Informática

Celular flexível permite dobrar os aplicativos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  17/02/2016

A possibilidade de dobrar o aparelho adiciona uma gama totalmente nova de interações. [Imagem: HML/Queensu]

Esticando o estilingue

Aí está o ReFlex, o primeiro smartphone realmente flexível, que permite que os usuários literalmente dobrem seus aplicativos.

"Quando um usuário joga Angry Birds no ReFlex, ele dobra a tela para esticar o estilingue. À medida que a borracha estica, o usuário experimenta vibrações que simulam as de um elástico de verdade esticando. Quando é liberada, a borracha estala, dando uma sacudidela no telefone e mandando o pássaro voando pela tela," explica o professor Roel Vertegaal, da Universidade de Queens, no Canadá.

Apesar de ser um protótipo, além de flexível o aparelho já conta com uma tela comercial de alta resolução e sensível ao toque, comunicação sem fios completa e todos os sensores para aproveitar suas flexibilidades e curvaturas.

Novas interações

A possibilidade de dobrar o aparelho adiciona uma gama totalmente nova de interações.

Ao ler um texto, por exemplo, as páginas podem ser viradas no modo tradicional, com a passagem dos dedos sobre a tela, ou simplesmente dobrando o celular levemente, como se faz com um livro ou revista.

"Os usuários podem sentir a sensação da página se movendo através de seus dedos por meio de uma vibração do telefone. Isso permite a navegação sem mexer os olhos, tornando mais fácil para os usuários manter o controle de onde eles estão em um documento," disse o professor Vertegaal.

[Imagem: HML/Queensu]

Vibrações e fricções

O celular flexível é baseado em uma tela de OLEDs flexíveis de 720p, fabricada pela LG. O hardware principal fica ao lado, podendo ser vistos nas fotos, no pequeno bolso à direita. O aparelho roda Android 4.4.

Sensores de dobra atrás da tela detectam a força com que o usuário flexiona o aparelho e disponibilizam as informações para que os aplicativos possam usá-las.

O feedback também avança muito em relação às simples tremidas, gerando vibrações capazes de simular força e fricção.

Isto, segundo a equipe, permite uma simulação altamente realista de forças físicas quando se interage com objetos virtuais.

Apesar dos progressos, o professor Vertegaal afirma que os smartphones flexíveis e dobráveis levarão pelo menos cinco anos para chegar às mãos dos consumidores.

Robótica

Uma Olimpíada para tecnologias assistivas e robóticas

Redação do Site Inovação Tecnológica -  18/02/2016

A competição deverá ser realizada em Outubro, na Suíça.[Imagem: ETH Zurich/Alessandro Della Bella]

Competição assistiva

Pesquisadores do Instituto Federal de Tecnologia da Suíça (ETH) lançaram uma competição em estilo olímpico que promete dar um novo impulso às tecnologias assistivas.

O objetivo é demonstrar e comparar os últimos avanços em próteses robóticas, membros artificiais e interfaces cérebro-computador que possam ajudar as pessoas com deficiências a desempenhar suas tarefas do dia a dia.

São esperadas inscrições de equipamentos como próteses, exoesqueletos, cadeiras de rodas, estimulação elétrica funcional e interfaces cérebro-computador para controlar qualquer equipamento.

As competições vão incluir pistas para caminhar e correr e subir escadas com cadeiras de rodas, mas também instalações para atividades corriqueiras, como cortar um pão, colocar roupas no varal, tomar um copo de café e sentar-se à mesa.

Cybathlon

A ideia da competição, batizada de Cybathlon, foi de Robert Riener (ETH), Ronald Triolo (Universidade Case Western - EUA) e Kyu Jin Cho (Universidade Nacional de Seul - Coreia).

O trio espera a participação de soluções de todos os tipos, mas está particularmente entusiasmado com equipamentos controlados através de implantes diretos nos músculos ou nos nervos, as chamadas neuropróteses.

Mais informações, além das condições para inscrições, podem ser obtidas no site do Cybathlon 2016, no endereço www.cybathlon.ethz.ch.

Espaço

Observatório Astro-H vai estudar universo extremo

Redação do Site Inovação Tecnológica -  18/02/2016

A 580 km de altitude, o telescópio de raios X vai estudar alguns dos eventos mais energéticos do cosmos. [Imagem: Akihiro Ikeshita/JAXA]

Telescópio de raios X

A Agência de Exploração Aeroespacial do Japão (JAXA) lançou o mais avançado telescópio espacial dedicado à astronomia de raios X, o ASTRO-H.

O observatório deverá trazer novas informações e detalhamentos sobre corpos celestes muito massivos, como aglomerados de galáxias, e eventos cósmicos de alta energia, que vêm sendo classificados genericamente como buracos negros.

Para se ter uma ideia da importância desses detalhamentos e das informações que eles podem trazer, a recente descoberta das ondas gravitacionais foi atribuída à fusão de dois buracos negros. Contudo, o telescópio Fermi, da NASA, observou uma erupção de raios gama na mesma região apenas 0,4 segundo depois da detecção das ondas gravitacionais - e uma explosão de raios gama é incompatível com a fusão de buracos negros.

O Astro-H poderá trazer novas informações sobre o que há realmente lá e o que está acontecendo durante esses eventos extremos.

Com 14 metros de comprimento, 9 de largura e 2,7 toneladas de peso, o Astro-H ficará em órbita da Terra a 580 quilômetros de altitude.

Fontes de raios X

O telescópio Astro-H é equipado com quatro instrumentos que cobrem uma ampla gama de energias, da baixa energia, ou raios X moles, ao redor 300 elétron-volts (eV), até os raios gama moles, ao redor de 600.000 eV. Para comparação, a energia da luz visível se estende entre cerca de 2 a 3 eV.

O observatório também leva dois telescópios de raios X duros e suas câmeras associadas, que geram imagens da luz de 5.000 a 80.000 eV, e dois detectores de raios gama moles, sensíveis à luz de 60.000 a 600.000 eV, mas não produzem imagens.

"Nós vemos raios X emitidos por fontes em todo o universo, onde quer que as partículas da matéria alcancem energias suficientemente altas. Estas energias surgem em uma variedade de situações, incluindo explosões estelares, campos magnéticos extremos ou gravidade forte, e os raios X nos permitem investigar aspectos destes fenômenos que são inacessíveis aos instrumentos de observação em outros comprimentos de onda," disse Robert Petre, do Centro de Astrofísica Goddard, da NASA, responsável pela construção de um dos instrumentos a bordo do telescópio japonês.

O ASTRO-H é capaz de observar fontes de raios X mais de 10 vezes mais fracas do que seu antecessor, o observatório Suzaku, que funcionou de 2005 a 2015. Para isso, o ASTRO-H usa quatro telescópios de raios X alinhados e um conjunto de instrumentos que oferece cobertura simultânea em toda a gama de energia do observatório.

Instrumentos do telescópio de raios X - 1 keV equivale a 1.000 elétron-volts. [Imagem: JAXA/NASA Goddard Center]

Microcalorimetria e cores dos raios X

Os astrônomos geralmente aprendem sobre a composição, temperatura e movimentos das fontes cósmicas dispondo os comprimentos de onda observados em um espectro, similar a um arco-íris. Os astrofísicos, por sua vez, desenvolveram uma abordagem alternativa para a medição das "cores" dos raios X, chamada microcalorimetria, que produz uma resolução espectral sem precedentes sem diluir sua intensidade, como acontecia com as técnicas anteriores.

Um dos telescópios do Astro-H capta os raios X moles e os focaliza em uma câmera, enquanto outro direciona a luz para o Espectrômetro de Raios X Moles (SXS), que mede o calor gerado quando as partículas de luz, os fótons, atingem o detector. O SXS determina com precisão a energia de fótons de raios X individuais medindo o pequeno aumento da temperatura induzido por cada um.

Como essas alterações de temperatura são muito pequenas, o detector é resfriado a -273,1º C, uma fração de grau acima do zero absoluto. Graças a uma série de invólucros de vácuo aninhados, chamados frascos de Dewar - os mais simples desses frascos são conhecidos como garrafas térmicas - um depósito de hélio líquido superfrio e uma sequência de refrigeradores mecânicos e magnéticos, espera-se que esse instrumento funcione por pelo menos três anos.

Energia

Nanogerador de celulose para aplicar remédios

Redação do Site Inovação Tecnológica -  19/02/2016

Uma pequena fita do material, pressionada manualmente, gera energia suficiente para acender instantaneamente mais de 20 LEDs. [Imagem: Alam/Mandal - 10.1021/acsami.5b08168]

Remédio na hora certa

A ideia de dispositivos eletrônicos para liberar medicamentos com hora marcada é promissora porque tomar os remédios na hora certa é imprescindível para que eles façam seu efeito - seja em casa ou no hospital.

O problema é que esses implantes precisam de energia, e o acréscimo de uma bateria destrói qualquer tentativa de fabricar dispositivos flexíveis, fáceis de usar e biocompatíveis - sem contar a dificuldade de miniaturização.

Um nanogerador elétrico flexível e feito de celulose pode ser a resposta para todos esses problemas.

Nanogerador de celulose

Nanogeradores são equipamentos que geram eletricidade a partir de vibrações do ambiente. No corpo humano, eles geram energia a partir dos movimentos, das batidas do coração, da respiração e até mesmo do fluxo sanguíneo.

A grande novidade é um nanogerador feito de celulose, um biopolímero que elimina as restrições dos nanogeradores atuais, geralmente feitos de materiais piezoelétricos, embora tenha havido grande esforço em busca dosnanogeradores biocompatíveis.

Mehebub Alam e Dipankar Mandal, da Universidade Jadavpur, na Índia, construíram seu nanogerador misturando a celulose com o tipo de silicone usado nos implantes de mama (polidimetilsiloxano) e com nanotubos de carbono.

Eficiência surpreendente

A eficiência do nanogerador foi surpreendente, com uma pequena fita do material, pressionada manualmente, gerando energia suficiente para acender instantaneamente mais de 20 LEDs.

Esse rendimento abre caminho para a utilização do nanogerador em outras aplicações, não tão exigentes quanto à biocompatibilidade. Por exemplo, os pesquisadores usaram-no para carregar capacitores empregados para alimentar uma calculadora, uma pequena tela LCD e um relógio de pulso.

Bibliografia:

Native Cellulose Microfiber-Based Hybrid Piezoelectric Generator for Mechanical Energy Harvesting Utility
Md. Mehebub Alam, Dipankar Mandal
ACS Applied Materials & Interfaces
Vol.: 8 (3), pp 1555-1558
DOI: 10.1021/acsami.5b08168

Robótica

Terceiro braço robótico cria baterista ciborgue

Redação do Site Inovação Tecnológica -  19/02/2016

O estudante Tyler White virou um baterista ciborgue, criando o que o professor Gil Weinberg (à direita) chama de um "ser humano aumentado". [Imagem: Georgia Tech]

Seres humanos aumentados

Um braço robótico que pode ser usado por uma pessoa normal está permitindo que bateristas toquem com três braços.

O "braço inteligente", medindo 60 centímetros de comprimento, é fixado ao ombro do músico e responde aos seus gestos e à música que ele toca.

O membro robótico é um aprimoramento de um músico ciborgue que a mesma equipe apresentou em 2014, mas que, até então, só tocava solo.

Para o que serve?

O professor Gil Weinberg, do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos EUA, diz que o objetivo é ampliar os limites das tarefas que os seres humanos podem fazer.

"Se você ampliar a capacidade dos seres humanos com uma robótica inteligente de vestir eles poderão interagir com seu ambiente de uma forma muito mais sofisticada. O terceiro braço proporciona uma experiência muito mais rica e criativa, permitindo que o ser humano toque muitos tambores simultaneamente com um virtuosismo e sofisticação que não seriam possíveis de nenhuma outra forma," disse ele.

Braço robótico adicional

O braço robótico é considerado "inteligente" por vários motivos.

Primeiro, ele sabe o que tocar ouvindo a música. Ele improvisa com base na batida e no ritmo. Por exemplo, se o músico toca lentamente, o braço retarda o ritmo. Se o baterista acelera, ele toca mais rápido.

Outro aspecto da inteligência artificial é saber onde o braço e a baqueta estão localizados a cada momento, onde os tambores e pratos estão, e a direção e proximidade dos braços humanos.

Quando o robô se aproxima do instrumento, ele usa acelerômetros para detectar a distância. Motores garantem que a baqueta estará sempre paralela à superfície a ser tocada, permitindo-lhe subir, baixar ou girar para assegurar o contato contínuo com o tambor ou prato.

O braço se move naturalmente com gestos suaves porque foi programado usando a tecnologia de captura de movimentos humanos.

Braço robótico controlado pelo cérebro

O próximo passo, conta Weinberg, será controlar os movimentos do braço robótico pela atividade do cérebro.

A equipe já está fazendo testes com um aparelho de eletroencefalograma que detecta os padrões cerebrais do baterista. Eles esperam identificar padrões que permitam fazer o braço robótico reagir quando o músico simplesmente pensar sobre mudar o ritmo ou o instrumento.

Informática

Disco óptico 5D para guardar a história pela eternidade

Redação do Site Inovação Tecnológica -  17/02/2016

Protótipo de disco óptico com armazenamento 5D, decorado externamente para mostrar seu conteúdo - A Declaração Universal dos Direitos Humanos. [Imagem: University of Southampton]

Dados pentadimensionais

Há alguns anos, pesquisadores australianos criaram um disco óptico que armazena dados em cinco dimensões.

Além das três dimensões tradicionais no interior do material transparente, foram adicionadas uma dimensão espectral - ou de cor - e uma dimensão de polarização da luz. O resultado é a possibilidade de gravar várias informações na mesma área do disco.

Pouco depois, uma equipe da Universidade de Southampton, no Reino Unido, desenvolveu píxeis 3D - chamados "voxels" - que simplificaram ainda mais atécnica de armazenamento 5D, que passou a depender de um único laser para funcionar.

Eles vêm incrementando o dispositivo desde então, e agora apresentaram seus mais recentes protótipos, bem mais promissores do que sua memória de cristal capaz de guardar dados para sempre.

O armazenamento em 5D agora já conta com discos de vidro padronizados, com capacidade de 360 terabytes (TB) cada um.

Memórias eternas

A equipe não aposta só na capacidade e densidade de armazenamento: seus discos apresentam estabilidade termal até 1.000º C e um tempo de vida praticamente ilimitado a temperatura ambiente.

A 190º C, as extrapolações indicam que cada disco pode durar pela idade do Universo (13,8 bilhões de anos). Outras versões de memórias "eternas" não prometem mais do que 1 bilhão de anos - obviamente, sem contar os cristais do tempo, que poderão sobreviver ao fim do Universo.

Isso abre um novo capítulo no armazenamento digital de dados, com memórias virtualmente "eternas". "A tecnologia poderá ser incrivelmente útil para organizações com grandes arquivos, como arquivos nacionais, museus e bibliotecas, para preservarem suas informações e registros," escreve a equipe do professor Jingyu Zhang.

As demonstrações anteriores, feitas há cerca de dois anos, mostravam discos gravados com a tecnologia 5D contendo arquivos texto de 300 kb. Agora já há discos contendo a Bíblia inteira, além de documentos históricos, livros de Newton, a Declaração Universal dos Direitos Humanos e outros documentos.

Armazenamento 5D

Os dados são gravados no disco de vidro usando um laser ultrarrápido, que gera pulsos com duração de poucos femtossegundos.

O laser registra os dados em três camadas de pontos nanoestruturados no interior do material - os voxels -, cada um a uma distância de cinco micrômetros dos seus vizinhos.

As nanoestruturas alteram a forma como a luz usada na leitura viaja através do vidro, modificando sua polarização. A luz é lida por uma combinação de um microscópio óptico e um polarizador, semelhante aos existentes nos óculos de sol polarizados.

A equipe agora está procurando parceiros na indústria que possam transformar tudo em um equipamento de tamanho razoável e colocar o armazenamento 5D no mercado.

Bibliografia:

5D Data Storage by Ultrafast Laser Writing in Glass
Jingyu Zhang, Aura Cerkauskaite, Rokas Drevinskas, Aabid Patel, Martynas Beresna, Peter G. Kazansky
SPIE Photonics West Proceedings
Vol.: 9736-29

Mecânica

Reinventado, carro a hidrogênio tem autonomia de 480km

Com informações da New Scientist -  19/02/2016

Por ter nascido a hidrogênio, o Rasa exige 10 vezes menos potência das células a combustível. [Imagem: Anthony Dawton/Riversimple/Divulgação]

Pegando novas rotas

Os EUA e a Europa investiram bilhões de dólares e euros nos últimos anos em pesquisa e desenvolvimento com o objetivo de usar o hidrogênio como combustível para automóveis.

Apesar dos esforços, os resultados não têm aparecido, com a colocação dascélulas de combustível a hidrogênio nos carros mostrando-se mais difícil do que se imaginava a princípio.

Assim, quando um enfoque não dá certo, talvez seja melhor rever o plano.

É o que está fazendo a emergente Riversimple, do Reino Unido.

Em vez de inserir o tanque de hidrogênio, as células a combustível e os motores elétricos dentro de um carro tradicional, o engenheiro e empresário Hugo Spowers pegou esse conjunto propulsor, viu o que ele poderia fornecer em termos de desempenho e autonomia, e projetou um carro totalmente novo ao seu redor.

O resultado é o Rasa, que não impressiona pela beleza, mas é capaz de rodar 480 km sem reabastecimento - mais do que a maioria dos veículos híbridos e elétricos atuais - porque nasceu muito leve, exigindo 10 vezes menos potência das células a combustível.

[Imagem: Riversimple/Divulgação]

Freios eletrizantes

Como todo carro elétrico, o Rasa mostra vigor na aceleração, mas as novidades tecnológicas se mostram na hora de usar os freios. Em lugar dos tradicionais freios a fricção, a disco ou a tambor, o carro possui freios inteiramente elétricos.

Quando se aperta o pedal do breque o que ocorre é uma reversão nos motores elétricos - são quatro, um em cada roda. Além de diminuir a velocidade, isso transforma os motores em geradores, levando ao extremo o princípio dafrenagem regenerativa - há também um freio a fricção de segurança, que pode ser acionado em situações de emergência.

Toda a energia cinética do veículo é transformada em eletricidade, que é armazenada em um supercapacitor, uma espécie de bateria capaz de liberar grandes quantidades de energia muito rapidamente. Essa energia extra é usada nas acelerações, já que a produção da célula a combustível é contínua e suave, mais afeita às velocidades de cruzeiro.

Enquanto um carro como o Toyota Prius recupera cerca de 10% da energia cinética em seu sistema de freio regenerativo, o Rasa aproveita 50%.

O veículo impressiona pela tecnologia, mas a beleza talvez tenha ficado guardada no porta-malas. [Imagem: Anthony Dawton/Riversimple/Divulgação]

Infraestrutura de hidrogênio

Um dos grandes entraves da adoção do hidrogênio como combustível automotivo é o tanque, que precisa ser grosso e pesado demais porque as moléculas de hidrogênio são pequenas e atravessam qualquer material. Mas o novo protótipo conseguiu uma autonomia maior por peso do que veículos que usam baterias de íons de lítio.

Contudo, enquanto os veículos elétricos já dispõem de tomadas por todo lugar, onde podem se recarregar, os veículos a hidrogênio ainda dependerão da criação de postos de hidrogênio - e encher o tanque de hidrogênio pode ser complicado.

Eletrônica

Calor transportado por 1 metro esfria chips a distância

Redação do Site Inovação Tecnológica -  15/02/2016

Ilustração artística do calor quanticamente limitado transportado por longas distâncias usando fótons de micro-ondas. [Imagem: Heikka Valja]

Transporte de calor

Em um avanço marcante em física, pesquisadores da Universidade de Aalto, na Finlândia, conseguiram transportar o calor com eficiência máxima a uma distância 10.000 vezes maior do que a que já havia sido conseguida.

Isso significa que o aparato de dissipação de calor pode ficar distante do local onde o calor é gerado - o dissipador e o exaustor podem ficar longe do processador, por exemplo.

Além disso, a técnica permitirá a utilização de metais comuns juntamente com supercondutores, tudo no mesmo chip, o que dará um novo impulso à construção de processadores quânticos, nos quais o calor é sinônimo de "ruído", que faz os qubits perderem seus dados.

E inúmeras outras aplicações são possíveis.

"A longa distância alcançada pelos nossos experimentos pode, por exemplo, levar à construção de motores de calor mesoscópicos de eficiência total, com promissoras aplicações práticas," disse o professor Mikko Mottonen, cuja equipe já havia tirado proveito de técnicas especiais de resfriamento para criar nós quânticos.

Transmissão de calor a distância

Nos experimentos, o calor foi transmitido com eficiência a uma distância de até 1 metro, uma enormidade para todas as aplicações quânticas e longe o suficiente para permitir aplicações em macroescala.

"Para os processadores de computador, um metro é uma distância extremamente longa. Ninguém pensa em construir um processador tão grande," disse Mottonen.

O que é inovador no trabalho é a utilização de fótons - partículas de luz - para transferir calor. Nada exatamente radical, já que são fótons que trazem o calor do Sol para a Terra, mas, até hoje, a tecnologia vinha utilizando elétrons.

"Nós conseguimos esta melhoria de quatro ordens de grandeza na distância utilizando fótons de micro-ondas viajando em linhas de transmissão supercondutoras. Assim, parece que a condução de calor quanticamente limitado não tem distâncias máximas fundamentais. Este trabalho estabelece a integração de componentes de metal normal no quadro do circuito de eletrodinâmica quântica, que está na base do computador quântico supercondutor," escreveu a equipe.

Bibliografia:

Quantum-limited heat conduction over macroscopic distances
Matti Partanen, Kuan Yen Tan, Joonas Govenius, Russell E. Lake, Miika K. Makela, Tuomo Tanttu, Mikko Mottonen
Nature Physics
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nphys3642
http://arxiv.org/abs/1510.03981

Mecânica

Didímio metálico é produzido no Brasil

Redação do Site Inovação Tecnológica -  15/02/2016

Didímio metálico (Nd e Pr) produzido no IPT - o material é a base dos superímãs de terras raras. [Imagem: IPT]

Ímãs de terras raras

Uma tecnologia que permitiu obter didímio metálico pela primeira vez no país foi desenvolvida por pesquisadores do IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo).

O didímio é uma liga metálica constituída dos elementospraseodímio e neodímio, elementos das terras raras. Ele é a base para a fabricação de superímãs usados em turbinas eólicas, motores para veículos elétricos e discos rígidos de computador, entre vários outros.

"A obtenção do didímio mostra que é possível, num futuro breve, a sua produção em escala industrial, contribuição definitiva para completar a cadeia dos ímãs de alto desempenho, peças-chave nas turbinas eólicas e carros elétricos, mas também necessários em dispositivos eletrônicos.

"A ideia é que se tenha no país domínio tecnológico de toda a cadeia produtiva dos ímãs permanentes, desde a extração mineral das terras raras até a fabricação dos ímãs," afirmou João Batista Neto, coordenador do projeto.

Didímio

O projeto é fruto de uma parceria do IPT com a mineradora CBMM (Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração), líder mundial na produção de nióbio, metal que é extraído de uma mina situada em Araxá (MG).

Além de nióbio, a reserva mineral possui alto teor de terras raras, que estão sendo concentradas em uma planta-piloto construída pela empresa. Entre os produtos já separados está o óxido de didímio.

O elo que faltava para dar andamento à produção dos superímãs era justamente a redução do óxido de didímio em metal, gerando o didímio metálico.

Para obter o material, a equipe do IPT desenvolveu um processo que usa reatores nos quais é feita a redução do óxido, retirando o oxigênio e deixando o didímio metálico purificado.

Com previsão de término para junho de 2016, o projeto agora se concentrará na otimização dos parâmetros de operação e controle do nível de pureza do didímio, já com vistas ao escalonamento do processo para escala industrial.

A seguir, a intenção é purificar o didímio e desenvolver a produção do neodímio metálico.

Eletrônica

Da química da luz aos computadores quânticos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  16/02/2016

Nessa termodinâmica da luz, os fótons são manipulados como as moléculas dentro dos circuitos microfluídicos. [Imagem: M. Hafezi et al. - 10.1103/PhysRevB.92.174305]

Controles de fluxo

Ao lidar com a matéria, existem alguns "botões de controle" muito interessantes.

Gire o botão de controle da temperatura, por exemplo, e a matéria passa de uma fase para outra. Gire o botão do potencial elétrico, e cria-se um fluxo de cargas de um ponto a outro.

Outro fluxo importante é o chamado potencial químico, que controla a energia potencial absorvida ou emitida por um sistema durante as reações químicas. Gire o botão do potencial químico e você gera um fluxo de partículas, permitindo que diferentes átomos se reorganizem, mudando de parceiros, sem afetar o número total de átomos.

Mas será que existe um potencial químico para a luz? E se existir, um desequilíbrio no potencial químico para a luz resultaria em um fluxo de fótons?

Potencial químico para a luz

Em princípio a resposta parece ser não, uma vez que as partículas de luz, os fótons, são regularmente absorvidos quando interagem com a matéria. Assim, o número de fótons presentes não é preservado, como ocorre nas reações químicas.

Mas experimentos recentes têm demonstrado que, sob condições especiais, o número de fótons pode ser conservado, abrindo caminho para a utilização do conceito de potencial químico para a luz.

Uma demonstração experimental pioneira do potencial químico para a luz foi realizada na Universidade de Bonn (Alemanha) em 2010, quando foi criado umsuperfóton, essencialmente uma nova forma de luz.

Agora, uma equipe da Universidade de Maryland, nos EUA, desenvolveu uma descrição teórica generalizada do potencial químico para a luz - representado pela letra grega μ - que mostra como μ pode ser controlado e aplicado em um vasto número de áreas de pesquisa da física.

Química da luz e computadores quânticos

A abordagem genérica para o potencial químico da luz foi estruturada usando um microcircuito lógico no qual os fótons são liberados à vontade em uma matriz de linhas de transmissão.

O dispositivo é do mesmo tipo dos circuitos microfluídicos usados na construção dos biochips, uma ideia que já vinha sendo explorada para criar uma linguagem de programação para automatizar a química. A diferença é que, em vez de moléculas de líquidos interagindo, são fótons que interagem com uma rede de circuitos sintonizáveis, permitindo controlar sua energia, ou seja, seu potencial de reação.

"Um benefício provável no uso do potencial químico da luz como um parâmetro controlável será a realização de simulações quânticas de sistemas de matéria condensada reais," disse Jacob Taylor, um dos idealizadores da estrutura.

Isto é um jeito diferente de se referir a processadores quânticos.

Por exemplo, se os fótons forem cuidadosamente ajustados para serem colocados em um estado de superposição, eles podem funcionar como qubits. Os qubits podem ser então programados para executar as simulações ou quaisquer outros cálculos.

Agora é esperar que os experimentalistas usam o novo conceito para criar novos processadores quânticos ou desenvolvam novas técnicas fotônicas de manipulação que possam servir, entre muitas outras aplicações, para levar a luz para dentro dos processadores.

Bibliografia:

Chemical potential for light by parametric coupling
M. Hafezi, P. Adhikari, Jacob M. Taylor
Physical Review B
Vol.: 92, 174305
DOI: 10.1103/PhysRevB.92.174305

Eletrônica

Além dos semicondutores: Transístor quântico de nanotubo

Redação do Site Inovação Tecnológica -  16/02/2016

Outra vantagem é que os transistores de nanotubos são flexíveis, o que poderá ajudar na fabricação de dispositivos dobráveis e de vestir. [Imagem: Yoke Khin Yap/Michigan Tech]

Além dos semicondutores

O professor Yoke Khin Yap, da Universidade Tecnológica de Michigan, nos EUA, está preconizando uma ideia que parece quase uma heresia na atual era tecnológica.

"Olhe além dos semicondutores," aconselha ele, destacando que os semicondutores de silício, que estão na base de toda a tecnologia da informação, têm defeitos demais.

"Eles aquecem muito, vazam corrente elétrica e não podem ser mais miniaturizados," afirma.

E, para não falar sem fundamentos, Yap apresentou sua própria alternativa aossemicondutores, uma nova forma de fazer computação que não depende dos transistores.

Transístor quântico

A nova técnica de computação baseia-se em uma tecnologia que impressiona pela simplicidade e potencial baixo custo: nanotubos de nitreto de boro salpicados com pequenos aglomerados de ferro.

Os nanotubos de nitreto de boro acabaram de superar seus primos mais famosos, de carbono, enquanto os átomos de ferro ganham novos potenciais quando são dispostos na forma de estruturas chamadas pontos quânticos.

Os nanotubos são excelentes isolantes, o que, à primeira vista, parece pouco adequado a qualquer eletrônica. Mas esse efeito de isolamento é crucial para evitar o principal problema dos transistores, a fuga de corrente, que explica a maior parte do seu aquecimento.

Detalhe do transístor, formado pelo nanotubo repleto de aglomerados de ferro. [Imagem: Boyi Hao et al. - 10.1038/srep20293]

O movimento dos elétrons é totalmente feito através dos pontos quânticos de ferro. Ainda que essas estruturas sejam tecnicamente semicondutores, os elétrons usam-nas como trampolins, saltando de um para o outro por meio do fenômeno quântico do tunelamento - assim que os elétrons de um ponto quântico atingem um limite de energia, eles simplesmente saltam para o próximo.

"Imagine isto como um rio no qual não haja uma ponte; é muito largo para pular. Agora, imagine ter pedras através do rio - você pode atravessar saltando pelas pedras, mas somente quando você tiver energia suficiente para saltar," comparou Yap.

Sem resistência, sem calor

Tecnicamente, a estrutura de nanotubo e pontos quânticos é um transístor de tunelamento quântico, similar ao que a equipe havia apresentado em um trabalho anterior, mas que dependia de pontos quânticos de ouro para funcionar.

Ao contrário do que ocorre nos semicondutores, não existe resistência elétrica clássica no tunelamento quântico - sem resistência elétrica, sem geração de calor. E os transistores de tunelamento de nanotubos são muito menores do que os transistores atuais, dando um novo alento à miniaturização.

O grande desafio agora será desenvolver técnicas que permitam fabricar esses transistores de nanotubos com características homogêneas, de forma sistemática e em larga escala.

Bibliografia:

New Flexible Channels for Room Temperature Tunneling Field Effect Transistors
Boyi Hao, Anjana Asthana, Paniz Khanmohammadi Hazaveh, Paul L. Bergstrom, Douglas Banyai, Madhusudan A. Savaikar, John A. Jaszczak, Yoke Khin Yap
Nature Scientific Reports
Vol.: 6, Article number: 20293
DOI: 10.1038/srep20293

Espaço

Relógios primordiais podem mostrar como Universo começou

Com informações do CfA/Harvard -  16/02/2016

Partículas oscilantes surgidas logo após o Big Bang podem servir como relógios que permitirão remontar a história do Universo. [Imagem: Yi Wang/Xingang Chen]

Teorias e observações

Como o universo começou? E o que havia antes do Big Bang? Astrônomos e astrofísicos já se faziam essas perguntas muito antes que se descobrisse que o nosso Universo está em expansão.

Mas as respostas não têm sido fáceis de encontrar.

Não contando as teorias que descartam totalmente a ideia do Big Bang, o cenário teórico mais aceito para o início do Universo é a inflação cósmica, que prevê que o Universo se expandiu a uma taxa exponencial na primeira fração de segundo após o Big Bang.

No entanto, vários cenários alternativos têm sido sugeridos, alguns prevendo um Big Crunch, um Grande Colapso, anterior ao Big Bang, ou Grande Explosão, com um Universo "elástico" que se contrai e se expande continuamente.

A dificuldade é encontrar medidas que possam indicar quais desses cenários encontram mais respaldo nas observações astronômicas.

Radiação Cósmica de Fundo

Esta é a imagem da radiação cósmica de fundo, conforme dados do observatório WMAP. [Imagem: NASA]

A fonte de informações preferida sobre o início do Universo é a radiação cósmica de fundo (CMB) - o brilho remanescente do Big Bang que permeia todo o espaço. Esse brilho parecia ser homogêneo e uniforme nas primeiras observações, mas após uma inspeção mais cuidadosa se viu que ela não apenas varia em sua extensão, como também mostra um "supervazio" no Universo ainda sem explicações.

A abordagem mais em voga tem sido procurar as ondas gravitacionais geradas durante o Universo primordial, que poderiam ter afetado a radiação cósmica de fundo, explicando suas variações. Mas isto vai ter que esperar o aprimoramento dos detectores de ondas gravitacionais.

Dimensão temporal

Uma abordagem alternativa agora está sendo proposta por Xingang Chen e Mohammad Hossein Namjoo (Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica) e Yi Wang (Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong).

Ainda que os estudos experimentais e teóricos tenham permitido identificar as variações espaciais na radiação cósmica de fundo, eles não têm o elemento-chave do tempo. Sem um relógio para medir a passagem do tempo, não é possível saber qual estrutura surgiu primeiro e a história evolutiva do Universo primordial não pode ser determinada de forma inequívoca.

É como tentar colocar em ordem os quadros de um filme sem considerar sua sequência temporal e ainda querer que o filme faça sentido.

Várias observações também têm questionado aidade do Universo calculada pelo modelo do Big Bang, como uma estrela Matusalém. [Imagem: DSS/STScI/AURA/Palomar/Caltech/UKSTU/AAO]

Relógios primordiais

A novidade é que os três pesquisadores defendem que esses relógios existem, e podem ser usados para medir a passagem do tempo no momento do nascimento do Universo e como seus acontecimentos se estamparam no quadro da radiação cósmica de fundo conforme ela é captada hoje.

Muitos acreditam que as variações na radiação cósmica de fundo vêm deflutuações quânticas presentes no nascimento do Universo, que têm sido esticadas conforme o Universo se expande. Assim, os relógios primordiais assumiriam a forma de partículas pesadas, cuja existência é prevista em algumas "teorias de tudo", que pretendem unificar a mecânica quântica e a relatividade geral.

Partículas subatômicas pesadas se comportam como um pêndulo, oscilando para trás e para frente de forma universal e padronizada. Elas podem até mesmo sacudir quantum-mecanicamente, sem precisarem ser inicialmente empurradas. Essas oscilações quânticas funcionariam como tique-taques de um relógio, adicionando etiquetas de tempo para a pilha de quadros naquela analogia com um filme.

"Os tique-taques desses relógios-padrão primordiais criariam sacudidelas correspondentes nas medições da radiação cósmica de fundo, cujo padrão é único para cada cenário," explicou Yi Wang.

Um teólogo medieval antecipou uma das teorias cosmológicas atuais, chamada Teoria dos Multiversos. [Imagem: Tom C. B. McLeish et al.]

Em busca dos relógios primordiais

Os dados atuais não são precisos o suficiente para detectar essas pequenas variações, mas experimentos já em andamento deverão melhorar muito a situação.

Projetos como BICEP3, Observatório Keck,EBEX e muitos outros experimentos similares em todo o mundo vão reunir dados incrivelmente precisos sobre a radiação cósmica de fundo, ao mesmo tempo em que procuram pelas ondas gravitacionais. Se as oscilações dos relógios-padrão primordiais forem fortes o suficiente, os experimentos poderão encontrá-los nos próximos dez anos.

Elementos para sustentar a nova teoria podem vir também de outras linhas de investigação, como mapas da estrutura em larga escala do Universo, incluindo as galáxias e o hidrogênio cósmico.

E, uma vez que os relógios-padrão primordiais seriam um componente da "teoria de tudo", encontrá-los também forneceria indícios para uma física além do Modelo Padrão em uma escala de energia inacessível para os aceleradores de partículas.

Bibliografia:

Quantum Primordial Standard Clocks
Xingang Chen, Mohammad Hossein Namjoo, Yi Wang
http://arxiv.org/abs/1509.0393
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Sinapses eletrônicas: agora em versão unidimensional

Redação do Site Inovação Tecnológica -  08/02/2016

A miniaturização das sinapses eletrônicas mereceu a capa da revista Advanced Materials. [Imagem: Wiley/AdvMat]

Neurônios artificiais

Há poucos dias, uma equipe construiu os primeiros memristores orgânicos, aumentando as analogias entre esses componentes futurísticos e seus equivalentes biológicos: os memristores são conhecidos como sinapses artificiais por apresentarem memória, de forma similar aos transistores iônicos.

Agora, em um passo que os coloca muito mais próximos da porta de saída dos laboratórios, engenheiros coreanos conseguiram avançar em uma das áreas mais sensíveis dos memristores: a miniaturização.

A equipe do professor Tae-Woo Lee, da Universidade de Ciência e Tecnologia Pohang, na Coreia do Sul, deu um impulso na fabricação do tipo mais futurístico de memristores, feitos de nanofios.

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Miniaturização das sinapses eletrônicas

Os memristores já construídos são bem menores do que aqueles orgânicos recentemente anunciados, mas ainda assim são grandes, sendo que sua miniaturização é um passo essencial para sua viabilização em escala industrial.

Os memristores são normalmente fabricados através das técnicas tradicionais de fotolitografia e feixe de elétrons, mas estas não têm resolução suficiente para lidar com os nanofios, que são essencialmente componentes 1-D (unidimensionais), muito menores do que os transistores mais modernos.

Lee descobriu uma forma de simplesmente imprimir os memristores de nanofios, tirando proveito das técnicas desenvolvidas para a fabricação de componentes eletrônicos flexíveis.

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Impressão de nanofios

O mergulho para a escala molecular foi possível com uma técnica emergente, conhecida como impressão eletro-hidrodinâmica de nanofios, que imprime nanofios de cobre sobre uma camada de óxido de cobre (CuxO) sem depender dos ambientes a vácuo, reduzindo o tempo e o custo de fabricação.

Os componentes nessa estrutura metal-óxido-metal apresentaram excelente desempenho elétrico e funcionamento robusto.

A equipe também conseguiu imprimir matrizes de memristores com vários formatos, incluindo linhas paralelas com intervalos ajustáveis, e em ondas, dando-lhes uma flexibilidade que permite a integração dos memristores em têxteis, para a criação de tecidos inteligentes e produtos eletrônicos de vestir.

Bibliografia:

Nanowires: Simple, Inexpensive, and Rapid Approach to Fabricate Cross-Shaped Memristors Using an Inorganic-Nanowire-Digital-Alignment Technique and a One-Step Reduction Process
Wentao Xu, Yeongjun Lee, Sung-Yong Min, Cheolmin Park, Tae-Woo Lee
Advanced Materials
Vol.: Early View
DOI: 10.1002/adma.201670020