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Artigo de brasileiros sobre fósforo negro entra no rol dos mais citados Com informações da Agência Fapesp

Artigo de brasileiros sobre fósforo negro entra no rol dos mais citados

Com informações da Agência Fapesp -  19/06/2018

A figura mostra uma representação artística de um floco de fósforo negro sendo iluminado por um laser verde. A luz vermelha representa a luz espalhada com energia diferente da incidente sendo que este efeito é conhecido como espalhamento Raman. Ao girar o cristal, as medidas de dependência angular deste efeito deveriam se comportar conforme a linha cinza mostrada no gráfico no final da luz vermelha, no entanto, comportam-se conforme os pontos verdes no mesmo gráfico.[Imagem: Henrique Bücker Ribeiro]

Sucesso

Depois do isolamento do grafeno, em 2004, outro material em escala nanométrica (bilionésima parte do metro) também muito promissor despontou em razão de suas propriedades semicondutoras: o fósforo negro, ou fosforeno.

E, da mesma forma que o conhecimento sobre o grafeno vem se acumulando desde a sua descoberta, o fósforo negro também só vem sendo compreendido aos poucos.

Uma descoberta importante foi feita em 2015 por uma equipe brasileira, das universidades Presbiteriana Mackenzie, em São Paulo, e Federal de Minas Gerais (UFMG), em parceria com pesquisadores das universidades Nacional de Cingapura e de Antioquia (Colômbia).

Na ocasião, Henrique Ribeiro e seus colegas conseguiram explicar uma propriedade observada experimentalmente, mas até então não compreendida do fósforo negro.

Demonstrando a importância da descoberta, o artigo entrou na seleta lista de 1% mais citados em comparação com outros trabalhos publicados em seu campo de estudo, de acordo com os Essential Science Indicators.

Fósforo negro

O fósforo negro é um cristal com estrutura sanfonada, composta por camadas bidimensionais de fósforo empilhadas com apenas um átomo de espessura. O material apresenta uma característica chamada anisotropia, pela qual suas propriedades físicas variam dependendo da direção - ou ângulo - do cristal.

"Em uma direção, os átomos na estrutura do material estão dispostos de um jeito e em outra direção estão ordenados de forma diferente. Desse modo, ao medir, por exemplo, a condutividade elétrica do material em uma direção o resultado é um, e em outra direção o resultado é diferente", explicou Henrique.

A fim de estudar esse fenômeno, os pesquisadores utilizaram espectroscopia Raman, técnica que permite obter informação química e estrutural de quase qualquer material por meio da análise da luz espalhada por ele.

A técnica consiste em incidir a luz de um laser sobre um material. A luz interage e perde energia para as vibrações do material, induzindo a redução da sua frequência. As energias de vibração de cada material são únicas e podem ser usadas como uma "impressão digital" dele, uma vez que cada material tem tipos de átomos diferentes, com ligações também específicas.

Ao analisar a luz espalhada ou refletida pelo material por meio dessa técnica é possível saber exatamente qual é a energia de vibração e, consequentemente, conhecer um cristal estudado.

Em 2016, a mesma equipe observou que o fosforeno apresenta vibrações que alteram a luz [Imagem: H. B. Ribeiro et al. - 10.1038/ncomms12191]

Conhecimento para futuras aplicações

"Conseguimos oferecer, com base em dados experimentais, explicação para um comportamento anômalo observado quando um laser incide sobre um cristal de fósforo negro e é espalhado inelasticamente. Percebemos que não só a intensidade da luz espalhada, mas também a sua fase [propriedade encontrada em todas as ondas] varia com o ângulo que a polarização da luz incidente faz com o cristal. A variação da fase é normalmente desconsiderada.

"A partir dessa explicação, outros pesquisadores que estudam fósforo negro e outros cristais similares começaram a citar nosso artigo, pois é essencial levar em consideração esse fenômeno para ajustar dados e compreender bem os resultados experimentais," detalhou Christiano José Santiago de Matos, um dos autores do estudo.

Na avaliação dos pesquisadores, suas descobertas contribuem para caracterizar melhor o material, considerado extremamente promissor para futuras aplicações eletrônicas e optoeletrônicas.

O fósforo negro pode, por exemplo, ser usado em transistores, desempenhando as funções lógicas necessárias em sistemas digitais; em detectores de luz, transformando energia luminosa em corrente elétrica para sistemas de comunicações ópticas (fibra óptica) ou para células células fotovoltaicas; e em novos emissores de luz para as comunicações ópticas.

Bibliografia:

Unusual angular dependence of the Raman response in black phosphorus
Henrique Bücker Ribeiro, Marcos A. Pimenta, Christiano J. S. de Matos, Roberto Luiz Moreira, Aleksandr S. Rodin, Juan D. Zapata, Eunézio A. T. de Souza, Antônio H. Castro Neto
ACS Nano
DOI: 10.1021/acsnano.5b00698

Que estratégia o Brasil deve adotar para reindustrializar e inovar? Com informações da Agência Fapesp

Que estratégia o Brasil deve adotar para reindustrializar e inovar?

Com informações da Agência Fapesp -  21/06/2018

Teoria dos saltos e armadilhas

O termo armadilha da renda média foi cunhado na literatura econômica nos anos 2000 para designar aqueles países que, após superarem a renda baixa, apresentam um crescimento econômico insuficiente para dar o próximo salto. Entre os dilemas para cair nessa armadilha estariam questões relacionadas à elevação do nível de educação e o seu consequente aumento de produtividade.

De acordo com o Banco Mundial, entre os países que superaram a renda baixa nas últimas décadas, apenas Japão, Coreia do Sul, Cingapura, Israel, Ilhas Maurício, Taiwan e Hong Kong contornaram a armadilha - atualmente, a continuidade desse crescimento econômico está relacionada com a inovação.

"Prefiro usar o termo armadilha da inovação média no lugar de armadilha da renda média. A segunda é apenas o resultado da primeira," defendeu o professor Jeong-Dong Lee, da Universidade Nacional de Seul, na Coreia do Sul, durante a conferência internacional InSySPo (Innovation Systems, Strategies and Policy), realizada na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

Jeong-Dong defendeu a teoria dos saltos e armadilhas, em que até mesmo países que contornaram a armadilha da renda média correm o risco de estagnar e sofrer limitações se não desenvolverem capacidade de inovação que vá além do bom desempenho e do bom desempenho operacional.

• ONU reconhece processo de desindustrialização do Brasil

Concentração da inovação

Para outro participante do evento, Otaviano Canuto, diretor executivo do Banco Mundial, o problema agora é outro.

"Esses países têm apresentado uma capacidade fantástica de adaptar processos produtivos e de serem criativos com produtividade e altíssimo nível de incorporação de conhecimento na produção. Porém, a capacidade de criar o novo produto, de criar novas indústrias, eles não têm," disse Canuto, que é autor do livro Brasil e Coreia do Sul: os (des)caminhos da industrialização tardia.

Nicholas Vonortas, da Universidade George Washington, EUA, ponderou que é difícil comparar os dois países (Brasil e Coreia do Sul), por estarem em estágios econômicos distintos e serem de tamanhos muito diferentes; mas o Brasil pode tirar lições importantes do que está ocorrendo com a Coreia do Sul. "Tendemos a imaginar que eles resolveram o problema, pois superaram etapas importantes. Porém, eles olham para o outro lado do mar e ficam assustados em ver que correm o risco de ficar mais parecidos com o Japão, que está no mesmo patamar há 20 anos e parece não sair do lugar", disse.

Para Vonortas, no Brasil a inovação está concentrada em algumas regiões. "Existem poucos lugares que subiram degraus, como o Estado de São Paulo. Mas ainda assim o Brasil está em um período interessante. Há uma economia dupla com boas empresas e boas universidades trabalhando juntas. E uma nova onda de pequenas empresas nascendo a partir das universidades," disse. Segundo ele, é preciso ampliar a conexão entre as regiões onde a inovação está concentrada com o resto do país.

• Mercosul busca defesas contra desindustrialização

Diversificação

Franco Malerba, professor de Economia Aplicada na Universidade Bocconi, em Milão (Itália), destacou que não existe uma única receita para se criar um ecossistema de alto impacto em inovação.

"Alavancagem econômica é um deles, e não significa clonagem. É um processo dinâmico e que invariavelmente diverge daqueles usados por países que serviram como referência. Cada economia emergente fez de modo diferente porque os países seguem diferentes trajetórias de avanços tecnológicos e de processos," disse.

Outra variável importante para a diversificação é identificar os pontos fortes de cada região e, em vez fortalecê-los ainda mais, buscar trabalhar outras áreas. Para Ron Boschma, professor de Economia Regional nas universidades de Utrecht (Países Baixos) e Stavanger (Noruega), antes de desenhar qualquer modelo é preciso identificar os pontos fortes de cada economia para diversificá-la espacialmente por meio de parcerias.

Em um estudo recente realizado na Suécia, Boschma identificou que a ascensão e a queda de indústrias estão fortemente ligadas à relação da indústria no nível regional. "Uma boa forma de entender os movimentos das regiões está nas conexões dos movimentos de capacidades que a região tem e como as possibilidades de diversificação dependem muito do aprendizado anterior", disse.

Interface háptica traduz suas mensagens em vibrações no braço Redação do Site Inovação Tecnológica -

Interface háptica traduz suas mensagens em vibrações no braço

Redação do Site Inovação Tecnológica -  21/06/2018

A primeira versão é grande e exige um monte de fios - mas o Facebook está interessado em mudar isso rapidamente. [Imagem: Brian Huchel/Purdue University]

Interface háptica

É certo que, em um futuro não muito distante, acharemos um tanto tosco ficar digitando em telas minúsculas, como fazemos nos nossos celulares.

Por enquanto, as tentativas de superar as interfaces atuais é que são bastante toscas - mas algumas delas são promissoras o suficiente para merecerem um desenvolvimento em produto.

É o caso da interface háptica criada por Yang Jiao e seus colegas da Universidade Purdue, nos EUA.

O dispositivo consiste em uma braçadeira envolvendo o antebraço, do pulso até abaixo do cotovelo. O material contém sensores e atuadores táteis que, quando estimulados, emitem uma vibração contra a pele, vibração essa que se altera de forma dinâmica durante o processo.

Isso permitiu criar 39 combinações vibratórias correspondentes a um igual número de fonemas - fonemas são unidades de som em um idioma que distinguem uma palavra da outra. Os sons de consoantes como K, P e T foram codificadas como sensações em diferentes áreas fixas do braço, enquanto as vogais são indicadas por estímulos que se movem para cima, para baixo ou ao redor do antebraço.

Basta então que o usuário aprenda a linguagem das vibrações para que entenda a mensagem que lhe está sendo passada - a boa notícia é que dá para aprender o básico desse idioma vibratório em cerca de uma hora e meia.

Linguagem das vibrações

Doze voluntários foram colocados para aprender os símbolos hápticos através do método baseado em fonemas em um cronograma de 100 palavras em 100 minutos, enquanto outros 12 aprenderam usando um sistema baseado em letras, sílabas e palavras.

Os resultados mostraram que os fonemas funcionam melhor do que uma abordagem baseada em palavras, fornecendo um caminho mais consistente para a aprendizagem do usuário em um curto período de tempo. Os níveis de desempenho variaram muito entre os voluntários para cada método, mas, com a abordagem baseada em fonemas, pelo menos metade alcançou 80% de precisão, com dois deles atingindo 90% de precisão - tudo com uma hora e meio de aprendizado.

Os pesquisadores argumentam que o uso de fonemas é mais eficiente em comparação com as letras porque há menos fonemas do que letras em uma palavra.

"Imagine um futuro em que você possa usar uma capa que envie mensagens discretamente para você - pela sua pele - em momentos em que pode ser inconveniente ver uma mensagem de texto. Eu realmente espero que isso decole," disse a professora Hong Tan, orientadora da pesquisa, lembrando que o Facebook já se interessou pela tecnologia e está financiando a pesquisa.

Bibliografia:

A Comparative Study of Phoneme- and Word-Based Learning of English Words Presented to the Skin
Yang Jiao, Frederico M. Severgnini, Juan S. Martinez, Jaehong Jung, Hong Z. Tan, Charlotte M. Reed, E. Courtenay Wilson, Frances Lau, Ali Israr, Robert Turcott, Keith Klumb, Freddy Abnousi
Proceedings of EuroHaptics 2018

Inteligência artificial vai rodar em hardware analógico Redação do Site Inovação Tecnológica

Inteligência artificial vai rodar em hardware analógico

Redação do Site Inovação Tecnológica -  22/06/2018

Ilustração do chip formado por memoristores - ou memórias de acesso aleatório resistivas não-voláteis (ReRAM).[Imagem: IBM Research]

Hardware analógico

Assistentes versáteis e um tanto inteligentes, como o Alexa e o Echo, já estão presentes em muitos lares.

Mas ainda é pouco perto do que a inteligência artificial pode fazer.

Imagine, por exemplo, uma inteligência artificial personalizada, onde seu celular reconhece sua voz mesmo em um local barulhento, entendendo o contexto de diferentes situações sociais ou apresentando apenas a informação que é relevante para você, ou mesmo checando notícias que você recebe com fontes fidedignas.

Esses recursos não estão muito distantes. Mas, assim como as GPUs - as placas gráficas - trouxeram um novo nível de qualidade para os vídeos, a inteligência artificial exigirá seus próprios aceleradores de hardware, que deverão ser rápidos e eficientes em termos energéticos.

Stefano Ambrogio e seus colegas da IBM Research acreditam ter encontrado o caminho para esse hardware - segundo eles, a saída está em componentes, não digitais, mas analógicos. Mais especificamente, em memoristores, também conhecidos como sinapses artificiais, que funcionam como células de memória analógica não voláteis e, simultaneamente, fazem as computações.

• Sinapse artificial: Rumo à inteligência artificial em hardware

Hardware dedicado para inteligência artificial

Embora os chips analógicos feitos com memoristores ainda estejam em estágio inicial de desenvolvimento, Stefano e seus colegas usaram uma matriz de 204.900 sinapses artificiais para demonstrar que esse hardware ainda não otimizado já é capaz de treinar redes neurais de aprendizado profundo com a mesma precisão obtida usando as GPUs (unidades processadoras gráficas).

Isto é promissor porque aplicativos reais de inteligência artificial vão exigir uma expansão dos cálculos típicos das redes neurais que não poderá ser obtida com as GPUs, menos ainda levando-se em conta que a intenção é fabricar aparelhos portáteis - e as GPUs são tipicamente intensivas em energia.

"Embora melhores GPUs ou outros aceleradores digitais possam ajudar até certo ponto, esses sistemas inevitavelmente gastam muito tempo e energia movendo os dados da memória para o processamento e vice-versa. Podemos melhorar a velocidade e a eficiência energética realizando cálculos de IA no domínio analógico com a localização correta dos dados - mas isso só faz sentido se as redes neurais resultantes forem tão inteligentes quanto as implementadas com o hardware digital convencional," disse Stefano.

• Memotransístor: Nasce componente que irá transformar processador em cérebro eletrônico

E não é só para inteligência artificial: As memórias neuromórficas são o caminho para cérebros eletrônicos. [Imagem: Quoc An Vu et al. - 10.1038/ncomms12725]

Processamento analógico

As técnicas analógicas, que usam sinais continuamente variáveis, em vez dos 0s e 1s binários, têm limites inerentes de precisão - esta é uma das principais razões por que os computadores são digitais. Mais recentemente, contudo, os pesquisadores de inteligência artificial começaram a perceber que as redes neurais funcionam bem mesmo quando a precisão é trazida a um nível inaceitável para os outros programas de computador.

É por isso que a equipe da IBM está interessada em desenvolver um hardware dedicado para inteligência artificial que gaste muito menos energia. E o que eles fizeram agora foi provar de forma definitiva que o hardware analógico, construído com as memórias não-voláteis analógicas, pode de fato produzir resultados equivalentes aos obtidos com um hardware digital.

"Em nosso artigo, descrevemos como as memórias não-voláteis analógicas podem acelerar de forma eficiente o algoritmo de 'retropropagação' que é o coração de muitos avanços recentes da IA. Essas memórias permitem que as operações de 'mulplica-acumula' usadas nesses algoritmos sejam paralelizadas no domínio analógico [...] Em vez de grandes circuitos para multiplicar e adicionar os números digitais, nós simplesmente passamos uma pequena corrente através de um resistor em um fio, e então conectamos muitos desses fios para deixar as correntes se acumularem.

"Isso nos permite realizar muitos cálculos ao mesmo tempo, em vez de um após o outro. E, em vez de enviar dados digitais em longas viagens entre os chips de memória digital e os chips de processamento, podemos realizar toda a computação dentro do chip de memória analógica," detalhou Stefano.

Com a demonstração, a equipe ganha agora novo fôlego para se dedicar a otimizar seu hardware analógico.

• Lógica e memória empilhadas fazem computador 3D

Bibliografia:

Equivalent-accuracy accelerated neural-network training using analogue memory
Stefano Ambrogio, Pritish Narayanan, Hsinyu Tsai, Robert M. Shelby, Irem Boybat, Carmelo di Nolfo, Severin Sidler, Massimo Giordano, Martina Bodini, Nathan C. P. Farinha, Benjamin Killeen, Christina Cheng, Yassine Jaoudi, Geoffrey W. Burr
Nature
Vol.: 558, pages 60-67
DOI: 10.1038/s41586-018-0180-5

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Bateria mistura polos para recarregar em segundos Redação do Site Inovação Tecnológica -

Bateria mistura polos para recarregar em segundos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  04/06/2018

Com anodo (cinza, com sinal de menos), separador (verde) e catodo (azul, sinal de mais) interpenetrantes, cada um com cerca de 20 nanômetros, a bateria carrega extremamente rápido. [Imagem: Wiesner Group]

Revolução nas baterias?

Há muito tempo que o mundo espera um salto tecnológico nas baterias, que têm conseguido melhorar apenas marginalmente e, mesmo assim, à custa de operarem no limite da tecnologia, o que se pode comprovar pelos vários casos de incêndios e explosões.

Talvez essa tão esperada revolução esteja batendo às portas, graças ao trabalho de uma equipe da Universidade Cornell, nos EUA.

A ideia é simples: Em vez da arquitetura tradicional das baterias atuais, onde um catodo e um anodo são postos de cada lado de um separador não-condutor, esses componentes são entrelaçados em uma estrutura 3D giroidal, na qual milhares ou milhões de poros em nanoescala são preenchidos com os elementos necessários para o armazenamento e a liberação da energia.

Para isso, foram usados copolímeros de bloco, cadeias repetitivas de moléculas poliméricas já usadas em muitos produtos industriais. A grande vantagem desse tipo de material é que ele se forma por um processo de automontagem, que resulta em uma porosidade muito elevada.

Detalhe da fabricação dos componentes intercalados da bateria. [Imagem: J. G. Werner et al. - 10.1039/C7EE03571C]

Arquitetura da bateria 3D

As películas finas giroidais - o anodo da bateria, gerado pela automontagem dos copolímeros em bloco - têm poros periódicos da ordem de 40 nanômetros de largura. Esses poros foram revestidos com um separador eletricamente isolante, mas condutor de íons, de 10 nm de espessura, através de eletropolimerização, o que, pela própria natureza do processo, produz uma camada de separação isenta de orifícios, o que é essencial para evitar que a bateria entre em curto.

A seguir é adicionado o material catódico - neste caso, enxofre - em uma quantidade que não preencha completamente o restante dos poros. Como o enxofre pode aceitar elétrons, mas não conduz eletricidade, o passo final é preencher tudo com um polímero condutor de elétrons - conhecido como PEDOT.

"Esta é uma arquitetura de bateria verdadeiramente revolucionária," disse o professor Ulrich Wiesner. "Esta arquitetura tridimensional basicamente elimina todas as perdas de volume morto no seu dispositivo. Mais importante, encolher as dimensões desses domínios interpenetrados até a nanoescala, como fizemos, dá a você uma densidade de potência várias ordens de grandeza maior. Em outras palavras, você pode acessar a energia em tempos muito mais curtos do que o que normalmente é feito com as arquiteturas de baterias convencionais."

Isto significa também que essa bateria pode recarregar de forma extremamente rápida porque as cargas são guardadas em componentes nanométricos, e chegam rapidamente até seus "compartimentos" pela intrusão do polímero condutor por todos os poros.

Mas nem tudo está pronto para ser empacotado e vendido como uma nova bateria para celulares e notebooks que recarrega quase instantaneamente. As variações de volume do material durante a carga e a descarga lentamente degradam o PEDOT, que não acompanha a mudança de volume do enxofre. Esse é o desafio a ser vencido a seguir.

Bibliografia:

Block copolymer derived 3-D interpenetrating multifunctional gyroidal nanohybrids for electrical energy storage
J. G. Werner, G. G. Rodríguez-Calero, H. D. Abruñab, U. Wiesner
Energy & Environmental Science
Vol.: 11, 1261-1270
DOI: 10.1039/C7EE03571C

Controle seus aparelhos mexendo os dedos - sem tocar em nada Redação do Site Inovação Tecnológica

Controle seus aparelhos mexendo os dedos - sem tocar em nada

Redação do Site Inovação Tecnológica -  13/06/2018

O protótipo ainda chama a atenção, mas uma versão final poderá ser tão discreta quanto um relógio. [Imagem: Cheng Zhang et al. (2018)]

Interface de dedo

As telas e, muito antes delas, os teclados, vêm sendo controlados com os dedos há décadas.

Mas que tal continuar usando seus dedos para controlar seus aplicativos e aparelhos sem precisar tocar em nada?

Esta é a proposta de Cheng Zhang, do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos EUA.

Usando chiados inaudíveis emitidos por um anel e recebidos por uma pulseira, a interface que Zhang criou é capaz de reconhecer 22 gestos de dedo diferentes, que podem ser programados para vários comandos - incluindo uma interface de teclado T9, um conjunto de números ou comandos de aplicativos, como tocar ou parar a música.

"Algumas interações não são socialmente apropriadas," disse Zhang. "Um aparelho de vestir está sempre em você, então você deve ter a capacidade de interagir através desse aparelho a qualquer momento, de forma apropriada e discreta. Enquanto estamos falando, eu ainda posso dar uma resposta rápida que não interrompe a nossa interação."

O sistema também é um passo preliminar para uma interface capaz de reconhecer e traduzir a linguagem de sinais, que Zhang disse planejar construir no futuro, justificando que já existem técnicas que utilizam câmeras para reconhecer a linguagem de sinais, mas isso pode ser intrusivo e é improvável que alguém carregue o aparato todo consigo em condições normais.

Padrões sonoros

O sistema, batizado de FingerPing, usa o modo como os sinais sonoros viajam através da estrutura da mão, o que dispensa o uso de uma luva. As ondas sonoras viajam através da mão seguindo padrões específicos, mas esses padrões são alterados pela maneira como a mão é colocada. Utilizando essas poses, o usuário pode obter até 22 comandos pré-programados.

Os gestos são discretos, como tocar a ponta de um dedo ou colocar a mão em gestos clássicos "1", "2" e "3".

"O receptor reconhece essas pequenas diferenças," contou Zhang. "O som injetado no polegar percorrerá diferentes caminhos dentro do corpo com diferentes posturas da mão. Por exemplo, quando sua mão está aberta, há apenas um caminho direto do polegar até o pulso. Sempre que você faz um gesto você fecha um loop e o som terá um caminho diferente e isso formará uma assinatura única."

O pesquisador reforça que esta interface de dedos é apenas uma prova de conceito para uma técnica que ele pretende expandir e aprimorar.

Bibliografia:

FingerPing: Recognizing Fine-grained Hand Poses Using Active Acoustic On-body Sensing
Cheng Zhang, Qiuyue Xue, Anandghan Waghmare, Ruichen Meng, Sumeet Jain, Yizeng Han, Xinyu Li, Kenneth Cunefare, Thomas Ploetz, Thad Starner, Omer Inan, Gregory D. Abowd
Proceedings of the 2018 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems
Vol.: 1, 437

Nanorrobôs de DNA controlados instantaneamente com magnetismo Redação do Site Inovação Tecnológica

Nanorrobôs de DNA controlados instantaneamente com magnetismo

Redação do Site Inovação Tecnológica -  14/06/2018

Os nanorrobôs de DNA, aqui com uma considerável licença artística, são promissores para um sem-número de aplicações. [Imagem: Ella Maru Studio/Science]

Nanotecnologia robótica

Os robôs de DNA estão entre as nanotecnologias mais promissoras, sobretudo para uso em biotecnologia e saúde.

O grande inconveniente é que eles são muito lentos, levando vários minutos para fazer cada movimento ou dar um passo rumo ao seu objetivo.

Esse problema agora foi superado com um novo sistema de controle magnético que permite que os robôs e nanomáquinas feitos de DNA movam-se de forma controlada em uma fração de segundo.

Ou seja, são dois avanços em um: o movimento é rápido e cada passo pode ser controlado individualmente, dando um novo nível de flexibilidade para essas máquinas nanoscópicas e microscópicas.

Isso pode viabilizar várias visões futurísticas da nanotecnologia, incluindo a fabricação molecular e a aplicação localizada de medicamentos no corpo humano, entre várias outras.

"Métodos de manipulação em tempo real, como nossa abordagem magnética, permitem interagir com os nanodispositivos de DNA que, por sua vez, interagem com moléculas e sistemas moleculares que podem ser acoplados a esses nanodispositivos em tempo real e com feedback visual direto," disse o professor Carlos Castro, da Universidade de Ohio, nos EUA.

Nanorrobôs com controle magnético

O controle magnético dos robôs de DNA é fruto da mesclagem de duas tecnologias.

A equipe do professor Castro havia usado a técnica de origami de DNA para dobrar fitas individuais de DNA e formar ferramentas microscópicas simples, como rotores e dobradiças. Eles até construíram um "cavalo de Troia" com DNA para levar drogas para células cancerígenas.

A equipe do professor Ratnasingham Sooryakumar, por sua vez, desenvolveu pinças magnéticas microscópicas para movimentar células biológicas, também com vistas a aplicações biomédicas, como a terapia genética. As pinças são feitas com grupos de partículas magnéticas que se movem em sincronia para empurrar as células para onde elas são necessárias.

Embora invisíveis a olho nu, essas partículas magnéticas são muitas vezes maiores do que as nanomáquinas de Castro. E foi aqui que a junção das duas equipes encontrou um caminho.

As peças construídas com moléculas de DNA podem ser acopladas para formar mecanismos maiores e mais complexos. [Imagem: Stephanie Lauback et al. - 10.1038/s41467-018-03601-5]

Do micromundo ao nanomundo

"Descobrimos uma maneira de tirar proveito do poder das forças magnéticas para sondar o mundo microscópico - um mundo oculto de complexidade impressionante," disse Sooryakumar. "Mas nós queríamos fazer a transição do micromundo para o nanomundo. Isso levou à colaboração com o Dr. Castro. Os desafios eram encolher milhares de vezes a funcionalidade das nossas partículas, acoplá-las a locais precisos nas partes móveis das máquinas e incorporar moléculas fluorescentes como faróis para monitorar as máquinas enquanto elas se movem."

Para isso, as partículas magnéticas foram incorporadas em minúsculas esferas de poliestireno, às quais as nanomáquinas são também acopladas, o que permitiu fazer a conexão do magnetismo com as barras, rotores e dobradiças feitos com origami de DNA.

Ajustando o campo magnético, as partículas magnéticas movimentam os nanocomponentes para a frente e para trás ou os faz girar, com os movimentos sendo executados em menos de um segundo. Por exemplo, o nanorrotor gira 360 graus em cerca de um segundo, enquanto uma nanodobradiça pôde ser fechada ou aberta em 0,4 segundo, ou mantida em um ângulo específico com uma precisão de 8 graus.

Bibliografia:

Real-time magnetic actuation of DNA nanodevices via modular integration with stiff micro-levers
Stephanie Lauback, Kara R. Mattioli, Alexander E. Marras, Maxim Armstrong, Thomas P. Rudibaugh, Ratnasingham Sooryakumar, Carlos E. Castro
Nature Communications
Vol.: volume 9, Article number: 1446
DOI: 10.1038/s41467-018-03601-5

Fibra sensitiva vai por eletrônica na sua roupa Redação do Site Inovação Tecnológica

Fibra sensitiva vai por eletrônica na sua roupa

Redação do Site Inovação Tecnológica -  13/06/2018

A fibra altamente elástica é fabricada com funcionalidades específicas de acordo com a aplicação. [Imagem: Alban Kakulya/EPFL]

Fibra sensorial

Parece ser um fio comum, mas esta é uma fibra superelástica que representa uma nova forma de pensar os sensores.

Sua grande vantagem é a incorporação de múltiplos materiais - como eletrodos ou polímeros condutores - em uma matriz de elastômero.

Essa mesclagem permite detectar até mesmo a menor pressão e tensão, com a vantagem de que as fibras podem suportar deformações de quase 500% e depois recuperar sua forma inicial.

Tudo isso as torna perfeitas para aplicações em roupas eletrônicas e próteses inteligentes, ou mesmo para criar nervos artificiais para robôs.

"Por exemplo, podemos adicionar três fios de eletrodos na parte superior das fibras e um na parte inferior. Diferentes eletrodos entrarão em contato entre si dependendo de como a pressão é aplicada às fibras. Isso fará com que os eletrodos transmitam um sinal, que pode então ser lido para determinar exatamente a que tipo de estresse a fibra está exposta - como compressão ou tensão de cisalhamento, por exemplo," explicou o professor Fabien Sorin, da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça.

Os pesquisadores construíram um dedo robótico rudimentar para aferir as qualidades sensoriais das fibras. [Imagem: Yunpeng Qu et al. - 10.1002/adma.201707251]

Peles eletrônicas e dedos de robôs

Embora sejam basicamente um material plástico, as fibras são fabricadas por um processo de trefilação térmica, ou puxamento a quente, o mesmo processo usado na fabricação das fibras ópticas de quartzo.

Os vários componentes que se deseja inserir na fibra final são inicialmente organizados em um padrão 3D cuidadosamente projetado dentro de uma pré-forma em macroescala, muito mais grossa do que a fibra final que se deseja produzir. Essa forma é então aquecida e esticada, como plástico derretido, até formar fibras de algumas centenas de micrômetros de diâmetro.

Esse processo de esticamento a quente estende o padrão dos componentes no sentido do comprimento, mas também o contrai transversalmente, o que significa que as posições relativas dos componentes permanecem as mesmas que ocupavam no molde em macroescala. Isso lhes dá uma funcionalidade difícil de obter em dimensões tão reduzidas e, principalmente, em um material totalmente elástico.

Os primeiros testes mostraram que, ao entrar em contato com qualquer superfície, as fibras transmitem "sensações" suficientes para fazê-las funcionar como nervos artificiais. Se forem tecidas, elas resultarão em uma pele eletrônica totalmente funcional e muito sensível.

Sorin conta que, como o processo de fabricação utilizado já opera em escala industrial, e os materiais componentes são todos disponíveis comercialmente, empresas já se interessaram pela tecnologia, e só está aguardando a concessão dos pedidos de patente para colocar a inovação à disposição do mercado.

Bibliografia:

Superelastic Multimaterial Electronic and Photonic Fibers and Devices via Thermal Drawing
Yunpeng Qu, Tung Nguyen-Dang, Alexis Gérald Page, Wei Yan, Tapajyoti Das Gupta, Gelu Marius Rotaru, René M. Rossi, Valentine Dominique Favrod, Nicola Bartolomei, Fabien Sorin
Advanced Materials
DOI: 10.1002/adma.201707251

Energia renovável marinha armazenada com ar-comprimido Redação do Site Inovação Tecnológica

Energia renovável marinha armazenada com ar-comprimido

Redação do Site Inovação Tecnológica -  14/06/2018

O protótipo está sendo testado com um pequeno módulo de painéis solares. [Imagem: University of Malta]

Energia armazenada como ar-comprimido

Engenheiros da Universidade de Malta lançaram ao mar o protótipo de um novo sistema projetado para armazenar a energia gerada por fontes renováveis.

Seu nome é Flasc, sigla para "acumulador líquido a pistão usando água do mar sob compressão".

O sistema armazena energia na forma de ar-comprimido usando dois recipientes. Um vaso de pressão montado em uma âncora de gravidade de concreto é colocado no fundo do mar, enquanto um segundo vaso flutuante maior é preso à âncora de gravidade por meio de correntes sob tensão - é o que os engenheiros chamam de Plataforma de Perna sob Tensão, uma novidade em termos de armazenamento de energia.

Um dos principais desafios para o armazenamento eficiente de ar-comprimido é manter uma pressão estável. Outros projetos do mesmo tipo dependem da pressão hidrostática do mar para resolver esse problema, o que significa que o desempenho de cada unidade dependerá da profundidade da água.

O sistema de câmara dupla deste novo conceito permite que a resposta de pressão seja controlada independentemente da profundidade de implantação.

Buffer para energias variáveis

O objetivo do sistema é servir como reservatório para fontes geradoras baseadas no mar, como turbinas eólicas e painéis solares flutuantes e sistemas geradores baseados no aproveitamento das ondas e marés - o protótipo usa painéis solares.

A vantagem é que o sistema pode ser integrado ao dispositivo principal de geração de energia - seja ele dos ventos, solar, marés ou ondas - e serve como um "equalizador", liberando sempre uma quantidade constante de energia, minimizando as oscilações típicas das fontes renováveis.

A equipe prevê que o sistema de ar-comprimido armazenará tanta energia quanto um volume equivalente de baterias de íons de lítio, mas a uma fração do custo. A operação do protótipo servirá para confirmar esses cálculos e validar o desempenho termodinâmico previsto nos modelos.

Cerâmica fabricada com eletricidade deforma como metal Redação do Site Inovação Tecnológica

Cerâmica fabricada com eletricidade deforma como metal

Redação do Site Inovação Tecnológica -  15/06/2018

A cerâmica continua trincando, mas não é destruída catastroficamente, como acontece no processamento tradicional. [Imagem: Jaehun Cho et al. - 10.1038/s41467-018-04333-2]

Sinterização flash

Há cerca de dois anos, pesquisadores holandeses conseguiram sintetizar cerâmicas flexíveis - um material que é tipicamente quebradiço fabricado na forma de folhas finas, que dobram-se como papel.

Agora, uma equipe da Universidade Purdue, nos EUA, encontrou uma forma de trabalhar com blocos maiores de cerâmica e torná-la quase tão maleável quanto um metal.

Com a técnica, a natureza tipicamente quebradiça da cerâmica pode ser minimizada, fazendo com que o material suporte cargas pesadas e abrindo caminho para a fabricação de peças mais resilientes, de revestimentos de lâminas de motores de aviões a implantes dentários.

O segredo está em aplicar uma corrente elétrica durante a fabricação da cerâmica, por um processo chamado sinterização, por meio do qual um material em pó coalesce em uma massa sólida - com a aplicação da eletricidade, o processo passa a ser conhecido como sinterização flash.

Cerâmica maleável

Os testes foram feitos com uma cerâmica conhecida como YSZ, sigla para "zircônia estabilizada com ítria", uma cerâmica bem-conhecida e com largas aplicações termais - as cerâmicas são isolantes térmicos excepcionais.

Aplicando a corrente elétrica durante a sinterização, a cerâmica ganha maleabilidade, podendo ser facilmente moldada a temperatura ambiente. E a novidade aqui está em comprovar essa maleabilidade também sob altas temperaturas, justamente as condições nas quais a cerâmica tipicamente opera em condições reais.

Enquanto os metais podem ser tensionados entre 10 e 20% sem se quebrar, as cerâmicas tipicamente se fraturam com uma tensão de apenas 2 a 3%. Com o processamento por sinterização flash, o material resiste a tensões entre 7 e 10%.

"No passado, quando aplicávamos uma carga elevada a temperaturas mais baixas, um grande número de cerâmicas falhava catastroficamente sem aviso. Agora, podemos ver as rachaduras aparecendo, mas o material permanece coeso; isso é uma falha previsível e muito mais segura para o uso da cerâmica," disse o professor Xinghang Zhang.

Bibliografia:

High temperature deformability of ductile flash-sintered ceramics via in-situ compression
Jaehun Cho, Qiang Li, Han Wang, Zhe Fan, Jin Li, Sichuang Xue, K. S. N. Vikrant, Haiyan Wang, Troy B. Holland, Amiya K. Mukherjee, R. Edwin García, Xinghang Zhang
Nature Communications
Vol.: 9, Article number: 2063
DOI: 10.1038/s41467-018-04333-2