Buraco de minhoca

Espaço

Via Láctea pode ser um gigantesco buraco de minhoca

Com informações do SISSA - 22/01/2015

Os físicos não sabem para onde o túnel galáctico levaria, mas garantem que ele deve ser "estável e navegável". [Imagem: Davide/Paolo Salucci]

Sistema de transporte intergaláctico

Você acreditaria que a Via Láctea inteira pode ser um gigantesco buraco de minhoca, um "sistema de transporte intergaláctico"?

Pois com base nos últimos dados e cálculos dos físicos, nossa galáxia pode, em teoria, ser um enorme buraco de minhoca, um túnel no espaço-tempo capaz de nos levar aos confins do Universo. E, se isso for verdade, a Via Láctea seria um buraco de minhoca "estável e navegável".

Esta é a hipótese levantada por uma equipe de físicos indianos, italianos e norte-americanos que, de quebra, tenta estimular seus colegas cientistas a repensar a matéria escura "com mais precisão".

"Se combinarmos o mapa da matéria escura na Via Láctea com o modelo mais recente do Big Bang para explicar o Universo, e aventarmos a hipótese da existência de túneis no espaço-tempo, o que temos é que a nossa galáxia realmente poderia conter um desses túneis, e que o túnel poderia até mesmo ser do tamanho da própria galáxia," explica Paolo Salucci, astrofísico da Escola Internacional de Estudos Avançados (SISSA), na Itália.

"Mas há mais: Nós poderíamos até mesmo viajar por este túnel, uma vez que, com base em nossos cálculos, ele pode ser navegável, exatamente como aquele que vimos no recente filme Interestelar," acrescenta o cientista.

Buracos de minhoca

Embora túneis no espaço-tempo - ou buracos de minhoca ou Pontes de Einstein-Rosen - tenham ganho popularidade entre o público por meio dos filmes de ficção científica, eles têm sido o foco de atenção de pesquisas sérias dos físicos há décadas - Albert Einstein e Nathan Rosen publicaram seu trabalho em 1935 e levaram a fama, mas Ludwig Flamm havia publicado um trabalho sobre túneis no espaço-tempo em 1916.

Mais recentemente, os buracos de minhoca foram a grande estrela do filme Interestelar, de Christopher Nolan.

"O que tentamos fazer em nosso estudo foi resolver a equação fundamental na qual a astrofísica 'Murph' [personagem do filme, interpretada por Jessica Chastain] estava trabalhando. É evidente que nós fizemos isso muito antes de o filme sair," brinca Salucci. "É, de fato, um problema extremamente interessante para estudos da matéria escura."

"Obviamente não estamos afirmando que nossa galáxia definitivamente é um buraco de minhoca, mas simplesmente que, de acordo com os modelos teóricos, esta hipótese é uma possibilidade," acrescenta.

Mas será que essa teoria poderia ser testada experimentalmente?

"Em princípio, poderíamos testar a hipótese comparando duas galáxias - nossa galáxia e outra, muito próxima, por exemplo a Nuvem de Magalhães, mas ainda estamos muito longe de qualquer possibilidade real de fazer essa comparação," responde Salucci.

Matéria Escura? Fala sério

Para chegar às suas conclusões, os astrofísicos combinaram as equações da Relatividade Geral com um mapa extremamente detalhado da distribuição da matéria escura na Via Láctea, obtido em um estudo realizado pela equipe em 2013.

"Além da hipótese da ficção científica, nossa pesquisa é interessante porque propõe uma reflexão mais complexa sobre a matéria escura," explica o físico, que conclama seus colegas a "falar mais sério" sobre a hipótese da matéria escura.

Ele salienta que os cientistas vêm tentando há muito tempo explicar a matéria escura levantando a hipótese da existência de uma partícula específica, oneutralino, que, no entanto, nunca foi identificada no LHC e nem observada no Universo.

Mas também existem teorias alternativas que não se baseiam nessa partícula "e talvez seja a hora de os cientistas levarem essa questão mais a sério," recomenda Salucci, sem ser muito ácido em suas críticas às atuais teorias da matéria escura.

A seguir ele acrescenta suas próprias ideias e os caminhos que as discussões deveriam tomar.

"A matéria escura pode ser 'outra dimensão', talvez até mesmo um sistema central de transporte galáctico. De qualquer forma, nós realmente precisamos começar a nos perguntar o que a matéria escura é," conclui Salucci.

Bibliografia:

Possible existence of wormholes in the central regions of halos
Farook Rahaman, P. Salucci, P.K.F. Kuhfittig, Saibal Ray, Mosiur Rahaman
Annals of Physics
Vol.: 350, Pages 561-567
DOI: 10.1016/j.aop.2014.08.003

Silício mais puro do mundo

Eletrônica

Silício mais puro do mundo irá para computadores quânticos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/01/2015

O silício ultrapuro, brilhando no centro da câmara de deposição, foi aquecido a 1.200º C para otimizar a deposição do isótopo 28 do elemento. [Imagem: NIST]

Silício quântico

Usando uma técnica relativamente simples, pesquisadores criaram o silício mais puro já feito.

O material tem mais do que 99,9999% de pureza de silício-28 (28Si), com menos de 1 parte por milhão (ppm) do problemático isótopo silício-29 (29Si).

Várias arquiteturas propostas para os computadores quânticos requerem silício isotopicamente puro para funcionar como um substrato no qual são depositados os qubits.

Depois de chegar aos "cinco noves" (99,9998%) em 2013, e aos "seis noves" no início de 2014, a equipe do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia dos Estados Unidos superou seus próprios objetivos de enriquecimento do silício.

"Eu acredito que, se você perguntar à maioria das pessoas na comunidade [científica] se seis noves são suficientes para fins de computação quântica, eles diriam: 'Claro! Por um fator de cem!'," comentou Josh Pomeroy, membro da equipe.

Esferas de silício ultrapurificado também são utilizadas para redefinir o quilograma, e redefinirconstantes fundamentais da natureza. [Imagem: CSIRO]

Cristal quase perfeito

Atualmente não há nenhuma fonte comercial onde se possa comprar silício suficientemente enriquecido, que deve ser composto de pelo menos 99,99% de 28Si para ser útil para a maioria dos fins de computação quântica.

O silício natural, não enriquecido, contém cerca de 92% de 28Si, mas contém também outros isótopos, incluindo o 29Si, com cerca de 4,7%. A presença do 29Si é um problema em computação quântica porque ele causa a "decoerência", a perda da informação quântica gravada nos qubits.

"O desafio real agora é fabricar esse silício amorfo enriquecido em uma forma equivalente à que você teria se comprasse uma bolacha [wafer] ou uma camada epitaxial," disse Pomeroy. Isto é necessário para permitir a construção de sistemas práticos de informação quântica, que se utilizam das técnicas tradicionais da microeletrônica - com alguns refinamentos.

Pomeroy acrescentou que sua equipe já avançou alguns passos nesta próxima etapa, que envolve o crescimento do silício ultra-enriquecido na forma de um cristal quase perfeito.

Bibliografia:

Enriching 28Si beyond 99.9998% for semiconductor quantum computing
K. J. Dwyer, J. M. Pomeroy, D. S. Simons, K. L. Steffens, J. W. Lau
Journal of Physics D
Vol.: 47(34):345105
DOI: 10.1088/0022-3727/47/34/345105

JANELA ESPERTA.

Meio ambiente

Janela inteligente a energia solar e sem fios

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/01/2015

Montado sobre o perfil de alumínio da janela, basta uma pequena luminosidade para que as células solares coletem eletricidade suficiente para um funcionamento ininterrupto do chip. [Imagem: Fraunhofer IMS]

Controle ativo

Este novo chip projetado por pesquisadores alemães pode resolver qualquer problema de relacionamento que você tenha com suas janelas.

Além de avisar se a janela está aberta ou fechada - lembre-se da hora que você vai sair de casa ou quando começa a chover -, o pequeno dispositivo contém sensores capazes de identificar se alguém está tentando arrombar sua casa.

O chip dispensa baterias, funcionando com a energia coletada por células solares impressas diretamente em sua superfície, e os alertas são enviados por conexão sem fios, dispensando a conexão de cabos da janela até uma central de alarme.

O chip também pode ser diretamente anexado a um sistema de controle ativo, que abra ou feche a janela de forma automática ou programada.

Sensores magnéticos e acelerômetro

O dispositivo é dotado de sensores magnéticos e de um acelerômetro, que permitem saber se a janela está parcial ou totalmente aberta. Como a ação conjunta dos dois sensores permite diferenciar flutuações muito tênues, a janela inteligente "sabe" se está sendo aberta normalmente ou se alguém a está forçando para tentar abri-la.

Gerd vom Bögel e Andreas Goehlich, do Instituto de Circuitos Microeletrônicos e Sistemas, na Alemanha, afirmam que o sistema é sensível o suficiente para identificar a pancada de uma bola, por exemplo, sem disparar o alarme, mas basta um empurrão contra a trava para que a sirene comece a tocar.

Embora a maior parte destas funcionalidades existam em sistemas maiores e mais caros, a dupla teve um trabalho duro para imprimir as células solares diretamente sobre o chip, além de fazer o conjunto todo consumir tão pouca energia que apenas uma luminosidade fraca seja capaz de alimentá-lo.

E, com apenas 10 milímetros, o sensor é fino o suficiente para ser montado diretamente sobre o perfil de alumínio da janela. Sem a necessidade de fiação, a expectativa é que o dispositivo chegue aos consumidores a um custo muito baixo.

levitação acústica

Mecânica

Brasileiros domam levitação acústica

Com informações do American Institute of Physics - 13/01/2015

As ondas estacionárias criam pontos de pressão em que as ondas sônicas anulam a força da gravidade, fazendo as esferas de poliestireno flutuarem.[Imagem: Adaptado de Marcelo Andrade et al. -10.1063/1.4905130]

Levitação sônica

Uma equipe de pesquisadores da USP (Universidade de São Paulo) desenvolveu um novo dispositivo de levitação que consegue fazer pairar um pequeno objeto com um nível de controle nunca antes obtido por instrumentos similares.

Com destaque na capa da revista Applied Physics Letters, o dispositivo levita partículas de poliestireno refletindo ondas sonoras em um refletor côncavo. Alterando a orientação do refletor é possível movimentar as partículas em levitação.

Embora já existissem outros equipamentos de levitação sônica capazes de movimentar diferentes tipos de partículas, esses dispositivos sempre dependeram de um ajuste preciso, no qual a fonte do som e o refletor fiquem a distâncias de "ressonância" fixas e muito precisas, o que torna muito difícil controlar a posição dos objetos levitados.

Levitação com controle

O dispositivo feito pelos pesquisadores brasileiros mostra que é possível construir um aparelho de levitação "não-ressonante" - que não requer uma distância fixa de separação entre a fonte e o refletor.

Este pode ser um passo importante para a construção de aparelhos maiores que poderiam ser usados para lidar com materiais perigosos e materiais quimicamente sensíveis, como produtos farmacêuticos - ou para fornecer tecnologia para uma nova geração de brinquedos mirabolantes para as crianças.

"As fábricas modernas têm centenas de robôs para mover as peças de um lugar para outro," comentou Marco Aurélio Andrade, que liderou a pesquisa. "Por que não tentar fazer o mesmo sem tocar nas peças a serem transportadas?"

O aparelho que Marco Aurélio e seus colegas construíram só foi capaz de levitar partículas muito leves, bolinhas de poliestireno (isopor) de cerca de 3 mm de diâmetro. "O próximo passo é melhorar o dispositivo para levitar materiais mais pesados," promete ele.

Como a levitação acústica funciona

Em uma configuração típica, um aparelho de levitação acústica consiste em um cilindro superior com um transdutor - um alto-falante - que emite ondas sonoras de alta frequência. Quando essas ondas batem no fundo côncavo do aparelho - o refletor - elas são refletidas de volta.

As ondas refletidas, que estão subindo, interagem com ondas recém-emitidas, que estão descendo, produzindo o que é conhecido como ondas estacionárias, que têm pontos (ou nós) de pressão acústica mínima - se a pressão acústica nesses nós for forte o suficiente, ela pode neutralizar a força da gravidade e permitir que um objeto flutue no ar.

Nos dispositivos de levitação feitos até agora, a distância entre o emissor de som e o refletor tinha que ser cuidadosamente calibrada para se obter a ressonância e, por conseguinte, a levitação. Isto significa que a distância de separação dos dois deve ser igual a um múltiplo da metade do comprimento de onda das ondas sonoras. Se essa distância de separação é alterada, mesmo que ligeiramente, o padrão de onda estacionária é destruído e a levitação deixa de funcionar.

O novo aparelho de levitação não exige uma separação precisa. Na verdade, a distância entre o emissor de som e o refletor pode ser continuamente alterada em tempo de voo, sem afetar em nada o desempenho da levitação. "Basta virar o levitador e ele está pronto," resumiu Marco Aurélio.

Bibliografia:

Particle manipulation by a non-resonant acoustic levitator
Marco Auré Brizzotti Andrade, Nicolás Pérez, Julio C. Adamowski
Applied Physics Letters
Vol.: Published online
DOI: 10.1063/1.4905130

"Baleia do Céu"

Mecânica

Conceito de avião futurístico é uma "Baleia do Céu"

Com informações da BBC - 09/01/2015

[Imagem: Oscar Vinals]

Baleia do céu

Existem várias propostas para os aviões do futuro, incluindo um avião-conceito da Airbus e várias propostas da NASA para "aviões modelo 2025".

Mas o AWWA Sky Whale (baleia do céu, em tradução livre) é uma aeronave conceitual projetada não por engenheiros, mas por um designer, o espanhol Oscar Vinals.

Com três andares para passageiros, ele parece mesmo o cruzamento de uma baleia com uma espaçonave de ficção científica.

Mas será que esse projeto colossal é o prenúncio do futuro do transporte aéreo?

No mundo da aviação comercial, maior geralmente significa melhor. O despontar da era dos jatos trouxe modelos como o Boeing 707, uma aeronave capaz de carregar mais passageiros mais rapidamente do que qualquer modelo a hélice.

Nas décadas que se seguiram, os aviões ficaram cada vez maiores. O advento dos Boeing 747 possibilitou ainda mais passageiros por voo, barateando as passagens. Hoje, o Airbus A380 pode levar entre 500 e 850 pessoas.

"Viajar no Sky Whale poderia ser como viajar em sua própria poltrona de cinema, curtindo o que está acontecendo à sua volta; com algum ruído de motor ao fundo, mas com uma grande sensação de segurança dentro de uma estrutura ampla e inteligente," diz Vinals.

[Imagem: Oscar Vinals]

Decolagem vertical

O projeto usa tecnologias avançadas ou meramente conceituais, como janelas que se consertam sozinhas, motores giratórios (tiltrotor) que permitem uma decolagem quase vertical e uma propulsão híbrida.

"Os motores e as baterias são alimentados por uma turbina dentro das asas, com um dínamo potente e de alta velocidade," explica o designer.

O projeto também precisaria de um sistema para redirecionar o fluxo de ar para os motores e para controlar o fluxo laminar, ou seja, para reduzir a turbulência em torno do avião e diminuir o arrasto.

Vinals reconhece que nenhuma dessas tecnologias é viável em larga escala atualmente, mas todas elas "são possíveis".

"Fiz esse projeto porque sou um entusiasta da aviação e das viagens aeroespaciais - da tecnologia, do desenvolvimento e da evolução. E gostaria de contribuir com a minha visão", justificou.

[Imagem: Oscar Vinals]

Evolução em lugar de revolução

Segundo Michael Jump, professor de engenharia aeroespacial da Universidade de Liverpool, na Inglaterra, existem três fatores a serem levados em conta quando se avalia o design de um avião e que servem como uma estimativa de eficiência.

Eles são conhecidos como a Equação de Breguet: eficiência propulsiva (o quão eficazes são os motores), eficiência aerodinâmica (se existe maximização da sustentação e redução do arrasto) e eficiência estrutural (quantos passageiros podem ser transportados).

Tecnicamente, o melhor design é aquele que maximiza todas estas três variáveis. Os grandes fabricantes de aviões já fizeram pequenas alterações a essa equação, mas na prática ficaram fiéis aos designs já testados e aprovados.

"Empresas como a Boeing e a Airbus têm muita experiência em construir aviões que se parecem com um tubo com asas," diz Jump. "Quando querem desenhar um novo modelo, acabam optando por evoluir em vez de revolucionar".

O cilindro é também uma maneira estruturalmente eficiente de conter a pressão atmosférica, o que os aviões têm de fazer para manter a pressurização da cabine adequada para os passageiros quando voam em grandes altitudes.

[Imagem: Oscar Vinals]

Inspiração e imaginação

Mark Drela, professor do departamento de aeronáutica do MIT, concorda: "A fuselagem do avião é um recipiente de pressão. Para isso, é realmente necessário que se tenha uma seção circular. Você não vê tanques de oxigênio para mergulho retangulares. Ser redondo significa ser leve."

E, em um avião, peso é tudo. "Os aviões têm a cara que têm não por causa de uma decisão estética, mas essencialmente por motivos técnicos. A forma segue a função," explica Drela.

Além disso, para um fabricante vender um novo modelo de avião, é preciso demonstrar que ele é seguro. As regulamentações de segurança evoluíram ao longo de um século de voos tripulados, mas com um desenho radical seria muito mais difícil demonstrar isso.

"O avião otimizado é como um grande conjunto de concessões. É uma tarefa colossal poder equilibrar tudo", diz Drela.

Assim, talvez uma baleia com asas não seja a melhor proposta, mas Vinals prefere a inspiração e a imaginação, citando Albert Einstein: "A sua imaginação é a pré-visualização das próximas atrações da vida".

Caminhões aerodinâmicos

Mecânica

Caminhões aerodinâmicos podem economizar bilhões em combustível

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/01/2015

Imagens computacionais representando uma única simulação do fluxo de ar em torno de um veículo pesado típico na velocidade máxima da estrada, a partir de diferentes pontos de vista.[Imagem: K.Salari/LLNL]

Caminhões aerodinâmicos

Os caminhões consomem mais de 10% de todo o petróleo usado por um país.

Esse consumo de combustível poderia ser reduzido em bilhões de litros anuais apenas melhorando a aerodinâmica desses veículos, mediante o uso de dispositivos de redução de arrasto.

A conclusão vem de uma série de testes e simulações realizadas por engenheiros do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, nos Estados Unidos.

Kambiz Salari e Jason Ortega fizeram testes aerodinâmicos em um modelo detalhado de um caminhão, em escala 1/8, em um túnel de vento da NASA, no Centro de Pesquisa Ames.

"Estamos no processo de concepção do formato da próxima geração de veículos pesados altamente aerodinâmicos e integrados para diminuir radicalmente o arrasto aerodinâmico e melhorar a eficiência de combustível," disse Salari.

O fluxo de ar ao redor do veículo é realçado por linhas cujas cores representam a velocidade. [Imagem: K.Salari/LLNL]

Saias e carenagem

O caminhão foi testado em várias configurações.

Primeiro, ele foi equipado com saias no reboque, painéis afixados ao longo das bordas laterais inferiores da carroceria para reduzir o arrasto resultante do fluxo de ar interagindo com as rodas e outras estruturas sob o corpo do reboque.

No segundo teste, foi instalada uma carenagem na traseira do reboque, que diminui o arrasto ao reduzir a "esteira aerodinâmica" deixada pelo caminhão.

Nos dois últimos testes, o caminhão foi equipado ao mesmo tempo com os dois dispositivos de redução de arrasto, e foi testado sem nenhum dos dois, uma avaliação para funcionar como parâmetro de comparação.

Nesta simulação, o reboque recebeu saias e uma carenagem, o que gerou os melhores resultados. [Imagem: K.Salari/LLNL]

Arrasto aerodinâmico

A adição dos dois dispositivos - que já são utilizados por muitos caminhões em versões não tão aprimoradas- reduziu o arrasto aerodinâmico em até 25%, o que representou uma diminuição de 13% no consumo de combustível. Os dispositivos individuais geraram ganhos menores.

Os resultados foram ligeiramente inferiores a um teste semelhante realizado na Holanda, quando se obteve uma economia de combustível de 15%.

A diferença nos resultados pode ser creditada à diferença no projeto dos conjuntos aerodinâmicos e ao fato de que os testes holandeses foram feitos com veículos reais, e não com modelos em escala.

Brasileiros ajudam a quebrar recorde

Informática

Brasileiros ajudam a quebrar recorde de transmissão de dados

Com informações da Agência Fapesp - 07/01/2015

Acelerador de dados

Pesquisadores brasileiros ajudaram a bater um recorde mundial que ajudará a melhorar distribuição dos dados obtidos pelo acelerador de partículas LHC.

A equipe conseguiu uma taxa de transmissão de dados de 1.400 gigabits (1,4 terabits) por segundo. Na edição anterior da Supercomputing Conference, a taxa máxima obtida ficou em pouco mais de 750 gigabits.

"Vale destacar que falamos de taxa de transmissão sustentada (que conseguimos manter estável), e não de taxa de pico, que no nosso caso alcançou 1,5 terabits por segundo," disse Alaelson Jatobá, da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), um dos integrantes do grupo.

Em condições experimentais, ainda sem robustez para dar suporte a aplicações reais, o recorde mundial de transmissão de dados por fibras ópticas foi batido no ano passado, com 255 terabits por segundo.

Dados físicos

O professor Darli Mello, também membro da equipe, explica que empresas e instituições de pesquisa apresentam na conferência o que há de mais avançado em supercomputação, transmissão e processamento de dados.

"O evento conta há alguns anos com a participação da comunidade internacional de física de altas energias, que está envolvida em complexos experimentos sobre as propriedades fundamentais da matéria, realizados em gigantescos aceleradores de partículas. Cada experimento gera uma infinidade de dados que são processados e interpretados por cientistas espalhados ao redor do mundo," disse Mello.

O mais conhecido experimento de física de partículas é o LHC, o Grande Colisor de Hádrons, instalado pela Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (Cern) na fronteira da França com a Suíça, que deverá reabrir neste ano com uma potência inédita depois de uma reforma de dois anos.

O Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) lidera uma rede internacional de físicos de alta energia que apoia o programa do Cern há 20 anos. Do Brasil, participam pesquisadores da Unicamp, da Universidade Estadual Paulista (Unesp), da Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP), da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (Uerj), da Padtec e da Rede ANSP, a chamada "internet acadêmica".

Rede definida por software

A equipe brasileira usou o conceito de Rede Definida por Software (SDN, em inglês), que inclui uma inteligência centralizada - um software - coordenando os diversos elementos da rede.

O experimento contou com equipamentos da Padtec, empresa instalada em Campinas que tem vários profissionais egressos da Unicamp e mantém intensa atividade de pesquisa conjunta com a instituição.

"Desde 2012, a Padtec fornece a infraestrutura óptica (backbone), que é a espinha dorsal da rede, para esta demonstração. Desenvolvemos na FEEC, em colaboração com a Unesp e o Caltech, uma ferramenta para integrar os equipamentos da empresa ao controlador SDN," contou Mello.

Mineral exótico

Eletrônica

Mineral exótico abre caminho para transistores quânticos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/01/2015

O hexaboreto de samário é um composto formado pelo metal samário e pelo raro metaloide boro. [Imagem: Gang Li]

Hexaboreto de samário

Um material estranho e iridescente que tem desafiado os cientistas há décadas acaba de se revelar: trata-se de um estado exótico da matéria que pode abrir um novo caminho para os computadores quânticos e para uma nova geração da eletrônica.

Físicos descobriram várias propriedades do composto hexaboreto de samário que aumentam as esperanças de encontrar o "silício da era quântica".

Gang Li e seus colegas afirmam que seus resultados finalmente fecham a questão de como classificar o material - um mistério que vinha sido investigado desde o final da década de 1960.

O hexaboreto de samário - ou SmB6 - é um isolante topológico natural.

Mesmo tendo a mesma composição química em toda a sua extensão, osisolantes topológicos conduzem eletricidade como um metal em toda a sua superfície, mas bloqueiam o fluxo de corrente pelo seu interior como se fossem feitos de borracha.

A existência desses materiais foi prevista teoricamente em 2005, e as primeiras amostras de isolantes topológicos foram sintetizadas em laboratório pela primeira vez em 2008.

Transistores quânticos

Uma técnica chamada magnetometria de torque, usada para observar oscilações na resposta do material a um campo magnético externo, revelou que a superfície do hexaboreto de samário contém os raros elétrons de Dirac, partículas que podem ajudar a superar um dos maiores obstáculos dacomputação quântica - os elétrons de Dirac têm energia tão alta que estabelecem uma ponte entre a mecânica clássica e a mecânica quântica.

Segundo a equipe, o comportamento do SmB6 permite rotear o fluxo de corrente elétrica nos computadores quânticos da mesma forma que o silício faz na eletrônica atual - autênticos transistores quânticos.

As propriedades tão cobiçadas do hexaboreto de samário até agora só se revelaram em temperaturas ultrafrias. Contudo, vários tipos de qubits, incluindo átomos artificiais do tipo Bose-Einstein e qubits supercondutores, também exigem essas temperaturas criogênicas.

Bibliografia:

Two-dimensional Fermi surfaces in Kondo insulator SmB6
G. Li, Z. Xiang, F. Yu, T. Asaba, B. Lawson, P. Cai, C. Tinsman, A. Berkley, S. Wolgast, Y. S. Eo, D.-J. Kim, C. Kurdak, J. W. Allen, K. Sun, X. H. Chen, Y. Y. Wang, Z. Fisk, L. Li
Science
Vol.: 346 (6214): 1208
DOI: 10.1126/science.1250366

Nanotecnologia

Nanotecnologia

Cristal mais complexo do mundo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/01/2015

Esta é simulação computadorizada do quasicristal icosaédrico, um cristal com 20 faces com aplicações promissoras em fotônica. [Imagem: Michael Engel]

Simetria icosaédrica

Pesquisadores da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos, conseguiram calcular a mais complexa estrutura de um cristal já feita até hoje.

A simulação chegou a um quasicristal icosaédrico - um cristal com 20 faces.

Apesar de o cristal parecer belo e homogêneo, na verdade suas estruturas elementares nunca se repetem.

Ainda assim, o cristal é simétrico quando rotacionado, uma propriedade chamada simetria icosaédrica, frequentemente encontrada em escalas muito pequenas, como na carapaça de vírus ou nas moléculas de fulerenos C60.

"Um quasicristal icosaédrico é uma maneira que a natureza tem de alcançar a simetria icosaédrica. Isto somente é possível abrindo mão da periodicidade, ou seja, da ordem pela repetição. O resultado é uma estrutura muito complicada," disse Michael Engel, membro da equipe.

Aplicações fotônicas

Há um interesse especial na simetria icosaédrica porque ela permite que os materiais com essa estrutura cristalina adquiram um hiato de energia (bandgap) fotônico, que emerge quando o espaçamento entre as partículas é similar ao do comprimento de onda da luz

Materiais assim são capazes de capturar e direcionar a luz vinda de qualquer direção, o que é altamente desejável para o desenvolvimento de processadores fotônicos, nos quais a eletricidade é substituída pela luz.

"Se os quasicristais icosaédricos puderem ser feitos a partir de partículas nas dimensões nano e micro eles poderão ser úteis em uma variedade de aplicações, incluindo as comunicações, as telas e até mesmo em camuflagens de invisibilidade," disse Sharon Glotzer, orientadora da equipe.

• Brasileiro descobre como usar quasicristais em células solares

Tarefa árdual

Agora que demonstraram no simulador que é possível construir esses cristais, restará descobrir técnicas de automontagem que permitam a construção de quasicristais icosaédricos na prática.

Os quasicristais valeram o Prêmio Nobel de Química ao seu descobridor em 2011, em um dos mais momentosos episódios da ciência recente, quando um pesquisador chegou a ser desprezado por seus pares por uma descoberta radical demais.

Bibliografia:

Computational self-assembly of a one-component icosahedral quasicrystal
Michael Engel, Pablo F. Damasceno, Carolyn L. Phillips, Sharon C. Glotzer
Nature Materials
Vol.: 14, 109-116
DOI: 10.1038/nmat4152

CARRO DE PLÁSTICO FEITO EM IMPRESSORA 3D

Mecânica

Você compraria um carro feito em uma impressora 3D?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/12/2014

Você está pronto para comprar um carro de plástico feito em uma impressora 3D?[Imagem: Local Motors]

Carro impresso

As impressoras 3D já estão por todo lado, inclusive no espaço, fabricando delentes de contato até peças metálicas complexas e robôs.

Mas você estaria pronto para comprar um carro de plástico fabricado por impressão 3D?

A empresa emergente Local Motors acredita que consegue encontrar um número de clientes suficiente para viabilizar sua instalação.

A carroceria do veículo, chamado Strati, é totalmente feita em plástico ABS reforçado com fibra de carbono.

São 212 camadas depositadas pelo processo de fabricação aditiva que a empresa chama de "modelagem por deposição fundida".

Cada carro leva 44 horas para ser impresso, mas a empresa pretende chegar às 24 horas quando as autoridades dos EUA autorizarem que o Strati circule pelas ruas, quando ele então poderá começar a ser vendido - a expectativa é que isso ocorra em 2015.

O Strati é 100% elétrico, com "transmissão automática de velocidade única", segundo a empresa, e velocidade máxima de 80 km/h.

As baterias de 6,1 kW/h prometem uma autonomia de 100 km e um tempo de recarga de 3,5 horas.

ROBÔ SUBSTITUTO

Robótica

NASA apresenta Robô Substituto

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/12/2014

Como no cinema, a intenção do robô Substituto é "ampliar o alcance da humanidade".[Imagem: JPL-Caltech]

Substitutos biomecatrônicos

No sucesso do cinema "Substitutos", o personagem de Bruce Willis teve trabalho para desativar máquinas que não eram propriamente androides, não tendo qualquer inteligência própria, mas corpos biomecatrônicos que podiam ser controlados remotamente por seres humanos.

Embora ainda longe das máquinas da ficção, a NASA está apostando em seu próprio substituto - Surrogate é o nome do novo robô, que fez parte de um show esta semana no Laboratório de Propulsão a Jato, em Pasadena, na Califórnia.

O robô Substituto entrou pelo palco, ao som da música tema de 2001: Uma Odisseia no Espaço, e levou um tablet para o professor Thomas Rosenbaum, presidente do Instituto de Tecnologia da Califórnia. Rosenbaum pegou o tablet e usou-o para disparar comandos preparados previamente para o robô Curiosity, em Marte.

O Substituto foi projetado com forte inspiração no ser humano, com uma espinha vertical, dois braços e uma cabeça. O robô pesa 90,7 quilogramas e tem 1,40 metro de altura. A grande diferença é que ele não tem pernas, movimentando-se sobre lagartas, o que limita sua capacidade de subir escadas ou escalar objetos muito altos.

Mas sua força e sua espinha flexível lhe dão uma capacidade de manipulação de objetos que é difícil de equiparar.

Ampliar o alcance da humanidade

"O Substituto e seu antecessor, o RoboSímio, foram projetados para ampliar o alcance da humanidade, indo a locais perigosos, como um reator nuclear durante um cenário de desastre como nós vimos em Fukushima. Ele pode executar tarefas simples, como girar válvulas ou acionar chaves para estabilizar a situação ou evitar mais danos," disse Brett Kennedy, líder da equipe de robótica do Caltech.

Na verdade, os dois robôs - antecessor e sucessor - são novinhos em folha. O RoboSímio foi construído para participar de um desafio de robótica patrocinado pela agência de defesa dos EUA (Darpa), em que será vencedor aquele que se sair melhor em vários cenários de desastres. O RoboSímio é um dos finalistas da competição, que ocorrerá em junho do ano que vem.

Com o material que sobrou da construção do primeiro robô, a equipe construiu oSurrogate e o resultado foi tão bom que o grupo ficou em dúvida de qual dos dois enviaria para a competição.

O RoboSímio foi inspirado em macacos, mas tem sete conjuntos de olhos. [Imagem: JPL-Caltech]

Homem e macaco

Como seu nome indica, o RoboSímio foi inspirado em macacos, movendo-se sobre quatro patas, o que lhe dá capacidade de escalar virtualmente qualquer coisa.

Outra vantagem é que, enquanto o Substituto tem dois olhos (duas câmeras para visão estereoscópica) o RoboSímio tem sete conjuntos de olhos, o que lhe permite ver simultaneamente para frente, para os lados, para baixo e para cima.

Depois de comparar o desempenho dos dois, a equipe finalmente decidiu qual enviar para a competição, mostrando que o robô inspirado no ser humano ainda não é um substituto tão bom: "Acontece que o Substituto é uma plataforma de manipulação melhor e mais rápida em superfícies amigáveis, mas o RoboSímio é uma solução mais versátil, e nós esperamos que essa solução versátil seja mais competitiva neste caso," disse Kennedy.

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CÂMBIOS MAGNÉTICOS.

Mecânica

Caixa de câmbio acopla eixos por levitação magnética

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/12/2014

"É a primeira vez na história que o eixo de entrada e o eixo de saída de um câmbio redutor ficam flutuando sem nenhum tipo de contato, e podem manter um mecanismo que não contém nada mais girando a 3.000 rotações por minuto." [Imagem: UC3M]

Caixa redutora por levitação

Engenheiros europeus desenvolveram uma caixa de câmbio baseada na levitação magnética, o que significa que o eixo que vem do motor não toca o eixo que leva a tração para as rodas ou qualquer outro mecanismo a ser acionado.

Em vez da conexão por meio de engrenagens redutoras, como nos câmbios tradicionais, a transmissão é produzida sem contato, graças ao magnetismo.

Os eixos de entrada e saída literalmente levitam e, ainda assim, transmitem toda a força necessária do motor para o mecanismo a ser movimentado.

As principais vantagens são a ausência de atrito entre as peças e de desgaste dos vários componentes, dispensando a necessidade de lubrificação.

"A vida operacional destes equipamentos pode ser muito mais longa do que a vida dos câmbios redutores convencionais com engrenagens dentadas, e pode funcionar até mesmo em temperaturas criogênicas," disse Efrén Díez, da Universidade Carlos III de Madri, na Espanha.

Outra vantagem da transmissão sem contato é a virtual ausência de quebras, com o câmbio suportando grandes sobrecargas - mesmo que um eixo fique bloqueado, as duas peças simplesmente giram sobre si mesmas, já que não há engrenagens para quebrar.

"É a primeira vez na história que o eixo de entrada e o eixo de saída de um câmbio redutor ficam flutuando sem nenhum tipo de contato, e podem manter um mecanismo que não contém nada mais girando a 3.000 rotações por minuto," disse o professor José Luíz Perez Díaz.

Câmbio espacial e terrestre

Embora o objetivo do trabalho fosse construir um protótipo que possa ser usado no espaço, a equipe construiu também uma versão terrestre, que funcionou perfeitamente a temperatura ambiente.

Os "rolamentos" onde se apoiam os dois eixos são esferas supercondutoras que geram forças de repulsão estáveis, mantendo os eixos girando sem vibrações e evitando possíveis desalinhamentos.

O funcionamento dos supercondutores no espaço tem a vantagem de dispensar o resfriamento, já que as condições de uso envolvem temperaturas de -210º C no vácuo.

No espaço, o câmbio magnético deverá acionar braços robóticos e posicionadores de antenas, equipamentos que dependem de alta precisão, além de veículos espaciais para exploração robotizada ou humana.

A versão "terráquea" teve os ímãs supercondutores substituídos por ímãs permanentes.

Segundo a equipe, a caixa redutora por levitação terá grande apelo nas indústrias alimentícia e farmacêutica, onde a ausência de óleos lubrificantes é um apelo importante devido às estritas exigências de limpeza. Mas, segundo eles, o equipamento pode ser usado em qualquer aplicação onde seja necessário um câmbio, ou caixa de redução.

Bibliografia:

Performance of magnetic-superconductor non-contact harmonic drive for cryogenic space applications
Efren Diez-Jimenez, Ignacio Valiente-Blanco, Victor Castro-Fernandez, Jose Luis Pérez Díaz
Journal of Engineering Tribology
Vol.: 228 Number: 10 Pages: 1071-1079
DOI: 10.1177/1350650114527584