Criado material mais preto já feito pelo homem

Redação do Site Inovação Tecnológica -  27/10/2015

Materiais de alta absorção óptica são importantes em diversas áreas, incluindo as células solares. [Imagem: Jianfeng Huang et al. - 10.1038/nnano.2015.228]

Do muito branco ao muito preto

Uma equipe da Universidade Rei Abdulla, na Arábia Saudita, desenvolveu o material mais preto já criado pelo homem.

Curiosamente, eles foram buscar inspiração em um besouro quase perfeitamente branco - tanto que ele já inspirou a criação de papéis e tintas mais brancos.

Os pesquisadores observaram que as escamas do besouro Cyphochilus formam um cristal fotônico, uma estrutura que reflete a luz de forma muito eficiente. Eles então inverteram a estrutura e usaram a ideia de captação de energia caótica para criar um material extremamente preto.

Para inverter o que acontece na carapaça do besouro, Jianfeng Huang e seus colegas usaram nanotubos de carbono. O elemento básico do material é uma partícula formada por um nanotubo apoiado em uma esfera de apenas 30 nanômetros de diâmetro.

Preto quase perfeito

O material resultante absorve entre 98 e 99% de toda a luz incidente na faixa de comprimentos de onda de 400 a 1.400 nanômetros - o olho humano consegue captar a luz entre 390 e 700 nanômetros.

Para comparação, isto significa que o novo material absorve 26% mais luz do que qualquer outro material conhecido.

O que é mais interessante para aplicações práticas é que essa absorção funciona para todos os ângulos de incidência e para qualquer polarização da luz.

Preto perfeito

A equipe destaca que, embora seja impossível criar um preto perfeito, capaz de absorver toda a energia que incidir sobre ele, passos nesse sentido são importantes porque esses materiais podem ajudar na criação de dispositivos melhores ou mais eficientes, de coletores solares a interconexões ópticas.

Bibliografia:

Harnessing structural darkness in the visible and infrared wavelengths for a new source of light
Jianfeng Huang, Changxu Liu, Yihan Zhu, Silvia Masala, Erkki Alarousu, Yu Han, Andrea Fratalocchi
Nature Nanotechnology
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2015.228

Einstein contestado

Einstein contestado: ou Deus joga dados, ou é possível superar velocidade da luz

Redação do Site Inovação Tecnológica -  27/10/2015

Ou Deus de fato joga dados com o Universo, ou os spins dos elétrons podem conversar entre si mais rapidamente do que a velocidade da luz, e a velocidade da luz não seria o limite universal de velocidade. [Imagem: ICFO]

Realismo local

Um experimento histórico obteve a refutação mais forte até hoje do princípio do "realismo local", defendido por Albert Einstein, que afirma que o Universo obedece a leis, e não ao acaso - uma crítica à mecânica quântica - e que não há forma de viajar ou trocar informações mais rápido que a luz.

O experimento, executado na Universidade Tecnológica de Delft, na Holanda, é o chamado "teste de Bell incontestável" (loophole-free Bell test), cujos resultados abrem ou a possibilidade da existência de influências "escondidas" além do espaço-tempo, ou elimina o limite de velocidade universal - a velocidade da luz.

No experimento, dois elétrons presos dentro de dois cristais de diamante diferentes foram entrelaçados (ou emaranhados), o que significa que tudo o que acontece a um afeta imediatamente o outro. A seguir, a equipe mediu o spin de cada um dos elétrons.

Na teoria quântica, o entrelaçamento é poderoso e misterioso: matematicamente os dois elétrons são descritos por uma única função de onda, que somente especifica se eles têm o mesmo spin ou spins diferentes, mas não qual em que direção seus spins apontam.

O realismo local, preferido por Einstein, tenta explicar esse fenômeno com menos mistério, dizendo que as partículas devem estar apontando para algum ponto, mas nós simplesmente não sabemos em que direção até que façamos uma medição.

Einstein em um beco sem saída

No experimento, contudo, quando foram medidos, os elétrons aparecem individualmente aleatórios, mas concordam bem demais em que direção apontar. Tão bem, na verdade, que eles não poderiam ter orientações prévias à medição, como afirma o realismo.

O comportamento observado dos elétrons só é possível se eles se comunicassem um com o outro, algo que seria muito surpreendente para elétrons presos em cristais diferentes - mais do que isso, os dois diamantes estavam em edifícios diferentes, a 1,3 km de distância um do outro.

Além disso, as medições foram feitas tão rapidamente em cada um dos diamantes - usando relógios atômicos para sincronizá-las - que não haveria tempo suficiente para que os elétrons se comunicassem, nem mesmo se seus sinais de um para o outro viajassem à velocidade da luz.

Isto coloca o realismo local em um beco sem saída: se os spins dos dois elétrons são reais, ou a ação fantasmagórica à distância é real, ou os elétrons devem ter-se comunicado. Mas, se eles se comunicaram, eles fizeram isso mais rápido do que a velocidade da luz.

Assim, o experimento dá uma refutação quase perfeita da visão de mundo de Einstein, em que "nada viaja mais rápido do que a luz" e "Deus não joga dados". Pelo menos uma destas declarações deve estar errada.

Para usar as palavras de Einstein, ou Deus de fato joga dados com o Universo e a ação fantasmagórica à distância é real, ou os spins dos elétrons podem conversar entre si mais rapidamente do que a velocidade da luz, e a velocidade da luz não seria o limite universal de velocidade.

O experimento exigiu o desenvolvimento do gerador de números aleatórios mais rápido já construído, além de relógios atômicos superprecisos. [Imagem: ICFO]

Gerações de teorias

Max Planck, o homem que tirou Einstein de um emprego de funcionário público e o levou para a universidade, costumava dizer que não é possível convencer opositores de uma nova teoria: uma nova teoria só triunfa quando esses opositores finalmente morrem e cresce uma nova geração acostumada com a nova teoria.

Neste caso, mais de uma geração vem trabalhando na construção desse experimento incontestável. Contudo, parece não existir ainda a nova teoria triunfante, mas tão somente a negação da completude da teoria antiga. Assim, para compreendermos totalmente o alcance das possibilidades que se abrem, talvez seja necessário esperar, não o morrer, mas o nascer de uma nova geração - ou, talvez, de um novo Einstein.

Mas os frutos do experimento já estão sendo colhidos.

"Trabalhar neste experimento nos levou a desenvolver tecnologias que agora podemos aplicar para melhorar a segurança das comunicações e a computação de alto desempenho, e outras áreas que requerem números aleatórios de alta qualidade e alta velocidade," disse o professor Morgan Mitchell, membro da equipe.

• O futuro pode afetar o passado?

Bibliografia:

Loophole-free Bell inequality violation using electron spins separated by 1.3 kilometres
B. Hensen, H. Bernien, A. E. Dréau, A. Reiserer, N. Kalb, M. S. Blok, J. Ruitenberg, R. F. L. Vermeulen, R. N. Schouten, C. Abellán, W. Amaya, V. Pruneri, M. W. Mitchell, M. Markham, D. J. Twitchen, D. Elkouss, S. Wehner, T. H. Taminiau, R. Hanson
Nature
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nature15759

Fuligem de vela aumenta energia das baterias de lítio

Redação do Site Inovação Tecnológica -  26/10/2015

A queima da vela - sobretudo em sua extremidade (a) - produz uma nanoestrutura de carbono que apresenta alta densidade de energia quando usada nos eletrodos das baterias de lítio. [Imagem: Kakunuri/Sharma/10.1016/j.electacta.2015.08.124]

Fumaça de vela high-tech

As baterias de lítio usadas em aparelhos portáteis usam eletrodos de carbono.

Mas o carbono não é adequado para baterias de maior potência, como as usadas em carros elétricos porque o material não consegue fornecer uma densidade de corrente muito grande.

A culpa não é exatamente do carbono, mas da estrutura do material aglomerado. É por isso que pesquisadores estão procurando novas estruturas físicas com esse elemento naborracha de pneus velhos e emtipos especiais de grafite, por exemplo, todos materiais à base de carbono.

Manohar Kakunuri e Chandra Sharma, do Instituto Indiano de Tecnologia, foram encontrar um eletrodo de carbono de alta potência em um local aparentemente pouco afeito à alta tecnologia: na fuligem gerada pela queima do pavio de uma vela.

Quando uma vela queima, a fuligem preta que se desprende é essencialmente carbono. Os dois pesquisadores recolheram amostras dessa fumaça na ponta e no centro do pavio, e então compararam o tamanho, a forma e a estrutura do carbono.

Os resultados mostraram que o processo de queima forma nanopartículas com dimensões de 30 a 40 nanômetros que, mais importante, ligam-se em uma rede estreitamente interconectada. O melhor material é aquele extraído da ponta da vela, porque a temperatura de queima chega a incríveis 1.400º C, o que elimina impurezas - sobretudo a cera - e torna a estrutura de carbono um condutor elétrico melhor.

Nanoestrutura de carbono

Com base em uma técnica de avaliação chamada "carga e descarga cíclicas", o material mostrou-se mais eficiente em taxas elevadas - quanto maior essa taxa, mais potente é a bateria.

A dupla estima que uma bateria de carro elétrico precisaria de 10 quilogramas de fuligem de carbono com as características da fuligem das velas. Embora pareça ser uma solução pouco afeita aos processos industriais em larga escala, os pesquisadores afirmam ter conseguido os 10 kg de eletrodo em uma hora, queimando um número não informado de velas.

"Geralmente nós negligenciamos as coisas mais simples; a fuligem das velas não é algo novo, mas só agora estamos começando a olhar para ela como uma potencial fonte de carbono," disse o professor Sharma. "Estamos muito animados com os resultados. Esta nova abordagem é muito simples e os custos envolvidos são mínimos, podendo baratear a produção das baterias".

Com a grande eficiência verificada, a tendência é que a equipe trabalhe na sintetização de uma nanoestrutura de carbono similar à da fuligem das velas.

Bibliografia:

Candle Soot derived Fractal-like Carbon Nanoparticles Network as High-Rate Lithium Ion Battery Anode Material
Manohar Kakunuri, Chandra S. Sharma
Electrochimica Acta
Vol.: 180, Pages 353-359
DOI: 10.1016/j.electacta.2015.08.124

Transístor quântico mais próximo da aplicação prática

Redação do Site Inovação Tecnológica -  26/10/2015

O TFET é um novo tipo de transístor FET (transístor de efeito de campo) que usa o fenômeno quântico do tunelamento, pelo qual os elétrons atravessam uma barreira sólida do material. [Imagem: Deblina Sarkar et al. - 10.1038/nature15387]

Transístor quântico

A molibdenita, já próxima do uso industrial, ampliou ainda mais a vantagem em relação ao seu parente mais famoso, o grafeno.

Deblina Sarkar e seus colegas da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, nos EUA, construíram um transístor de molibdenita que opera com uma tensão de apenas 0,1 V.

Isto abre o caminho para criar circuitos integrados extremamente densos - com muitos transistores por área -, com baixo consumo de energia e baixa dissipação de calor. Isto sem falar em equipamentos portáteis cujas baterias poderão durar semanas.

Trata-se de um novo tipo de transístor FET (transístor de efeito de campo, na sigla em inglês) que usa o fenômeno quântico do tunelamento, pelo qual os elétrons atravessam uma barreira sólida do material.

Este novo tipo de transístor é chamado TFET (transístor de efeito de campo por tunelamento), sendo essencialmente um "transístor quântico".

Em vez de usar uma corrente elétrica para controlar outra corrente elétrica que passa por uma barreira de potencial, o transístor TFET controla a quantidade de corrente que pode tunelar pela barreira de potencial, algo que exige uma tensão de operação muito menor e funciona consumindo uma potência 90% menor do que os FET.

• Transístor de tunelamento opera a 0,5 V

Transístor TFET

O resultado é que este é o primeiro transístor monocamada a romper com o limite teórico dos transistores FET, operando abaixo dos 60 mV por década, um objetivo longamente perseguido pela ITRS, a associação que reúne os maiores fabricantes de semicondutores do mundo.

A unidade "volts por década de corrente" refere-se à quantidade de energia necessária para polarizar o eletrodo para obter o efeito desejado, e uma década representa uma ordem de grandeza na escala de densidade de corrente - por exemplo, 10³ para 10⁴ A/cm².

A porção ativa do TFET é uma camada de sulfeto de molibdênio de apenas duas moléculas de espessura (1,3 nanômetro), depositada como um substrato do semicondutor germânio, que funciona como eletrodo.

Assim como o grafeno, a molibdenita é um material unidimensional - formado por uma única camada atômica. A rigor, o que se convencionou chamar de molibdenita é uma família de materiais, chamados calcogenetos amorfos, que incluem a molibdenita propriamente dita, ou dissulfeto de molibdênio (MoS2), odissulfeto de tungstênio (WS2), o disseleneto de tungstênio (WSe2) e outros.

• Computação quântica básica feita em silício pela primeira vez

Bibliografia:

A subthermionic tunnel field-effect transistor with an atomically thin channel
Deblina Sarkar, Xuejun Xie, Wei Liu, Wei Cao, Jiahao Kang, Yongji Gong, Stephan Kraemer, Pulickel M. Ajayan, Kaustav Banerjee
Nature
Vol.: 526, 91-95
DOI: 10.1038/nature15387
http://www.nature.com/nature/journal/v526/n7571/full/nature15387.html

Aquecedor instantâneo fornece água quente na hora

Redação do Site Inovação Tecnológica -  13/10/2015

Protótipo do aquecedor instantâneo fabricado por uma das empresas parceiras do projeto. [Imagem: RAPIDHEAT Project/Cressal]

Água quente instantânea

Um novo sistema de aquecimento de água ultrarrápido promete economizar energia e tempo nas casas, nos cafés e na indústria.

Os aquecedores de água levam tempo para levar a água à temperatura desejada, o que geralmente é contornado, de forma pouco eficiente, usando depósitos que mantêm a água quente até que ela seja necessária - é a solução geralmente usada, por exemplo, nas máquinas de café expresso.

Um projeto financiado pela União Europeia está prometendo "água quente instantânea".

"O projeto RapidHeat otimizou as tecnologias de aquecimento e controle para desenvolver um aquecedor de pequenos volumes pequeno e leve que oferece saída integral na temperatura desejada em dois segundos," disse Peter Duncan, coordenador do projeto.

Água quente em eletrodomésticos e chuveiros

Como dispensa o depósito de água e os sistemas de preaquecimento, o dispositivo ficou muito compacto, o que permitirá sua instalação em pequenos aparelhos domésticos.

A tecnologia está pronta para comercialização e deverá ser inicialmente focada nas máquinas de venda automática, café expresso e em eletrodomésticos da linha branca.

Mas os engenheiros já estão de olho também em uma forma de substituir os chuveiros elétricos e sistemas centrais de aquecimento de água residenciais, que normalmente funcionam a gás e desperdiçam grande quantidade de água até que a água quente chegue ao chuveiro.

"Há um grande número de aplicações que a equipe simplesmente não previu no início deste projeto," disse Duncan. "Ainda estamos discutindo como vamos tirar proveito dessas oportunidades e agora estamos à procura de parceiros interessados em desenvolver ainda mais o equipamento e integrar a tecnologia em aplicações que necessitam de água quente instantânea."

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Estrela dupla rumo a fim catastrófico

Com informações da agência USP e ESO -  22/10/2015

Impressão artística do VFTS 352, o sistema binário mais quente e mais massivo descoberto até hoje, onde as duas componentes estão em contato, partilhando material.[Imagem: ESO/L. Calçada]

Sobrecontato

Uma equipe internacional de astrônomos, incluindo brasileiros do Instituto de Astronomia da USP (IAG), acaba de descobrir um sistema considerado "super raro".

O sistema, composto de duas estrelas com massas bem superiores à do nosso Sol, não é um binário convencional, já que as duas estrelas estão em "sobrecontato" - elas estão se tocando.

Ainda é difícil dizer no que vai dar essa mistura estelar, mas tudo indica um final dramático, uma explosão capaz de devastar planetas em seu caminho ou um buraco negro binário.

Fusão de grandes estrelas

O sistema, denominado VFTS 352, foi localizado a aproximadamente 160 mil anos-luz numa galáxia vizinha à nossa Via Láctea, a Grande Nuvem de Magalhães.

O astrônomo Leonardo Almeida, membro da equipe, conta que o sistema é considerado "super raro" porque apenas outros três desse tipo são conhecidos. "É muito pouco, se considerarmos o número de estrelas conhecidas. O VFTS 352 é o mais massivo e o mais quente encontrado até agora, por isso ele é o mais interessante e importante desta classe."

Além disso, nunca havia sido observado o fenômeno da fusão de duas estrelas de massa tão alta numa fase inicial de suas vidas.

Explosões de raios gamas de longa duração...

O sistema agora descoberto poderá resultar em uma estrela de altíssima massa e com alta velocidade de rotação, terminando finalmente sua vida numa das explosões mais energéticas e raras vistas no universo, conhecidas como explosões de raios gamas de longa duração.

Nessas explosões ocorrem jatos de raios gama direcionados e, "se algum planeta habitado, com características semelhantes à Terra, estiver na direção desses jatos, ainda que a uma distância de bilhões de anos-luz, podem ocorrer problemas como interrupções de sistemas de telecomunicações e destruição da camada de ozônio", avalia Almeida.

No entanto, esse fenômeno, se ocorrer, só acontecerá daqui a milhões de anos, e a chance de o jato de raios gama do VFTS 352 estar na direção da Terra é muito pequena.

"Se acontecer" porque estas são previsões da teoria mais aceita atualmente, mas o novo sistema não se enquadra bem nessa teoria.

Ou buracos negros binários

Talvez a maior relevância do novo sistema para a astrofísica estelar seja o fato de que a combinação das medidas feitas para as massas e temperaturas das estrelas componentes violam a Teoria Clássica da Evolução Estelar.

Isso pode indicar um novo caminho evolutivo para as estrelas componentes do sistema, que poderá até evitar a fusão na sua fase inicial.

Assim, esse objeto pode dar sustentação a uma teoria muito recente para a evolução das estrelas de alta massa. Nesse cenário, o VFTS 352 terminaria sua vida como um sistema duplo de buracos negros de curto período, uma fonte intensa de ondas gravitacionais.

Produção de oxigênio

Almeida acrescenta que esse tipo de sistema é super importante para o estudo da morte de estrelas de grande massa, as que produzem os átomos com número de prótons múltiplos de 4 (elementos alfa), entre eles o oxigênio.

Cerca de 70% dos sistemas binários de alta massa interagem fortemente, e aproximadamente 24% deles irão sofrer um processo de fusão ao longo de suas vidas.

Bibliografia:

Discovery of the massive overcontact binary VFTS 352: Evidence for enhanced internal mixing
L. A. Almeida, H. Sana, S. E. de Mink, F. Tramper, I. Soszynski, N. Langer, R.H. Barbá, M. Cantiello, A. Damineli, A. de Koter, M. Garcia, G. Gräfener, A. Herrero, I. Howarth, J. Maíz Apellániz, C. Norman, O. H. Ramírez-Agudelo, J. S. Vink
Astrophysical Journal
Vol.: Accepted paper
http://arxiv.org/abs/1509.08940

Maior radiotelescópio do mundo vai procurar vida extraterrestre

Com informações da BBC -  21/10/2015

[Imagem: FAST Team/Divulgação]

Maior radiotelescópio do mundo

A China está construindo o maior radiotelescópio do mundo na província de Guizhou, no sudoeste do país.

Uma vez pronta, espera-se que a estrutura permita detectar sinais de rádio - incluindo potenciais indícios de vida extraterrestre - em até 1 milhão de estrelas e sistemas solares.

As obras, que começaram em junho de 2011, devem terminar em setembro do ano que vem, a um custo estimado de US$ 110 milhões (R$ 420 milhões).

O Radiotelescópio Esférico de 500 metros de Abertura (FAST, na sigla em inglês para Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope) terá 4,6 mil painéis triangulares.

Ele será semelhante ao Observatório Arecibo, em Porto Rico, pois usará uma cavidade natural, conhecida como carste - um relevo formado pela dissolução química de rochas calcárias - para dar suporte ao disco do telescópio.

Atualmente, o Observatório Arecibo é o maior do mundo, com 305 metros de diâmetro. Como o nome do FAST indica, a estrutura terá um diâmetro de 500 metros.

Discos virtuais

O radiotelescópio vai usar uma superfície ativa que se ajusta para criar parábolas em diferentes direções, formando discos virtuais com 300 metros de diâmetro.

Isso significa que a estrutura não precisará apontar apenas para cima, sendo capaz de observar o céu a um ângulo de até 40 graus.

A depressão cárstica onde o radiotelescópio está sendo construído é grande o suficiente para acomodar a estrutura de 500 metros de diâmetro e permitir que ela seja posicionada nesses ângulos de 40 graus.

O maior binóculo do mundo também está procurando alienígenas. [Imagem: Enrico Sacchetti]

Estrelas e extraterrestres

Os astrônomos esperam que a alta precisão do radiotelescópio permita estudar a Via Láctea e outras galáxias, além de detectar estrelas a milhões de anos-luz de distância da Terra.

Espera-se também que a estrutura funcione como uma poderosa estação terrestre para missões espaciais.

A maior expectativa, no entanto, é de que o radiotelescópio potencialize as buscas por vida extraterrestre.

• Maior binóculo do mundo vai procurar alienígenas

Em julho deste ano, a NASA, que previu a descoberta de vida alienígena até 2025, anunciou a descoberta do Kepler 452-B, um planeta com características semelhantes às da Terra e cuja proximidade com o Sol é ideal para manter uma atmosfera e água no estado líquido.

Segundo especialistas, porém, ainda não é possível detectar sinais de rádio, ou potenciais indícios de vida extraterrestre, com a infraestrutura disponível atualmente. Eles acreditam, contudo, que o cenário se modifique com o início das operações do FAST.

• Serão ETs? Detectados sinais misteriosos do espaço

LEDs são fabricados com restos de alimentos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  21/10/2015

Os pontos quânticos de carbono podem ser visualizados quando iluminados com luz ultravioleta. [Imagem: Prashant Sarswat]

Pontos quânticos e pontos de carbono

Dois pesquisadores da Universidade de Utah, nos EUA, descobriram uma maneira de criarLEDs a partir de resíduos de alimentos e bebidas.

Além de reutilizar os resíduos alimentares, este desenvolvimento pode reduzir os resíduos potencialmente prejudiciais de alguns tipos de LED feitos a partir de elementos tóxicos.

Alguns tipos de LED são produzidos com pontos quânticos, pequenos cristais semicondutores que possuem propriedades luminescentes. Os pontos quânticos podem ser feitos de vários materiais, mas os melhores são raros, caros e com sérios problemas de descarte no fim da vida útil.

Por isso, nos últimos anos, alguns pesquisadores têm dado atenção a pontos quânticos feitos de carbono, que passaram a ser conhecidos como pontos de carbono.

Em comparação com outros tipos de pontos quânticos, os pontos de carbono têm baixa toxicidade e melhor biocompatibilidade, o que significa que eles podem ser usados em uma variedade mais ampla de aplicações e não terão problemas de descarte no final da vida útil.

OLEDs

Prashant Sarswat e Michael Free conseguiram transformar resíduos alimentares de um tipo de bolo de milho conhecido como tortilla em pontos de carbono e, a seguir em LEDs totalmente funcionais - a rigor, são OLEDs, ou seja, LEDs orgânicos, uma vez que seu constituinte básico é o carbono.

Para criar os pontos de carbono, os resíduos alimentares foram submetidos a uma síntese solvotérmica, na qual o lixo orgânico - pedaços de tortilla e refrigerante - foi colocado em um solvente, sob pressão e temperatura elevadas, produzindo diretamente os pontos de carbono.

Depois de confirmarem a formação dos pontos quânticos de carbono, foi só uma questão de ver os LEDs funcionarem - em múltiplas cores.

Atualmente, uma das fontes mais comuns de pontos quânticos é o seleneto de cádmio. Além de ser tóxico, o material também é caro - chegando a US$20.000 o quilograma.

"Com resíduos de comida e bebida que já estão por aí, a nossa matéria-prima é muito mais barata. Na verdade, é essencialmente grátis," disse Sarswat.

Bibliografia:

Light emitting diodes based on carbon dots derived from food, beverage, and combustion wastes
Prashant K. Sarswat, Michael L. Free
Physical Chemistry Chemical Physics
Vol.: 17, 27642-27652
DOI: 10.1039/C5CP04782J

Coração de espuma

Coração de espuma quer bater dentro do peito

Redação do Site Inovação Tecnológica -  22/10/2015

[Imagem: Cornell University]

Coração mole

Pesquisadores da Universidade de Cornell, nos EUA, desenvolveram um novo material leve e elástico, com a consistência de espuma, que tem potencial para uso em próteses, órgãos artificiais e robótica.

A espuma poroelástica é única porque pode ser moldada e seus poros interconectados permitem o bombeamento de fluidos através do material de forma controlada, sem vazamentos.

A espuma de polímero começa como um líquido, que pode ser vertido em um molde para criar o formato desejado. Quando ar ou um líquido é bombeado através dele, o material se move e pode alterar o seu comprimento em até 300%.

Embora aplicações médicas, com o uso do material no interior do corpo humano, dependam de testes e aprovação pelas autoridades de saúde, os pesquisadores já estão simulando órgãos protéticos com a espuma de elastômero.

"Já estamos progredindo muito bem rumo à construção de uma mão protética desta forma," disse o professor Rob Shepherd, cuja equipe já desenvolveugarras robóticas flexíveis, robôs de silicone e tentáculos robóticos.

O bombeamento de fluido ou ar nas paredes do coração de espuma transforma a coisa toda em uma bomba pulsante. [Imagem: Benjamin C. Mac Murray - 10.1002/adma.201503464]

Biocompatibilidade

O que já ficou pronto, porém, é um coração com um aspecto que lembra uma almôndega, mas capaz de imitar a forma e a função da coisa real, segundo Shepherd.

Utilizando fibras de carbono e de silicone na parte exterior do coração, foi possível criar uma estrutura que se expande a taxas diferentes na superfície - isso dá versatilidade aos projetos, permitindo, por exemplo, fazer com que uma forma originalmente esférica expanda-se na forma de um ovo.

"Este [protótipo] explora o efeito da porosidade no atuador, mas agora pretendemos tornar os atuadores de espuma mais velozes e com maior força, para que possamos aplicar mais potência. Também estamos focando na biocompatibilidade," disse Shepherd.

Bibliografia:

Poroelastic Foams for Simple Fabrication of Complex Soft Robots
Benjamin C. Mac Murray, Xintong An, Sanlin S. Robinson, Ilse M. van Meerbeek, Kevin W. O Brien, Huichan Zhao, Robert F. Shepherd
Advanced Materials
Vol.: Early View
DOI: 10.1002/adma.201503464

Exoesqueleto deve ser ferramenta

Exoesqueleto deve ser ferramenta, não robô

Redação do Site Inovação Tecnológica -  23/10/2015

A intenção é desenvolver um exoesqueleto que as pessoas idosas se interessem em testar e usar. [Imagem: Eoin White/Universidade de Limerick]

Auxílio, não substituto

Engenheiros dinamarqueses estão trabalhando no desenvolvimento de um exoesqueleto que seja útil e aceito pelos usuários como uma ferramenta de auxílio aos próprios movimentos.

A equipe está reunindo as melhores tecnologias disponíveis em termos de sensores e atuadores para montar um exoesqueleto prático no período de um ano.

Assim, ao contrário de outrasiniciativas com viés mais futurístico, eles não querem focar apenas na tecnologia.

"Claro, há também um desafio social em termos de se nossos potenciais usuários finais irão aceitar ou não a tecnologia," justifica Shaoping Bai, da Universidade de Aalborg.

"É por isso que chamamos o exoesqueleto de ferramenta, em vez de robô. Apenas a palavra robô pode impedir que as pessoas mais conservadoras se disponham a testá-lo. Tem cheiro de Robocop ou Homem de Ferro. Em vez disso, gostaríamos que as pessoas pensassem nele como uma ferramenta ou como uma ajuda," acrescenta.

Exoesqueleto de auxílio

O exoesqueleto projetado pela equipe não será destinado a pessoas paralisadas ou com deficiências. O grupo-alvo são principalmente pessoas mais velhas que, por exemplo, gostariam de continuar a fazer caminhadas, cuidar do jardim ou gerenciar suas próprias casas, mas já se sentem fracas demais para isso ou se cansam facilmente.

Para chegar ao seu objetivo, a equipe pretende miniaturizar bastante suas primeiras peças. [Imagem: Jakob Brodersen/Universidade Aalborg]

Um exoesqueleto é uma espécie de esqueleto externo eletromecânico no qual pequenos motores elétricos fornecem uma força adicional para realizar diferentes tipos de movimentos.

Usando uma variedade de sensores, o exoesqueleto detecta sinais como um impulso para levantar o braço, esticar o cotovelo ou mover as pernas, e ativa os pequenos motores, que fazem um papel parecido com o de uma direção hidráulica em um carro: os movimentos ficam mais fáceis, sem depender de tanta força do usuário.

"É importante que os usuários não sintam que o exoesqueleto é mais forte do que elas - no sentido de que possa fazer a pessoa se sentir sem capacidade," acrescenta Bai. "Os sensores devem ser suficientemente sensíveis para serem capazes de determinar o quanto os motores precisam ajudar. O maior desafio é, na verdade, puramente mecânico."

Batizado de AXO Suit, o exoesqueleto deverá ser testado ao longo de 2016.

Sapos japoneses resolvem problemas computacionais

Redação do Site Inovação Tecnológica -  19/10/2015

O canto da rã arborícola japonesa vai ajudar a melhorar as comunicações sem fios e integrar comunidades em redes sociais.[Imagem: Borja Calvo]

Dessincronização

Quando os machos da espécie rã arborícola japonesa (Hyla japonica) cantam ao mesmo tempo, as fêmeas não conseguem diferenciar entre eles, a fim de escolher o melhor parceiro.

Por isso, os pretendentes precisam chegar a um acordo e cantar um de cada vez.

Esse processo natural de dessincronização inspirou cientistas espanhóis a desenvolver um algoritmo computacional que poderá ser usado para melhorar as comunicações em sistemas sem fio, como Wi-Fi e Bluetooth, e criar ferramentas para analisar redes sociais como Facebook ou Twitter.

"Este processo é um grande exemplo de auto-organização na natureza, o que nos permitiu desenvolver algoritmos de inspiração biológica," explica Christian Blum, da Universidade do País Basco.

Teoria dos grafos

Para transformar o comportamento das rãzinhas em uma ferramenta computacional, a equipe usou a teoria dos grafos, uma representação que usa pontos interligados por retas para mostrar as interconexões entre nós de uma rede. No caso da bioinspiração, esses nós podem ser as rãs usadas neste estudo, ou formigas, por exemplo,

Ajustando o tempo de "manifestação" de cada nó - o canto de cada macho - e um sistema de feedback que funciona como a resposta da fêmea, a equipe conseguiu reproduzir em software o processo natural de dessincronização, o que poderá ser muito útil nas redes computacionais.

O algoritmo permite, por exemplo, rastrear usuários inativos ou que demandam poucos recursos da rede, detectar comunidades coesas que não interagem com qualquer outra pessoa, descobrir indivíduos populares ou bem conhecidos dentro da rede, ou encontrar usuários que estariam dispostos a se conectar a fim de melhorar as relações entre comunidades específicas.

"Todas essas questões podem ser traduzidas em problemas matemáticos, que podem então ser resolvidos em um gráfico que representa a rede," explicou Blum.

Segundo a equipe, os novos algoritmos "são excelentes, os melhores desenvolvidos até agora, e fizeram significativamente mais do que outros algoritmos, como aqueles inspirados pelo sistema nervoso da mosca Drosophilaforam capazes de realizar."

Bibliografia:

"FrogCOL and FrogMIS: new decentralized algorithms for finding large independent sets in graphs"
Christian Blum, Borja Calvo, Maria J. Blesa
Swarm Intelligence
Vol.: 9 (2): 205-227
DOI: 10.1007/s11721-015-0110-1

Topolariton: quasipartícula é meio matéria, meio luz

Redação do Site Inovação Tecnológica -  20/10/2015

A quasipartícula surge na superfície de materiais sólidos e pode transportar os fótons em meios onde a luz normalmente não viaja. [Imagem: T. Karzig et al. - 10.1103/PhysRevX.5.031001]

Mistura de luz e matéria

Os polaritons são quasipartículas bem conhecidas dos físicos, e já fazem parte de vários experimentos com vistas a aplicações práticas, sobretudo nos campos da spintrônica e da fotônica.

Em 2007, uma equipe norte-americana conseguiu produzir um superfluido de polaritons, um estado da matéria que mescla raios laser com supercondutores.

Agora, físicos do Instituto de Tecnologia da Califórnia previram a existência de um novo tipo de quasipartícula similar, mas que seria metade luz, metade matéria.

Essa quasipartícula, batizada de "topolariton", está envolvida em uma série de eventos essenciais em dispositivos que vão das células solares e dos amplificadores ópticos, até os leitores de códigos de barras.

O que é topolariton

O topolariton é um polariton topológico, ou seja, uma quasipartícula cuja existência se limita à superfície dos materiais. Não por acaso, materiais com características superficiais especiais, chamados isolantes topológicos, estão entre os mais estudados na atualidade pelos grupos que buscam um novo paradigma para o suporte de hardware de toda a tecnologia da informação.

Quasipartículas são entidades que apresentam algumas - mas não todas - as características das partículas elementares, como os elétrons e os quarks que formam os átomos. Elas são classificadas como "fenômenos emergentes", que surgem em decorrência do comportamento dinâmico dos materiais sólidos onde surgem.

Alguns exemplos de quasipartículas incluem os fônons ("pacotes" de átomos ou moléculas que vibram coletivamente e que explicam a difusão do calor e do som, por exemplo), os sólitons (pacotes de ondas solitárias que mantêm a forma enquanto se movem a uma velocidade constante) e os excitons (formados quando um elétron se une a uma lacuna).

Os polaritons, por sua vez, surgem da interação dos fótons com os excitons, e os topolaritons são polaritons que surgem na superfície dos materiais e parecem se mover sempre na mesma direção.

Como os topolaritons são parte matéria e parte luz - um fóton que se une a um exciton, ou seja, a um elétron e uma lacuna -, eles poderão ser guiados e controlados com refletores ou com regiões especiais - regiões com hiatos de energia - do meio óptico através do qual viajam, meios estes nos quais os fótons não conseguem viajar sozinhos - mas conseguem viajar quando mesclados com os excitons.

Aparato experimental proposto pela equipe para a observação direta dos topolaritons, envolvendo poços quânticos incorporados em um guia de ondas. [Imagem: T. Karzig et al. - 10.1103/PhysRevX.5.031001]

Degradação de sinais

Ao viajar pelos semicondutores usados nos circuitos eletrônicos, os elétrons perdem energia na forma de calor por causa da resistência elétrica desses semicondutores.

Isto não acontece com os sinais de luz, mas pode haver outras causas de perda de sinal na transmissão por luz, como a reflexão e o espalhamento dos fótons. Os cálculos teóricos indicam que os topolaritons podem reduzir essa degradação dos sinais ópticos e aumentar a estabilidade dos fótons à medida que eles avançam ao longo das bordas dos semicondutores.

Outra característica muito útil é que a direção do movimento de um topolariton pode ser revertida através da aplicação de um campo magnético. "Isso seria como um filtro de mão única para a luz, proporcionando uma comunicação direcional com o mínimo de perda de energia," disse Gil Refael, um dos físicos que descreveu teoricamente o topolariton.

Conexão entre fotônica e eletrônica

Agora é esperar pela observação direta dos topolaritons e que eles sejam domados para aplicações práticas.

"Nós vamos precisar criar algumas novas interfaces entre o mundo fotônico e o mundo eletrônico," explica Refael. "Um dos desafios é construir guias de onda de mão única para a luz visível. Os topolaritons fornecem uma rota para esses dispositivos usando a tecnologia padrão de semicondutores, e também podem funcionar como um intermediário entre os dispositivos fotônicos e os dispositivos à base de elétrons, um passo necessário para qualquer dispositivo optoeletrônico."

Bibliografia:

Topological Polaritons
Torsten Karzig, Charles-Edouard Bardyn, Netanel H. Lindner, Gil Refael
Physical Review X
Vol.: 5, 031001
DOI: 10.1103/PhysRevX.5.031001