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OutoBot: Um robô para limpar e pintar edifícios Redação do Site Inovação Tecnológica

OutoBot: Um robô para limpar e pintar edifícios

Redação do Site Inovação Tecnológica -  27/03/2017

Sem os trabalhadores, a gôndola ficou mais leve, consumindo menos energia.[Imagem: NTU]

Manutenção robótica

Engenheiros da Universidade Tecnológica de Nanyang, em Cingapura, criaram o OutoBot, um sistema robotizado de manutenção para trabalhar nas áreas externas dos edifícios.

O robô pode limpar o exterior dos edifícios, por meio de jatos de água, e aplicar novas camadas de tinta - tudo de forma automática e contínua.

A parte principal do OutoBot é um braço robótico com seis graus de liberdade. Uma câmera faz uma varredura da superfície para identificar quais áreas podem receber o jato de água e quais deverão receber a tinta.

Enquanto o esquema tradicional exige uma equipe de cinco trabalhadores - um no solo, um no telhado e três na gôndola -, o OutoBot exige apenas um operador no solo.

"Usando nosso robô, nós demonstramos que um emprego intensivo em trabalho pode ser transformado em um que pode ser facilmente executado por um trabalhador mais velho, e ao mesmo tempo eliminando o risco dos trabalhadores que precisam trabalhar nas alturas," defende-se o professor Dennis Lim quanto ao desemprego gerado por sua criação.

"Nosso objetivo é tornar a limpeza e a pintura de prédios mais fáceis, mais seguras e mais econômicas. O robô também é mais preciso e mais eficiente, minimizando desperdício e poupando tinta," acrescentou seu colega Chen I-Ming.

Os engenheiros optaram pela pintura a ar-comprimido, controversa para uso em edifícios por espalhar tinta pela vizinhança. [Imagem: NTU]

Sem os trabalhadores, foi possível também reduzir o peso da gôndola, que exige apenas metade da energia necessária para movimentar o sistema tradicional.

A dupla afirma que seu robô já foi testado em um edifício da universidade e está pronto para ir ao mercado.

Objetos 3D podem ser reconfigurados após a impressão Redação do Site Inovação Tecnológica -

Objetos 3D podem ser reconfigurados após a impressão

Redação do Site Inovação Tecnológica -  28/03/2017

O material fica maleável e pode ser ajustado às necessidades. [Imagem: University Saarland]

Insatisfação criativa

Por mais promissora que se mostre - e por mais disseminada que já tenha se tornado - a impressão 3D ainda não estava agradando a todos.

Além de ser capaz de fabricar na hora qualquer objeto que pudesse projetar em seu computador, Daniel Groger, da Universidade Saarland, na Alemanha, queria mais.

Ele se incomodou porque, assim que o objeto saía da impressora, não era mais possível fazer qualquer alteração nele - em sua opinião, a tão anunciada liberdade de projeto tão prometida pela impressão 3D ia por água abaixo.

"Depois da impressão, o objeto 3D é estático. Você não pode mais mudá-lo ou adaptá-lo às suas necessidades," comentou Daniel, citando o exemplo de uma pulseira que ele estava tentando imprimir - calcule errado o diâmetro do pulso da pessoa que deverá usá-la e a pulseira se mostrará inútil.

Deformável

É claro que, ao descrever adequadamente o problema, o pesquisador encontrou a solução: ele criou um compósito plano, formado por várias camadas individuais, que pode ser controlado por um microcomputador Arduino.

Quando a estrutura impressa é energizada pelo microcomputador, ela se torna deformável quase instantaneamente.

Isto é possível porque a camada interna do compósito funciona como uma resistência elétrica, aquecendo a camada plástica a 60º C, tornando o material maleável e permitindo que seu formato seja ajustado com as mãos. Ao esfriar, ele se mantém no novo formato. Para maior estabilidade e proteção, a camada externa é feita de um plástico flexível.

Estrutura do compósito, com destaque para a estrutura de aquecimento. [Imagem: University Saarland]

Material interativo

O que é mais promissor é que esses compósitos podem ser usados para tornar os objetos 3D sensíveis ao toque ou apresentar informações. A equipe demonstrou isso fabricando um pequeno porta-joias que abre com sinais de batida e um mouse de computador com uma superfície de suporte personalizável. O toque aciona o microcomputador, que então providencia a alteração necessária no material.

"Atualmente estamos integrando nossas estruturas de aquecimento flexíveis nas peças de trabalho durante o processo de impressão. Mas isso em breve também será feito automaticamente," promete Groger.

Bibliografia:

HotFlex: Post-print Customization of 3D Prints Using Embedded State Change
Daniel Groeger, Elena Chong Loo, Jürgen Steimle
Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems
https://hci.cs.uni-saarland.de/files/2016/01/889-groeger.pdf

Baterias ecológicas: Três tecnologias baratas e duráveis Redação do Site Inovação Tecnológica -

Baterias ecológicas: Três tecnologias baratas e duráveis

Redação do Site Inovação Tecnológica -  27/03/2017

Verde de bilhões de dólares

Enquanto as baterias dos aparelhos eletrônicos retomam sua indesejável mania explosiva, sem alternativas à vista à atual tecnologia de íons de lítio, um outro campo do armazenamento de energia continua florescendo com um vigor invejável.

As baterias estacionárias estão sendo desenvolvidas para atuar junto à rede elétrica, guardando grandes quantidades de energia de forma química, em grandes tanques.

Isso deverá amenizar o problema da intermitência das fontes renováveis de energia e abrir caminho para a geração distribuída, em que cada consumidor poderá se transformar em um produtor de energia.

Como a geração nessas duas fontes pode ser errática, as baterias líquidas - nas quais a energia é guardada não na própria bateria, mas em tanques - deverão eliminar as oscilações e garantir que a rede de distribuição receba sempre um suprimento constante de eletricidade.

Como é um setor emergente, tem havido uma preocupação de que ele já nasça mais verde do que as fontes de energia que deverão ser substituídas, e pelo menos tão ecológico quanto as fontes solar, eólica ou das ondas e marés. Aqui estão três dessas novas tecnologias estão se candidatando para ocupar essa posição. Quem vencer, deverá herdar um mercado na casa das centenas de bilhões de dólares.

Bateria de água do mar

Com vistas ao uso residencial, a equipe está usando sua célula básica (esquerda) para construir pequenas baterias de água do mar (direita). [Imagem: UNIST]

Os engenheiros do Instituto de Ciência e Tecnologia de Ulsan, na Coreia do Sul, estão trabalhando em uma bateria que usa água do mar.

A bateria usa sódio como meio de armazenamento da eletricidade. A vantagem é que o uso da água do mar reduz o risco de incêndios, já que essa tecnologia exige temperaturas de funcionamento muito elevadas, na casa das centenas de graus.

Como não exige nenhuma fonte externa de energia para funcionar, exceto a água e o sal, a bateria sul-coreana poderá ser fabricada em escala menor, podendo servir a indústrias e até residências, e como sistema de suprimento de energia de emergência.

Para demonstrar essa possibilidade, além dos protótipos em larga escala, a equipe pretende construir versões portáteis, capazes de produzir cerca de 20 Wh - para comparação, uma família de quatro pessoas consome cerca de 10 Wh por dia.

Bateria atóxica e não-corrosiva

No protótipo a energia está em frascos minúsculos - na prática deverão ser tanques do tamanho dos usados em refinarias. [Imagem: Kaixiang Lin]

A equipe da Universidade de Harvard, nos EUA, está apostando em uma bateria de fluxo redox que armazena a eletricidade em moléculas orgânicas dissolvidas em água com pH neutro.

Essa nova química permite fabricar uma bateria não-corrosiva e atóxica com um tempo de vida excepcionalmente longo

O protótipo funcionou por mais de 1.000 ciclos perdendo apenas 1% de sua capacidade original, menor até do que as baterias de lítio.

"Como conseguimos dissolver os eletrólitos em água neutra, esta é uma bateria de longa duração que você poderia colocar em seu porão. Se ela vazar no chão, não vai corroer o concreto, e, como o meio é não-corrosivo, você pode usar materiais mais baratos para construir os componentes das baterias, como os tanques e bombas," disse o professor Roy Gordon.

Bateria de ureia

[Imagem: Michael Angell et al. - 10.1073/pnas.1619795114]

Para construir sua biobateria, Michael Angell e Hongjie Dai, da Universidade de Stanford, nos EUA, estão apostando na ureia, o mesmo composto usado para fabricar fertilizantes.

"Então, essencialmente, o que você tem é uma bateria feita com alguns dos materiais mais baratos e mais abundantes que você pode encontrar na Terra. E ela de fato tem bom desempenho," disse Dai. "Quem teria pensado que você poderia pegar grafite, alumínio, ureia e construir uma bateria que pode ciclar por um tempo bastante longo?"

O protótipo de demonstração da bateria carrega em 45 minutos e já suportou milhares de ciclos. O objetivo da equipe é chegar a uma versão que possa durar por pelo menos 10 anos, para justificar os investimentos em sistemas de armazenamento de energia em larga escala.

Bibliografia:

A Neutral pH Aqueous Organic/Organometallic Redox Flow Battery with Extremely High Capacity Retention
Eugene S. Beh, Diana De Porcellinis, Rebecca Gracia, Kay Xia, Roy G Gordon, Michael Aziz
Energy Letters
Vol.: 114 (5) 834-839
DOI: 10.1021/acsenergylett.7b00019

High Coulombic efficiency aluminum-ion battery using an AlCl3-urea ionic liquid analog electrolyte
Michael Angell, Chun-Jern Pan, Youmin Rong, Chunze Yuan, Meng-Chang Lin, Bing-Joe Hwang, Hongjie Dai
Proceedings of the National Academy of Sciences
DOI: 10.1073/pnas.1619795114

Conheça o chip que vai equipar os tricorders Redação do Site Inovação Tecnológica

Conheça o chip que vai equipar os tricorders

Redação do Site Inovação Tecnológica -  28/03/2017

Os pesquisadores vêm trabalhando há anos para simplificar os sistemas necessários para tirar proveito dos raios T.    [Imagem: Frank Wojciechowski/Princeton]

Chip de tricorder

Você pode estar olhando para o chip que equipará o primeiro tricorder a saltar das telas da ficção científica para a realidade.

Ele foi projetado e construído por Xue Wu e Kaushik Sengupta, da Universidade de Princeton, nos EUA.

O chip representa a miniaturização de um conjunto enorme de lasers e espelhos que até agora eram necessários para emitir ondas terahertz, que podem atravessar o corpo humano sem causar danos. Um segundo chip captura as ondas de volta e fornece detalhes sobre as ondas que retornam, permitindo a interpretação das leituras.

As ondas terahertz também interagem de maneiras distintas com diferentes compostos químicos, de modo que elas podem ser usadas para caracterizar substâncias específicas. Essa técnica, chamada espectroscopia, é uma das mais promissoras aplicações da tecnologia terahertz.

"O sistema foi construído com a mesma tecnologia dos chips de silício que equipam todos os aparelhos eletrônicos modernos, de forma que custará apenas uns poucos dólares fabricá-los em larga escala," disse Sengupta.

Raios T

Os pesquisadores vêm trabalhando há anos para simplificar os sistemas necessários para tirar proveitos desses raios T, que já permitiram até ler livros fechados.

A solução encontrada pela dupla foi fazer com que as ondas terahertz interajam com uma estrutura de metal dentro do chip, criando uma distribuição complexa de campos eletromagnéticos que são exclusivos para o sinal incidente. Normalmente esses campos sutis são ignorados, mas a dupla percebeu que eles permitem ler os padrões como uma espécie de assinatura para identificar as ondas.

"Em vez de ler diretamente as ondas, estamos interpretando os padrões criados pelas ondas. É mais ou menos como procurar um padrão nas gotas de chuva pelas ondulações que elas fazem em uma lagoa," disse Sengupta.

Como não afetam os tecidos vivos e nem causam danos ao DNA, por serem menos energéticas do que, por exemplo, os raios X, as ondas terahertz deverão viabilizar uma série de novas tecnologias de imageamento, detecção e medição sem contato, com amplas aplicações na área biomédica - os tricorders são a expressão mais concreta dessas expectativas.

Bibliografia:

On-Chip THz Spectroscope Exploiting Electromagnetic Scattering With Multi-Port Antenna
Xue Wu, Kaushik Sengupta
IEEE Journal of Solid State Circuits
Vol.: 51 Issue: 12 Page(s): 3049 - 3062
DOI: 10.1109/JSSC.2016.2597845

Dynamic Waveform Shaping With Picosecond Time Widths
Xue Wu, Kaushik Sengupta
IEEE Journal of Solid State Circuits
Vol.: 52 Issue: 2 Page(s): 389 - 405
DOI: 10.1109/JSSC.2016.2616349

Computação atômica supera lógica binária Redação do Site Inovação Tecnológica -

Computação atômica supera lógica binária

Redação do Site Inovação Tecnológica -  27/03/2017

Os quatro estados do átomo (esquerda) representam as quatro salas do problema. O tunelamento dos elétrons simula o movimento das pessoas entre as salas (direita). [Imagem: Fresch et al. - 10.1021/acs.nanolett.6b05149]

Nanomáquinas lógicas

Pequenas máquinas lógicas, construídas com átomos individuais, podem criar uma forma mais eficiente de computação do que os supercomputadores atuais, e mais simples do que os tão esperados computadores quânticos.

Uma colaboração internacional, liderada por Barbara Fresch, da Universidade de Liége, na Bélgica, afirma que suas "nanomáquinas" podem superar a computação binária para uma grande gama de problemas.

"A implementação aproveita a natureza estocástica do tunelamento dos elétrons, enquanto a saída permanece como uma corrente macroscópica cuja leitura pode ser realizada com técnicas padrão e não requer sensibilidade de um único elétron," escreve a equipe.

Computação atômica

As nanomáquinas são átomos de fósforo individuais posicionados - por meio de uma técnica padrão da indústria conhecida como dopagem - em um cristal de silício, com uma densidade de aproximadamente 200 bilhões de átomos por centímetro quadrado.

Os elétrons se movem aleatoriamente entre os átomos de fósforo devido ao fenômeno do tunelamento - vistos como ondas, os elétrons simplesmente "se transmitem" de um átomo para outro, sem se incomodar com qualquer barreira sólida.

Como cada átomo de fósforo pode manter um ou dois desses elétrons e cada elétron pode ocupar diferentes níveis de energia, cada átomo pode ocupar pelo menos um de quatro estados possíveis, e fica transicionando de um para outro obedecendo a um determinado conjunto calculável de probabilidades. Em outras palavras, o tão temido "ruído", que tanto atrapalha a realização de experimentos em nível atômico, aqui é a própria base de funcionamento do circuito.

Barbara e seus colegas demonstraram que esse sistema pode ser usado para simular determinados problemas computacionais, essencialmente criando um novo tipo de simulador quântico.

(A) Imagem topográfica da pastilha de silício mostrando o átomo de fósforo. (B) Função de onda do elétron ligado ao átomo. [Imagem: Fresch et al. - 10.1021/acs.nanolett.6b05149]

Computação natural

Como prova de conceito, a equipe analisou um fluxo de visitantes em um labirinto composto por quatro salas conectadas por portas. A tarefa é encontrar a melhor combinação de frequência da abertura das portas a fim de maximizar o tempo que os visitantes gastam em cada sala.

Resolver esse tipo de problema usando a computação convencional requer uma quantidade significativa de cálculos, uma vez que envolve a análise da dinâmica dos visitantes no labirinto para coletar informações antes de tentar otimizar o ritmo de abertura das portas.

Usando os dispositivos lógicos atômicos, no entanto, é possível encontrar a solução mais diretamente porque o problema está fisicamente incorporado pelo próprio hardware atômico - para este problema em particular, a topologia do labirinto corresponde aos estados de um átomo, e o movimento dos visitantes corresponde ao tunelamento dos elétrons.

Os resultados são lidos, por meio de um microscópio de tunelamento, na forma de correntes elétricas - ou seja, trata-se essencialmente de uma computação analógica.

"Sua dinâmica é governada por uma lei probabilística por causa da natureza estocástica fundamental dos processos quânticos e termalmente ativados. A aplicação mais direta é, então, usar dispositivos de nanoescala para a implementação de algoritmos probabilísticos que requeiram uma sobrecarga significativa em um hardware determinístico convencional. Por exemplo, a mera amostragem de um número pseudo-aleatório de uma distribuição de probabilidade requer centenas de instruções em um computador moderno, enquanto o tunelamento dos elétrons em tempos verdadeiramente aleatórios é um processo natural," disse a professora Francoise Remacle.

Bibliografia:

A Probabilistic Finite State Logic Machine Realized Experimentally on a Single Dopant Atom
Barbara Fresch, Juanita Bocquel, Sven Rogge, R. D. Levine, F. Remacle
Nano Letters
Vol.: 17 (3), pp 1846-1852
DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b05149

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A VERDADEIRA PODRIDÃO DA CARNE FRACA

Bits fotônicos são empacotados dentro de um chip Com informações da Agência Fapesp -

Bits fotônicos são empacotados dentro de um chip

Com informações da Agência Fapesp -  22/03/2017

Efeito quântico possibilita codificar mais informações em cada bit - o esquema mostra o guia de onda no microchip de silício.[Imagem: Aseema Mohanty et al. - 10.1038/ncomms14010]

Bit multivalores

Um grupo de pesquisadores do Brasil e dos EUA conseguiu confinar dentro de um chip um sistema de bits fotônicos, que funcionam com base nas leis da mecânica quântica.

O efeito quântico possibilita codificar mais informações por bit, um fenômeno que está na base da busca pelos computadores quânticos e pelos computadores fotônicos, que substituam a eletricidade pela luz.

O que a equipe demonstrou é que o confinamento da luz em uma região muito pequena impõe restrições à sua propagação nas direções transversais ao eixo da sua "estrada", o chamado guia de ondas, o que define diferentes modos espaciais possíveis para a onda luminosa.

Variando a geometria interna, é possível obter vários modos espaciais da onda, várias transições de um modo para o outro e, assim, codificar, para apenas um par de fótons, uma grande quantidade de informações.

Efeito quântico

O efeito quântico explorado foi a interferência luminosa conhecida como HOM (Hong-Ou-Mandel). Descoberta em 1987 por Chung Ki Hong, Zhe Yu Ou e Leonard Mandel, essa interferência ocorre quando dois fótons virtualmente idênticos atingem, um de cada lado, um vidro que é 50% transparente e 50% refletor.

Quando os fótons atingem o vidro, quatro situações são possíveis: 1) o fóton que vem de cima é refletido e o fóton que vem de baixo é transmitido; 2) ambos os fótons são transmitidos; 3) ambos os fótons são refletidos; 4) o fóton que vem de cima é transmitido e o fóton que vem de baixo é refletido.

[Imagem: Paulo Nussenzveig]

O efeito quântico, descrito pelas chamadas Regras de Feynman, faz com que as situações (2) e (3) se anulem por interferência quântica destrutiva, de modo que o quadro resultante é: ou os dois fótons saem por cima (1) ou os dois fótons saem para baixo (4), mas nunca um fóton para cada lado.

"Trata-se de um típico efeito quântico, pois conjuga no mesmo fenômeno um aspecto ondulatório (a interferência) e um aspecto corpuscular (a contagem de dois fótons discretos). O desvio do par de fótons para um lado ou para o outro pode ser considerado um bit de informação," explicou Paulo Nussenzveig, professor do Instituto de Física da USP.

Um fóton, muitos bits

A grande novidade apresentada pela equipe foi confinar este fenômeno dentro de um microchip, substituindo, com grande vantagem, o vidro parcialmente transmissor e parcialmente refletor por um guia de onda microscópico.

Conforme explica Nussenzveig, o confinamento da luz no minúsculo guia de ondas impõe restrições à sua propagação para as laterais - tentando escapar do guia. Devido à reflexão da luz pelas paredes do guia, e dependendo do comprimento de onda da luz, um efeito de interferência altera a intensidade da onda luminosa, criando o que os físicos chamam de diferentes "modos" espaciais possíveis para a onda.

Desta forma, variando a geometria interna do guia, é possível obter vários modos espaciais da onda e várias transições de um modo para o outro, o que permite codificar, para cada par de fótons, uma quantidade muito maior de informação. E esta é uma questão crucial para qualquer tipo de processador ou sensor: codificar o máximo de informação no mínimo de espaço.

O interesse de uma estrutura assim é codificar mais informação por fóton do que um único bit. Vários grupos, inclusive no Brasil, trabalham com esse intuito, codificando informação por meio do momento angular orbital da luz - a chamada luz torcida. A compactação dentro de um microchip aumenta a viabilidade de utilização tecnológica do fenômeno.

• Luz torcida miniaturizada já cabe dentro dos chips

Bibliografia:

Quantum interference between transverse spatial waveguide modes
Aseema Mohanty, Mian Zhang, Avik Dutt, Sven Ramelow, Paulo Nussenzveig, Michal Lipson
Nature Communications
Vol.: 8, Article number: 14010
DOI: 10.1038/ncomms14010

Metamateriais líquidos são criados com ondas Redação do Site Inovação Tecnológica

Materiais Avançados

Metamateriais líquidos são criados com ondas

Redação do Site Inovação Tecnológica -  23/03/2017

O líquido apresenta não apenas novas feições, mas também novas propriedades.[Imagem: N. Francois et al. - 10.1038/ncomms14325]

Metalíquidos

No final do ano passado, uma equipe da Universidade do Oregon, nos EUA, demonstrou a possibilidade de criar metafluidos na superfície da água, fazendo com que a superfície do líquido apresente propriedades totalmente diferentes do líquido abaixo.

Agora, uma equipe da Universidade Nacional Australiana conseguiu controlar as correntes geradas pelas ondas induzidas na superfície da água para produzir materiais líquidos extremamente versáteis.

A possibilidade de controlar localmente as ondas significa que a superfície do líquido pode se tornar um metamaterial de pleno direito, o mesmo tipo de material dinâmico que vem sendo usado para criar mantos de invisibilidade, superlentes e antenas de alta eficiência.

Líquido estruturado

O professor Michael Shats, cuja equipe já havia criado um raio trator aquático, afirma que as correntes fazem com que o líquido se comporte como um material que possui uma estrutura regular, como os cristais.

E, como os padrões de fluxo podem ser alterados à vontade, os metamateriais à base de líquidos podem ser mais dinâmicos e mais versáteis do que os metamateriais sólidos. "Alterando as ondas, podemos mudar os padrões de fluxo, o que nos permite controlar a natureza do material," disse Shats.

As ondas formam unidades independentes, similares às "antenas" que compõem os metamateriais sólidos. [Imagem: N. Francois et al. - 10.1038/ncomms14325]

Seu colega Nicolas Francois compara cada corrente induzida pelas ondas com uma peça de Lego. "Agora que criamos o bloco básico, as pessoas serão capazes de fazer estruturas complexas que sequer podemos imaginar agora. Se você usar líquidos condutores, poderá criar uma interface com propriedades elétricas projetadas. Ou, com substâncias biocompatíveis, você pode guiar microrganismos ou prendê-los," afirmou.

Bibliografia:

Wave-based liquid-interface metamaterials
N. Francois, H. Xia, H. Punzmann, P. W. Fontana, M. Shats
Nature Communications
Vol.: 8, Article number: 14325
DOI: 10.1038/ncomms14325

Interruptor molecular mecânico e elétrico Redação do Site Inovação Tecnológica

                    

Redação do Site Inovação Tecnológica -  24/03/2017

[Imagem: Fabian Pauly/Universidade de Konstanz]

Nanochave

Uma equipe da Alemanha e da Suíça projetou e sintetizou um interruptor molecular que não apenas permanece estável depois de posto em uma posição - ligado ou desligado -, mas que também pode ser acionado qualquer número de vezes, um feito em se tratando de mexer com moléculas individuais.

Como transistores funcionam essencialmente como chaves, a equipe acredita que, no futuro, a nanochave poderá se tornar um componente-chave da eletrônica molecular, que permitirá uma miniaturização em um nível inalcançável pelos componentes semicondutores tradicionais.

Como a nanochave pode ser ligada e desligada tanto mecânica quanto eletrostaticamente, ela poderá ser útil também em outros mecanismos, como os NEMS (sistemas nanoeletromecânicos).

Interruptor mecânico e elétrico

A equipe compara a chave molecular com uma espaçonave parecida com o robô Philae, que recentemente pousou de forma um tanto desajeitada em um cometa.

Os três "pés" têm grupos de ancoragem que formam ligações firmes com a superfície - neste caso um substrato de ouro. Um grupo nitrilo - o corpo do robô - aponta para o espaço, portanto sem qualquer conexão com o solo. Um segundo eletrodo, na verdade a ponta de um microscópio de tunelamento, é usado para se conectar ao interruptor e ligá-lo ou desligá-lo, fazendo com que a corrente elétrica flua ou não através da molécula.

O momento dipolo elétrico do grupo nitrilo torna possível que a nanochave, além de acionamento mecânico pela ponta do microscópio, seja ligada e desligada por meio de um campo elétrico aplicado entre os dois eletrodos.

A precisão do microscópio de tunelamento tornou possível pela primeira medir o valor de condutância em uma molécula tão complexa, em cada posição acima do grupo nitrilo. Isso exigiu uma precisão no movimento da ponta do microscópio na faixa dos picômetros - 10^-12 metros, ou um milésimo de nanômetro.

Bibliografia:

An electrically actuated molecular toggle switch
Lukas Gerhard, Kevin Edelmann, Jan Homberg, Michael Valasek, Safa G. Bahoosh, Maya Lukas, Fabian Pauly, Marcel Mayor, Wulf Wulfhekel
Nature Communications
Vol.: 8, Article number: 14672
DOI: 10.1038/NCOMMS14672

Bateria de hidrônio entra no páreo para "armazenar o vento" Redação do Site Inovação Tecnológica -

Bateria de hidrônio entra no páreo para "armazenar o vento"

Redação do Site Inovação Tecnológica -  21/03/2017

O material usado como eletrólito possui grandes espaços entre as moléculas, o bastante para acomodar os íons hidrônio.[Imagem: OSU]

Hidrônio

A competição por um avanço tecnológico real no campo das baterias tem mais um competidor: uma bateria de hidrônio, ou hidroxônio.

O hidrônio, também conhecido como H₃O+, é um íon com carga positiva produzido quando um átomo de hidrogênio é adicionado a uma molécula de água.

Xingfeng Wang, da Universidade do Oregon, nos EUA, descobriu que os íons hidrônio podem ser armazenados de forma reversível em um eletrólito constituído por um material sólido, orgânico e cristalino, chamado PTCDA (perilenotetracarboxílico dianidridedo), que apresenta uma porosidade grande o suficiente para acomodar esses íons.

O sistema forma uma bateria adequada para aplicações do tipo estacionário, como as baterias líquidas de fluxo redox, projetadas para armazenar a energia de fontes intermitentes, como solar e eólica, e liberá-la de forma contínua para a rede.

• Especial Armazenar o vento: Tecnologias para serem levadas a sério

Vantagens e desvantagens

"[Esta bateria] pode viabilizar uma mudança de paradigma para baterias mais sustentáveis," disse o professor Xiulei Ji. "Ela não usa lítio, sódio ou potássio para transportar a carga [elétrica] e usa apenas ácido como eletrólito. Há uma enorme abundância natural de ácido, por isso ele é altamente renovável e sustentável".

Seria melhor se não fosse ácido sulfúrico diluído, mas as demais baterias líquidas no geral ainda têm seus problemas a serem solucionados, sobretudo as elevadas temperaturas de operação. E a bateria de hidrônio tem a vantagem de dispensar os metais, terras raras ou alumínio necessários em tecnologias concorrentes.

"Ela não vai servir para alimentar carros elétricos," reconhece Ji. "Mas fornece uma oportunidade para os pesquisadores de baterias tomarem uma nova direção à medida que procuram novas alternativas para o armazenamento de energia, particularmente para o armazenamento estacionário para a rede."

Bibliografia:

Hydronium-Ion Batteries with Perylenetetracarboxylic Dianhydride Crystals as an Electrode
Xingfeng Wang, Clement Bommier, Zelang Jian, Zhifei Li, Raghu S. Chandrobose, Ismale A. Rodríguez Pérez, P. Alex Greaney, Xiulei Ji
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.201700148

Rádio multinúcleo promete mudar comunicações sem fios Redação do Site Inovação Tecnológica

Rádio multinúcleo promete mudar comunicações sem fios

Redação do Site Inovação Tecnológica -  21/03/2017

Graças a este chip, os sistemas de transmissão sem fios, hoje totalmente embutidos em hardware, poderão ser atualizados por software. [Imagem: Cornell University]

Transmissor multinúcleos

Uma técnica que permite transmitir e receber sinais de rádio em um único chip poderá mudar a forma como a comunicação sem fios é feita, além de permitir que os aparelhos sejam atualizados por software.

Para entender a solução, basta se lembrar do problema da multiplicidade de faixas de frequência - ou bandas - que os aparelhos precisam lidar hoje. Seja GPS, Bluetooth, Wi-Fi, telefonia ou FM, cada tecnologia sem fios usa uma banda que exige seu próprio filtro para separar o que é seu do que não é.

Para juntar tudo, Hazal Yüksel, da Universidade de Cornell, nos EUA, construiu um transmissor composto por seis subtransmissores, todos ligados a uma linha de transmissão virtual.

Cada um dos subtransmissores envia sinais em intervalos regulares e suas saídas ponderadas individualmente são programadas de modo que elas se combinam para produzir um sinal de frequência de rádio que é enviado em direção à antena, ao mesmo tempo em que a porta de recepção, alimentada pela mesma antena, é temporariamente desativada.

Como as saídas individuais são programáveis, torna-se possível a junção e o cancelamento simultâneos dos sinais de uma ampla gama de frequências, além de possibilitar ajustar a intensidade do sinal na antena.

"Em uma direção, ele é um filtro, e você basicamente obtém esse cancelamento. E na outra direção, é um amplificador," resumiu a professora Alyssa Apsel, coordenadora da equipe.

Hardware atualizado por software

O chip multifrequencial é baseado em uma descoberta feita há seis anos por um grupo da Universidade de Stanford, que desenvolveu uma técnica para que um transmissor filtre sua própria transmissão, permitindo que o sinal de entrada, mais fraco, seja recebido. Esse rádio de mão-dupla permitiu dobrar a velocidade das redes wireless.

O grande avanço agora é que, usando o conceito de subtransmissores, a equipe conseguiu fabricar um chip que funciona em uma série de frequências, permitindo atender às necessidades atuais de múltiplos sistemas de transmissão e recepção no mesmo aparelho - nos celulares, principalmente.

Outra vantagem é que, em vez de precisar de um filtro físico para cada banda, a separação dos sinais pode ser controlada digitalmente pelo aparelho. Assim, atualizá-lo para a versão mais recente do protocolo de transmissão de dados será simples como atualizar um aplicativo - bastará fazer o download do software mais recente.

Bibliografia:

A Wideband Fully Integrated Software-Defined Transceiver for FDD and TDD Operation
Hazal Yüksel, Dong Yang, Zachariah Boynton, Changhyuk Lee, Thomas Tapen, Alyosha Molnar, Alyssa Apsel
Journal of Solid-State Circuits
Vol.: PP, Issue: 99, 1-12
DOI: 10.1109/JSSC.2017.2650409

Armazenamento na "névoa" elimina os riscos do armazenamento na "nuvem" Redação do Site Inovação Tecnológica

Informática

Armazenamento na "névoa" elimina os riscos do armazenamento na "nuvem"

Redação do Site Inovação Tecnológica -  20/03/2017

Para guardar seus arquivos com segurança, tire-os da visibilidade da nuvem e esconda-os nos recônditos da neblina.[Imagem: vozachudo2004/Wikimedia]

Dados imateriais

Duas especialistas em ciência da informação italianas estão propondo um novo conceito para o armazenamento remoto e distribuído de documentos que pode manter todos os benefícios da computação em nuvem, mas sem os problemas de segurança envolvidos em colocar seus documentos sensíveis em um único servidor remoto.

Em lugar do armazenamento na "nuvem", é melhor armazenar os arquivos na "névoa", propõem Rosario Culmone e Maria Concetta De Vivo, da Universidade de Camerino.

Elas lembram que os aspectos tecnológicos e regulatórios - a legislação de cada país - da computação em nuvem oferecem oportunidades e riscos. Ter seus arquivos hospedados em servidores remotos dispensa o investimento em hardware e torna os arquivos acessíveis aos usuários remotos de forma mais eficiente. No entanto, há lacunas na segurança e na acessibilidade dos arquivos na nuvem.

Foi por isso que elas se voltaram para outra metáfora meteorológica - a névoa, ou neblina - para propor um conceito que torna qualquer arquivo inteiramente imaterial, em vez de localizá-lo em um único servidor. É essa "diluição" dos dados que diminui a densidade da nuvem, tornando-a uma mera neblina.

Armazenamento em névoa

No armazenamento em névoa, os arquivos são distribuídos em uma rede pública ou privada e, portanto, não têm um endereço único. Desta forma, não há um único servidor que possa ser alvo para os hackers e, portanto, apenas os usuários legítimos podem acessá-los. A computação em névoa poderia contornar os problemas de segurança e questões legais, colocando os arquivos fora do alcance dos bisbilhoteiros - e também das autoridades.

"Nossa proposta é baseada nesta ideia de um serviço que torna a informação completamente imaterial, no sentido de que, por um determinado período de tempo, não há um lugar na Terra que contenha as informações completas em sua totalidade," escreve a dupla.

Elas explicam que a solução é baseada em um serviço distribuído - a névoa - que usa protocolos de rede padrão de uma maneira não convencional, explorando "buffers virtuais" em roteadores da internet para deslocar pacotes de dados continuamente, sem que um arquivo chegue a ser gravado em sua totalidade em um único servidor.

É como se você estivesse enviando uma carta com um mecanismo de rastreamento de correspondência, mas com um endereço incompleto que simplesmente a envia de uma agência dos correios para outra, seguidamente, nunca sendo entregue.

Bibliografia:

Vanishing files: protocols and regulations for immaterial documents
Rosario Culmone, Maria Concetta De Vivo
International Journal of Electronic Security and Digital Forensics
Vol.: 9, No. 1, 2017 45-61

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Microscopia quântica abre caminho para tricorder e chave de fenda sônica Redação do Site Inovação Tecnológica

Microscopia quântica abre caminho para tricorder e chave de fenda sônica

Redação do Site Inovação Tecnológica -  15/03/2017

Doherty e Barson criaram uma nova técnica de microscopia usando tecnologias da computação quântica.[Imagem: Stuart Hay/ANU]

Revolução científica

"Cada grande avanço na microscopia gerou uma revolução científica," afirma o professor Marcus Doherty, da Universidade Nacional Australiana. "Nossa invenção ajudará a resolver muitos problemas complexos numa vasta gama de áreas, incluindo pesquisa médica, ambiental e de biossegurança."

E ele parece ter razão de sobra para tamanho entusiasmo.

A invenção é nada menos do que uma nova técnica de microscopia molecular, baseada em uma hibridização das tecnologias usadas nos equipamentos médicos de imageamento por ressonância magnética e na espectrometria de massa.

Enquanto a tecnologia de imagens médicas é capaz de identificar a composição química de moléculas individuais, os espectrômetros de massa identificam as moléculas medindo as massas dentro de uma amostra.

Desta forma, a nova técnica permite, simultaneamente, identificar, pesar e caracterizar moléculas complexas tais como as proteínas, importantes desde as pesquisas básicas em biologia, até as pesquisas médicas aplicadas a doenças específicas.

Os diamantes vêm ocupando vários espaços na tecnologia quântica - as demonstrações incluem até mesmo o menor rádio do mundo. [Imagem: Cortesia Element Six]

Microscopia quântica

A grande novidade da pesquisa é que, em vez das lentes normalmente associadas aos microscópios, a nova técnica baseia-se nos mesmos diamantes que estão sendo usados pela computação quântica para criar qubits.

O que o pesquisador Michael Barson descobriu foi como explorar os minúsculos defeitos no diamante, conhecidos como vacâncias de nitrogênio, e usá-los para medir a massa e a composição da química das moléculas - essencialmente um fenômeno que permite que a luz fale com a matéria.

"Para a espectrometria de massa, quando uma molécula se liga ao dispositivo de diamante, sua massa muda, o que muda a frequência, e medimos a mudança na frequência usando os defeitos no diamante. Para a ressonância magnética, estamos observando como os campos magnéticos da molécula também influenciam os defeitos," disse Barson.

Tricorder e chave de fenda sônica

Já o professor Doherty está muito mais entusiasmado. Segundo ele, como se trata essencialmente de medições sem contato, usando campos magnéticos ou elétricos, o dispositivo de microscopia quântica pode se tornar o núcleo de tecnologias só vistas na ficção científica, como o tricorder de Jornada nas Estrelas ou a chave de fenda sônica do Dr. Who.

• Especial Telescópios: Telescópio Quântico

Bibliografia:

Nanomechanical Sensing Using Spins in Diamond
Michael S. J. Barson, Phani Peddibhotla, Preeti Ovartchaiyapong, Kumaravelu Ganesan, Richard L. Taylor, Matthew Gebert, Zoe Mielens, Berndt Koslowski, David A. Simpson, Liam P. McGuinness, Jeffrey McCallum, Steven Prawer, Shinobu Onoda, Takeshi Ohshima, Ania C. Bleszynski Jayich, Fedor Jelezko, Neil B. Manson, Marcus W. Doherty
Nano Letters
Vol.: 17 (3), pp 1496-1503
DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b04544

Músculos de tecido prometem exoesqueletos de vestir Redação do Site Inovação Tecnológica

Músculos de tecido prometem exoesqueletos de vestir

Redação do Site Inovação Tecnológica -  16/03/2017

O tecido atuador - a parte preta no centro da cotoveleira - promete criar uma nova geração de exoesqueletos de vestir. [Imagem: Thor Balkhed/Linköping University]

Tecidos atuadores

Em mais um feito em uma recente onda de inovações no campo dos músculos artificiais, engenheiros suecos desenvolveram uma técnica para recobrir as fibras de um tecido normal com um material eletroativo, que se distende e se contrai acionado por uma corrente elétrica.

Desta forma, torna-se possível construir roupas e acessórios que se comportem como fibras musculares, provendo força adicional para pessoas com dificuldades de movimento.

É uma abordagem mais simples, mais leve e mais cômoda do que os tradicionais exoesqueletos, normalmente construídos com atuadores rígidos.

"Tem havido avanços enormes e impressionantes no desenvolvimento dos exoesqueletos, que agora permitem às pessoas com deficiência andar novamente. Mas a tecnologia atual se parece com ternos robóticos rígidos. O nosso sonho é criar exoesqueletos semelhantes aos itens normais de vestuário, que você possa usar sob suas roupas normais. Esse dispositivo poderia facilitar a circulação de pessoas idosas e portadoras de deficiência de mobilidade," disse o professor Edwin Jager, da Universidade de Linkoping.

Músculos têxteis

A equipe desenvolveu seus "músculos têxteis" a partir de fibras de celulose, que foram recobertas sequencialmente por um polímero, um material eletroativo, conhecido como polipirrol, e uma camada externa de proteção aplicada por deposição a vapor.

Uma tensão de apenas 0,5 volt faz com que o material mude de volume, esticando as fibras. As propriedades do músculo artificial completo, já tecido, dependem da trama e da técnica de tecelagem, que podem variar de acordo com a aplicação.

"Ao tecer o tecido, podemos projetá-lo para produzir uma força elevada, por exemplo. Neste caso, a extensão do tecido é a mesma que a dos fios individuais. Mas o que acontece é que a força gerada é muito maior quando os fios são conectados em paralelo no tecido. Isto é semelhante aos nossos músculos. Alternativamente, podemos usar uma estrutura tricotada extremamente esticável para aumentar a eficácia de esticamento," disse Nils Persson, da Universidade Boras.

Bibliografia:

Knitting and weaving artificial muscles
Ali Maziz, Alessandro Concas, Alexandre Khaldi, Jonas Stalhand, Nils-Krister Persson, Edwin W. H. Jager
Science Advances
Vol.: 3, no. 1, e1600327
DOI: 10.1126/sciadv.1600327

Processador com bateria: Energia e refrigeração embutidas Redação do Site Inovação Tecnológica -

Processador com bateria: Energia e refrigeração embutidas

Redação do Site Inovação Tecnológica -  17/03/2017

Processador de computador alimentado com combustível líquido, que também retira o calor - tudo embutido. [Imagem: IBM Research Zurich]

Bateria dentro do processador

Este processador é um híbrido de duas tecnologias que parecem nada ter em comum: a tecnologia tradicional da microeletrônica e a tecnologia das baterias líquidas, do tipo que estão sendo desenvolvidas para resolver o problema da intermitência das fontes renováveis, como eólica e solar.

Ao incorporar a bateria líquida, o processador ganhou não apenas uma fonte própria de energia, como também um sistema de refrigeração interno, mais eficiente do que os usados atualmente, que retiram calor apenas da superfície superior.

"Os chips são efetivamente alimentados com um combustível líquido e produzem sua própria eletricidade," confirma Dimos Poulikakos, do Instituto ETH, na Suíça, que desenvolveu a tecnologia híbrida juntamente com engenheiros da IBM Research de Zurique.

Em uma bateria de fluxo redox, a eletricidade é produzida por uma reação eletroquímica induzida pela mistura de dois eletrólitos líquidos, que são bombeados de um reservatório externo para a célula da bateria por meio de um circuito fechado.

O que a equipe fez foi identificar líquidos adequados para funcionar tanto como eletrólitos quanto como meio para extrair calor do chip. O calor é deixado do lado de fora quando o eletrólito circula até seu reservatório.

Lasers e células solares

A bateria tem 1,5 milímetro de espessura e atingiu um recorde de eficiência: 1,4 watt por centímetro quadrado de bateria. Descontando a energia usada para bombear os eletrólitos, sobra pouco mais de 1 watt por centímetro quadrado - é bastante, mas não o suficiente para alimentar o chip, mostrando que a equipe terá que fazer otimizações adicionais.

Os testes confirmaram que o sistema efetivamente resfria o chip, sendo capaz de dissipar um calor várias vezes maior do que o gerado pela reação eletroquímica da própria bateria conforme ela produz energia.

A ideia é montar o sistema camada por camada: um núcleo de processador, em seguida a microcélula fina que fornecerá eletricidade e resfriará esse núcleo, seguida pelo próximo chip de computador e assim por diante.

Esta técnica de hibridização também é interessante para outras aplicações, nos lasers, por exemplo, que precisam ser alimentados com energia e resfriados; ou para células solares, onde a eletricidade produzida poderia ser armazenada diretamente na célula da bateria e usada mais tarde, quando necessária, e também resfriada, já que o aumento da temperatura reduz a eficiência das células solares.

Bibliografia:

3D-printed fluidic networks for high-power-density heat-managing miniaturized redox flow batteries
Julian Marschewski, Lorenz Brenner, Neil Ebejer, Patrick Ruch, Bruno Michel, Dimos Poulikakos
Energy & Environmental Science
Vol.: 10, 780-787
DOI: 10.1039/C6EE03192G