando normalmente - a tela grande original simplesmente dá origem a duas telas menores.

E, podendo ser cortada conforme a necessidade, essa tela pode ser colada sobre superfícies de formatos complexos, de roupas a edifícios.

O feito coube à equipe do professor Masayoshi Higuchi, do Centro de Pesquisas em Materiais Funcionais (NIMS), do Japão.

Eletrocrômico

A base da tela de cortar é um material com propriedades eletrocrômicas formado por um polímero híbrido orgânico-metálico.

O polímero foi aplicado por pulverização (spray) sobre uma superfície de plástico flexível, formando uma camada de revestimento estável contra a umidade e o oxigênio do ar.

A tela tem características similares às utilizadas em leitores eletrônicos, podendo continuar mostrando as informações mesmo quando a energia é desligada, sem criar marcas permanentes no material. A deficiência do protótipo original é que ele demora alguns segundos para que a imagem se estabilize.

"Agora pretendemos aumentar a área de exposição e tornar a tela capaz de mostrar múltiplas cores. Também pretendemos propor um conceito no qual as pessoas possam desfrutar de cores mutáveis em tudo. Nesta proposta, prevemos a aplicação da nova tecnologia na sociedade, com as pessoas podendo mudar livremente as cores de vários objetos, por exemplo, janelas, o interior ou exterior do automóvel e das casas, guarda-sóis e óculos de sol, e exibir letras e símbolos conforme desejarem," disse o professor Higuchi.

OVNI visto na Alemanha por muitas testemunhas 2016

Material modificado pela luz modifica a luz

Redação do Site Inovação Tecnológica -  17/08/2016

Para demonstrar a técnica, a equipe produziu hologramas com até seis tonalidades. [Imagem: Qian Wang et al. - 10.1038/nphoton.2015.247]

Óptica que faz óptica

Um material cujas propriedades ópticas podem ser modificadas por um feixe de luz promete uma ampla gama de aplicações, de lentes a hologramas.

Quando você pressiona o botão do obturador da sua câmera, ela foca ajustando eletricamente as posições das partes constituintes da lente. Da mesma forma, a configuração de inúmeros aparelhos e instrumentos científicos é ajustada movendo peças sobre grandes mesas ópticas.

Esse novo material, ao contrário, pode ser ajustado muito mais facilmente, sem qualquer equipamento adicional conectado a ele e sem que ele precise sequer ser tocado: basta aplicar-lhe pulsos de laser na sequência adequada para a configuração que se deseja.

Vidro calcogeneto

Usando pulsos de laser na casa dos microssegundos e nanossegundos, Qian Wang, da Agência de Ciências, Tecnologia e Pesquisas de Cingapura, conseguiu alterar em alta resolução - regiões de 600 nanômetros - um vidro calcogeneto, que é basicamente o mesmo material usado nos discos de CD e DVD regraváveis.

Os pulsos de luz alteram o vidro, gerando regiões cujas características variam de completamente cristalinas até completamente amorfas, com todas as características ópticas disponíveis entre esses dois extremos.

"Esta técnica nos permite construir dispositivos ópticos com propriedades suavemente variáveis ao longo de toda a superfície, apagá-los e, em seguida, reescrever uma estrutura diferente, tudo no mesmo pedaço de material," disse o professor Edward Rogers, coordenador do trabalho.

"Ele pode até mesmo ser usado para escrever estruturas complexas como lentes, grades de difração, hologramas e estruturas ressonantes avançadas, conhecidas como metamateriais, diretamente em um filme de vidro calcogeneto com mudança de fase," finalizou.

Bibliografia:

Optically reconfigurable metasurfaces and photonic devices based on phase change materials
Qian Wang, Edward T. F. Rogers, Behrad Gholipour, Chih-Ming Wang, Guanghui Yuan, Jinghua Teng, Nikolay I. Zheludev
Nature Photonics
Vol.: 10, 60-65
DOI: 10.1038/nphoton.2015.247