Robótica

Espermatozoides robotizados garantem fertilização in vitro

Redação do Site Inovação Tecnológica -  14/01/2016

Guiado por um campo magnético, o micromotor persegue, captura e então impulsiona o espematozoide. [Imagem: Mariana Medina-Sánchez et al. - 10.1021/acs.nanolett.5b04221]

Prótese para espermatozoide

Espermatozoides que não nadam muito bem estão entre as principais causas de infertilidade.

Para superar essa deficiência, engenheiros alemães construíram microrrobôs que se conectam à cauda - ou flagelo - da célula reprodutora masculina e funcionam como um motor de popa, dando-lhe um impulso extra.

A proposta é que os microrrobôs possam substituir as técnicas de fertilização in vitro e outros métodos de reprodução assistida, cuja taxa de sucesso fica abaixo das expectativas, além de custarem muito caro.

"Nós apresentamos células espermáticas motorizadas artificialmente - um novo tipo de micromotor híbrido, no qual microhélices customizadas servem como motores para transportar espermatozoides com deficiências de movimento e ajudá-los a realizar a sua função natural," escrevem Mariana Medina e seus colegas do Instituto Leibniz de Pesquisas em Materiais.

Espermatozoide motorizado

Já existem diversos tipos de micromotores, alguns com capacidade para atingir até 18.000 rpm, testados para as mais diversas aplicações.

O micromotor desenvolvido pela equipe parece um pequeno pedaço de fio de telefone, consistindo em um núcleo metálico revestido com um polímero biocompatível. Ele é dirigido externamente por um campo magnético para se encaixar na cauda da célula reprodutora, turbinando o espermatozoide e fazendo-o avançar rapidamente rumo ao óvulo.

O conceito funcionou perfeitamente nos testes em laboratório com células animais in vitro, com o motor capturando o espermatozoide, empurrando-o até o óvulo e depois liberando-o, deixando que o processo de fertilização ocorresse normalmente.

O processo funcionou com células de animais, mas ainda há desafios antes que ele possa ser usado em humanos. [Imagem: Mariana Medina-Sánchez et al. - 10.1021/acs.nanolett.5b04221]

Desafios a vencer

A equipe reconhece que há muito trabalho pela frente antes que o processo possa ser usado para otimizar a fertilização em humanos.

"Apesar do fato de que ainda há alguns desafios no caminho para obtermos a fertilização bem-sucedida com espermatozoides motorizados artificialmente, acreditamos que o potencial desta nova abordagem para reprodução assistida já pode ser colocada em perspectiva com o presente trabalho," concluem eles.

Entre esses desafios está a necessidade de observação direta do processo por um microscópio, para que o campo magnético possa ser controlado de forma a guiar o micromotor. Também será necessário estudar o impacto do campo magnético sobre as células, como fazer a seleção do espermatozoide e planejar a retirada do micromotor do local.

Outra equipe já tentou resolver alguns desses problemas substituindo o sistema de motorização, construindo um espermatozoide robótico movido por células cardíacas.

Bibliografia:

Cellular Cargo Delivery: Toward Assisted Fertilization by Sperm-Carrying Micromotors
Mariana Medina-Sánchez, Lukas Schwarz, Anne K. Meyer, Franziska Hebenstreit, Oliver G. Schmidt
Nano Letters
Vol.: 16 (1), pp 555-561
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b04221

Energia

Lâmpadas incandescentes superam LEDs reciclando calor

Redação do Site Inovação Tecnológica -  13/01/2016

Como apenas a luz visível consegue sair da lâmpada, o calor fica saltando de volta para o filamento até que finalmente todo ele seja convertido em luz. [Imagem: Ognjen Ilic/MIT]

Luz quente

As agora banidas lâmpadas incandescentes podem estar dando a volta por cima.

Uma equipe das universidades MIT e Purdue, nos EUA, criou um dispositivo fotônico que conseguereciclar o calor emitido pelas lâmpadas incandescentes, transformando-o em luz visível, elevando dramaticamente a eficiência das lâmpadas.

As lâmpadas incandescentes emitem luz aquecendo um fio de tungstênio a temperaturas de cerca de 2.700 graus Celsius. Esse fio quente emite o que é conhecido como radiação de corpo negro, um amplo espectro de luz que fornece uma luz quente e agradável, com uma representação fiel de todas as cores - algo nunca alcançado pelas lâmpadas fluorescentes e pelos LEDs.

O problema é o calor desperdiçado, que significa energia jogada fora.

Reciclagem de luz

Ognjen Ilic e seus colegas criaram um dispositivo que captura o calor e o devolve para o filamento, aquecendo-o ainda mais para que ele emita mais luz visível. Eles chamam o processo de "reciclagem de luz", já que o calor nada mais é que radiação eletromagnética, ou luz, com um comprimento de onda conhecido como infravermelho.

• Menor lâmpada incandescente do mundo quer lançar luzes sobre a Física

O processo funciona em duas fases. Na primeira é utilizado o filamento metálico tradicional das lâmpadas incandescentes, com todas as suas perdas.

Na segunda fase, as estruturas, que são um tipo de cristal fotônico, funcionam como um filtro, deixando passar os comprimentos de onda visíveis, que então saem da lâmpada.

Mas, para os comprimentos de onda infravermelhos, as estruturas funcionam como um espelho, explica Ilic. A radiação refletida então viaja de volta para o filamento, acrescentando mais calor, sendo em seguida convertida em mais luz. Como apenas a luz visível consegue sair da lâmpada, o calor fica saltando de volta para o filamento até que finalmente todo ele seja convertido em luz, e assim continuamente.

Os cristais fotônicos são feitos de elementos abundantes e de baixo custo, utilizando uma tecnologia convencional de deposição de material.

Eficiência luminosa

Comparação da qualidade da luz emitida por lâmpadas fluorescentes compactas (alto), LEDs (centro) e pelo novo protótipo de lâmpada incandescente com reciclagem de luz (embaixo). [Imagem: Ognjen Ilic et al. - 10.1038/nnano.2015.309]

Enquanto a eficiência luminosa geral de uma lâmpada incandescente pouco supera os 2%, o protótipo da nova lâmpada com reciclagem de calor chegou aos 6,6%, mas seu limite teórico é de 40% - para comparação, a eficiência luminosa de uma lâmpada fluorescente compacta varia entre 7 e 13%, e a dos LEDs varia entre 5 e 13%.

O dispositivo tem amplos usos potenciais, virtualmente em qualquer área onde seja necessário reaproveitar ou reciclar o calor dissipado por máquinas e equipamentos. Esse calor pode ser recapturado pelo cristal fotônico e direcionado, por exemplo, para iluminação ou para geração de eletricidade a partir do calor, por meio de células termofotovoltaicas.

Em 2008, outra equipe também usou técnicas fotônicas para criar uma lâmpada incandescente fria e 8 vezes mais eficiente. No ano seguinte, um processo de produção de filamento usando raios laser também soou promissor. Mas nenhuma das inovações conseguiu chegar ainda ao mercado.

Bibliografia:

Tailoring high-temperature radiation and the resurrection of the incandescent source
Ognjen Ilic, Peter Bermel, Gang Chen, John D. Joannopoulos, Ivan Celanovic, Marin Soljacic
Nature Nanotechnology
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2015.309

Nanotecnologia

Demônio de Maxwell manipula calor e balança leis da termodinâmica

Com informações da Universidade Aalto -  15/01/2016

Um demônio de Maxwell autônomo. Quando o demônio vê o elétron entrar na ilha (1), ele o aprisiona com uma carga positiva (2). Quando o elétron deixa a ilha (3), o demônio solta uma carga negativa (4).[Imagem: Jonne Koski]

Demônio de Maxwell

Em 1867, o físico escocês James Clerk Maxwell desafiou a segunda lei da termodinâmica, segundo a qual a entropia em um sistema fechado sempre deve aumentar.

Em seu experimento mental, Maxwell idealizou um recipiente fechado com gás, dividido em duas partes por uma parede interna, na qual existe uma pequena porta.

Abrindo e fechando a porta, uma criatura hipotética - que passou à história com o nome de "Demônio de Maxwell" - poderia ordenar as partículas do gás, passando a lentas e frias para um lado e dirigindo as rápidas e quentes para o outro lado da parede, criando assim, uma diferença de temperatura que violaria as leis da termodinâmica.

Demônio que resfria

No plano teórico, esse experimento mental tem sido objeto de análises, interpretações e controvérsias nesses últimos 150 anos, mas testar experimentalmente a ideia vinha sendo impossível até há pouco tempo.

Então, em 2007, uma equipe escocesa finalmente construiu uma nanomáquina equivalente ao Demônio de Maxwell. Mas a controvérsia continuou, porque esse experimento ainda dependia de um atuador externo, deixando a entropia total seguir seu caminho previsto e a segunda lei da termodinâmica intacta.

Há expectativas de que o demônio de Maxwell autônomo ajude a construir um motor quântico que gera trabalho sem produzir nenhum atrito. [Imagem: A. del Campo, et al - 10.1038/srep06208]

Agora, Jonne Koski e seus professores da Universidade de Aalto, na Finlândia conseguiram construir um demônio de Maxwell autônomo, capaz de executar de fato o experimento idealizado por Maxwell por conta própria e sem qualquer ajuda externa, permitindo analisar alterações microscópicas envolvendo a termodinâmica - e muito mais.

Não há realmente um capetinha lá, mas uma dupla de transistores que separa os elétrons em termos de suas energias, efetivamente retirando energia de um dos transistores, que então se resfria. O processo ocorre sem a troca direta de calor entre o transístor-demônio e seu par.

Máquina de informação

O que torna autônomo esse demônio - ou independente, ou autocontido - é que ele executa a operação de medição e atuação sem qualquer comando ou energia vindos do exterior. As alterações de temperatura são indicativas da correlação entre o demônio e o sistema, ou, em termos simples, de quanto o demônio "sabe" sobre o sistema.

Assim, o dispositivo também pode ser chamado de uma "máquina de informação", já que utiliza informações sobre as energias dos elétrons, permitindo testar axiomas fundamentais também dessa área de pesquisas.

"O sistema que construímos é um transístor de elétron único formado por uma pequena ilha metálica ligada a dois fios por junções túnel feitas de materiais supercondutores. O demônio ligado ao sistema também é um transístor de elétron único que monitora o movimento dos elétrons no sistema.

Muitos garantem que o demônio de Maxwell autônomo não viola das leis da termodinâmica. Outros, porém, defendem que a Segunda Lei da Termodinâmica falha em nanoescala. E os experimentos mais recentes defendem até quehá várias Segundas Leis da Termodinâmica no reino da mecânica quântica. [Imagem: Iñaki Gonzalez/Jan Gieseler]

"Quando um elétron tunela para a ilha, o demônio o aprisiona com uma carga positiva. Inversamente, quando um elétron deixa a ilha, o demônio o repele com uma carga negativa e o força a se mover morro acima, contrariamente ao seu potencial, o que reduz a temperatura do sistema," explicou o professor Jukka Pekola, um pioneiro nesses transistores de calor, que o ajudaram a construir a menor geladeira do mundo, para resfriar qubits e píxeis.

Computação reversível

Além de constituir uma ferramenta útil para a pesquisa básica, seja no campo da termodinâmica ou da teoria da informação, o demônio de Maxwell poderá ter aplicações no resfriamento de chips e qubits e também na computação reversível, um conceito que prevê uma computação na qual o processo de cálculo pode ser revertido sem perda de energia - um exemplo é a computação adiabática usada no primeiro computador quântico disponível comercialmente, o D-Wave.

"Como trabalhamos com circuitos supercondutores, também é possível para nós criar qubits de computadores quânticos. Como próximo passo, gostaríamos de examinar esses mesmos fenômenos em nível quântico," contou o professor Pekola.

Bibliografia:

On-Chip Maxwell's Demon as an Information-Powered Refrigerator
J. V. Koski, A. Kutvonen, I. M. Khaymovich, T. Ala-Nissila, J. P. Pekola
Physical Review Letters
Vol.: 115, 260602
DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.260602

Materiais Avançados

Absorvedores de luz totalmente invisíveis

Redação do Site Inovação Tecnológica -  11/01/2016

A metassuperfície é formada por uma matriz de pequenas hélices que absorvem uma determinada frequência sem gerar uma "assinatura" que permita sua detecção. [Imagem: Aalto University]

Absorvedores

Pesquisadores conseguiram fabricar pela primeira vez materiais absorvedores que não refletem a luz em uma vasta gama de comprimentos de onda.

Embora funcionem bem na absorção da radiação eletromagnética na frequência para a qual foram projetados, os absorvedores atuais interagem fortemente com a radiação de outras frequências, refletindo-a de volta, e não deixando-a passar, como é desejável.

Como resultado, eles criam um feixe refletido, assim como uma sombra perceptível, o que os torna muitos fáceis de detectar.

Filtros de luz

As novas estruturas, já testadas na prática, são capazes de absorver e detectar a luz de um ou de vários espectros de frequência, sendo invisíveis e indetectáveis em outras frequências.

"Esses absorvedores são completamente transparentes nas frequências não-operacionais," disse Viktar Asadchy, da Universidade Aalto, na Finlândia.

A metassuperfície é um melhoramento de um avanço anterior da equipe, que já havia conseguido construir um espelho que escolhe o que refletir.

A versatilidade do novo material - um metamaterial - promete viabilizar uma série de aplicações, que vão das tecnologias de camuflagem à radioastronomia.

Tela anticelular

Dispositivos que "consomem" a energia da radiação eletromagnética, o que inclui os sensores e os metamateriais usados nos mantos de invisibilidade, desempenham um papel cada vez mais importante na utilização e no controle da luz.

E esses materiais também poderão ser muito úteis na vida cotidiana. Por exemplo, eles poderiam ser usados em telas capazes de filtrar quaisquer sinais de telefones celulares e deixar passar os sinais de Wi-Fi e outras ondas.

"Esta pesquisa também irá abrir novos espaços para o controle da luz em geral e permitir novos dispositivos, tais como lentes planas e transformadores de feixes de luz," prevê Asadchy.

Bibliografia:

Broadband Reflectionless Metasheets: Frequency-Selective Transmission and Perfect Absorption
V. S. Asadchy, I. A. Faniayeu, Y. Radi, S. A. Khakhomov, I. V. Semchenko, S. A. Tretyakov
Physical Review X
Vol.: 5, 031005
DOI: 10.1103/PhysRevX.5.031005

Energia

Hidricidade: Usar hidrogênio para armazenar energia do Sol

Redação do Site Inovação Tecnológica -  11/01/2016

As usinas termossolares já são bem conhecidas - a novidade está em sua integração com o hidrogênio.[Imagem: University of Colorado]

Armazenar o sol no hidrogênio

Em busca de fontes limpas de energia e de abrir caminho para uma economia sustentável, pesquisadores estão propondo um novo conceito que eles batizaram de "hidricidade".

A ideia é juntar a geração de eletricidade a partir da energia solar com a produção de hidrogênio a partir de água superaquecida, obtendo uma produção de energia 24 horas por dia, sete dias por semana.

Trata-se de uma versão voltada para a energia solar comparável às diversas opções conhecidas como "armazenar o vento", estas voltadas para a energia eólica.

"O conceito de hidricidade que propomos representa uma potencial solução inovadora de geração contínua e eficiente de energia," disse o professor Rakesh Agrawal, da Universidade Purdue, nos EUA, coordenador do projeto. "O conceito proporciona uma excelente oportunidade para vislumbrar e criar uma economia sustentável para atender a todas as necessidades humanas, incluindo alimentos, químicos, transporte, aquecimento e eletricidade."

A produção de hidrogênio com energia solar é uma das grandes esperanças para mudar a matriz energética mundial, embora a tão difundidaEconomia do Hidrogênio encontrou mais entraves do que se esperava. [Imagem: Peter Allen]

Eficiência e comparações

"A eficiência global sol-para-eletricidade do processo hidricidade, na média de um ciclo de 24 horas, chega próximo dos 35%, o que é quase a eficiência alcançada usando as melhores células fotovoltaicas juntamente com baterias," disse Emre Gençer, principal idealizador do conceito de hidricidade.

"Em comparação, o nosso processo armazena energia termoquimicamente de forma mais eficiente do que os sistemas de armazenamento de energia convencionais, o hidrogênio coproduzido tem usos alternativos nas indústrias petroquímicas, químicas, transporte e, ao contrário das baterias, a energia armazenada não descarrega com o tempo e o meio de armazenamento não degrada com usos repetidos," acrescentou Gençer.

Hidricidade

A hidricidade usa concentradores solares para focalizar a luz solar, gerar altas temperaturas e sobreaquecer a água, produzindo vapor para alimentar uma série de turbinas para geração de eletricidade, além de reatores para a separação da água em hidrogênio e oxigênio.

Os concentradores solares já são largamente usados, mas é a primeira vez que eles são pensados em conjunto com a produção de hidrogênio. [Imagem: Rehnu]

Os concentradores já são largamente usados em usinas termossolares, que aproveitam o calor do Sol, e não a luz, como fazem os painéis fotovoltaicos - há também concentradores para células solares, mas trata-se de uma tecnologia diferente.

Já o sobreaquecimento envolve aquecer a água muito além do seu ponto de ebulição - no caso proposto, entre 1.000 e 1.300 graus Celsius - gerando um vapor de alta temperatura adequado tanto para rodar turbinas com alta eficiência, como também para operar reatores solares para dividir a água em hidrogênio e oxigênio.

• Descoberto novo processo de conversão da energia solar

O hidrogênio seria armazenado para utilização durante a noite, sendo queimado para sobreaquecer a água e manter toda a usina funcionando. O excedente também pode ser utilizado para qualquer outra aplicação, já que ele não gera emissões de gases de efeito estufa, podendo ser usado sobretudo em células a combustível.

"Tradicionalmente, a geração de eletricidade e a produção de hidrogênio foram estudadas isoladamente, e o que fizemos foi integrar sinergicamente estes processos e, ao mesmo tempo, melhorá-los," disse Agrawal.

O sistema foi simulado utilizando modelos computadorizados, e agora os pesquisadores esperam obter apoio para adicionar um componente experimental para a pesquisa, com a construção de protótipos e, a seguir, plantas-piloto de hidricidade.

Bibliografia:

Round-the-clock power supply and a sustainable economy via synergistic integration of solar thermal power and hydrogen processes
Emre Gençer, Dharik S. Mallapragada, François Maréchal, Mohit Tawarmalani, Rakesh Agrawal
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: Early Edition
DOI: 10.1073/pnas.1513488112

Mecânica

Ferramentas rotativas sem vibração e sem barulho

Redação do Site Inovação Tecnológica -  12/01/2016

Avaliações dos protótipos mostraram uma redução de até 70% nas vibrações e 50% no ruído. [Imagem: Fraunhofer Institute]

Ferramentas rotativas

Se você já passou longos períodos trabalhando com uma furadeira, um martelete ou alguma outra ferramenta de mão, sabe o quão rápido seus braços se cansam.

E não é só por casa da posição de trabalho - essas ferramentas vibram muito e fazem muito barulho.

Mas pode ser possível serrar, furar e lixar sem fazer tanto ruído e sem que seu corpo inteiro precise tremer junto com a máquina.

Engenheiros do Instituto Fraunhofer, na Alemanha, desenvolveram uma tecnologia que reduz drasticamente as vibrações das ferramentas rotativas.

O resultado é que apenas uma pequena parte das vibrações do motor é transferida para a carenagem e, por decorrência, para o usuário.

Isolamento da carenagem

"Elementos de elastômeros são usados para isolar o compartimento do motor, funcionando como uma espécie de suspensão mecânica e isolamento," explica Heiko Atzrodt, gerente do grupo de desenvolvimento.

Avaliações dos protótipos mostraram uma redução de até 70% nas vibrações e 50% no ruído.

Não dá para eliminar completamente a vibração e o ruído porque não se pode ter demais de uma coisa boa: se os engenheiros isolassem demais a carenagem da máquina, os usuários não seriam capaz de sentir a pressão que estão aplicando na ferramenta contra o material no qual estão trabalhando.

A tecnologia já está sendo repassada para fabricantes de ferramentas elétricas.

"Nós examinamos como o sistema é projetado e refinamos o projeto para que ele possa ser aplicado a uma grande variedade de ferramentas elétricas portáteis," disse Atzrodt.

Quatro novos elementos são adicionados à Tabela Periódica

Com informações da Agência Brasil e BBC -  04/01/2016

[Imagem: IUPAC]

Unun

A Tabela Periódica ganhou quatro novos elementos químicos, conforme anúncio da União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC).

Os elementos de números atômicos 113, 115, 117 e 118 vão completar a sétima linha da tabela. Desde 1940, 26 novos elementos acima do urânio foram adicionados à Tabela Periódica.

Por enquanto eles são conhecidos como unúntrio (Uut, ou elemento 113), unumpêntio (Uup, ou elemento 115), ununséptio (Uus, ou elemento 117) e ununóctio (Uuo, ou elemento 118).

Mas deverão ganhar nomes e símbolos permanentes brevemente. Seus descobridores deverão batizá-los nos próximos meses com um nome mitológico, de um mineral, um lugar ou país, uma propriedade ou mesmo o nome de um cientista.

Os nomes e símbolos de duas letras serão apresentados para análise do público por cinco meses, quando então o Conselho Superior da IUPAC deverá tomar uma decisão final sobre os nomes.

Descoberta de novos elementos

O elemento 113 foi descoberto por um grupo do Instituto Riken, do Japão. Já os 115 e 117 foram descobertos por uma colaboração entre o Instituto Unido de Pesquisa Nuclear em Dubna, Rússia, Laboratório Nacional Lawrence Livermore e Laboratório Nacional Oak Ridge, nos EUA.

Os dois primeiros laboratórios foram também responsáveis pelo descobrimento do 118. Esses grupos serão responsáveis pelas sugestões dos nomes.

Em 2009, por exemplo, o elemento químico 112 foi batizado como Copernício, em homenagem ao astrônomo polonês Nicolau Copérnico (1473-1543), e com o símbolo Cn.

• Pesos atômicos variáveis alteram Tabela Periódica

Instáveis

Os quatro novos elementos não são encontrados na natureza, tendo sido criados em laboratório.

Sendo altamente radioativos, eles só se mantêm estáveis por alguns segundos ou até mesmo por um mero milissegundo.

Essa característica dificulta seu estudo e, por isso, ainda não se sabe se e como eles poderiam ser usados na prática.

Controle eletrônico de estabilidade será obrigatório em todos os veículos

Com informações da Agência Brasil -  27/12/2015

Controle de estabilidade

O Contran (Conselho Nacional de Trânsito) publicou a Resolução 567, que torna obrigatório o uso do sistema de controle de estabilidade em veículos nacionais e importados.

Os fabricantes terão de incluir o item nos novos modelos de carros lançados a partir de 2020, e em todos os modelos até 2022.

A tecnologia garante mais segurança aos condutores e passageiros.

O sistema de segurança é indicado pelas siglas ESC ou ESP, dependendo da montadora, e garante mais controle do veículo em situações de risco, como curvas em alta velocidade e pistas com baixa aderência, por exemplo, evitando que o carro saia da trajetória prevista.

O controle eletrônico de estabilidade detecta a perda de aderência dos pneus e aciona os freios ou reduz a rotação do motor de forma automática para evitar que o carro derrape e o motorista perca o controle da direção.

Lentos na tecnologia

Nos Estados Unidos e na União Europeia, o item já é obrigatório. Na Argentina, será item de série a partir de 2018.

De acordo com o Departamento Nacional de Trânsito (Denatran), os fabricantes pediram um período maior para implementar a mudança e realizar os testes em veículos de modelos antigos.

A Associação Brasileira de Engenharia Automotiva fez uma estimativa de aumento do custo dos carros com a tecnologia, a pedido do Denatran. De acordo com a Associação de Engenharia Automotiva, a inclusão do sistema de segurança vai custar entre R$ 1 mil a R$ 2 mil, dependendo do modelo.

A regra vale para carros para destinados ao transporte de passageiros que não tenham mais que oito assentos e para veículos projetados e construídos para o transporte de cargas de até 3,5 toneladas

Eletrônica

Píxeis infravermelhos criam imagens de calor

Redação do Site Inovação Tecnológica -  07/01/2016

Emitindo "fatias" do comprimento de onda torna-se possível produzir várias imagens simultaneamente na mesma metassuperfície, com aplicações em segurança e antipirataria.[Imagem: Mathilde Makhsiyan et al. - 10.1063/1.4937453]

Imagens termais

Há poucos dias, pesquisadores norte-americanos anunciaram uma técnica que deverá permitir a fabricação decâmeras infravermelhas coloridas.

Mas parece que, usando uma outra técnica, as possibilidades são ainda maiores, sendo possível não apenas detectar fontes de infravermelho, mas também, na situação inversa, gerar imagens de calor.

Pesquisadores franceses desenvolverammetassuperfícies repletas de nanoantenas capazes de emitir seletivamente diversos comprimentos de onda na faixa infravermelha do espectro eletromagnético, efetivamente criando imagens termais em cores.

Nanoantenas

As nanoantenas são tecnicamente conhecidas como "ressonadores MIM", sigla de "metal-isolante-metal". Cada nanoantena MIM consiste de uma estrutura retangular formada por um sanduíche de uma camada isolante entre duas camadas metálicas. Centenas ou milhares delas formam uma metassuperfície.

"As metassuperfícies MIM são grandes candidatas para emissores infravermelhos graças à sua capacidade de controlar completamente a emissão térmica, o que é inovador em comparação com as fontes térmicas usuais, tais como um corpo negro," disse o professor Patrick Bouchon, coordenador da equipe.

Em termos mais simples e práticos, o material demonstrou a capacidade para criar imagens infravermelhas com o equivalente às cores visíveis.

Ao emitir em comprimentos de onda específicos, as inúmeras nanoantenas dispostas ao longo da metassuperfície - o nome é uma referência ao campo dosmetamateriais - funcionam como os píxeis de uma tela, formando uma imagem visível representativa de um mapa de calor.

Além de gerar "imagens de calor", a técnica pode ter aplicações em armazenamento óptico de dados, sensoriamento bioquímico, sistemas antipirataria e inúmeros outros.

Uma nanoantena MIM consiste de uma estrutura retangular formada por um sanduíche de uma camada isolante entre duas camadas metálicas. Centenas ou milhares delas formam uma metassuperfície. [Imagem: Mathilde Makhsiyan et al. - 10.1063/1.4937453]

Comprimentos e subcomprimentos

"Nós previmos teoricamente a resposta de 100 milhões de nanoantenas, e depois as fabricamos," disse Mathilde Makhsiyan, que precisou desenvolver um software para projetar as nanoantenas e outro para calcular sua disposição precisa para formar a metassuperfície.

Partindo de um determinado comprimento de onda e polarização da emissão infravermelha, cada nanoantena funciona como um emissor de subcomprimentos dessa onda. Isto permite controlar propriedades da emissão, como comprimento de onda, polarização e intensidade, a partir da geometria e da orientação de cada nanoantena. Como a emissão pode ser assim definida na escala de subcomprimentos de onda, torna-se possível codificar várias imagens na mesma metassuperfície.

A equipe agora pretende se concentrar na melhoria do controle das nanoantenas, para que elas possam ser configuradas individualmente, como os píxeis de uma tela.

Bibliografia:

Shaping the spatial and spectral emissivity at the diffraction limit
Mathilde Makhsiyan, Patrick Bouchon, Julien Jaeck, Jean-Luc Pelouard, Riad Haïdar
Applied Physics Letters
Vol.: 107, 251103
DOI: 10.1063/1.4937453

Mecânica

Drone autônomo transporta passageiro

Redação do Site Inovação Tecnológica -  07/01/2016

O 184 é um drone sem controle remoto, capaz de levar um passageiro a 16 km de distância. [Imagem: eHang/Divulgação]

Drone com passageiro

No final das contas, os tão esperados carros voadores podem não derivar nem dos automóveis e nem dos aviões, mas dos drones.

A fabricante chinesa de drones eHang apresentou o seu modelo 184, um drone elétrico capaz de levar autonomamente um passageiro em um voo de até 23 minutos.

O veículo é um quadricóptero pesando 200 kg, com uma cabine fechada para um passageiro.

A empresa garante que ele pode levar uma pessoa a até 16 km de distância, ou voar por 23 minutos com picos de velocidades de até 100 km/h. Sua altitude máxima é de 3,6 km.

O tempo para recarga das baterias é de quatro horas.

Caro

Mas o preço não é pequeno, com estimativas entre US$200.000 e US$300.000 para as primeiras unidades, que a eHang planeja começar a vender ainda este ano.

O preço é similar a um helicóptero comum, com motor a combustão, mas que exige um extenso treinamento para ser pilotado.

Já o 184, segundo a empresa, é capaz de voar sozinho, de forma autônoma, graças a algoritmos que controlam tudo a partir da informação da rota desejada.

O 184 exige pouco espaço na garagem, mas os rotores expostos são uma ameaça à segurança. [Imagem: eHang/Divulgação]

Rotores expostos

O maior entrave à comercialização do 184, contudo, não deverá ser convencer os potenciais clientes a dar tanto dinheiro pelo drone pessoal, mas convencer as autoridades nacionais de que o veículo é seguro e que seu controle de voo automatizado é confiável.

Além disso, os oito rotores expostos não combinam com a segurança exigida de um veículo para uso pessoal, que deverá pousar em áreas pequenas e repletas de pessoas.

Uma solução melhor foi encontrada pelos engenheiros que projetaram oVolocóptero, um helicóptero pessoal também elétrico que mantém seus 18 rotores bem acima da altura de um ser humano.

De qualquer forma, a União Europeia tem planos sérios de substituir carros por helicópteros pessoais, já com os rotores devidamente protegidos.

Nanotecnologia

Controle de elétrons produz supercondutividade

Redação do Site Inovação Tecnológica -  08/01/2016

Os elétrons foram controlados dentro do material monocamada por campos elétrons e magnéticos aplicados externamente. [Imagem: L. J. Li et al. - 10.1038/nature16175]

Controle de elétrons individuais

Físicos desenvolveram uma forma de usar campos elétricos e magnéticos externos para controlar elétrons de forma seletiva no interior de materiais com espessura atômica.

Embora toda a tecnologia moderna, dos motores e lâmpadas aos computadores, funcione com base na eletricidade, aproveitando o fluxo de elétrons, manipular elétrons individualmente é outra história - com tantas outras possibilidades de aplicações.

"Os elétrons não são só pequenos e rápidos, eles naturalmente se repelem devido à sua carga elétrica. Eles obedecem às estranhas leis da física quântica, tornando-se difícil controlar seu movimento diretamente," explica o físico brasileiro Antônio Hélio de Castro Neto, atualmente na Universidade Nacional de Cingapura.

Dopagem química

Hoje, para controlar o comportamento dos elétrons, os materiais semicondutores necessitam de uma dopagem química, onde pequenas quantidades de outro material são incorporadas para liberar ou para absorver elétrons, criando uma mudança na concentração de elétrons que pode ser usada para dirigir correntes elétricas - é como se "gotas" de elétrons fossem usadas para controlar "rios" de elétrons.

Ocorre que a dopagem química tem limitações quando não se trata mais de lidar com rios, ou mesmo enxurradas de elétrons, mas apenas com alguns deles, como é necessário nas pesquisas de supercondutores, computação quântica ou mesmo em experimentos de física fundamental.

Isso porque a dopagem gera mudanças químicas irreversíveis no material que está sendo estudado. Além dos átomos dopantes perturbarem a ordem natural do material original - sua estrutura cristalina -, eles geralmente mascaram importantes estados eletrônicos do material puro.

Hoje já se sabe, por exemplo, que até mesmo a adição de um único átomo a outro material pode mudar dramaticamente suas propriedades, o que tem sido visto como uma grande oportunidade de abertura de novas fronteiras tecnológicas.

O experimento chamou a atenção da comunidade ao gerar supercondutividade de forma controlada e reversível. [Imagem: L. J. Li et al. - 10.1038/nature16175]

Gerando supercondutividade

A equipe conseguiu replicar os efeitos da dopagem utilizando apenas campos elétricos e magnéticos externos aplicados a um material monoatômico, o disseleneto de titânio (TiSe2), incorporado em uma amostra de nitreto de boro (hBN).

O controle do comportamento dos elétrons foi feito com precisão e de forma reversível, permitindo que os físicos executassem medições que até agora eram estritamente teóricas.

A finura dos dois materiais é crucial para o efeito ao confinar os elétrons dentro de uma camada bidimensional, onde os campos elétricos e magnéticos apresentam um efeito forte e uniforme.

"Em particular, nós conseguimos levar o material a um estado de supercondutividade, no qual os elétrons se movem através do material sem qualquer perda de calor ou energia," disse o professor Castro Neto.

Como são atomicamente finos, os materiais supercondutores bidimensionais podem ter vantagens em relação aos supercondutores tradicionais em aplicações como equipamentos médicos de ressonância magnética (MRI) menores e até portáteis.

• Estaneno: A um passo da supercondutividade a temperatura ambiente

Bibliografia:

Controlling many-body states by the electric-field effect in a two-dimensional material
L. J. Li, E. C. T. O Farrell, K. P. Loh, G. Eda, B. Özyilmaz, A. H. Castro Neto
Nature
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nature16175

Mecânica

Criado um metal superforte e leve

Redação do Site Inovação Tecnológica -  06/01/2016

O segredo da técnica está na distribuição homogênea das nanopartículas de cerâmica pelo metal. [Imagem: Lian-Yi Chen et al. - 10.1038/nature16445]

Metal superforte

Lian-Yi Chen, da Universidade da Califórnia em Los Angeles, descobriu como misturar e estabilizar nanopartículas em um metal fundido.

Há muito se tenta adicionar nanopartículas cerâmicas aos metais para torná-los mais leves e mais fortes, mas o processo não funciona em larga escala.

Ocorre que, quando as nanopartículas são adicionadas ao material em fusão, elas tendem a se aglomerar, em vez de se dispersar homogeneamente pelo material.

Solucionando esse problema, Chen obteve um metal superforte, mas muito leve, talhado para usos na indústria aeroespacial e outros equipamentos que precisem ser leves e fortes, como equipamentos médicos.

Como desenvolveu um processo de produção que pode ser escalonado para grandes volumes, Chen acredita na transposição da técnica do laboratório para as fábricas, o que abriria a possibilidade do uso do metal superforte também em automóveis.

Metal nanocompósito

A técnica consiste na adição de nanopartículas de carbeto de silício, uma cerâmica ultradura, ao metal fundido.

Com a adição das nanopartículas, o metal ficou mais forte, mais rígido e mais resistente a altas temperaturas. De forma um tanto curiosa, o metal também não perdeu a plasticidade, o que geralmente ocorre quando se adiciona partículas cerâmicas.

A equipe trabalhou com magnésio, mas a técnica pode ser aplicada a outros metais leves, como o alumínio.

"Os resultados que obtivemos não chegam nem a arranhar a superfície de um tesouro escondido de uma nova classe de metais com propriedades e funcionalidades revolucionárias," entusiasma-se o professor Xiaochun Li, orientador da equipe.

Em termos de peso, o novo metal - mais precisamente, um nanocompósito metálico - tem cerca de 14% de nanopartículas de carbeto de silício e 86% de magnésio.

Bibliografia:

Processing and properties of magnesium containing a dense uniform dispersion of nanoparticles
Lian-Yi Chen, Jia-Quan Xu, Hongseok Choi, Marta Pozuelo, Xiaolong Ma, Sanjit Bhowmick, Jenn-Ming Yang, Suveen Mathaudhu, Xiao-Chun Li
Nature
Vol.: 528, 539-543
DOI: 10.1038/nature16445

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