Espaço

Descoberta estrela com atmosfera de oxigênio

Baseado em artigo de Camila Raposo - UFRGS -  06/04/2016

As anãs brancas são o estágio final da evolução da maioria das estrelas, mas é incerto de onde esta estrela tirou seu oxigênio. [Imagem: WikiImages]

Estrela de oxigênio

Uma equipe de astrônomos brasileiros e alemães identificou, pela primeira vez, uma estrela anã branca com atmosfera dominantemente composta por oxigênio.

O surpreendente é que, diferentemente das anãs brancas conhecidas até agora, que possuem atmosferas dominadas por hidrogênio e hélio, a nova estrela não possui traços de nenhum dos dois elementos.

A descoberta foi feita quando dados do rastreio SDSS (Sloan Digital Sky Survey) foram vasculhados por Kepler Oliveira e Gustavo Ourique, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, e Detlev Koester, da Universidade de Kiel, na Alemanha.

Os resultados surpreendentes foram publicados pela revista Science.

Anã branca

Estágio final da evolução de todas as estrelas que nascem com 8 a 11 massas solares - dependendo de suas composições iniciais -, as anãs brancas possuem brilho tênue, porte pequeno e uma densidade extremamente alta. Essa é a última etapa da vida da maioria das estrelas.

Cerca de 80% das anãs brancas possuem atmosferas dominadas por hidrogênio, e o restante tem o hélio como principal componente. Isso acontece porque, por sedimentação, os elementos mais pesados vão para as camadas inferiores, e os mais leves vão para as camadas mais altas.

A atmosfera da nova estrela descoberta, entretanto, é dominada por oxigênio e apresenta traços de neônio e magnésio, o que indica que não pode haver hidrogênio, hélio ou carbono em sua composição - todos mais leves do que o oxigênio.

Modelos de evolução das estrelas

De acordo com o Kepler, a estrela desafia os modelos de evolução estelar existentes, que não preveem um objeto como o observado. Os modelos atuais preveem que uma mistura de oxigênio, neônio e magnésio seja encontrada em um pequeno número de estrelas, através da queima nuclear de carbono. No entanto, as anãs brancas formadas por este processo costumam ser muito mais pesadas.

"Se nem o núcleo deveria ser de oxigênio para massas menores que uma massa solar, muito menos a atmosfera," enfatiza Kepler.

Assim, está aberta a temporada de hipóteses para explicar a estrela com atmosfera de oxigênio, hipóteses que levarão à reescrita dos modelos de evolução estelar.

Bibliografia:

A white dwarf with an oxygen atmosphere
S. O. Kepler, Detlev Koester, Gustavo Ourique
Science
Vol.: 352, p. 67-69, 2016
DOI: 10.1126/science.aad6705

Espaço

Imagem inédita parece ultrassom de uma Terra bebê

Com informações do ESO -  07/04/2016

Os espaços são muito provavelmente resultado de partículas que se juntaram para formar planetas. [Imagem: S. Andrews/B. Saxton/ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)]

Feto planetário

Esta nova imagem obtida pelo radiotelescópio ALMA mostra, com detalhes nunca antes obtidos, um disco de formação planetária em torno da TW Hidra, uma estrela parecida com o nosso Sol.

A imagem revela um espaço vazio no disco, espaço este que se encontra à mesma distância da estrela que a Terra se encontra do Sol, o que pode significar que uma versão do nosso planeta, ou possivelmente uma super-Terra mais massiva, esteja começando a se formar nesse local.

A estrela TW Hidra é muito estudada devido à sua proximidade da Terra - apenas 175 anos-luz de distância - e ao fato de ser uma estrela muito jovem, com cerca de 10 milhões de anos de idade.

Curiosamente, quando a olhamos da Terra, vemos a estrela de cima, o que dá uma visão rara e sem distorções de todo o disco protoplanetário que a rodeia.

Formação de planetas

"Estudos anteriores, feitos com telescópios ópticos e de rádio, confirmaram que TW Hidra possui um disco proeminente com estruturas que sugerem fortemente que planetas estão começando a coalescer," disse Sean Andrews, do Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica, nos EUA.

"As novas imagens do ALMA mostram o disco com um detalhe sem precedentes, revelando uma série de anéis de poeira brilhantes e espaços escuros concêntricos, incluindo estruturas intrigantes que parecem indicar que um planeta com uma órbita do tipo da Terra está se formando nesse local," acrescentou Andrews.

Estes espaços são muito provavelmente o resultado de partículas que se juntaram para formar planetas e que, em seguida, limparam as suas órbitas da poeira e do gás, levando o material para regiões bem definidas.

Os outros espaços vazios significativos que aparecem nas novas imagens estão situados a três e seis bilhões de quilômetros da estrela, o que corresponde às distâncias médias entre o Sol e os planetas Urano e Plutão no nosso Sistema Solar.

Bibliografia:

Ringed Substructure and a Gap at 1 AU in the Nearest Protoplanetary Disk
Sean M. Andrews, David J. Wilner, Zhaohuan Zhu, Tilman Birnstiel, John M. Carpenter, Laura M. Perez, Xue-Ning Bai, Karin I. Oberg, A. Meredith Hughes, Andrea Isella, Luca Ricci
Astrophysical Journal Letters
http://arxiv.org/abs/1603.09352

Energia

Calor transferido por luz é 100 vezes mais forte

Redação do Site Inovação Tecnológica -  08/04/2016

Os pesquisadores criaram um aparelho do tipo MEMS para controlar com precisão a proximidade entre os pontos de origem e de destino do calor. [Imagem: Raphael St-Gelais et al. - 10.1038/nnano.2016.20]

Troca de calor por meio da luz

A transferência de calor pode ser feita com uma intensidade 100 maior do que se acreditava simplesmente colocando dois objetos muito próximos, em distâncias em nanoescala, sem que eles se toquem.

Essa efetiva "troca de calor através da luz", ou na forma de radiação, abre o caminho para que todos os aparatos de manipulação da luz já existentes possam ser utilizados para a transferência de calor - no interior dos chips, por exemplo, mas também em uma série inumerável de outras situações.

Todos os objetos no ambiente trocam calor com os seus arredores usando a luz. Isso inclui a luz que chega até nós do Sol, a cor vermelha brilhante da resistência de uma torradeira ou as câmeras de "visão noturna" que permitem a gravação de imagens termais mesmo na escuridão completa.

Mas essa troca de calor por radiação geralmente é muito fraca em comparação com o que pode ser obtido por condução (colocando dois objetos em contato um com o outro) ou por convecção (usando ar quente).

Mas não tão fraca quanto se imaginava.

Radiação térmica

Colocando dois objetos em diferentes temperaturas a distâncias que chegaram a apenas 42 nanômetros, observou-se que a transferência de calor é cerca de 100 vezes mais forte do que o previsto pelas leis da radiação térmica convencional, a chamada radiação de corpo negro. Esses resultados se mantiveram mesmo para diferenças de temperatura entre os dois objetos tão elevadas quanto 260° C.

"Uma implicação importante do nosso trabalho é que a radiação térmica pode agora ser usada como um mecanismo de transferência de calor dominante entre objetos em diferentes temperaturas.

"Isto significa que podemos controlar o fluxo de calor com várias das mesmas técnicas que usamos para manipular a luz. Isto é significativo, uma vez que há um monte de coisas interessantes que podemos fazer com a luz, como convertê-la em eletricidade usando células fotovoltaicas," disse Raphael St-Gelais, da Universidade de Colúmbia, nos EUA.

Bibliografia:

Near-field radiative heat transfer between parallel structures in the deep subwavelength regime
Raphael St-Gelais, Linxiao Zhu, Shanhui Fan, Michal Lipson
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/nnano.2016.20

Informática

Linguagem de alto nível para programar bactérias

Redação do Site Inovação Tecnológica -  08/04/2016

A linguagem de programação bacteriana é baseada em Verilog, linguagem usada para programar chips de computador. [Imagem: Janet Iwasa]

Programação biológica

Engenheiros, biólogos e cientistas da computação se juntaram para criar mais uma linguagem de programação que permite projetar rapidamente circuitos complexos codificados em moléculas de DNA.

Isso significa que, usando uma linguagem de programação de alto nível, é possível dar novas funções para as células vivas - fazer com que façam algo que queremos.

Usando esta linguagem, não é necessário ser um geneticista para escrever um programa para a função que se deseja da célula bacteriana, como detectar e responder a determinadas condições ambientais. Para isso, o próprio programa gera uma sequência de DNA que torna a célula capaz de executar a função.

"É literalmente uma linguagem de programação para bactérias", explica o professor Christopher Voigt, do MIT, nos EUA. "Você usa uma linguagem baseada em texto, exatamente como você programa um computador. Em seguida, compila esse texto e o transforma em uma sequência de DNA que você põe dentro da célula, e o programa roda dentro da célula."

Voigt e seus colegas usaram a linguagem de programação biológica para construir circuitos que podem detectar até três entradas e responder de maneiras diferentes a cada combinação.

• Uma linguagem de programação para automatizar a química

Recentemente outra equipe criou uma linguagem de programação química que constrói DNAs sintéticos. [Imagem: Yan Liang]

Linguagem de programação bacteriana

A linguagem de programação bacteriana é baseada em Verilog, uma linguagem muito usada para programar chips de computador.

Para criar uma versão que funcione com células, a equipe projetou portas lógicas e sensores que podem ser codificados no DNA de uma célula bacteriana. Os sensores podem detectar compostos diferentes, tais como oxigênio ou glucose, bem como luz, temperatura, acidez e outras condições ambientais. Os programadores de bactérias também podem adicionar seus próprios sensores.

Com a ferramenta, os pesquisadores programaram 60 circuitos com funções diferentes, e 45 deles funcionaram corretamente na primeira vez que foram testados. Vários foram projetados para medir uma ou mais condições ambientais e um especificamente foi projetado para avaliar três entradas diferentes e, em seguida, reagir com base na prioridade de cada uma.

O mais complexo deles é o maior circuito biológico já construído, contendo sete portas lógicas e cerca de 12.000 pares de bases de DNA.

• Bactérias ganham lógica e são programadas como computadores

Bactérias computacionais

As aplicações para esse tipo de programação biológica incluem o projeto de células bacterianas capazes de produzir fármacos quando detectam um tumor, por exemplo, ou a criação de células de levedura que possam deter seu próprio processo de fermentação se começarem a aparecer muitos subprodutos tóxicos.

A equipe planeja construir uma interface para sua linguagem de programação bacteriana e disponibilizá-la na web.

Bibliografia:

Genetic circuit design automation
Alec A. K. Nielsen, Bryan S. Der, Jonghyeon Shin, Prashant Vaidyanathan, Vanya Paralanov, Elizabeth A. Strychalski, David Ross, Douglas Densmore, Christopher A. Voigt
Science
Vol.: 352, Issue 6281,
DOI: 10.1126/science.aac7341

Energia

Bateria subterrânea pode armazenar energia e CO2

Redação do Site Inovação Tecnológica -  06/04/2016

O projeto é baseado em rochas sedimentares localizadas em grandes profundidades. [Imagem: LLNL]

Bateria subterrânea

Incorporar em um único sistema o sequestro de CO2 e o armazenamento de energia renovável parece ser bom demais para ser verdade, mas é o que está propondo a equipe do professor Thomas Buscheck, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, nos EUA.

"Se você quer armazenar as grandes quantidades de energia renovável necessárias para equilibrar os desajustes entre oferta e demanda, e armazená-la de forma eficiente, acreditamos que a melhor maneira de fazer isso é no subsolo. Acreditamos que esta é uma maneira de baixo custo para armazenar a energia o tempo suficiente para que possa ser usada mais tarde," afirmou ele.

A ideia consiste em direcionar a energia capturada por fontes solares e eólicas para um sistema subterrâneo de energia geotérmica artificial, que funcionaria como uma enorme bateria subterrânea. Ao mesmo tempo, o sistema armazenaria o CO2 liberado por usinas termelétricas que funcionam com base em combustíveis fósseis.

Salmoura

O sistema prevê a injeção de CO2 liquefeito em reservatórios subterrâneos situados em rochas sedimentares, que são altamente porosas, criando um ambiente pressurizado que empurraria a salmoura presente nessas rochas até poços de produção na superfície.

A salmoura pode ser aquecida e reinjetada no reservatório para armazenar energia térmica, e o CO2 pressurizado resultante funcionaria como um amortecedor de choque, permitindo que o sistema seja carregado ou descarregado em função da oferta e da demanda de energia.

Quando houver insuficiência na geração da energia renovável - à noite ou na ausência de ventos -, o CO2 pressurizado e a salmoura poderiam ser liberados e convertidos em eletricidade.

Dessalinização

De acordo com os modelos de computador, a quantidade de CO2 que poderia ser armazenada no subsolo por um sistema desse tipo seria de pelo menos 4 milhões de toneladas por ano ao longo de 30 anos, o equivalente ao CO2 emitido por uma usina a carvão de 600 megawatts.

"Armazenar grandes quantidades de CO2 cria muita pressão. Este é o maior desafio para mantê-lo permanentemente no subsolo, mas é administrável. Para ter certeza de que não temos pressão excessiva, podemos desviar um pouco da salmoura produzida para gerar água através da dessalinização," disse Buscheck.

Ainda não há previsão de testar a ideia na prática.

Bibliografia:

Earth Battery
Thomas Buscheck
https://www.llnl.gov/sites/default/files/earth_battery-mechanical_engineering-dec_2015.pdf

Nanotecnologia

Nanotubos perfeitos, inspirados na natureza

Redação do Site Inovação Tecnológica -  04/04/2016

Peptoides são polímeros sintéticos que imitam os peptídeos, que a natureza usa para formar as proteínas. [Imagem: Berkeley Lab]

Tecnologias com nanotubos

Os nanotubos, tubos ocos com diâmetros de apenas alguns bilionésimos de metro, podem ser extremamente úteis, levando medicamentos diretamente nas células doentes, dessalinizando a água do mar, fazendo exames de DNA e abrindo caminho para uma nova geração de baterias.

O problema é que fabricar essas nanoestruturas é muito difícil. E criar uma grande quantidade de nanotubos idênticos, todos com as mesmas características, é mais difícil ainda. Mas isso será necessário para transformar aquelas e outras nanotecnologias, de curiosidades de laboratório, em aplicações práticas.

Felizmente, a natureza mais uma vez vem em nosso socorro.

Jing Sun, dos Laboratórios Berkeley, nos EUA, descobriu uma família de polímeros que, quando colocados na água, montam-se espontaneamente em nanotubos cristalinos virtualmente perfeitos.

Os polímeros têm dois blocos com o mesmo tamanho e forma, mas quimicamente distintos. Esses blocos se encaixam, funcionando como telhas moleculares que se encaixam umas nas outras, mas de tal forma a se estruturarem em círculos, dando origem a nanotubos com até 100 nanômetros de comprimento, todos com o mesmo diâmetro.

Peptoides

O polímero é um membro da família dos peptoides. Peptoides são polímeros sintéticos que imitam os peptídeos, que a natureza usa para formar as proteínas. Eles podem ser ajustados em escala atômica para realizar funções específicas.

Nos últimos anos, tem-se destacado um tipo particular de peptoide, chamado copolipeptoide dibloco, porque ele se liga com íons de lítio, permitindo seu uso como eletrólito de baterias.

Os nanotubos de peptoides podem ser ajustados para terem todos o mesmo diâmetro, medida que pode variar, também de forma controlada, entre 5 e 10 nanômetros.

"Criar estruturas uniformes com alta produtividade é uma meta da nanotecnologia. Por exemplo, se você puder controlar o diâmetro dos nanotubos e os grupos químicos expostos em seu interior, então você pode controlar o que passa por eles - o que pode levar a novas tecnologias de filtração e dessalinização, apenas para citar alguns exemplos," disse o professor Ron Zuckermann, coordenador da equipe.

Bibliografia:

Self-assembly of crystalline nanotubes from monodisperse amphiphilic diblock copolypeptoid tiles
Jing Sun, Xi Jiang, Reidar Lund, Kenneth H. Downing, Nitash P. Balsara, Ronald N. Zuckermann
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: Published online
DOI: 10.1073/pnas.1517169113

Materiais Avançados

Plástico verde é 10 vezes melhor que ABS

Redação do Site Inovação Tecnológica -  04/04/2016

O termoplástico renovável pode ser refundido e reutilizado três vezes sem perder as características.[Imagem: ORNL/Mark Robbins]

10 vezes melhor que ABS

Pesquisadores dos Laboratórios ORNL, nos EUA, usaram um derivado da madeira para construir um plástico híbrido cujo conteúdo é 50% renovável.

O termoplástico, um material com uma série inumerável de aplicações, foi fabricado substituindo o derivado do petróleo estireno pela lignina, um polímero natural que, juntamente com a celulose, forma as paredes celulares das plantas.

Para isso, Chau Tran e seus colegas desenvolveram um processo de fabricação que dispensa os solventes para interconectar partes iguais de lignina e borracha sintética.

O resultado é um plástico híbrido moldável, fundível e dúctil que é pelo menos 10 vezes mais resistente do que o termoplástico mais usado no mercado, o ABS - sigla dos termos em inglês para acrilonitrila, butadieno e estireno (Acrylonitrile, Butadiene and Styrene).

Plásticos renováveis

Os testes iniciais mostraram que o material pode não apenas ser reciclado, como pode ser reutilizado, sendo refundido pelo menos três vezes sem perder as propriedades originais.

"Nós podemos chamá-lo de um produto verde porque 50% do seu conteúdo é renovável, e a tecnologia que permitirá sua exploração comercial irá reduzir a necessidade de petroquímicos," disse o professor Amit Naskar, coordenador da equipe.

Naskar afirma que o trabalho continuará em busca de outras matérias-primas renováveis que possam ser utilizadas na composição deste e de outros tipos de plásticos.

Bibliografia:

A New Class of Renewable Thermoplastics with Extraordinary Performance from Nanostructured Lignin-Elastomers
Chau D. Tran, Jihua Chen, Jong K. Keum, Amit K. Naskar
Advanced Functional Materials
DOI: 10.1002/adfm.201504990

Informática

Inteligência artificial vai nos levar a uma Singularidade Tecnológica?

Com informações da New Scientist -  04/04/2016

O aprendizado de máquina ajudou um programa deinteligência artificial a aprender a escrever, enquanto outrarede neural artificial já aprende palavras, imagens e música.[Imagem: Danqing Wang]

Singularidade tecnológica

A derrota do vice-campeão de Go por um programa de computador criado pelo Google causou um frisson na Coreia do Sul, onde o jogo é muito mais popular do que o xadrez.

Quase ao mesmo tempo, uma conferência realizada em Berlim, na Alemanha, reuniu os maiores especialistas do mundo em inteligência artificial para debater a questão que cientistas, futurólogos e preocupados em geral se fazem há décadas: até onde a inteligência artificial pode ir?

Será que os programas de computador realmente se tornarão tão inteligentes quanto o homem? Será que estamos realmente caminhando para a chamada singularidade tecnológica?

A singularidade tecnológica é definida como uma data no futuro quando a inteligência das máquinas supera a nossa própria inteligência e passa a melhorar-se a um ritmo exponencial, não dependendo mais do ser humano.

Hardware humano

Danko Nikolic, um neurocientista do Instituto Max Planck de Pesquisas do Cérebro (Alemanha), não se amedrontou de estar diante de uma plateia formada pelos principais pesquisadores da inteligência artificial e fez uma afirmação ousada: "Nunca faremos uma máquina que seja mais inteligente do que nós".

"Você não pode exceder a inteligência humana, nunca. Você pode assintoticamente [que tangencia, mas não coincide] aproximar-se dela, mas você não pode excedê-la," sentenciou o neurocientista.

Nikolic está convencido de que muitos pesquisadores de inteligência artificial que acreditam o contrário estão negligenciando um aspecto importante da inteligência humana: o cérebro não é o único hardware que os seres humanos precisam para serem bons em aprender as coisas.

Para ele, as ferramentas mais básicas para o aprendizado são as instruções contidas em nossos genes, aprimoradas ao longo de bilhões de anos de evolução. Técnicas de aprendizado de máquina podem imitar o cérebro, mas não contam com os elementos mais profundos que nos ajudam a aprender. A única maneira de chegarmos perto de uma mente artificial que aprende tão bem quanto nós é repetir a evolução humana, defende Nikolic.

• Inteligência artificial próxima de replicar adaptação biológica

Um processador neuromórfico com plasticidade cerebral foi o que mais se aproximou até agora do hardware cerebral humano. [Imagem: Science China Press]

Imprevisível

Mas talvez a singularidade chegue em outras configurações.

Para vários dos especialistas que participaram do debate, a singularidade tecnológica pode ser melhor imaginada como uma aceleração do progresso humano, apesar de ser alimentada por um avanço tecnológico no futuro próximo. Para eles, trata-se de colocar as mentes humanas e a mentes artificiais juntas para resolver problemas do mundo real.

Isto parece já estar acontecendo, conforme demonstrado há poucos dias quando um "físico quântico robótico" fez descobertas inéditas.

Outro ponto levantado pelos especialistas é que, se a singularidade será atingida por inteligências artificiais formadas a partir de grandes quantidades de dados humanos, e se deveremos trabalhar ao lado dessas inteligências sintéticas, então queremos que elas sejam tão diversas quanto nós somos.

Mas, no frigir dos ovos, é difícil prever não apenas qual seria o grande avanço que faria a inteligência artificial dar um salto tecnológico que a levaria à singularidade, como também o que poderia acontecer depois disso, já que, tornando-se as máquinas mais inteligentes do que nós, nossas mentes tornam-se incapazes, ou inadequadas, para imaginar o que elas seriam capazes de fazer.

"A razão pela qual eles chamam de singularidade é que é um ponto além do qual você não consegue enxergar. Uma vez que as máquinas atinjam níveis humanos de inteligência, você não pode começar a imaginar o que vai acontecer," alertou Mehmet Akten, um cientista da computação e artista que estuda inteligência artificial na Universidade de Londres.

• Inteligência artificial gera softwares que melhoram a si mesmos

Informática

Pulpino: Um processador de código aberto

Redação do Site Inovação Tecnológica -  05/04/2016

Dependendo da memória, os microprocessadores PULP podem ter apenas 1 x 1 milímetro. [Imagem: ETH Zurich / Frank K. Gurkaynak]

Pulpino

O universo do hardware livre ficou mais rico com o lançamento do Pulpino, um processador de código totalmente aberto.

Já existem microcontroladores de hardware livre, como o Arduino e o Raspberry Pi, mas mesmo eles são baseados em chips comerciais, cuja arquitetura interna não é de código aberto.

Luca Benini e seus colegas do Instituto ETH de Zurique, na Suíça, e da Universidade de Bolonha, na Itália, colocaram o projeto total do seu microprocessador em código aberto, permitindo que outros desenvolvedores não apenas usem, mas também alterem o sistema para atender às necessidades dos seus projetos.

"Em vários exemplos recentes de hardware de código aberto, o uso é restringido por direitos de comercialização exclusivos e por cláusulas não competitivas. Nosso sistema, entretanto, não tem nenhum compromisso quando se trata de licenciamento," disse Benini.

RISC-V

O processador Pulpino foi projetado tendo em mente aparelhos alimentados por baterias, o que levou a uma grande otimização no consumo de energia - PULP é uma sigla para Parallel Ultra Low Power, ou [microprocessador] paralelo de potência ultrabaixa.

As instruções aritméticas que o microprocessador pode executar também são de código aberto - o processador é compatível com o conjunto de instruções de código aberto RISC-V.

Mais informações sobre o Pulpino podem ser obtidas nos endereços www.pulp-platform.org e pulp.ethz.ch.

Nanotecnologia

Nanofios de bactérias deixam nanotecnologias humanas na poeira

Redação do Site Inovação Tecnológica -  30/03/2016

A Geobacter "respira" metais tóxicos, e usa os nanofios para expulsar elétrons em excesso. [Imagem: Sanela Lampa-Pastirk et al. - 10.1038/srep23517]

Nanofios

Os nanofios - fios em dimensão nanométrica - estão na crista da onda porque permitem miniaturizar as coisas a um patamar inalcançável pelas técnicas atuais, como as usadas na indústria eletrônica para fabricar transistores.

Nanofios de silício, por exemplo, ampliam tanto a capacidade dos processadoresque já se está trabalhando rumo aos sub-nanofios.

E parece haver espaço para muito mais: ocorre que, nessas dimensões, há muitas soluções criadas pela própria natureza.

E são soluções tão eficientes que deixam todas as nanotecnologias feitas pelo homem comendo poeira, conforme descobriu uma equipe com a participação do professor Gustavo Feliciano, da Unesp de Araraquara (SP).

Nanofio biológico

O nanofio biológico é produzido pela bactéria Geobacter, que já se sabia possuirnanofios quase metálicos, responsáveis por uma transmissão bacteriana de eletricidade.

O que não se sabia é que esses nanofios de proteínas transportam as cargas elétricas a uma velocidade de até 1 bilhão de elétrons por segundo.

Este nanofio microbiano é formado por uma única subunidade de peptídeo, medindo cerca de 2 nanômetros de diâmetro.

"Sendo feitos de proteínas, os nanofios orgânicos são biodegradáveis e biocompatíveis. Esta descoberta abre, assim, muitas aplicações em nanoeletrônica, como o desenvolvimento de sensores médicos e dispositivos eletrônicos que podem ser interligados com os tecidos humanos," disse Gemma Reguera, da Universidade do Estado de Michigan e principal autora da descoberta.

Além disso, como as nanotecnologias existentes dependem de metais exóticos, o custo dos nanofios orgânicos deverá ser muito inferior.

Bibliografia:

Thermally activated charge transport in microbial protein nanowires
Sanela Lampa-Pastirk, Joshua P. Veazey, Kathleen A. Walsh, Gustavo T. Feliciano, Rebecca J. Steidl, Stuart H. Tessmer, Gemma Reguera
Nature Scientific Reports
Vol.: 6, Article number: 23517
DOI: 10.1038/srep23517

Energia

Um supercondutor que se constrói sozinho

Redação do Site Inovação Tecnológica -  30/03/2016

A expectativa é que o novo material produza supercondutores com propriedades totalmente novas e inusitadas. [Imagem: Universidade de Cornell]

Giroide

Se os supercondutores feitos com laser não puderem ajudar, agora há uma outra ferramenta à disposição.

Depois de procurar por décadas, sem sucesso, uma forma de sintetizar um material que promete lançar novas luzes sobre os supercondutores, pesquisadores descobriram que esse material pode se estruturar sozinho.

Spencer Robbins e seus colegas da Universidade Cornell induziram um supercondutor à base de nióbio a se automontar em uma estrutura 3-D porosa conhecida como giroidal.

O giroide é uma estrutura cúbica complexa baseada em uma superfície que divide o espaço em dois volumes separados que são interpenetrantes e contêm várias espirais.

A nanoestruturação e os poros de apenas cerca de 10 nanômetros podem produzir supercondutores com propriedades totalmente novas e inusitadas e, eventualmente, ajudar a entender o fenômeno da supercondutividade e fazê-la funcionar a temperatura ambiente.

O problema é que ninguém havia conseguido sintetizar o material.

Automontagem e sorte

Robbins começou usando copolímeros de bloco orgânicos para estruturar o óxido de nióbio (Nb2O5) em redes alternadas tridimensionais. Usando o método sol-gel, ele verificou que o material se autoestrutura na forma giroidal quando o solvente se evapora. Isso produz duas redes mescladas, uma de nióbio e outra de polímero. Para eliminar o polímero, bastou aquecer o material a 450º C.

Fazer o material cumprir a promessa de supercondutividade exigiu um pouco de sorte. A teoria indicava que o material deveria ser aquecido a 850º C, mas não funcionou. Robbins então esquentou até 700º C, parou para descansar, e então começou de novo, indo até os 800º - aí funciona. Mas ir direto aos 800º não funciona.

Agora é esperar que o material cumpra suas promessas e permita estudos sobre a supercondutividade que não eram possíveis até agora.

"O que estamos dizendo à comunidade supercondutora é: 'Ei, caras, estes materiais de copolímero de bloco orgânicos podem ajudá-los a gerar estruturassupercondutoras completamente novas e materiais compostos, que podem ter propriedades e temperaturas de transição completamente novas. Vale a pena olhar para eles'," disse o professor Ulrich Wiesner, líder da equipe.

Bibliografia:

Block copolymer self-assembly-directed synthesis of mesoporous gyroidal superconductors
Spencer W. Robbins, Peter A. Beaucage, Hiroaki Sai, Kwan Wee Tan, Jörg G. Werner, James P. Sethna, Francis J. DiSalvo, Sol M. Gruner, Robert B. Van Dover, Ulrich Wiesner
Science Advances
Vol.: 2, no. 1, e1501119

Mecânica

Metal metamórfico muda de forma com calor

Redação do Site Inovação Tecnológica -  31/03/2016

O material muda do formato de um cilindro para um cubo e retorna ao seu formato original. [Imagem: Rob Shepherd Group/Cornell]

Transformers

Indo além das asas de avião que mudam de formato em pleno voo e das ligas metálicas que se lembram de seu formato original, sempre retornando a ele, osaparelhos verdadeiramente metamórficos vão mudar de formato conforme a necessidade.

E isso exigirá novos tipos de materiais, como uma liga metálica de alta porosidade que acaba de ser criada pela equipe do professor Rob Shepherd, da Universidade Cornell, nos EUA.

A espuma metálica muda de forma mediante um aquecimento moderado, suprido por um bico de ar quente, por exemplo. Ao esfriar, ela recupera não apenas seu formato original, mas também sua rigidez.

Embora o conceito não seja novo, é um dos materiais metamórficos de mais alta eficiência e maior versatilidade já criados, com aplicações promissoras no campo da robótica e da aeronáutica.

A propósito, a equipe do professor Shepherd aposta em robôs moles há muito tempo, o que já resultou em inovações como garras robóticas flexíveis, que mesclam a delicadeza com a força das garras mecânicas tradicionais, e até umcoração de espuma que bate de verdade.

Metal de Field

A nova liga metálica híbrida mescla a dureza dos metais com a porosidade e a maciez das espumas, combinando as melhores propriedades de ambos - rigidez quando ela é necessária, e elasticidade quando é necessário mudar de forma.

O material também tem a capacidade de se autocurar quando sofre alguma avaria mecânica.

"É exatamente esta a ideia, ter um esqueleto quando você precisar dele, derretê-lo quando você não precisar dele, e depois refazê-lo," disse Shepherd.

O material híbrido é resultado da combinação de uma espuma de silicone poroso com uma liga metálica macia, conhecida como metal de Field, uma liga de bismuto, índio e estanho. Além do seu baixo ponto de fusão - 62º C - o metal de Field foi escolhido porque, ao contrário das ligas similares, ele que não contém chumbo, que pode limitar as aplicações.

Para fabricá-lo, a espuma de silicone é mergulhada no metal fundido e, em seguida, colocada em ambiente de vácuo, de modo que o ar nos poros da espuma seja removido e substituído pelo metal. A espuma resultante possui poros de cerca de 2 milímetros, mas isto pode ser ajustado para criar materiais mais duros ou mais flexíveis.

Bibliografia:

Morphing Metal and Elastomer Bicontinuous Foams for Reversible Stiffness, Shape Memory, and Self-Healing Soft Machines
Ilse M. Van Meerbeek, Benjamin C. MacMurray, Jae Woo Kim, Salin S. Robinson, Perry X. Zou, Meredith N. Silberstein, Robert F. Sepherd
Advanced Materials
Vol.: To be published
DOI: 10.1002/adma.201505991

Informática

Menor antena de TV do mundo dá show de recepção

Redação do Site Inovação Tecnológica -  31/03/2016

O revestimento polimérico para proteção deixa a miniantena parecida com uma pedra de revestimento. [Imagem: UAEM/Invdes/Divulgação]

Miniantena de TV

Engenheiros da Universidade de Morelos, no México, desenvolveram aquela que eles afirmam ser a menor antena de TV disponível no mundo.

Ela tem 11 centímetros de comprimento, 6,5 centímetros de largura, seis milímetros de espessura e pesa apenas 12 gramas.

Para que se torne mais robusta e possa ser usada sem ser danificada, a miniantena é revestida com um material plástico, o que eleva seu peso para 80 gramas.

Recepção

Apesar de ser diminuta, a antena passou com louvor por todos os testes de recepção.

"Na área da Califórnia (EUA) ela conseguiu captar o sinal de cerca de 70 canais locais, e depois do desligamento das transmissões analógicas na Cidade do México, ela captou 28 canais, 23 deles sem repetição," disse a professora Margarita Torres, coordenadora da equipe que desenvolveu a antena.

A antena pode ser usada externa ou internamente, dispensando os mastros - ela pode ser fixada no teto, onde é mais fácil alterar sua orientação em caso de necessidade.

A universidade já está apoiando os pesquisadores na criação de uma empresa para colocação da miniantena no mercado.

Eletrônica

Porta de Fredkin: tijolo de computadores quânticos ficou maior

Redação do Site Inovação Tecnológica -  01/04/2016

A complexa operação de troca controlada, que exige cinco passos lógicos, é feita diretamente usando o fenômeno quântico do entrelaçamento. [Imagem: Raj Patel/Geoff Pryde]

Tijolo quântico

Está cada vez mais próximo da realidade o sonho de construir um processador quântico ampliável, um que saia dos poucos qubits em escala experimental rumo a cálculos reais.

Pesquisadores superaram um dos principais desafios para a computação quântica prática simplificando uma operação lógica quântica que exigia aparatos muito complexos.

Eles demonstraram experimentalmente pela primeira vez um circuito conhecido como porta de Fredkin quântica.

"De forma similar a construir uma enorme parede usando uma multiplicidade de pequenos tijolos, grandes circuitos quânticos exigem muitas portas lógicas para funcionar. No entanto, se forem usados tijolos maiores, a mesma parede poderia ser construída com muito menos tijolos," compara o professor Raj Patel, da Universidade de Griffith, na Austrália.

"Nós demonstramos em nosso experimento como se pode construir circuitos quânticos maiores de uma maneira mais direta sem depender de pequenas portas lógicas," acrescentou.

Porta de Fredkin

Uma porta de Fredkin - idealizada por Edward Fredkin, professor da Universidade Carnegie Mellon - é um circuito computacional universal que pode ser usado para executar qualquer operação lógica ou aritmética. Ela é também conhecida como porta SWAP controlada, e teoricamente pode ser usada na computação reversível.

Patel e seus colegas construíram uma porta de Fredkin quântica, na qual dois qubits têm seus valores trocados ou não, dependendo do valor de um terceiro.

Normalmente, uma porta de Fredkin exige um circuito com cinco operações lógicas. Patel usou o entrelaçamento quântico de fótons - partículas de luz - para implementar a mesma operação diretamente, sem necessidade das operações individuais intermediárias.

O próximo passo será miniaturizar o dispositivo, colocando-o inteiro dentro de um chip. [Imagem: Raj B. Patel et al. - 10.1126/sciadv.1501531]

Checagem de assinaturas

O dispositivo é ideal, por exemplo, para rodar o famoso algoritmo de Shor para a fatoração de grandes números, algo essencial na criptografia.

A porta de Fredkin quântica também pode ser usada para fazer uma comparação direta de dois conjuntos de qubits para determinar se eles são o mesmo conjunto ou não.

"Isto não é útil apenas na computação, sendo também uma característica essencial de alguns protocolos de comunicação quântica segura onde o objetivo é verificar se duas informações ou assinaturas digitais são idênticas," disse o professor Tim Ralph, da Universidade de Queensland, membro da equipe.

Bibliografia:

A quantum Fredkin gate
Raj B. Patel, Joseph Ho, Franck Ferreyrol, Timothy C. Ralph, Geoff J. Pryde
Science Advances
Vol.: 2, no. 3, e1501531
DOI: 10.1126/sciadv.1501531

Energia

Transformadores elétricos ficarão 10 vezes menores

Redação do Site Inovação Tecnológica -  01/04/2016

Ilustração do processo (em cima) e peças prontas para serem utilizadas em transformadores (embaixo). [Imagem: Todd Monson/Laboratórios Sandia]

Processo transformado

Um novo processo para produzir um material magnético de alto desempenho deverá permitir a fabricação de transformadores de alta frequência mais leves, menores, mais baratos, com melhor desempenho e com menor risco de explosões.

Os transformadores são uma peça chave da rede de distribuição de energia, mas equipamentos mais eficientes e menores são necessários para a adoção generalizada das energias renováveis.

A nova técnica produz nitreto de ferro (γ'-Fe4N) moendo o ferro em um moinho de bolas em uma atmosfera de nitrogênio líquido e depois amônia. O nitreto de ferro em pó então se consolida por meio de uma técnica de baixa temperatura chamada sinterização assistida por campo (FAST: Field-Assisted Sintering Technique), formando um material sólido já no formato final para utilização.

Isto permite fabricar núcleos de transformadores a partir da matéria-prima bruta em questão de minutos, sem decompor os nitretos de ferro, como acontece sob as temperaturas elevadas utilizadas na sinterização convencional.

Nitreto de ferro gama

Até hoje, a fase γ' (gama linha) do nitreto de ferro só havia sido sintetizada na forma de películas finas, com dimensões nanométricas, ainda assim usando ambientes de alto vácuo ou como inclusões em outros materiais. Por isso, o material nunca foi integrado em um dispositivo real.

"[A técnica] FAST permite a conformação de peças, o que significa que os pós de nitreto de ferro podem ser sinterizados diretamente em peças com tamanhos perfeitamente dimensionados, como núcleos de transformadores, que não necessitarão de qualquer usinagem," disse Todd Monson, dos Laboratórios Sandia, nos EUA.

Devido às suas propriedades magnéticas, os transformadores de nitreto de ferro podem ser muito mais compactos e mais leves do que os transformadores tradicionais, com melhor capacidade de potência e maior eficiência. Além disso, eles vão exigir apenas refrigeração a ar, e não a óleo, como os atuais.

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Monson afirma que isto permitirá fabricar transformadores até 10 vezes menores do que os atuais.