Bateria Orgânica

Especial Armazenar o vento: Bateria Orgânica

Redação do Site Inovação Tecnológica -  25/11/2015

O primeiro protótipo é pequeno, mas sua robustez (10.000 ciclos) entusiasmou a equipe a construir uma versão maior.[Imagem: Anne Guenther/FSU]

Especial Armazenar o vento: Tecnologias para serem levadas a sério

Bateria orgânica

Uma equipe de pesquisadores da Universidade Friedrich Schiller de Jena, na Alemanha, desenvolveu um sistema que usa polímeros orgânicos e uma solução salina inofensiva para armazenar energia.

O sistema é voltado para o armazenamento temporário de fontes intermitentes de energia, como a solar e a eólica, que geram energia demais num momento, e de menos em outro.

"O que é novo e inovador na nossa bateria é que ela pode ser fabricada a um custo muito menor, e quase atinge a capacidade dos sistemas tradicionais que usam ácidos e metais," disse o professor Martin Hager, coordenador da equipe.

Durante um longo tempo, as baterias de fluxo - também conhecidas como sistemas redox - foram desenvolvidas utilizando o metal vanádio dissolvido em ácido sulfúrico como eletrólito. Ocorre que o vanádio é extremamente caro, e o ácido sulfúrico altamente corrosivo.

Bateria redox sem ácidos

Nesta bateria redox construída pela equipe alemã, são utilizados materiais sintéticos. A estrutura central lembra o isopor (poliestireno), no qual grupos funcionais foram adicionados para permitir que o material aceite ou doe elétrons.

Especial Armazenar o Vento

Armazenar o vento: Tecnologias para serem levadas a sério Bateria Orgânica Bateria de fluxo térmica Especial Armazenar o vento: Bateria Orgânica com Água

Os polímeros literalmente "nadam" em uma solução aquosa, sem necessidade de ácidos agressivos.

"Assim, conseguimos usar uma membrana de celulose simples e barata e evitar materiais tóxicos e caros," disse Tobias Janoschka, principal projetista do sistema.

Nos primeiros testes, a bateriaredox de fluxo suportou 10.000 ciclos de carga e descarga com uma perda mínima de capacidade.

A densidade de energia do protótipo chegou a 10 Watts-hora por litro. A equipe afirma já estar trabalhando em uma versão maior e mais eficiente.

Bibliografia:

An aqueous, polymer-based redox-flow battery using non-corrosive, safe, and low-cost materials
Tobias Janoschka, Norbert Martin, Udo Martin, Christian Friebe, Sabine Morgenstern, Hannes Hiller, Martin D. Hager, Ulrich S. Schubert
Nature
Vol.: 527, 78-81
DOI: 10.1038/nature15746

Bateria de fluxo térmica

Especial Armazenar o vento: Bateria de fluxo térmica

Redação do Site Inovação Tecnológica -  26/11/2015

Em termos conceituais, toda a energia produzida pode ser armazenada indefinidamente e utilizada mais tarde. [Imagem: Kelvin Randhir/Universidade da Flórida]

Especial Armazenar o vento: Tecnologias para serem levadas a sério

Armazenamento termoquímico

Nathan Rhodes, da Universidade Estadual do Oregon, nos EUA, descobriu uma nova abordagem para o armazenamento de energia térmica solar concentrada, uma abordagem que reduz o custo e torna o mecanismo mais prático para uso em larga escala.

O avanço é baseado no armazenamento termoquímico, no qual uma reação química é usada em ciclos repetitivos para manter o calor, dirigi-lo para acionar turbinas e gerar energia e, em seguida, reaquecer o material para continuar o ciclo.

O armazenamento termoquímico lembra uma bateria, na qual ligações químicas são utilizadas para armazenar e liberar energia, mas a diferença essencial é que a transferência de energia é baseada no calor, e não na eletricidade.

Bateria térmica

O sistema se baseia na decomposição reversível do carbonato de estrôncio em óxido de estrôncio e dióxido de carbono, o que consome energia térmica (carregamento). No ciclo de uso da energia (descarregamento), a recombinação do óxido de estrôncio e do dióxido de carbono libera o calor armazenado.

Em comparação com outras técnicas, o novo sistema tem a vantagem de permitir um aumento de 10 vezes na densidade de energia, tornando o equipamento muito menor e mais barato.

"Nesse tipo de sistema, a eficiência energética está estreitamente relacionada com o uso das temperaturas mais elevadas possíveis," explica o professor Nick Auyeung. "Os sais fundidos que estão sendo usados hoje para armazenarenergia termossolar só funcionam a cerca de 600º C, e também requerem grandes recipientes e materiais corrosivos. O composto que estamos estudando pode ser utilizado a até 1200º C, e pode ser duas vezes mais eficiente que os sistemas existentes.

E os materiais não são corrosivos e nem inflamáveis, e estão disponíveis industrialmente a custo razoável.

Especial Armazenar o Vento

Armazenar o vento: Tecnologias para serem levadas a sério Bateria Orgânica Bateria de fluxo térmica Especial Armazenar o vento: Bateria Orgânica com Água

Mais ciclos

Em termos conceituais, por este processo toda a energia produzida pode ser armazenada indefinidamente e utilizada mais tarde, quando a eletricidade for necessária. Alternativamente, uma parte da energia poderia ser utilizada imediatamente e o restante direcionado para armazenamento e uso posterior.

Em testes em escala de laboratório, o sistema funcionou bem por 45 ciclos de aquecimento e resfriamento, quando então o material começou a apresentar alterações químicas que reduziram sua eficiência.

Assim, mais pesquisas serão necessárias para identificar formas de reprocessar os materiais ou aumentar significativamente o número de ciclos que podem ser executados com essa bateria térmica.

Bibliografia:

Solar Thermochemical Energy Storage Through Carbonation Cycles of SrCO3/SrO Supported on SrZrO3
Nathan R. Rhodes, Amey Barde, Kelvin Randhir, Like Li, David W. Hahn, Renwei Mei, James F. Klausner, Nick AuYeung
ChemSusChem
Vol.: First published online
DOI: 10.1002/cssc.201501456

Bateria Orgânica com Água

Especial Armazenar o vento: Bateria Orgânica com Água

Redação do Site Inovação Tecnológica -  27/11/2015

Protótipo da bateria de fluxo orgânica, baseada apenas em materiais não tóxicos.[Imagem: Eliza Grinnell/Harvard Paulson School]

Especial Armazenar o vento: Tecnologias para serem levadas a sério

Bateria orgânica

Kaixiang Lin, da Universidade de Harvard, nos EUA, desenvolveu um novo tipo de bateria recarregável que pode tornar o armazenamento de eletricidade a partir de fontes de energia intermitentes, como a solar e a eólica, segura e barata, tanto para uso residencial como comercial.

Na operação da bateria, os elétrons são coletados e liberados por compostos químicos seguros, de baixo custo e abundantes - carbono, oxigênio, nitrogênio, hidrogênio, ferro e potássio - dissolvidos em água.

Os componentes ativos dos eletrólitos na maioria das baterias de fluxo são íons de metais como o vanádio dissolvido em ácido sulfúrico. Além de serem caros, corrosivos e difíceis de lidar, esses materiais são cineticamente lentos, o que talvez explique porque um conceito tão promissor quanto o das baterias de fluxo ainda não tenha sido largamente adotado.

Geração distribuída de energia

No ano passado, a mesma equipe havia apresentado uma bateria de fluxo orgânica na qual os metais foram substituídos por moléculas orgânicas (baseadas em carbono) chamadas quinonas, substâncias químicas naturais e abundantes, essenciais em processos biológicos como a fotossíntese e a respiração celular.

Mas as quinonas formavam apenas metade da bateria, seu eletrodo negativo, enquanto o lado positivo dependia de um eletrólito de bromo. Esse metal é usado em várias outras baterias, sendo razoável seu uso em ambiente industrial, por pessoal qualificado.

Especial Armazenar o Vento

Armazenar o vento: Tecnologias para serem levadas a sério Bateria Orgânica Bateria de fluxo térmica Bateria Orgânica com Água

Mas a toxicidade e a volatilidade do bromo depõem contra seu uso em ambientes residenciais, rumo àgeração distribuída de energia, na qual painéis solares ou turbinas eólicas residenciais geram durante o dia a energia que a família usará à noite.

Ferrocianeto

Agora, a equipe finalmente conseguiu substituir o bromo por íons de um ferrocianeto não-tóxico e não-corrosivo.

"Isso soa mal porque tem a palavra 'cianeto',", pondera o professor Michael Marshak. "O cianeto é letal porque se liga muito firmemente ao ferro do corpo humano. No ferrocianeto ele já está ligado ao ferro, por isso é seguro. Na verdade, o ferrocianeto é comumente usado como aditivo alimentar e também como fertilizante."

"Esta é a química que eu ficaria feliz em colocar no meu porão," disse seu colega Michael Aziz. "A não-toxicidade e materiais abundantes e baratos colocados em uma solução de água significa que é segura - ela não pega fogo - e isso é uma enorme vantagem quando você está armazenando grandes quantidades de energia elétrica em qualquer lugar perto das pessoas."

Bibliografia:

Alkaline quinone flow battery
Kaixiang Lin, Qing Chen, Michael R. Gerhardt, Liuchuan Tong, Sang Bok KimLouise Eisenach, Alvaro W. Valle, David Hardee, Roy G. Gordon, Michael J. Aziz, Michael P. Marshak
Science
Vol.: 349 no. 6255 pp. 1529-1532
DOI: 10.1126/science.aab3033
http://www.sciencemag.org/content/349/6255/1529.short

Amplificando a força da luz para estudar moléculas

Redação do Site Inovação Tecnológica -  27/11/2015

Ilustração do funcionamento da técnica de estudo das moléculas por meio da luz. [Imagem: N. Antille/EPFL]

Espalhamento Raman

Quando se trata de estudar moléculas individuais, os cientistas usam uma técnica chamada "espalhamento Raman reforçado por superfície", ou SERS, na sigla em inglês (Surface-Enhanced Raman Scattering).

Em termos simples, a SERS detecta as vibrações dentro dos átomos da molécula iluminada com um laser, que "responde" alterando a cor da luz refletida.

O "reforçado por superfície" refere-se à ação dos plásmons de superfícies, vibrações coletivas de elétrons que permitem lidar com objetos com dimensões muito menores do que o comprimento de onda da luz - e o comprimento da luz de um laser é cerca de mil vezes maior do que uma molécula.

Mas a sensibilidade da SERS é limitada à temperatura ambiente porque as moléculas vibram muito fracamente, o que reduz sua resposta óptica. E congelar as moléculas não é uma alternativa na maioria dos estudos de condições realísticas.

Amplificação dinâmica de ação reversa

Philippe Roelli, da Escola Politécnica Federal de Lausane, na Suíça, superou essa deficiência da técnica usando uma cavidade optomecânica, um dispositivo que explora a interação entre a luz e objetos mecânicos.

• A luz que move a matéria

A chave para superar a fraqueza das vibrações das moléculas foi encontrada numa nova técnica de aproveitamento dos plásmons de superfície, que exercem uma força sobre as vibrações da molécula testada, amplificando suas sacudidas.

"Assim, nós revelamos um mecanismo de reforço não considerado antes: a amplificação dinâmica de ação reversa das vibrações moleculares," escreve a equipe, que determinou as condições exatas necessárias para que esta força induzida pela luz aumente a amplitude das vibrações moleculares.

Aplicações práticas

O trabalho tem aplicações práticas significativas, não apenas nos laboratórios onde a técnica SERS é empregada, mas também em áreas que vão daplasmônica e da computação quântica, até as telecomunicações.

"O estudo abre novas direções de pesquisa no controle das vibrações moleculares com luz, com aplicações potenciais que vão desde a biologia e química até tecnologias quânticas," disse Roelli.

Bibliografia:

Molecular cavity optomechanics: a theory of plasmon-enhanced Raman scattering
Philippe Roelli, Christophe Galland, Nicolas Piro, Tobias J. Kippenberg
Nature Nanotechnology
Vol.: Published onlin
DOI: 10.1038/nnano.2015.264

Revestimento torna aço à prova de sujeira e de corrosão

Redação do Site Inovação Tecnológica -  27/11/2015

O aço repele qualquer líquido mesmo depois de riscado com uma ferramenta de diamante. [Imagem: Alexander B. Tesler et al. - 10.1038/ncomms9649]

Revestimento de tungstênio

Vários tipos de aços mais fortes e mais resistentes têm sido desenvolvidos ao longo dos últimos 50 anos.

Mas a superfície do aço se manteve praticamente inalterada, sujeita como sempre aos efeitos corrosivos da água, do sal e de materiais corrosivos e abrasivos.

Com isto se pode avaliar a importância de uma descoberta feita por Alexander Tesler e seus colegas da Universidade de Harvard, nos EUA, que torna o aço mais forte, mais seguro e com maior durabilidade.

A inovação veio na forma de um revestimento superficial extremamente resistente e feito de um material largamente disponível, o óxido de tungstênio.

Aço à prova de sujeiras e anticorrosão

Quando foi posto na forma de uma película com poros nanométricos, o óxido de tungstênio se transformou em uma película escorregadia com as melhores características anti-incrustante (antissujeira) e anticorrosivas já vistas.

O material é capaz de repelir qualquer tipo de líquido, mesmo depois de ter sofrido um intenso ataque estrutural com algumas das ferramentas mais duras que se conhece.

"Nosso aço escorregadio é várias ordens de magnitude mais durável do que qualquer material anti-incrustação desenvolvido antes," disse a professora Joanna Aizenberg, cuja equipe já desenvolveu uma série de materiais escorregadios e resistentes, incluindo supervidros, revestimentos "gelofóbicos",materiais anticongelamento, materiais adaptativos etc.

"Até agora, estes dois conceitos - durabilidade mecânica e anti-incrustação - eram antagônicos. Precisamos de superfícies texturizadas e porosas para dar resistência antissujeira, mas revestimentos nanoestruturados ásperos são intrinsecamente mais fracos do que seus análogos compactos. Esta pesquisa mostra que uma engenharia de superfície cuidadosa permite projetar um material capaz de realizar múltiplas funções, até mesmo funções conflitantes, sem degradação do desempenho," acrescentou a pesquisadora.

O revestimento foi aplicado em peças de aço dos mais diversos formatos, de placas a agulhas de seringa. [Imagem: Alexander B. Tesler et al. - 10.1038/ncomms9649]

Teste de tortura

Para fabricar o revestimento, Tesler usou uma técnica eletroquímica para crescer um filme ultrafino composto por minúsculas ilhas de óxido de tungstênio diretamente sobre a superfície de aço.

A resistência do aço revestido foi testada com uma pinça de aço inoxidável, chaves de fenda, gravadores com ponta de diamante e com jateamento com esferas de aço. Depois de cada teste de tortura, a equipe testava a propriedade antiumedecimento usando água, óleo, ácidos e até fluidos biológicos, contendo bactérias e sangue.

O material continuou a repelir todos os líquidos após cada um dos testes de tortura - na verdade, o aço revestido com o óxido de tungstênio nanoestruturado mostrou-se mais forte do que o aço original.

As possibilidades de aplicação do novo revestimento são virtualmente inumeráveis, em praticamente todos os setores da indústria. Mas vale destacar os equipamentos médicos, de implantes a bisturis, pela capacidade do material para repelir as sujeiras de natureza biológica, sobretudo as bactérias.

Bibliografia:

Extremely durable biofouling-resistant metallic surfaces based on electrodeposited nanoporous tungstite films on steel
Alexander B. Tesler, Philseok Kim, Stefan Kolle, Caitlin Howell, Onye Ahanotu, Joanna Aizenberg
Nature Communications
Vol.: 6, Article number: 8649
DOI: 10.1038/ncomms9649

Transistores

Transistores podem ser acessados à distância

Redação do Site Inovação Tecnológica -  25/11/2015

A equipe criou um novo método de acessar o interior de um transístor por meio de ondas de rádio - um acesso remoto. [Imagem: 10.1038/srep16812]

Leitura remota de transistores

Pode ser o sonho dos "espiões de estado" ou o pesadelo dos espionados - o fato é que engenheiros descobriram que é possível acessar "remotamente" os transistores usados nos chips, sem precisar nem tocar em seus terminais.

O "remotamente" é um tanto figurativo, já que a técnica exige uma película instalada logo acima do chip. Mas, com processamentos cada vez mais feitos na nuvem, sem que o usuário saiba onde está o processador, a possibilidade de exploração da técnica é real.

Shovon Pal e seus colegas da Universidade de Ruhr, na Alemanha, conseguiram acessar os transistores tirando proveito das camadas ultrafinas de elétrons que se formam no interior desses componentes eletrônicos e nas quais se baseia seu funcionamento.

Gases de elétrons 2D

Os elétrons que fluem no interior dos transistores têm características físicas tão especiais que os pesquisadores chamam seu conjunto de "gases de elétrons 2D".

A equipe demonstrou que esses gases podem ser controlados não apenas pela corrente elétrica normal, circulando dentro do chip, mas também por frequências de rádio.

"Um gás de elétrons 2D é como uma geleia. Se for aplicada eletricamente uma pressão sobre o gás a partir de cima, com uma frequência característica, são geradas oscilações na espessura e na densidade do gás," explica o professor Andreas Wieck, orientador do trabalho, esclarecendo que isto pode ser usado para ler ou alterar o dado sendo manipulado pelo componente.

Como a nuvem de elétrons no interior do transístor tem uma espessura de cerca de dez nanômetros, suas oscilações seguem as leis da mecânica quântica, o que significa que essas oscilações têm uma frequência específica - na faixa dos terahertz, ou 10¹² Hertz.

Assim, para manipulá-las, basta gerar uma onda com a frequência precisa, o que permitiu à equipe criar um novo método de acessar o interior de um transístor - um acesso remoto. O acesso foi feito por meio de ressonadores metálicos depositados na superfície do chip, cerca de 0,1 micrômetro acima dos transistores - essa distância é cerca de 10 vezes maior do que o tamanho de cada transístor individual.

Nas minúsculas dimensões de um transístor, os elétrons se comportam como se fossem as moléculas de um gás. [Imagem: Shovon Pal et al. - 10.1038/srep16812]

Sensores moleculares

Se os bisbilhoteiros vão tirar proveito ou não da nova técnica é algo que provavelmente nunca se saberá ao certo.

Mas a equipe afirma que há usos práticos muito interessantes para a leitura remota dos transistores, sobretudo na criação de sensores ultrassensíveis para aplicações químicas e ambientais.

Isto porque as oscilações das moléculas tipicamente acontecem justamente na faixa dos terahertz. Com transistores modificados, essas oscilações podem ser detectadas, o que resultaria em sensores capazes de reagir às frequências das moléculas dos gases ou líquidos que se queira detectar.

Bibliografia:

Ultrawide electrical tuning of light matter interaction in a high electron mobility transistor structure
Shovon Pal, Hanond Nong, Sergej Markmann, Nadezhda Kukharchyk, Sascha R. Valentin, Sven Scholz, Arne Ludwig, Claudia Bock, Ulrich Kunze, Andreas D. Wieck, Nathan Jukam
Nature Scientific Reports
Vol.: 5, Article number: 16812
DOI: 10.1038/srep16812

Exoesqueleto ajuda a andar e aumenta velocidade

Redação do Site Inovação Tecnológica -  24/11/2015

[Imagem: Hiroshima University]

Músculo artificial pneumático

Engenheiros japoneses criaram um novo tipo de exoesqueleto que dá suporte ao andar sem a necessidade de quaisquer dispositivos eletrônicos ou baterias.

O equipamento, chamado UPS (Unplugged Powered Suit) funciona com base em um novo tipo de músculo artificial pneumático, chamado PGM (Pneumatic Gel Muscle).

O exoesqueleto pode melhorar a qualidade de vida não apenas dos idosos e pacientes debilitados, mas também de pessoas saudáveis que gostam de atividades esportivas, que podem obter um impulso extra para aumentar a velocidade de suas corridas.

Sem baterias

O aparelho consiste em três partes: o atuador (músculo artificial), um compressor de ar para acionar o músculo artificial e os tubos de transmissão. Como a pressão do ar é baixa, o aparelho final ficou leve e flexível, sendo fácil de usar, sem provocar desconforto.

A bomba de ar é acionada ao pisar, de forma que o próprio movimento da pessoa fornece a energia de atuação, dispensando as mais tradicionais baterias.

"O exoesqueleto cobre a articulação do quadril e a bomba é acionada na contralateral. Este arranjo permite apoiar o movimento da coxa na fase de balanço," explica o professor Yuichi Kurita, da Universidade de Hiroshima.

Suporte ao movimento humano

Segundo Kurita, há duas aplicações principais para o exoesqueleto, uma voltada para diminuir a atividade muscular durante a corrida e outra para aumentar a velocidade do andar ou correr.

Numa e noutra função, as duas partes superiores do exoesqueleto devem ser reposicionadas conforme o músculo sobre o qual o aparelho deve agir. Só a bomba fica no calcanhar do pé do lado oposto ao músculo artificial - ou nos dois, em uma configuração completa.

"O exoesqueleto foi projetado para dar suporte ao movimento humano onde e quando necessário. Ele não contém quaisquer dispositivos pesados. Isso significa que nós podemos personalizar o exoesqueleto para necessidades específicas do usuário, tais como força muscular para atletas ou para reabilitação. No futuro, nós poderemos desenvolver roupas assistivas mais inteligentes, incluindo atuadores e sensores de vestir usando nossa técnica," disse o professor Kurita.

Embora ainda sem data marcada, há expectativas de que o exoesqueleto possa chegar ao mercado, uma vez que a pesquisa está sendo feita em parceria com a empresa Daiya Industry, que construiu o protótipo.

Primeira foto de um planeta em formação

Redação do Site Inovação Tecnológica -  23/11/2015

Imagem composta onde o azul representa o hidrogênio alfa, e o verde e o vermelho mostram os dados coletados pelo telescópio LBT nas bandas K e L. A parte cinza são imagens do disco protoplanetário já publicadas anteriormente, coletadas na faixa dos milímetros. [Imagem: Stephanie Sallum]

Planeta sendo formado

Astrônomos da Universidade do Arizona, nos EUA, acreditam ter fotografado um planeta em formação pela primeira vez.

A jovem estrela LkCa15 possui um disco de material ao seu redor que parece estar na transição entre poeira cósmica e planetas.

Apesar de a estrela estar localizada a 450 anos-luz da Terra, novas técnicas de observação conseguiram identificar as anomalias no disco protoplanetário que indicam a formação de um novo planeta.

O feito é considerável quando se leva em conta que, dos cerca de 2.000 exoplanetas conhecidos, apenas 10 foram fotografados diretamente até agora - e é muito mais fácil fotografar um planeta inteiro do que um "feto planetário".

"Ninguém havia conseguido detectar de forma inequívoca um planeta em formação antes", disse Stephanie Sallum, membro da equipe. "Sempre houve explicações alternativas, mas, neste caso, capturamos uma imagem direta, e é difícil de contestar isso."

Da teoria à observação

Discos protoplanetários formam-se em torno de estrelas jovens, consistindo praticamente no material que sobrou da formação da própria estrela.

Suspeita-se que os planetas se formem a seguir, no interior desse disco, a partir da aglomeração dessa poeira. Desta forma, um planeta nascente pode ser flagrado identificando faixas abertas no disco e, a seguir, procurando pelos seus primeiros blocos.

As observações da equipe dão suporte a essa teoria.

Isto exigiu o aprimoramento das técnicas de observação e dos instrumentos utilizados. Esses instrumentos incluem o Grande Telescópio Binocular, ou LBT, o maior telescópio do mundo atualmente, e do telescópio Magellan, no Chile, com seu sistema de óptica adaptativa, chamado Magao.

Hidrogênio alfa

A equipe conseguiu capturar a assinatura espectral do planeta conhecida como "hidrogênio alfa", o comprimento de onda específico de luz que a estrela LkCa 15 e seus planetas emitem à medida que crescem - na verdade, quase todas as estrelas jovens são identificadas pela sua luz hidrogênio alfa.

Quando objetos cósmicos estão se formando, eles ficam extremamente quentes. E como eles estão se formando a partir de hidrogênio, todos esses objetos brilham em vermelho escuro, o que os astrônomos chamam de H-alfa, um determinado comprimento de onda da luz. "É como um letreiro de néon, a forma como o gás néon brilha quando fica energizado", explica Laird Close, membro da equipe.

"Esse tom escuro único de luz vermelha é emitido tanto pelo planeta como pela estrela à medida que passam pelo mesmo processo de crescimento," acrescentou a pesquisadora Kate Follette. "Fomos capazes de separar a fraca luz do planeta da luz muito mais brilhante da estrela e ver que ambos estão crescendo e brilhando neste tom muito distinto de vermelho."

É esta cor tão distinta que a equipe afirma ser a prova definitiva de que um planeta está se formando.

• Astrônomos podem ter flagrado nascimento de planeta

Bibliografia:

Accreting protoplanets in the LkCa 15 transition disk
S. Sallum, K. B. Follette, J. A. Eisner, L. M. Close, P. Hinz, K. Kratter, J. Males, A. Skemer, B. Macintosh, P. Tuthill, V. Bailey, D. Defrère, K. Morzinski, T. Rodigas, E. Spalding, A. Vaz, A. J. Weinberger
Nature
Vol.: 527 (7578): 342
DOI: 10.1038/nature15761

Sinapse de grafeno imita neurônios e plasticidade

Redação do Site Inovação Tecnológica -  23/11/2015

A sinapse é totalmente reproduzida em um único componente. [Imagem: He Tian et al. - 10.1021/acs.nanolett.5b03283]

Componentes neuromórficos

Construir um computador que aprende e se lembra do passado como um cérebro humano é um desafio inatingível no horizonte visível da tecnologia atual.

Mas é uma fonte de inspiração que vale a pena usar.

Há poucos dias, por exemplo, uma equipe italiana mostrou que neurônios simulados em software são capazes de aprender a se comunicar em linguagemnatural.

Agora, He Tian e seus colegas da Universidade Tsinghua, na China, abriram o caminho para que se repitam feitos similares em hardware, o que é essencial no caminho rumo aos processadores neuromórficos.

A equipe desenvolveu uma sinapse artificial que imita a plasticidade dos neurônios biológicos, um dos elementos essenciais da simulação feita em software pela equipe italiana.

Como o outro elemento usado naquela simulação em software pode ser simulado por um transístor, a expectativa é que o novo componente sirva de fato como ponto de partida para a criação de circuitos neurais artificiais em hardware.

Sinapse sintética

Os pesquisadores chineses criaram a sinapse artificial usando óxido de alumínio e uma camada dupla e torcida de grafeno.

Aplicando diferentes tensões elétricas no componente, é possível controlar a intensidade da reação do componente receptor.

"Devido à condutância ambipolar do grafeno, tanto o comportamento da sinapse excitatória quanto da sinapse inibidora podem ser obtidos em um único dispositivo. Além disso, a plasticidade sináptica pode também ser modulada por meio do ajuste da densidade de portadoras no grafeno," escreve a equipe.

Os pesquisadores afirmam que esse sistema dinâmico pode servir de base para o desenvolvimento de circuitos capazes de aprendizagem, eventualmente servindo como uma alternativa aos memristores.

Plasticidade

Embora ainda não totalmente compreendida, a plasticidade do cérebro - a capacidade das células nervosas, sinapses e áreas cerebrais para se adaptarem de acordo com o uso - é essencial para o funcionamento de todo o órgão.

Essa flexibilidade e mutabilidade das sinapses, variando a qualidade e a quantidade das moléculas sinalizadoras liberadas em cada disparo, parece estar na base da capacidade dos neurônios para codificar memórias, aprender e até se curar de danos físicos.

• Processadores imprecisos a caminho dos cérebros artificiais

Bibliografia:

Graphene Dynamic Synapse with Modulatable Plasticity
He Tian, Wentian Mi, Xue-Feng Wang, Haiming Zhao, Qian-Yi Xie, Cheng Li, Yu-Xing Li, Yi Yang, Tian-Ling Ren
Nano Letters
Vol.: Article ASAP
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b03283

Wi-FM harmoniza sua rede Wi-Fi com a dos vizinhos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  24/11/2015

A Wi-FM usa o sinal de FM para ouvir a rede e selecionar os momentos mais tranquilos para transmitir.[Imagem: Marcel Flores]

Wi-Nada

Num minuto, sua internet sem fio está funcionando bem; no minuto seguinte, ela leva irritantes cinco segundos para carregar uma nova página.

Você tem várias alternativas em quem colocar a culpa, mas provavelmente se esquecerá do problema no minuto número três, quando as páginas voltarem a carregar rapidamente - ao menos até que o minuto número dois se repita.

"A maioria das pessoas acha que é um mistério. Elas ficam chateadas com seus roteadores, mas o que realmente está acontecendo é que um vizinho delas está assistindo Netflix," explica Aleksandar Kuzmanovic, da Universidade Northwestern, nos EUA.

O fato é que a internet dos seus vizinhos interfere fortemente com a sua, afetando a velocidade e o desempenho. A menos que uma casa esteja localizada no meio do nada, as redes Wi-Fi das casas vizinhas ficam trombando umas nas outras, impedindo que os dados cheguem ao destino conforme esperado. Isto é particularmente grave em grandes edifícios de apartamentos, onde muitas pessoas residem em uma área pequena.

Wi-FM

A boa notícia é que a solução já está caminho, pelas mãos de Kuzmanovic e seus colegas Marcel Flores e Uri Klarman.

A técnica, batizada de Wi-FM, permite que as redes sem fio comuniquem-se através de sinais de rádio FM para determinar o melhor momento para enviar os dados, evitando congestionamentos.

O trio concluiu que é uma boa opção usar os sinais de FM porque a maioria dos smartphones e outros aparelhos móveis já são fabricados com um chip FM embutido. Além disso, os sinais de FM atravessam paredes e prédios sem serem afetados, o que os torna muito confiáveis.

Para evitar que os dados de duas ou mais redes, quando são enviados ao mesmo tempo, colidam uns com os outros, a Wi-FM usa o sinal de FM para ouvir a rede e selecionar os momentos mais tranquilos para transmitir - o retardo mais do que compensa a perda dos sinais que ocorre nas redes Wi-Fi normais.

Sem negociações

A Wi-FM também identifica o padrão de uso das redes vizinhas, detectando momentos com tráfego mais leve e mais intenso, ajudando a harmonizar os sinais de Wi-Fi que estão trafegando no mesmo canal.

"Nosso sistema pode resolver esses problemas sem envolver pessoas reais," disse Kuzmanovic. "Por que você vai bater em 30 portas para coordenar sua rede sem fios com as redes dos seus vizinhos? Isso é um enorme problema de gestão que poderemos ignorar."

A equipe afirma que seriam necessárias pequenas atualizações de software para que os aparelhos móveis possam usufruir da Wi-FM.

Bibliografia:

Wi-FM: Resolving Neighborhood Wireless Network Affairs by Listening to Music
Marcel Flores, Uri Klarman, Aleksandar Kuzmanovic
IEEE IEEE International Conference on Network Protocols 2015
http://networks.cs.northwestern.edu/publications/wifm/icnp2015-flores.pdf

Circuito integrado para nanossatélites desenvolvido no Brasil

Com informações do Inpe -  20/11/2015

Circuito integrado, ampliado em 50x, contendo o subsistema de coleta de dados para uso em nanossatélites.[Imagem: CRN-INPE]

Transponder DCS

Engenheiros do INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) e da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), desenvolveram um receptor para uso em nanossatélites.

Os nanossatélites vêm apontando para uma verdadeira revolução na exploração espacial e no monitoramento da Terra graças à enorme redução de custos que eles representam em relação aossatélites artificiais tradicionais.

O novo receptor é um circuito conhecido como "transponder DCS", sigla em inglês para subsistema de coleta de dados.

O transponder DCS deve ser usado nos nanossatélites Conasat, uma constelação de seis nanossatélites para coleta de dados ambientais em desenvolvimento pelo INPE para gerar dados para o Sistema Brasileiro de Coleta de Dados Ambientais (SBCDA) - cada nanossatélite é um cubo com 20 centímetros de aresta, pesando cerca de oito quilogramas.

"A vantagem do projeto está na redução no tamanho e no consumo de energia e, também, no aumento da confiabilidade do transponder, uma vez que todo o receptor é fabricado em um único circuito integrado (CI) utilizando a mesma tecnologia", explica Manoel Mafra de Carvalho, do INPE.

Receptor

O receptor possui um amplificador de baixo ruído (LNA), misturadores e um sintetizador de frequências, fabricado em tecnologia CMOS 130 nm.

Devido ao alto ganho e baixo ruído oferecidos pelo amplificador, o receptor é compatível não apenas com o SBCDA, mas também com o padrão Nouvelle Génération (NG) do sistema franco-americano ARGOS-3.

"Foram fabricadas 25 amostras do circuito integrado contendo o receptor, das quais 10 foram encapsuladas para a etapa de testes que será iniciada em breve. Esta etapa visa catalogar as especificações do circuito integrado para posterior uso pelo INPE.

"Vale salientar que, apesar de ser um protótipo inicial, este trabalho representa um passo significativo na caminhada em direção à modernização dos satélites do SBCDA. Além disso, este projeto contribuiu com oportunidades à formação de projetistas de circuitos integrados no país", destacou Manoel.

O programa SBCDA atualmente funciona com dois satélites - SCD-1 (Satélite de Coleta de Dados 1) e SCD-2 - lançados na década de 1990, dos quais apenas um está totalmente operacional.

Como o Nordeste virou polo da energia eólica no Brasil

Com informações da BBC -  14/11/2015

A maior turbina eólica do mundo tem uma área total de cobertura pelo rotor de 18.600 metros quadrados.[Imagem: Siemens]

Energia para os ventos

Em menos de uma década, o Brasil passou de um país nulo em energia eólica para se tornar o 10º maior produtor do mundo - e, no centro desta mudança, a região Nordeste é protagonista.

Até 2006, a geração de eletricidade a partir do vento era inexpressiva no Brasil. Isso havia começado a mudar antes, em 2002, com o lançamento de um programa de incentivo a fontes de energia renovável pelo governo federal.

E ganhou força a partir de 2009, quando passaram a ocorrer leilões para a criação de usinas e a contratação do fornecimento desse tipo de energia, como o que foi realizado pela Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) nesta sexta-feira.

Mas a geração de energia eólica é alvo de críticos que veem prejuízos ambientais e privatização de áreas comunitárias para a criação dos parques. Além disso, ainda há dificuldades na transmissão da energia gerada até as linhas de distribuição.

Leilões de energia eólica e solar

Vinte projetos de geração de energia eólica foram contratados no 2º Leilão de Energia de Reserva 2015, realizado na última sexta-feira.

O leilão ainda contratou outros 33 empreendimentos de geração de energia solar.

Ao todo, estes projetos representam R$ 6,8 bilhões em investimentos em geração de energia solar e eólica no país nos próximos três anos. Eles serão construídos em nove Estados (BA, MG, PE, CE, TO, SP, RN, MA e PB).

Os projetos terão capacidade instalada de 548,2 megawatts, no caso da energia eólica, e 1.115 megawatts para a energia solar.

Com a disputa entre empresas, o valor da energia solar atingiu R$ 297,75/MWh, uma queda de 21% em relação ao preço inicial, de R$ 381,00/MWh. No caso da energia eólica, a redução foi de 4,5%. O preço ficou em R$ 203,46/MWh, diante de um valor inicial de R$ 213,00/MWh.

Os empreendimentos entrarão em operação a partir de 1º de novembro de 2018, com prazo contratual de 20 anos de fornecimento.

O ruído das turbinas eólicas é um grande problema para as populações locais, sendo um entrave para a instalação de fazendas eólicas em áreas mais densamente povoadas. [Imagem: WindTrust Project]

Energia eólica no Brasil

Há hoje no país 322 usinas, com capacidade de produção de 8,12 gigawatts, o equivalente à usina hidrelétrica de Tucuruí, no Pará, a segunda maior em operação no Brasil, segundo a Associação Brasileira de Energia Eólica (Abeeólica). Essa fonte de energia responde atualmente por 5,8% da matriz nacional e abastece 6 milhões de residências.

De acordo com o Conselho Global de Energia Eólica, o Brasil tem a 10ª maior capacidade de geração do mundo e, em 2014, foi o quarto que mais ampliou esse potencial, atrás de China, Alemanha e Estados Unidos.

Essa transformação fez do Nordeste o polo da energia eólica no Brasil: a região responde por 75% da capacidade de produção nacional (o restante se concentra no Sul do país) e 85% da energia gerada de fato no país por essa fonte. Dos cinco maiores Estados produtores, quatro são da região: Rio Grande do Norte, Ceará, Bahia e Piauí - o Rio Grande do Sul completa a lista.

Projetos inovadores de turbinas gêmeas para pontes e viadutos prometem diminuir o custo das instalações. [Imagem: José Antonio Peñas/Sinc]

Nordeste eólico

O que torna o Nordeste tão atraente para esse tipo de atividade?

Trata-se de uma vocação natural da região, segundo o ministro de Minas e Energia, Eduardo Braga, opinião compartilhada por especialistas.

"O vento brasileiro está predominantemente localizado na parte setentrional do Nordeste, com potencial identificado de 300 gigawatts," disse Braga à BBC Brasil. "Esse potencial tem-se revelado cada vez mais eficiente, levando a um investimento significativo nessa região."

Élbia Gannoum, presidente da Abeeólica, explica que, enquanto a média de produtividade de um gerador eólico é de 28% a 30% no mundo e supera 50% no Brasil, este índice atinge picos de 83% no Nordeste.

"Além de ter uma velocidade bem superior à necessária para geração de energia, o vento na região é unidirecional e estável, sem rajadas. Isso significa que a energia é produzida o tempo todo," afirma Gannoum. "Este tipo de vento vem do Atlântico e chega a mais três outros países: Etiópia, Venezuela e Somália. Mas eles não têm parques eólicos para aproveitá-lo."

Em regiões de menos ventos, a saída pode ser o uso de turbinas eólicas voadoras. [Imagem: Altaeros Energies]

Maurício Tolmasquim, presidente da Empresa de Pesquisa Energética (EPE), que é vinculada ao Ministério de Minas e Energia, afirma que a produção eólica faz do Brasil e, por consequência, do Nordeste, um "caso de sucesso em energia eólica no mundo" que seria estudado "por países da Europa, como a Alemanha, e outros da América Latina".

"Fui convidado para integrar a mesa de abertura do seminário da associação europeia de energia eólica. Será emblemático ter um brasileiro participando de um evento feito por europeus e para europeus. Isso mostra o interesse do mundo por nós," disse Tolmasquim.

Tecnologia eólica

Avanços tecnológicos também contribuíram para tornar o processo mais competitivo no Brasil. Nos últimos dez anos, as torres de geradores ficaram mais altas, passando de 50 metros para os 100 a 120 metros atuais, o que permite captar ventos mais velozes. Ao mesmo tempo, a potência das máquinas triplicou, alcançando 3 megawatts.

• Maior turbina eólica do mundo tem 154 metros

Os geradores mais eficientes reduziram o custo da energia eólica. Hoje, o preço médio é 45% menor do que há dez anos, fazendo com a eólica seja a segunda energia mais barata no país, só atrás da hidrelétrica.

A estrutura do maior gerador eólico do mundoequivale a dois apartamentos de três quartos - cada um com um pé-direito de 8 metros. [Imagem: Vestas]

Ventos contrários

Especialistas apontam, no entanto, problemas e desafios para a expansão da geração de energia eólica no Nordeste. Jorge Antônio Villar, coordenador do Centro de Energia Eólica da PUC-RS, alerta ser preciso ter atenção aos prejuízos ambientais que ela pode causar.

"Estudos realizados no Ceará mostram que os parques instalados no Estado desestruturaram a dinâmica ambiental e ecológica de dunas locais, além de privatizarem áreas localizadas entre comunidades litorâneas e as praias sobre as quais elas tinham direito natural", afirma Villar. "O crescimento da atividade deveria contar com uma maior preocupação relativa aos métodos e procedimentos e uma avaliação mais rigorosa dos impactos socioambientais."

Outro aspecto diz respeito à infraestrutura. O ritmo de expansão de parques e usinas não tem sido acompanhado na mesma medida pela construção de linhas de transmissão para levar esta energia até a população.

Em 2014, uma auditoria do Tribunal de Contas da União estimou que a falta de linhas impediu, entre julho de 2012 e dezembro de 2013, que 48 parques e usinas no Rio Grande do Norte e na Bahia escoassem sua produção, gerando um prejuízo de R$ 929 milhões.