Eletrônica flexível pronta para tecnologia 5G

Redação do Site Inovação Tecnológica -  08/06/2016

Os circuitos integrados flexíveis poderão ser aplicados na eletrônica de vestir ou de colar na pele, já estando prontos para interagir com a tecnologia 5G. [Imagem: Yei Hwan Jung/Juhwan Lee/Universidade Wisconsin-Madison]

Circuitos integrados flexíveis

Os circuitos eletrônicos flexíveis começaram um tanto toscos e grandes, mas logo se transformaram em tatuagens eletrônicas e agora estão viabilizando um campo já batizado de "eletrônica epidérmica".

Todo esse campo agora teve um avanço importante com a miniaturização dos componentes básicos, com módulos pequenos o suficiente para criar verdadeiros circuitos integrados flexíveis.

Com a alteração nas dimensões, além das aplicações biomédicas, que parecem ser o foco principal das equipes envolvidas nesta área, os componentes agora alcançaram a frequência das micro-ondas, podendo operar na faixa entre 0,3 e 300 gigahertz, o que alcança diretamente a faixa da emergente tecnologia 5G, habilitando uma série de aplicações no campo da eletrônica de vestir.

Com essa miniaturização, circuitos cujas linhas tinham mais de meio milímetro (640 micrômetros) de largura foram fabricadas com meros 25 micrômetros, o que permitirá a construção de dispositivos superiores aos testados até agora e com novas aplicações.

Micro-par-trançado

O avanço teve como base os transistores de silício flexíveis criados pela equipe do professor Zhenqiang Ma, da Universidade Wisconsin-Madison, nos EUA.

A integração dos componentes foi inspirada nos tradicionais pares trançados usados em telefonia e redes de computadores - são essencialmente duas linhas de transmissão em formato de S que se envolvem em uma estrutura 3D, parecida com um quebra-cabeças tridimensional.

Essa estrutura ajuda a blindar os minúsculos cabos contra interferências externas e, ao mesmo tempo, confina as ondas eletromagnéticas para evitar perdas de corrente. Os protótipos fabricados até agora operaram em frequências de até 40 gigahertz.

"Nós descobrimos uma forma de integrar transistores ativos de alta frequência em um circuito útil que pode ser usado em comunicações sem fios. Isto é uma plataforma. Isto abre as portas para inúmeras novas possibilidades," disse o professor Zhenqiang.

Bibliografia:

Stretchable Twisted-Pair Transmission Lines for Microwave Frequency Wearable Electronics
Yei Hwan Jung, Juhwan Lee, Yijie Qiu, Namki Cho, Sang June Cho, Huilong Zhang, Subin Lee, Tong June Kim, Shaoqin Gong, Zhenqiang Ma
Advanced Functional Materials
Vol.: Early View
DOI: 10.1002/adfm.201600856

Nanossatélite testa tecnologia para internet quântica

Redação do Site Inovação Tecnológica -  08/06/2016

O minúsculo aparelho testado (ilustrado na parte inferior) funciona como o nó de uma rede para transmissão global de informações quânticas. [Imagem: Centre for Quantum Technologies/NUS]

Satélite quântico

Você não consegue assinar uma internet quântica ainda, mas acaba de ser alcançado um marco experimental importante para a construção de uma rede quântica global.

Já havia sido demonstrado que é possível fazer transmissões quânticas via satélite, mas os experimentos eram "passivos", usando apenas a reflexibilidade de satélites construídos para pesquisas ou comunicações normais.

Agora, pesquisadores das universidades Nacional de Cingapura e de Strathclyde (Reino Unido) construíram o hardware necessário e o colocaram dentro de um nanossatélite, do tamanho de uma caixa de sapatos e pesando 1,65 quilograma, e mandaram o nanossatélite para o espaço.

Isso permitiu testar pela primeira vez em órbita uma tecnologia capaz de compor os nós de uma rede quântica baseada em satélites. E funcionou.

Informações instantâneas

O nanossatélite gera e mede pares de partículas de luz, ou fótons. Os testes mostraram que o aparelho produz os pares de fótons com propriedades correlacionadas - um indicador de desempenho - e permite sua troca com uma estação em terra.

Este é apenas o primeiro passo rumo a uma rede quântica global. Apesar de o equipamento a bordo do nanossatélite ser chamado SPECS, sigla em inglês paraPequeno Sistema Quântico Gerador de Fótons Entrelaçados, este primeiro nanossatélite não gerou fótons entrelaçados - ou emaranhados -, responsáveis pela troca virtualmente instantânea de informações.

Isto deverá ser feito no próximo lançamento - a equipe prevê uma série de testes com seu equipamento antes que ele possa ser incluído em um satélite permanente para testes definitivos.

• Teletransporte quântico entre luz e matéria desafia interpretações

Fotônica espacial

O dispositivo SPECS coleta fótons de um laser Blu-Ray, os divide em dois e mede as propriedades do par, algo bastante trivial de se fazer em laboratórios de fotônica, mas um feito a bordo de um satélite minúsculo. Para isso, ele contém, além do diodo laser, cristais, espelhos e detectores de fótons cuidadosamente alinhados dentro de um bloco de alumínio, tudo montado em cima de uma placa de circuito impresso de 10 x 10 centímetros.

Bibliografia:

Generation and Analysis of Correlated Pairs of Photons aboard a Nanosatellite
Zhongkan Tang, Rakhitha Chandrasekara, Yue Chuan Tan, Cliff Cheng, Luo Sha, Goh Cher Hiang, Daniel K. L. Oi, Alexander Ling
Physical Review Applied
Vol.: 5, 054022
http://arxiv.org/abs/1603.06659

Músculos para robôs inspirados no bíceps humano

Redação do Site Inovação Tecnológica -  09/06/2016

O músculo artificial opera com o mesmo tempo de resposta que o músculo humano. [Imagem: Dian Yang et al. - 10.1002/admt.201600055]

Robôs amigáveis

Se a robótica industrial quiser ir além dos braços automatizados usados atualmente, será necessário garantir uma convivência pacífica dos robôs com os operários humanos.

A principal abordagem nesse caminho considera que, para tornar os robôs mais cooperativos e menos arriscados para os trabalhadores, será necessário que eles sejam mais macios e operem de forma mais suave.

Essa é a proposta da equipe do professor George Whitesides, da Universidade de Harvard, que vem criando mão robóticas e até tentáculos robóticos flexíveis, capazes de agir com delicadeza sem perder a força.

Bíceps artificial

Agora a equipe criou um novo tipo de músculo artificial de borracha que gera movimento de forma similar aos músculos biológicos.

"Já foram desenvolvidos outros atuadores macios, mas este é mais similar aos músculos em termos de tempo de resposta e eficiência. Em termos de funcionalidade, nosso atuador modela o músculo bíceps humano," disse Whitesides.

A grande vantagem de segurança é que o músculo artificial nunca explode. [Imagem: Wyss Institute/Harvard University]

Músculo a vácuo

Ao contrário de sistemas similares pneumáticos, que usam o ar-comprimido para se expandir, o novo músculo artificial se contrai quando o ar é retirado do sistema, ou seja, ele é operado por "vácuo" - o nome completo do mecanismo é "Estrutura Pneumática Inspirada em Músculos Acionada por Vácuo", ou VAMPS, na sigla em inglês.

A vantagem óbvia é que a coisa não explode se algo der errado na linha pneumática ou se a força a que for submetida superar sua capacidade.

O atuador é um elastômero com câmaras ocas que lembram favos de mel. Quando o ar é retirado, as câmaras colapsam e o atuador inteiro se contrai, gerando o movimento. A estrutura das câmaras pode ser ajustada para gerar um movimento linear, rotativo, de curvatura ou movimentos combinados.

Bibliografia:

Buckling Pneumatic Linear Actuators Inspired by Muscle
Dian Yang, Mohit S. Verma, Ju-Hee So, Bobak Mosadegh, Christoph Keplinger, Benjamin Lee, Fatemeh Khashai, Elton Lossner, Zhigang Suo, George M. Whitesides
Advanced Materials Technologies
DOI: 10.1002/admt.201600055

É brilhante: infravermelho transformado em luz visível

Redação do Site Inovação Tecnológica -  10/06/2016

Ilustração do processo de conversão luz infravermelha-luz visível (em cima). Embaixo, foto do dispositivo real e do composto na forma de um pó.[Imagem: Nils W. Rosemann]

Quente vira brilhante

Pesquisadores alemães desenvolveram um composto químico capaz de transformar luz infravermelha em luz branca de alta qualidade, criando um meio barato e eficiente para produzir luz visível.

A luz emitida é extremamente direcional, uma qualidade desejável para aparelhos como microscópios, que requerem alta resolução espacial, ou para aplicações de potência luminosa elevada, como sistemas de projeção de imagens.

Nils Wilhelm Rosemann e seus colegas da Universidade de Marburg fizeram um composto de estanho e enxofre, que se cristaliza com uma estrutura do tipodiamandoide e, em seguida, revestiram-no com ligantes orgânicos.

Quando a luz de um laser infravermelho incide sobre o composto, sua estrutura altera o comprimento de onda da luz através de um processo de interação não-linear, gerando luz com comprimentos de onda que são visíveis ao olho humano.

Luz quente

Rosemann destaca que a luz branca e quente emitida é muito semelhante à luz de uma lâmpada de tungstênio-halogênio padrão (2856 Kelvin), e pode ser ajustada controlando os níveis de excitação do composto por meio do ajuste do laser.

Este dispositivo de conversão pode abrir novas rotas para as tecnologias de iluminação dirigida avançadas, sobretudo porque os materiais utilizados são baratos, largamente disponíveis e escaláveis.

Bibliografia:

A highly efficient directional molecular white-light emitter driven by a continuous-wave laser diode
Nils W. Rosemann, Jens P. Eußner, Andreas Beyer, Stephan W. Koch, Kerstin Volz, Stefanie Dehnen, Sangam Chatterjee
Science
Vol.: 352 Issue 6291 - Pg. 1301-1304
DOI: 10.1126/science.aaf6138

Informática

Google revela primeiros detalhes de seu computador quântico

Redação do Site Inovação Tecnológica -  10/06/2016

Processador quântico rodando com 9 qubits supercondutores, um recorde que permitiu construir mais de 1.000 portas lógicas. [Imagem: Julian Kelly]

Computação quântica analógica e digital

Um grupo de pesquisadores da empresa Google e da Universidade do País Basco, na Espanha, revelaram os primeiros detalhes de uma nova abordagem para construir um computador quântico.

A tática da equipe consiste em unir as duas principais tendências da computação quântica atual, uma vez que ninguém ainda sabe ao certo qual é a melhor abordagem para construir um computador quântico.

A primeira abordagem, que é a técnica padrão, ou clássica, e que a equipe chama de "computação quântica digital", consiste em usar qubits que são interligados para formar circuitos chamados portas lógicas quânticas, de forma muito similar às portas lógicas eletrônicas dos computadores atuais. Cada porta lógica realiza um tipo específico de operação, de modo que elas devem ser programadas de antemão, usando algoritmos que são específicos para cada problema.

A segunda abordagem, que a equipe chama de "computação quântica analógica", usa qubits supercondutores, que não interagem uns com os outros, mas partem de um estado fundamental para gerar uma dinâmica contínua capaz de obter a solução ótima para problemas genéricos. Essa técnica é chamada de "recozimento quântico" e dá origem a processadores quânticos conhecidos como adiabáticos - essa é a tecnologia usada pela empresa D-Wave, que lançou o primeiro computador quântico no mercado.

Cada uma dessas técnicas tem vantagens e desvantagens. O que a equipe fez foi unir as duas, tentando aproveitar as vantagens de cada uma.

Digitalização quântica

No experimento, feito nos laboratórios do Google e da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, bits quânticos supercondutores foram usados para digitalizar um computador quântico analógico de forma semelhante ao que é feito com os sinais de comunicação nas tecnologias convencionais.

"Aqui nós combinamos as vantagens das duas abordagens, implementando uma computação quântica adiabática digitalizada em um sistema supercondutor," escreve a equipe.

Para fazer isso, o problema a ser resolvido foi dividido em uma sequência de portas lógicas quânticas, o que permitiu obter a computação quântica com maior complexidade já alcançada até agora: 9 qubits supercondutores gerando mais de 1.000 portas lógicas.

O sistema quântico "evolui" para encontrar soluções para problemas genéricos. [Imagem: Barends et al. - 10.1038/nature17658]

Corrigir os erros

Além de demonstrar que a estratégia híbrida permite a solução de problemas universais (vantagem da computação quântica analógica), o sistema é muito rápido (vantagem da computação quântica digital).

O próximo passo será incorporar um sistema de correção de erros que possa garantir que o sistema consiga repetir suas computações de forma consistente.

"Quando combinada com a tolerância a falhas, nossa abordagem se tornará um algoritmo de propósito geral que é escalável," concluiu a equipe.

Bibliografia:

Digitized adiabatic quantum computing with a superconducting circuit
R. Barends, A. Shabani, L. Lamata, J. Kelly, A. Mezzacapo, U. Las Heras, R. Babbush, A. G. Fowler, B. Campbell, Yu Chen, Z. Chen, B. Chiaro, A. Dunsworth, E. Jeffrey, E. Lucero, A. Megrant, J. Y. Mutus, M. Neeley, C. Neill, P. J. J. O’Malley, C. Quintana, P. Roushan, D. Sank, A. Vainsencher, J. Wenner, T. C. White, E. Solano, H. Neven, John M. Martinis
Nature
Vol.: 534, 222-226
DOI: 10.1038/nature17658

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Motores moleculares se comunicam e sincronizam movimento

Redação do Site Inovação Tecnológica -  06/06/2016

Esquema mostrando motores paralelos com braços rotativos dipolares indicados pelas setas. As unidades verdes e vermelhas representam cargas negativas e positivas. [Imagem: Y. Zhang et al. - 10.1038/nnano.2016.69]

Motores sincronizados

Controlar motores moleculares funcionais tem sido um campo intenso de investigação, o que já resultou em motores moleculares totalmente elétricos e até em um motor molecular a pistão, com um princípio de funcionamento similar ao dos motores dos carros.

A novidade agora é que centenas desses nanomotores foram reunidos e postos para funcionar ao mesmo tempo. A surpresa é que eles sincronizaram seus movimentos sem que fosse necessário controlar individualmente cada um deles.

Nanomáquinas, ou máquinas moleculares, com movimentos coordenados podem ser úteis em várias áreas de fronteira, incluindo a computação, fotônica, eletrônica, bem como em novos dispositivos em nanoescala, ou NEMS, enanorrobôs.

"Nosso objetivo é imitar máquinas biológicas naturais criando máquinas sintéticas que possamos controlar," disse Saw-Wai Hla, da Universidade de Ohio, nos EUA.

Padrões de coordenação

Construídos na forma de uma matriz, até 500 motores moleculares se moveram simultaneamente, todos no mesmo sentido, quando Hla forneceu-lhes uma tensão de 1 Volt através da ponta de um microscópio de varredura.

Imagem por microscopia eletrônica dos motores moleculares reais. [Imagem: Saw-Wai Hla]

Quando a tensão cai abaixo desse nível, os motores ainda giram, mas em direções diferentes. Ainda assim, o movimento não é aleatório, apresentando padrões de coordenação ao longo da matriz, disse Hla.

Motor molecular

Os motores moleculares são compostos por duas plataformas superpostas: a parte superior funciona como rotor e a parte inferior como estator. As plataformas rotativa e estacionária estão ligadas por um átomo de európio, que serve como uma espécie de rolamento de esferas atômico.

O rotor tem dois braços, um com carga positiva e outro com carga negativa. É esta característica de dipolo que permite que os motores individuais se "comuniquem" - através da condução das cargas elétricas - e coordenem seus movimentos.

Além disso, a equipe constatou que o arranjo hexagonal dos nanomotores é essencial para a sincronização, uma vez que permite que eles troquem cargas de forma eficaz.

Bibliografia:

Simultaneous and coordinated rotational switching of all molecular rotors in a network
Y. Zhang, H. Kersell, R. Stefak, J. Echeverria, V. Iancu, U. G. E. Perera, Y. Li, A. Deshpande, K.-F. Braun, C. Joachim, G. Rapenne, S.-W. Hla
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/nnano.2016.69

Eletrônica acionada por luz será 100 mil vezes mais rápida

Redação do Site Inovação Tecnológica -  06/06/2016

O mesmo ciclo da onda de luz "aciona" o elétron, fazendo-o oscilar, e depois recaptura de volta sua energia, retornando o elétron ao estado anterior. [Imagem: Christian Hackenberger]

Eletrônica acionada por luz

Um experimento que mostrou ser possível amplificar a interação da luz com um cristal abriu o caminho para uma futura eletrônica impulsionada pelas ondas de luz, ou, dito de outro modo, de uma fotônica para o processamento de dados.

O experimento mostrou que as ondas de luz podem ser capazes de acionar transistores, que hoje são acionados eletricamente.

A grande vantagem, além do consumo mínimo de energia, é que as ondas eletromagnéticas de luz oscilam aproximadamente um milhão de vezes em um bilionésimo de segundo - portanto, com frequências petahertz. Em princípio, a eletrônica do futuro também poderia chegar a esta velocidade e tornar-se 100.000 vezes mais rápida que a eletrônica digital atual.

Para que isto se torne realidade é necessário uma melhor compreensão da interação entre a luz e os elétrons dos materiais semicondutores, mais especificamente, como o campo elétrico ultrarrápido da luz influencia os elétrons.

Para isso, uma equipe do Instituto Max-Planck de Óptica Quântica (Alemanha) e da Universidade de Tsukuba (Japão) combinou técnicas experimentais com uma nova fundamentação teórica que lhes deu acesso direto a essa interação luz-elétron pela primeira vez.

Attossegundos

No experimento, os átomos em um cristal de dióxido de silício - essencialmente um vidro - são atingidos por uma onda de luz amarela, fazendo com que os elétrons em torno de cada átomo oscilem. Este pequeno deslocamento absorve a energia da onda de luz. No próximo ciclo da onda, contudo, a energia absorvida é retornada para a onda de luz.

O registro dessa evolução temporal do campo de luz depois da passagem através do vidro permitiu a primeira observação em tempo real do movimento dos elétrons dentro de um sólido, o que ocorre em uma escala de attossegundos.

O evento ocorre em uma escala de attossegundos - 10^-18 segundos. [Imagem: A. Sommer et al. - 10.1038/nature17650]

Troca de energia

O pulso de luz inclui um único ciclo de oscilação do campo eletromagnético, uma vez que os elétrons se movem para a esquerda e para a direita apenas uma vez, com um retardo de cerca de 10 attossegundos (um attossegundo é um bilionésimo de um bilionésimo de segundo).

• Quanto tempo leva um elétron para saltar de um átomo para outro?

Esse tempo de retardo na reação determina a energia transferida entre a luz e a matéria. Sendo agora possível medir essa troca de energia dentro de um único ciclo de luz, os parâmetros da interação entre matéria e luz podem ser compreendidos e otimizados com vistas ao processamento de sinais.

Quanto mais reversível for a troca de energia e quanto menor for a quantidade de energia que é deixada para trás no meio sólido após o pulso de luz ter saído, mais a interação é adequada para uma futura eletrônica acionada por luz.

Bibliografia:

Attosecond nonlinear polarization and light-matter energy transfer in solids
A. Sommer, E. M. Bothschafter, S. A. Sato, C. Jakubeit, T. Latka, O. Razskazovskaya, H. Fattahi, M. Jobst, W. Schweinberger, V. Shirvanyan, V. S. Yakovlev, R. Kienberger, K. Yabana, N. Karpowicz, M. Schultze, F. Krausz
Nature
DOI: 10.1038/nature17650

Porteiro de luz decide qual cor deixará passar

Redação do Site Inovação Tecnológica -  07/06/2016

Protótipo (esquerda) e estrutura (direita) do "porteiro de luz", que incorpora um novo fenômeno chamado "ressonância de onda de Bloch". [Imagem: Victor Pogrebnyak/Edward Furlani/Universidade de Buffalo]

Filtro de cores

Este dispositivo um tanto estranho e com aparência até simplória é literalmente um porteiro para a luz: ele tanto pode deixar passar uma cor específica, quanto bloqueá-la, dependendo das instruções que receber.

O aparelho pode seletivamente se tornar transparente para vários comprimentos de onda da luz e, a seguir, ser configurado para tornar-se opaco para essas mesmas cores - ou para outras.

Quando aprimorado e miniaturizado, a expectativa é que ele se torne uma ferramenta com mil e uma utilidades no campo da eletrônica, da óptica e da fotônica - por exemplo, em transistores e outros componentes computacionais acionados por luz.

Estruturas periódicas

A inovação tem a ver com os chamados materiais periódicos, o que significa que eles são formados por unidades menores que se repetem. É uma versão sintética do que ocorre nos cristais ou em determinadas partes das asas das borboletas, cuja estrutura periódica lhes dá cores deslumbrantes ao refletir comprimentos de onda específicos da luz.

Quando se conhece a estrutura interna de um material periódico, é possível usar uma equação chamada "Lei de Bragg" para determinar quais comprimentos de onda vão passar através do material e quais serão bloqueados devido à reflexão - as redes de Bragg são ferramentas utilizadas em aplicações que vão dos lasers à astronomia.

O grande trunfo de Victor Pogrebnyak e Edward Furlani, da Universidade de Buffalo, nos EUA, foi que eles descobriram que não é necessário construir uma estrutura periódica específica para cada tipo de reflexão - e então construíram um dispositivo genérico e configurável.

• Luz pode ser controlada com "ruas ópticas", dizem cientistas

Ressonância de onda de Bloch

Fazendo um sanduíche de um material não-periódico entre duas camadas de material periódico, é possível configurar o metamaterial para que ele se torne transparente para certos comprimentos de onda de luz e opaco para os outros, e é possível alterar rapidamente quais comprimentos de onda serão permitidos ou bloqueados simplesmente movendo uma das camadas periódicas.

"Nós mostramos que a Lei de Bragg é um caso especial de um fenômeno mais geral que foi descoberto neste estudo e batizado de 'ressonância de onda de Bloch'," disse Pogrebnyak. "Esta descoberta abre novas oportunidades em fotônica, nanoeletrônica, óptica e acústica e muitas outras áreas da ciência e da tecnologia que exploram fenômenos ondulatórios para o uso prático."

Furlani acrescenta que, como os elétrons se comportam como ondas, eles também podem apresentar a ressonância de Bloch, o que significa que é teoricamente possível filtrar e controlar correntes no interior de circuitos eletrônicos em nanoescala - mas isto ainda terá que ser demonstrado na prática.

Bibliografia:

Tunable Bloch Wave Resonances and Bloch Gaps in Uniform Materials with Reconfigurable Boundary Profiles
Victor A. Pogrebnyak, Edward P. Furlani
Physical Review Letters
Vol.: 116, 206802
DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.206802

Células termofotovoltaicas geram eletricidade no escuro

Redação do Site Inovação Tecnológica -  07/06/2016

O material, feito com estruturas em nanoescala, apresenta uma forma inédita de irradiação do calor. [Imagem: Sergey S. Kruk et. al. - 10.1038/ncomms11329]

Células termofotovoltaicas

Físicos descobriram novas propriedades radicais em um nanomaterial que abre novas possibilidades para a construção de células termofotovoltaicas de alta eficiência.

Diferentemente das células fotovoltaicas tradicionais, que transformam a luz do Sol em eletricidade, as termofotovoltaicas capturam o calor, na forma de radiação infravermelha, o que permite que elas funcionem no escuro.

As previsões indicam que as células termofotovoltaicas podem ser mais de duas vezes mais eficientes do que as células solares. Elas podem ser combinadas com um queimador para produzir energia sob demanda ou podem reciclar o calor irradiado por motores quentes e caldeiras de fábricas, por exemplo.

Focalização do calor

Para permitir que essas células funcionem no escuro, a equipe das universidades Nacional Australiana e da Califórnia em Berkeley (EUA) desenvolveu um novo material artificial, ou metamaterial, que brilha de uma maneira incomum quando aquecido.

Formado por estruturas nanoscópicas de ouro e fluoreto de magnésio, o metamaterial irradia o calor em direções específicas, o que permite focar o calor diretamente na célula, otimizando sua conversão em eletricidade.

A geometria do metamaterial também pode ser ajustada para liberar radiação em uma faixa de frequência específica, ao contrário dos materiais convencionais, que liberam o calor em todas as direções na forma de uma ampla gama de comprimentos de onda infravermelhos. Isto faz com que o metamaterial seja ideal para o uso como um emissor trabalhando associado com as células termofotovoltaicas.

Dispersão hiperbólica magnética

A chave para o comportamento notável do metamaterial é a sua propriedade física inédita, batizada de "dispersão hiperbólica magnética".

A dispersão descreve as interações da luz com os materiais e pode ser visualizada como uma superfície tridimensional que representa como a radiação eletromagnética propaga em diferentes direções.

Para os materiais naturais, como o vidro ou os cristais, as superfícies de dispersão têm formas simples, esféricas ou elipsoidais. A dispersão do novo metamaterial é totalmente diferente, assumindo a forma hiperbólica, o que é resultado de interações extremamente fortes do material com o componente magnético da luz.

Segundo a equipe, a eficiência das células termofotovoltaicas feitas com base no metamaterial podem ser ainda mais otimizadas se o emissor e o receptor estiverem muito próximos. Nesta configuração, a transferência de calor por radiação entre eles pode ser mais do que dez vezes mais eficiente do que entre os materiais convencionais.

Bibliografia:

Magnetic hyperbolic optical metamaterials
Sergey S. Kruk, Zi Jing Wong, Ekaterina Pshenay-Severin, Kevin O'Brien, Dragomir N. Neshev, Yuri S. Kivshar, Xiang Zhang
Nature Communications
Vol.: 7, Article number: 11329
DOI: 10.1038/ncomms11329

Veículos sem motorista vão evoluir com software livre

Redação do Site Inovação Tecnológica -  27/05/2016

Dez equipes de toda a Europa farão demonstrações com carros e caminhões inteligentes, capazes de se comunicar entre si e com a estrada, e trafegar sem motoristas. [Imagem: Divulgação]

Veículos autônomos

Neste fim de semana - dias 28 e 29 de Maio - uma competição promete colocar na estrada os mais avançados conceitos de carros e caminhões autônomos - sem motorista - produzidos por universidades e fabricantes da Europa.

O Grande Desafio de Condução Cooperativa (GCDC, na sigla em inglês) é um misto de demonstração e competição das tecnologias de autocondução, comunicações veículo a veículo e comunicação veículo a infraestrutura.

Dez equipes demonstrarão seus últimos avanços e competirão entre si em um campus automotivo localizado na rodovia A270, entre as cidades holandesas de Helmond e Eindhoven.

A grande expectativa é a primeira avaliação pública de uma nova abordagem de software livre, com código-fonte aberto, que visa substituir o enfoque tradicional de desenvolvimento dos programas de controle dos carros por uma abordagem evolucionária, que imita o comportamento dos animais.

Carros que aprendem e evoluem

O pesquisador Ola Benderius, da Universidade Chalmers, na Suécia, explica que o método tradicional - e largamente dominante - de desenvolver veículos é avançar constantemente a partir dos modelos anteriores, gradualmente adicionando novas funções. Mas este método pode não funcionar para o desenvolvimento dos veículos autônomos e mais inteligentes do futuro.

"Tradicionalmente, o objetivo tem sido tentar separar e diferenciar todos os problemas concebíveis e enfrentá-los usando funções dedicadas, o que significa que o sistema deve abranger um grande número de cenários. Você pode cobrir um grande número de casos diferentes, mas, mais cedo ou mais tarde o inesperado ocorre, e é aí que um acidente poderia acontecer," explica Benderius.

A equipe da universidade vai competir com um caminhão, que já incorpora um tipo completamente novo de abordar o problema da autocondução: o veículoaprende de forma parecida com um organismo biológico, por passos evolutivos, em vez de depender de novas atualizações de software para contemplar cada "inesperado" que ocorrer.

"Os sistemas biológicos são os melhores sistemas autônomos que conhecemos. Um sistema biológico absorve informações de seu ambiente através dos seus sentidos e reage de forma direta e com segurança, como um antílope correndo dentro de seu rebanho, ou um falcão atacando a presa no chão. Antes de os seres humanos caminharem sobre a terra a natureza já tinha uma solução, então vamos aprender com isso," diz Benderius.

• Redes neurais "humanizam" visão de carros sem motorista

A competição será em um campus voltado exclusivamente para o desenvolvimento de novas tecnologias automotivas. [Imagem: Divulgação]

Sentidos digitais

Todas as informações que o caminhão compila a partir de seus sensores e câmeras são convertidas para um formato que se assemelha à maneira pela qual os seres humanos e os animais interpretam o mundo através de seus sentidos. Isso permite que o veículo se adapte a situações inesperadas e não previstas quando seu programa foi desenvolvido.

Em vez de apenas um grande programa com funções dedicadas para todas as situações concebíveis, a equipe está trabalhando em blocos comportamentais pequenos e gerais que visam tornar o veículo capaz de reagir a vários "estímulos".

O caminhão da equipe, por exemplo, está programado para manter constantemente todos os estímulos dentro de níveis razoáveis, e ele vai continuamente aprender a fazer isso de forma tão eficiente quanto possível. Isso torna a estrutura de inteligência artificial extremamente flexível e eficaz em administrar perigos súbitos e novos.

• USP apresenta caminhão sem motorista feito no Brasil

OpenDLV

O programa usado pela equipe, chamado OpenDLV (sigla para DriverLess Vehicle, veículos sem condutor), está sendo desenvolvido como software livre, com o código-fonte aberto e disponível gratuitamente na internet.

Com isso, Benderius e seu grupo esperam que outros pesquisadores de todo o mundo possam participar do projeto, ajudando a melhorar o software usando-o em seus próprios veículos. Essa comunidade poderá trocar conhecimentos e ajudar a tornar os veículos autônomos adequados para sua introdução em grande escala na sociedade.

• Carros autônomos precisarão de carteira de motorista?

O OpenDLV também funciona como uma plataforma de ensino e pesquisa em uma variedade de disciplinas, como engenharia de veículos, sistemas adaptativos, ciência e engenharia da computação, percepção, neurologia e biologia.

Acionamento hidrostático dá força e precisão a robôs

Redação do Site Inovação Tecnológica -  30/05/2016

A nova transmissão foi usada para construir um robô humanoide simples - que a equipe chama de "robô gentil" - com dois braços e câmeras estéreo montadas na cabeça, que transmitem os sinais de vídeo para um operador que o controla à distância. [Imagem: Disney Research]

Sem atrito nem folga

Um novo tipo de transmissão hidrostática, que combina controles hidráulicos e pneumáticos, aciona braços robóticos com segurança e precisão, dando-lhes a delicadeza necessária para pegar objetos sensíveis, como ovos, sem quebrá-los.

Essa transmissão quase não tem atrito e nem folga, oferecendo extrema precisão, capacitando o robô de testes a fazer tarefas como enfiar uma linha em uma agulha de costura.

A transmissão híbrida permite reduzir pela metade o número de linhas hidráulicas, tipicamente volumosas, que um sistema totalmente hidráulico exige, mas que são necessários se o robô precisar exercer uma força útil. Assim, membros robóticos podem ser mais leves e menores, mas manterem-se fortes.

"Essa tecnologia nos permitiu construir braços robóticos que são leves, rápidos e ágeis. Eles têm uma incrível natureza tipo biológica, oferecendo uma combinação de baixa massa, alta velocidade e movimento preciso nunca antes vista [em robôs]," disse o professor John Whitney, da Universidade Northeastern, que liderou o desenvolvimento da transmissão juntamente com pesquisadores da Disney Research.

Hidráulico e pneumático juntos

Whitney explica que a junta de um robô normalmente teria dois cilindros hidráulicos, contrapostos um ao outro, para fazer o papel de flexores e extensores.

Mas, neste projeto, cada cilindro de água foi emparelhado com um cilindro de ar.

Esquema e protótipo do sistema de acionamento hidrostático. [Imagem: Disney Research]

O cilindro pneumático serve como uma mola de ar de força constante, proporcionando a força de pré-carga necessária, permitindo que a articulação se movimente em ambos os sentidos com apenas metade do número de linhas hidráulicas. O restante do movimento e a força são supridos pelo cilindro hidráulico.

Robôs com a destreza permitida pela tecnologia são ideais para a interação com as pessoas, incluindo operários em linhas de montagem. Além disso, quando operado remotamente, a ausência de folgas nas juntas permite a transmissão de forças de retroação (feedback) para o operador, dando um senso de toque de alta-fidelidade.

Plataformas flutuam estáveis sobre o mar revolto

Redação do Site Inovação Tecnológica -  25/05/2016

Além de fazendas solares marinhas, a tecnologia poderá suportar plantas de dessalinização da água, extração de biomassa marinha, parques aquáticos e até residências. [Imagem: TU Wien]

Energia solar sobre as águas

Engenheiros austríacos criaram uma solução incrivelmente simples para resolver um problema desafiador: como manter grandes plataformas estáveis na superfície agitada do mar.

O objetivo primário é criar bases para a instalação de grandes fazendas solares que possam ficar ancoradas ao longo da costa, mas as possibilidades de aplicação das estruturas flutuantes são bem mais amplas.

Painéis solares exigem muito espaço, e mesmo instalações em áreas desérticas estão encontrando dificuldades para obter licença ambiental. Por isso tem havido uma tendência a instalar fazendas solares em plataformas flutuantes em lagos e represas. Mas, até agora, isso tem sido restrito a pequenos lagos e lagoas de águas muito calmas.

Com 71% da superfície da Terra coberta por oceanos, faz sentido tirar proveito desse espaço, mas as ondas representam um grande problema para a estabilidade das estruturas flutuantes.

Flutuador com amortecedor

A equipe do professor Markus Haider, da Universidade Tecnológica de Viena, idealizou uma forma simples e eficiente de criar flutuadores que resistam ao movimento das ondas.

As unidades de flutuação, batizadas de Heliofloat, são parecidas com barris de grandes diâmetros, feitos de um material macio e flexível. A grande diferença é que, em vez de serem fechados para boiar, eles são abertos em uma extremidade e são postos na água de boca para baixo.

Ao serem postos na água, o ar que fica preso no fundo fechado do barril não consegue escapar, garantindo que ele flutue. Isso significa que o ar fica em contato direto com a água abaixo, fazendo o barril inteiro funcionar como um amortecedor de choque. Além disso, as paredes laterais flexíveis dos barris absorvem pequenas forças horizontais.

"O essencial de tudo é que o Heliofloat é suportado por dispositivos de flutuação abertos," explica Haider. "Se a plataforma fosse simplesmente montada sobre recipientes fechados, cheios de ar, o projeto teria que ser ineficientemente pesado e grande a fim de ser capaz de suportar ondas fortes."

Dessalinização e casas

Os primeiros testes mostraram que fazendas solares do tamanho de campos de futebol podem ser mantidas estáveis com a tecnologia.

A equipe agora está pensando em testar outras aplicações para os flutuadores, como plantas de dessalinização da água, extração de biomassa marinha, parques aquáticos e até construção de residências.

Físicos descobrem uma nova forma de luz

Redação do Site Inovação Tecnológica -  30/05/2016

A roda fotônica é outra descoberta recente na área e que também envolve o momento angular da luz.[Imagem: Peter Banzer/MPI for the Science of Light]

Meio momento angular

Físicos descobriram uma nova forma de luz, o quem tem impacto não apenas sobre a nossa compreensão da natureza fundamental da luz, mas também em áreas como a tecnologia da informação quântica, os raios tratores, a luz torcida e várias outras.

Uma das características mensuráveis de um feixe de luz é conhecida como momento angular, um valor que essencialmente mede o quanto algo está girando.

Até agora, os físicos acreditavam que, em todas as formas de luz, o momento angular seria um múltiplo da constante de Planck, a constante física que define a escala dos efeitos quânticos.

Luz em duas dimensões

Kyle Ballantine, do Trinity College de Dublin, na Irlanda, desenvolveu um aparato especial para confinamento da luz em duas dimensões que agora permitiu demonstrar que o momento angular de cada fóton pode assumir apenas metade do valor da constante de Planck.

Essa diferença, embora pequena, é profunda. Tanto que a equipe não fala de uma nova característica da luz, mas sim de uma nova forma de luz.

"Nós estamos interessados em descobrir como podemos mudar a forma como a luz se comporta, e como isso poderia ser útil. O que eu acho que é tão emocionante sobre este resultado é que, mesmo esta propriedade fundamental da luz, que os físicos sempre pensaram que era fixa, pode ser alterada," comentou o professor Paul Eastham.

Restrição dimensional

Os físicos teóricos têm especulado desde os anos 1980 a respeito de como a mecânica quântica funciona para partículas que são livres para se mover em apenas duas das três dimensões do espaço.

As teorias propõem que isso levaria a novas possibilidades muito estranhas, incluindo partículas cujos números quânticos são apenas frações dos valores esperados. Este trabalho mostra, pela primeira vez, que essas hipóteses são reais e que funcionam para a luz.

• Laser torcido irá revolucionar telecomunicações e raios tratores

Bibliografia:

There are many ways to spin a photon: Half-quantization of a total optical angular momentum
Kyle E. Ballantine, John F. Donegan, Paul R. Eastham
Science Advances
Vol.: 2, no. 4, e1501748
DOI: 10.1126/sciadv.1501748

Celular transforma força da mão em comandos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  31/05/2016

O celular sensível à pressão consegue detectar forças exercidas sobre a tela ou no corpo inteiro do aparelho. [Imagem: Kelly O'Sullivan]

Celular sensível à pressão

Que tal fazer uma ligação de emergência - para o SAMU ou para a Polícia, por exemplo - simplesmente apertando seu smartphone em um determinado padrão na palma da mão?

Pode-se também pode treiná-lo para reconhecer padrões diferentes, para desligar a música, virar uma página na tela ou qualquer outra função.

A boa notícia é que você não precisará comprar um celular novo para isso.

"Eu acredito que estamos oferecendo uma interface natural, como girar um botão. É um passo à frente em relação à interface básica sensível ao toque e pode complementar outros canais de comunicação gestual e por voz," disse Yu-Chih Tung, da Universidade de Michigan, nos EUA.

"Você não precisa de uma tela especial ou sensores embutidos para fazer isso. Agora essa funcionalidade pode ser obtida em qualquer telefone," acrescentou o professor Kang Shin. "Nós ampliamos a interface do usuário sem exigir quaisquer sensores embutidos especiais. O ForcePhone aumenta o vocabulário entre o telefone e o usuário."

Como funciona

O ForcePhone tira proveito de duas peças básicas de qualquer celular: o microfone e o alto-falante.

O programa faz o alto-falante emitir um tom inaudível com uma frequência na faixa dos 18 kHz. Essa frequência está fora do alcance do ouvido humano, mas o microfone do telefone consegue captar a vibração.

Quando o usuário pressiona a tela ou aperta o corpo inteiro do celular, a força aplicada pela mão muda o tom, e o microfone consegue detectar variações ínfimas dessa mudança. O programa então traduz qualquer alteração de tom em comandos.

Tung e Shin ainda não decidiram como vão disponibilizar seu programa.