LEC: um LED que pode ser tecido

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/03/2015

Protótipo da célula emissora de luz, ou LEC. [Imagem: Huisheng Peng]

Tecidos eletrônicos

Os e-tecidos, ou tecidos eletrônicos, prometem coisas como computadores de vestir eroupas capazes de recarregar celulares e outros aparelhos portáteis.

Mas já há quem pense em telas incorporadas na própria roupa, o que tem levado ao desenvolvimento de LEDs na forma de fibras flexíveis.

A maior esperança, contudo, veio com os OLEDs, os LEDs feitos de compostos orgânicos, mas ninguém até agora conseguiu fazê-los funcionar a contento sobre fibras que possam ser usadas para tecer roupas.

LEC

Zhitao Zhang, da Universidade de Fudan, na China, criou então um novo componente, que já nasce projetado para ser tecido.

Zhang batizou o novo componente de LEC - Light Emitting electrochemical Cell, ou célula eletroquímica emissora de luz.

Cada LEC é formada por um fio muito fino recoberto com nanopartículas de óxido de zinco e, a seguir, por camadas de um polímero eletroluminescente e uma camada transparente de nanotubos de carbono.

O protótipo emite apenas nas cores azul e amarelo, mas a equipe afirma que será simples chegar ao verde e ao vermelho que viabilizariam a fabricação de telas tecidas - ou telas em tecidos.

Desafio maior será aumentar a vida útil das células emissoras de luz, porque os primeiros protótipos perdem o brilho com o uso.

Bibliografia:

A colour-tunable, weavable fibre-shaped polymer light-emitting electrochemical cell
Zhitao Zhang, Kunping Guo, Yiming Li, Xueyi Li, Guozhen Guan, Houpu Li, Yongfeng Luo, Fangyuan Zhao, Qi Zhang, Bin Wei, Qibing Pei, Huisheng Peng
Nature
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nphoton.2015.37

Robô de metal líquido mais próximo da realidade

Com informações da New Scientist - 23/03/2015

Exemplos de circuitos por onde a gota de metal líquido movimenta-se sem dificuldades. [Imagem: Jie Zhang - 10.1002/adma.201405438]

Robô em gotas

Em um dos filmes da série Exterminador do Futuro, mesmo quando o robô-matador T-1000 era derretido, as "poças" de metal líquido resultante escorriam umas em direção às outras até recriar o robô.

O protótipo construído por Jie Zhang, da Universidade Tsinghua, na China, não consegue ainda se estruturar em nenhuma forma reconhecível, mas ao menos as gotas conseguem mover-se autonomamente.

Metal líquido

As gotas usadas no experimento também são feitas de metal líquido, de uma liga de gálio, índio e estanho que permanece líquida a meros 30º C.

Quando colocada sobre uma solução de soda (hidróxido de sódio), ou mesmo de salmoura, e mantida sobre uma folha de alumínio, a gota de metal líquido transforma-se em uma espécie de motor líquido, movimentando-se por cerca de uma hora.

Zhang demonstrou movimentos do seu motor líquido em linha reta, seguindo uma pista circular e até mesmo espremendo-se por passagens de formatos irregulares.

"A máquina mole parece ser inteligente, e pode deformar-se a si mesma de acordo com o espaço no qual ela se movimenta, exatamente como faz o Exterminador do filme de ficção," disse o professor Jing Liu, coordenador da equipe.

E o professor entusiasma-se ainda mais, afirmando que o movimento autônomo da gota de metal líquido "levanta questões sobre a definição de vida": "Esses comportamentos incomuns lembram perfeitamente o comportamento dos organismos vivos na natureza."

Propulsão metálica

A equipe ficou intrigada com o comportamento da gota, mas acredita ter encontrado a explicação para esse movimento surpreendente.

Uma parte da propulsão é gerada por um desequilíbrio de cargas elétricas ao longo da gota metálica, que por sua vez gera uma pressão diferencial entre a parte da frente e a parte traseira da gota, o que a impulsiona para a frente.

Além disso, o alumínio sobre a qual ela é colocada acaba servindo como combustível ao reagir com o hidróxido de sódio, liberando bolhas de hidrogênio que dão um empurrão adicional na gota, aumentando sua velocidade.

Usos práticos

Liu afirma que um robô baseado nesse motor líquido poderá ser usado para monitorar o ambiente, transportar materiais no interior de dutos ou mesmo de vasos sanguíneos, embora não tenha havido ainda demonstração do mecanismo de propulsão funcionando sobre substratos não metálicos.

Talvez seja mais realista pensar em mecanismos mais simples acionados pelo princípio demonstrado neste experimento, como pequenas bombas, motores ou mecanismos de conversão de energia que possam ajudar os robôs tradicionais, mais "durões".

Bibliografia:

Self-Fueled Biomimetic Liquid Metal Mollusk
Jie Zhang, Youyou Yao, Lei Sheng, Jing Liu
Advanced Materials
Vol.: First published online
DOI: 10.1002/adma.201405438

BATERIAS DE LITIO

Energia

Finalmente um avanço nas baterias de lítio?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/03/2015

O novo material é mostrado com (esquerda) e sem o lítio (direita).[Imagem: HIU]

Densidade de energia

Pesquisadores alemães descobriram uma forma de acondicionar uma quantidade inédita de íons de lítio em um material hospedeiro.

Esse material, a ser usado no polo negativo da bateria (catodo), permite aumentar enormemente a capacidade de armazenamento das baterias de íons de lítio, a melhor tecnologia de armazenamento de eletricidade disponível atualmente, mas que está virtualmente estagnada há vários anos.

Hoje, os íons de lítio ficam em pequenas cavidades, chamadas interstícios, de uma estrutura hospedeira, normalmente feita de óxidos metálicos. Funciona bem, mas não é possível aumentar a densidade de armazenamento porque não dá para colocar mais do que um íon de lítio por unidade da fórmula.

O novo princípio de armazenamento e o material que o viabiliza - cuja fórmula é Li₂VO₂F - permitem guardar até 1,8 íon de lítio por unidade da fórmula.

Isto permite alcançar 420 mAh/g (miliamperes-hora por grama de material) a uma tensão de 2,5 V. Como resultado, a bateria pode alcançar uma densidade de energia por volume de até 4.600 Wh/L (Watts-hora por litro), em comparação com os cerca de 650 Wh/L das baterias atuais.

Rede atômica

Um aumento de densidade de energia nesta magnitude foi possível porque o material não armazena o lítio nos interstícios, mas diretamente na rede atômica do material, que tem uma estrutura cúbica muito densa.

Apesar de acondicionados na rede atômica, os íons de lítio mantêm uma alta mobilidade, essencial para o carregamento e uso de uma bateria recarregável. O mecanismo envolve sobretudo os átomos de vanádio, que capturam até duas cargas - ou as liberam - sem afetar a estrutura como um todo, que apenas se reduz em volume em cerca de 3% quando toda a energia da bateria é drenada.

"O princípio de armazenamento parece ser transferível para outras composições. Usando compostos de estrutura similar, nós já medimos densidades de energia ainda maiores do que as obtidas no sistema baseado em vanádio," disse o professor Maximilian Fichtner, do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe.

• Lítio-silício: finalmente uma bateria melhor?

Bibliografia:

Disordered Lithium-Rich Oxyfluoride as a Stable Host for Enhanced Li+ Intercalation Storage
R. Chen, S. Ren, M. Knapp, D. Wang, R. Witter, M. Fichtner, H. Hahn
Advanced Energy Materials
Vol.: Article first published online
DOI: 10.1002/aenm.201401814

CARROS COM TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO

Informática

Carros ganham tecnologia da informação de código livre

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/03/2015

Protótipo foi testado em condições reais de tráfego. No painel central fica a interface do sistema que controla o Barramento de Serviços Automotivos. [Imagem: Florian Lehmann/TUM]

Tecnologia da informação automotiva

Com toda a eletrônica embarcada, os carros já viraram verdadeiros computadores ambulantes.

O problema é que está cada vez mais difícil integrar todos esses sistemas de processamento - alguns carros mais modernos já possuem até 80 sistemas eletrônicos diferentes.

Uma das maiores preocupações é a segurança, evitando que intrusos mal-intencionados possam ter acesso a sistemas que coloquem em risco a segurança dos passageiros e pedestres: o controle do motor e dos freios, por exemplo.

Para isso, engenheiros da Universidade Técnica de Munique, na Alemanha, criaram um novo sistema de "tecnologia da informação automotiva" de duas camadas que separa os sistemas que envolvem a segurança do veículo dos sistemas voltados ao conforto e diversão, incluindo o acesso à internet.

Barramento de Serviços Automotivos

A novidade é o isolamento da rede veicular tradicional, conhecida como barramento CAN (Controller Area Network), das demais funções eletrônicas.

As chamadas "funções de conforto" foram todas migradas para uma nova rede, batizada de BSA - Barramento de Serviços Automotivos (ou ASB - Automotive Service Bus) - que roda em um computador com acesso à internet ou redes externas.

O Barramento de Serviços Automotivos funciona como um canal de mensagens. Todos os componentes podem enviar e receber mensagens através deste canal, mas os sistemas essenciais para a segurança dos veículos só podem ser acessados no modo de leitura.

Apenas em situações claramente predefinidas, para executar funções programadas diretamente na ROM (memória somente para leitura) dos computadores internos, é que o barramento permite o acesso para controle. O objetivo é dar espaço para aplicações futuras, como os carros sem motoristas ou a interação com outros veículos para evitar acidentes.

"Exatamente como os aplicativos em um telefone celular, os componentes [de software] podem ser atualizados, adicionados ou apagados sem necessidade de visitar uma oficina," disse o engenheiro Michael Schermann, coordenador da equipe.

Código livre

De acordo com Schermann, o sistema já recebeu certificação das autoridades alemãs em testes reais em ruas e rodovias, e o Barramento de Serviços Automotivos deverá agora ser disponibilizado na forma de software livre, de código aberto.

O sistema é escrito em Java e a plataforma de hardware usada é a PandaBoard, fabricada pela Texas Instruments.

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TELAS DE LED

Eletrônica

Telas flexíveis de LED impressas em escala industrial

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/03/2015

É a primeira vez que a técnica funciona em atmosfera ambiente para impressões em larga escala e de grandes formatos. [Imagem: Juha Sarkkinen]

Impressão rolo-a-rolo

Os LEDs orgânicos - ou OLEDs - já estão em telefones celulares e telas de TV, ajudando a aumentar a vida útil das baterias e consumir menos energia elétrica.

Contudo, apesar de estarem na base da promessa de telas flexíveis e enroláveis, os OLEDs até agora têm sido montados sobre vidros rígidos, usando as mesmas técnicas usadas na construção dos seus primos inorgânicos, os LEDs tradicionais.

Essa deficiência agora está chegando ao fim.

Engenheiros de Centro de Pesquisas Técnicas da Finlândia desenvolveram um processo em escala industrial para imprimir painéis de OLED diretamente sobre plástico - ou qualquer outro material.

A técnica, que utiliza a impressão rolo-a-rolo, idêntica à usada na impressão de papel, usa um filme plástico de 0,2 milímetro de espessura, viabilizando finalmente a construção de telas flexíveis.

É a primeira vez que a técnica funciona em atmosfera ambiente para impressões de componentes eletrônicos orgânicos não apenas em larga escala, mas também em grandes formatos.

Outdoor digital e painel de luz

As técnicas atuais de impressão de OLEDs funcionam em lotes, com impressões de telas individuais de tamanhos específicos, enquanto o processo rolo-a-rolo funciona de forma contínua.

Segundo a equipe, o processo industrial já está pronto para ser utilizado para a fabricação de outdoors digitais, grandes painéis, placas de sinalização e painéis de iluminação, que poderão cobrir o teto ou paredes inteiras.

A luminosidade alcançada pelos OLEDs impressos pela nova técnica - medida em lumens por Watt - alcança cerca de um terço da luminosidade dos LEDs tradicionais, mas os componentes brilham em sua superfície inteira, enquanto cada LED é como uma lâmpada individual.

A equipe continuará trabalhando na impressão de componentes de maior brilho e melhor resolução, para tentar rivalizar com as telas de computadores e TVs.

Carro antialcoolismo

Mecânica

Carro antialcoolismo não liga com motorista bêbado

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/03/2015

O desenvolvimento do sistema antibêbado está utilizando um carro construído na própria universidade.[Imagem: INVDES]

Bafômero e cheirômetro

Estudantes de engenharia mexicanos desenvolveram uma interface para automóveis que detecta se o motorista está bêbado.

Se um indivíduo embriagado tentar dirigir o AlcoStop, o carro não liga.

O sistema funciona através de uma série de sensores colocados no volante, na alavanca de câmbio e no assento, que detectam através do suor e da exalação se a pessoa está alcoolizada.

Se o resultado for positivo, o sistema desativa o motor, impedindo que o carro seja ligado.

Adicionalmente, um equipamento de GPS que permite monitorar o veículo em tempo real envia um sinal a familiares ou amigos cadastrados, informando a localização do ébrio e seu veículo igualmente incapacitado.

"Assim que outra pessoa se senta ao volante, o sistema faz uma reavaliação e, se estiver habilitada, o carro volta a funcionar," conta a professora Karla Isabel García, coordenadora do projeto, feito por um grupo de três estudantes do Instituto Tecnológico de Cintalapa.

Alarme contra bêbado

A equipe agora está aperfeiçoando os sensores e efetuando os testes com pessoas que não apresentam muita transpiração, que podem passar por sóbrias na versão de protótipo.

A professora Karla afirma que o sistema poderá ser fabricado a um custo muito baixo, e poderá ser de interesse para frotas, carros de empresas e viaturas públicas, mas que também poderia ser instalado por qualquer pessoa.

"O ideal é que a pessoa compre e instale ela mesma. É praticamente como um alarme de carro voltado à detecção de álcool," disse ela.

semicondutor spintrônico

Eletrônica

Pós-silício: semicondutor spintrônico próximo da realidade

Com informações da Universidade de Michigan - 09/03/2015

Componentes spintrônicos podem combinar armazenamento temporário (RAM), armazenamento permanente (HD) e processamento em um único dispositivo. [Imagem: K. Ranmohotti et al. - 10.1021/ja5084255]

Vantagens da spintrônica

Um novo cristal de baixa simetria é o primeiro a apresentar propriedades spintrônicas em um material que é estável a temperatura ambiente e facilmente adaptável para uma grande variedade de aplicações.

A expectativa é que o cristal possa ser utilizado como material básico para os processadores spintrônicos, assim como o silício é a base para os dispositivos de computação eletrônicos.

Componentes spintrônicos permitem a combinação de funções que exigem componentes separados nos computadores atuais. Por exemplo, em vez de usar um processador para fazer cálculos, memória RAM para o armazenamento temporário e um disco rígido para armazenamento permanente, um único chip spintrônico poderia lidar com todas as três funções, reduzindo drasticamente o tamanho e o consumo de energia dos computadores.

Para isso, esses componentes usam tanto a carga do elétron, quanto o seu spin magnético, que pode apontar "para cima" ou "para baixo". E o spin dos elétrons fica estável em componentes muito menores do que os eletrônicos, uma vez que a carga dos elétrons torna-se errática conforme a miniaturização avança.

Semicondutor spintrônico

Os semicondutores de hoje são feitos dopando cristais de silício com outros elementos para ajustar as propriedades necessárias. Mas, para fazer semicondutores spintrônicos, é preciso adicionar átomos de diferentes tamanhos, e com flexibilidade para depositar esses átomos nos locais exatos onde eles são necessários.

"Mas, nos cristais mais usados, os 'buracos' têm todos a mesma forma e tamanho e são regularmente espaçados. Isso nos dá uma quantidade muito limitada de controle," explica o professor Pierre Poudeu, da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos.

Para superar esse problema, a equipe de Poudeu adotou uma abordagem diferente, criando uma estrutura cristalina totalmente nova.

Eles usaram uma mistura de ferro, bismuto e selênio para criar um cristal complexo, mas que oferece uma flexibilidade muito maior.

O cristal de baixa simetria tem lacunas de tamanhos variáveis localizados em diferentes distâncias graças a uma estrutura de camadas sobrepostas, permitindo uma dopagem seletiva.

Até agora, a equipe produziu e testou o novo composto apenas na forma de pó. O próximo passo será fabricá-lo na forma de películas finas, necessárias para a fabricação dos componentes spintrônicos - a expectativa é que essa etapa leve cerca de um ano.

Bibliografia:

Coexistence of High-T Ferromagnetism and n-Type Electrical Conductivity in FeBi2Se4
Kulugammana G. S. Ranmohotti, Honore Djieutedjeu, Juan Lopez, Alexander Page, Neel Haldolaarachchige, Hang Chi, Pranati Sahoo, Ctirad Uher, David Young, Pierre F. P. Poudeu
Journal of American Chemical Society
Vol.: 137 (2), pp 691-698
DOI: 10.1021/ja5084255