Rumo ao cérebro artificial, sinapses eletrônicas já aprendem sozinhas Redação do Site Inovação Tecnológica -

Rumo ao cérebro artificial, sinapses eletrônicas já aprendem sozinhas

Redação do Site Inovação Tecnológica -  17/04/2017

Impressão artística da sinapse eletrônica: as partículas representam elétrons que circulam através de um óxido, em analogia com os neurotransmissores nas sinapses biológicas. O fluxo de elétrons depende da estrutura do domínio ferroelétrico do óxido, que é controlada por pulsos elétricos. À direita, estrutura do componente real.[Imagem: Sören Boyn/CNRS/Thales]

Aprendizado de máquina autônomo

Pesquisadores franceses criaram uma sinapse artificial capaz de aprender sozinha, sem que os humanos precisem se dedicar ao tedioso trabalho de treiná-la para que ela aprenda a executar suas funções.

Este é um passo importante para a criação de circuitos biomiméticos mais complexos, inspirados no funcionamento do cérebro.

O processo de aprendizagem do cérebro está ligado às sinapses, que servem de ligação entre os neurônios. Quanto mais a sinapse é estimulada, mais a conexão é reforçada, melhorando a aprendizagem.

Soren Boyn e seus colegas do CNRS imitaram esse conceito usando um tipo especial do já bem conhecido memoristor, um componente que também consegue se lembrar das correntes elétricas que já o percorreram anteriormente, o que faz com que ele funcione como uma espécie de sinapse artificial.

O que a equipe conseguiu fazer de novidade foi desenvolver um modelo físico capaz de prever como a sinapse artificial irá funcionar. Esse entendimento do processo, escrevem eles, tornará possível criar sistemas mais complexos e "máquinas mais inteligentes", tirando proveito de uma série de memoristores interconectados.

"Com base neste modelo físico, nossas simulações mostram que as matrizes de nano-sinapses ferroelétricas podem aprender autonomamente a reconhecer padrões de forma previsível, abrindo o caminho para a aprendizagem não-supervisionada em redes neurais," escreveu a equipe.

Câmera inteligente

O próximo passo será testar se o modelo funciona realmente e, para isto, o grupo está trabalhando em um conceito inovador de uma câmera que será dotada de um sensor inteligente, que aprenderá como lidar com a luz.

Se tudo funcionar como eles planejam, os píxeis do sensor da câmera ficarão inativos até que detectem uma mudança no ângulo de visão, quando então se ativarão autonomamente.

Os ganhos esperados são que a câmera leve menos tempo para detectar objetos selecionados e consuma menos energia, já que os píxeis ficarão mais desligados do que ligados.

Bibliografia:

Learning through ferroelectric domain dynamics in solid-state synapses
Sören Boyn, Julie Grollier, Gwendal Lecerf, Bin Xu, Nicolas Locatelli, Stéphane Fusil, Stéphanie Girod, Cécile Carrétéro, Karin Garcia, Stéphane Xavier, Jean Tomas, Laurent Bellaiche, Manuel Bibes, Agnès Barthélémy, Sylvain Saïghi, Vincent Garcia
Nature Communications
Vol.: 8: 14736
DOI: 10.1038/NCOMMS14736

HELLBLOG: A SITUAÇÃO É GRAVE ! O procurador Deltan Dallagnol...

HELLBLOG: A SITUAÇÃO É GRAVE ! O procurador Deltan Dallagnol...

Técnica revolucionária faz nanotubos virarem transistores Redação do Site Inovação Tecnológica -

Técnica revolucionária faz nanotubos virarem transistores

Redação do Site Inovação Tecnológica -  11/04/2017

Ilustração artística dos nanotubos de carbono, envelopados pelos polímeros com extremidades tiol (esferas amarelas) e assentados autonomamente sobre os eletrodos de ouro. [Imagem: Arjen Kamp]

Prática difícil

Transistores de nanotubos de carbono não são nenhuma novidade - na verdade, vários protótipos de transistores de nanotubo vêm superando os transistores de silício há algum tempo.

O problema é que é difícil fabricá-los mesmo em escala de laboratório, porque os nanotubos saem do forno em versões metálicas e semicondutoras, tudo misturado. Mais difícil ainda será então fabricá-los em escala industrial.

Nesse quadro, promissor de um lado e decepcionante do outro, uma técnica que permita que os próprios transistores se montem sozinhos, sem nenhuma intervenção humana, pode parecer um sonho ainda mais distante.

Na verdade nem é mais um sonho, conforme acaba de demonstrar Vladimir Derenskyi, da Universidade de Gronigen, na Holanda, em parceria com colegas da Alemanha e com a colaboração da IBM de Zurique.

Automontagem dos transistores

A técnica parece enganosamente simples - para ter uma dimensão das dificuldades, basta ver que a equipe vem trabalhando nela há 10 anos, sem contar outros grupos tentando abordagens similares.

A partir de uma solução, os transistores se organizam sozinhos, emergindo sobre uma placa de ouro com quase 100% de pureza e com excepcional mobilidade eletrônica.

O segredo está nos polímeros que abraçam os nanotubos em solução. Cadeias tiol desses polímeros conectam os tubos à matriz de ouro, criando os transistores - tióis são álcoois nos quais o enxofre toma o lugar do oxigênio.

Os padrões metálicos de ouro são inicialmente gravados em um substrato, que é então mergulhado na solução de nanotubos de carbono. Para se obter o alinhamento adequado do circuito, os eletrodos são cuidadosamente espaçados, a 300 nanômetros uns dos outros. Como os nanotubos têm cerca de 500 nanômetros de comprimento, eles se assentam corretamente para compôr o transístor.

Esse espaçamento é grande e limita a densidade dos transistores, mas a equipe afirma estar confiante de que conseguirá reduzi-lo no futuro próximo.

Capítulo dramático

E houve ainda um capítulo dramático nessa descoberta. A ideia de usar as cadeias tiol ocorreu à professora Maria Loi alguns anos atrás. Contudo, durante o desenvolvimento, ela viu seu projeto quase ir por água abaixo quando a IBM patenteou essa ideia.

"Mas havia um grande problema no trabalho da IBM: os polímeros com tióis também se ligavam a nanotubos metálicos e os incluíam nos transistores, o que os arruinava," contou ela. Isso abriu caminho para uma colaboração, conforme os pesquisadores descobriram como superar essas deficiências.

"O que demonstramos agora é que esse conceito de montagem de baixo para cima funciona: usando polímeros com uma baixa concentração de tióis, podemos trazer seletivamente os nanotubos semicondutores de uma solução para um circuito. A ligação enxofre-ouro é forte, por isso os nanotubos ficam firmemente fixados: o suficiente mesmo para ficar lá após a sonicação do transístor em solventes orgânicos," contou Loi.

Bibliografia:

On-Chip Chemical Self-Assembly of Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes (SWNTs): Toward Robust and Scale Invariant SWNTs Transistors
Vladimir Derenskyi, Widianta Gomulya, Wytse Talsma, Jorge Mario Salazar-Rios, Martin Fritsch, Peter Mirmalraj, Heike Riel, Sybille Allard, Ullrich Scherf, Maria A. Loi
Advanced Materials
DOI: 10.1002/adma.201606757

Primeiro processador feito de uma única camada atômica Redação do Site Inovação Tecnológica -

Primeiro processador feito de uma única camada atômica

Redação do Site Inovação Tecnológica -  12/04/2017

Microfotografia do processador fabricado com semicondutores com apenas uma camada atômica [Imagem: Hermann Detz/TU Vienna]

Eletrônica atômica

Está pronto o primeiro processador feito com os semicondutores mais finos possíveis - com apenas uma camada atômica.

Além de "mais fino impossível", o processador é flexível e potencialmente transparente.

E ele não foi feito de grafeno, mas de molibdenita, ou dissulfeto de molibdênio (MoS2). Embora ambos sejam considerados materiais bidimensionais, o grafeno tem um único átomo de espessura, um átomo de carbono, enquanto a organização dos átomos de molibdênio e enxofre deixa a molibdenita com três átomos de espessura.

A molibdenita tem estado à frente do grafeno no quesito proximidade do uso industrial, mas mais recentemente várias equipes vêm apostando em soluções híbridas para a eletrônica ultrafina - ao contrário do grafeno, a molibdenita possui naturalmente propriedades semicondutoras.

Processador monoatômico

O primeiro microprocessador totalmente funcional feito de materiais monoatômicos foi construído por Stefan Wachter e seus colegas da Universidade de Viena, na Áustria.

O processador, medindo 0,6 mm², é formado por apenas 115 transistores, o que o torna capaz de executar operações lógicas de 1 bit - mas a estrutura é escalável, e versões multibits deverão ser fabricadas a seguir.

"Nosso objetivo é construir circuitos significativamente maiores que possam fazer muito mais em termos de operações úteis. Queremos fazer um projeto de 8 bits completo - ou mesmo mais bits - em um único chip com componentes ainda menores," disse o professor Thomas Mueller, coordenador da equipe.

Estrutura do processador de 15 nanotransistores, capaz de cálculos de 1 bit. [Imagem: Stefan Wachter et al. - 10.1038/NCOMMS14948]

Promessas e dificuldades

Em termos de uso futuro, a equipe ainda não está mirando nos processadores dos computadores e nem mesmo dos celulares, com seus bilhões de transistores, mas afirma que a arquitetura da eletrônica atômica já está a caminho de atender as especificações da Internet das Coisas, principalmente porque as dimensões ultraminiaturizadas permitirão construir chips com um consumo mínimo de energia.

"Em princípio, é uma vantagem ter um material fino para um transístor. Quanto mais fino for o material, melhor será o controle eletrostático do canal do transístor e menor será o consumo de energia," disse o professor Mueller.

Mas aplicações mais estado-da-arte também são esperadas. É possível, por exemplo, integrar nanoLEDs a esses circuitos ultraminiaturizados, facilitando a fabricação de telas flexíveis e papéis eletrônicos.

Antes, porém, será necessário melhorar bastante o processo de fabricação, que está nos estágios iniciais de desenvolvimento.

Uma das maiores dificuldades é a necessidade de fabricar os transistores em um substrato e depois transferi-los para o chip definitivo. Quando for possível fabricar os nanotransistores diretamente no substrato dos chips terá sido dado um passo importante rumo à reprodutibilidade, para que esses chips monoatômicos possam ser fabricados de forma consistente.

Bibliografia:

A microprocessor based on a two-dimensional semiconductor
Stefan Wachter, Dmitry K. Polyushkin, Ole Bethge, Thomas Mueller
Nature Communications
Vol.: 8, Article number: 14948
DOI: 10.1038/NCOMMS14948

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Peneira de óxido de grafeno tira sal da água do mar Com informações da BBC -

Peneira de óxido de grafeno tira sal da água do mar

Com informações da BBC -  05/04/2017

Ilustração mostra como membrana de óxido de grafeno pode separar o sal da água.[Imagem: Universidade de Manchester]

Dessalinização

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Manchester, no Reino Unido, criou uma "peneira" de um parente do grafeno que consegue remover o sal da água do mar.

Se puder ser fabricada em larga escala, a membrana de separação tem o potencial de ajudar milhões de pessoas sem acesso direto a água potável.

O grande problema com o grafeno é justamente a dificuldade de fabricá-lo, mesmo em quantidades para experimentos de laboratório. Para usá-lo como filtro, seria necessário dotá-lo de uma matriz de furos, cada furo com um diâmetro menor do que um nanômetro - algo impraticável com a tecnologia atual.

Por isso, Jijo Abraham e seus colegas usaram o óxido de grafeno, que é mais fácil de fabricar e manipular.

"Em forma de solução ou tinta, podemos aplicá-lo em um material poroso e usá-lo como membrana. Em termos de custo do material e produção em escala, ele tem mais vantagens em potencial do que o grafeno em uma camada," relatou o professor Rahul Nair, que liderou a pesquisa.

Da esquerda para a direita, protótipo do filtro de óxido de grafeno e dois níveis de ampliação de suas camadas. [Imagem: Jijo Abraham et al. - 10.1038/nnano.2017.21]

Inchaço indesejável

As membranas feitas de óxido de grafeno já provaram ser capazes de filtrar nanopartículas, moléculas orgânicas e até sais de cristais maiores. Contudo, elas ficam levemente inchadas quando imersas em água, o que permite que sais menores passem por seus poros juntamente com moléculas de água.

Abraham e seus colegas demonstraram que colocar paredes feitas de resina epóxi em cada lado da membrana de grafeno é suficiente para frear este inchaço, além de permitir ajustar as propriedades da membrana, deixando passar mais ou menos sal, por exemplo.

• Canos de íons feitos com nanotubos dessalinizam água do mar

Dificuldades práticas

"Nosso próximo passo é comparar as membranas de óxido de grafeno com o material mais sofisticado disponível no mercado", diz Rahul Nair.

Mas em um artigo que acompanha a pesquisa na revista Nature Nanotechnology, Ram Devanathan, do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico, nos EUA, disse que seria preciso mais experimentos para conseguir, de fato, produzir membranas de óxido de grafeno a baixo custo e em escala industrial.

Segundo ele, a equipe britânica ainda precisa demonstrar a durabilidade da membrana durante o contato prolongado com a água do mar e garantir que ela é resistente ao acúmulo de sais e de material biológico - o fenômeno requer que as barreiras de dessalinização existentes hoje sejam limpas ou substituídas periodicamente.

Bibliografia:

Tunable sieving of ions using graphene oxide membranes
Jijo Abraham, Kalangi S. Vasu, Christopher D. Williams, Kalon Gopinadhan, Yang Su, Christie T. Cherian, James Dix, Eric Prestat, Sarah J. Haigh, Irina V. Grigorieva, Paola Carbone, Andre K. Geim, Rahul R. Nair
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/nnano.2017.21

Ion sieving and desalination: Energy penalty for excess baggage
Ram Devanathan
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/nnano.2017.53

Cerâmica fabricada a frio é mais forte que concreto Redação do Site Inovação Tecnológica -

Cerâmica fabricada a frio é mais forte que concreto

Redação do Site Inovação Tecnológica -  06/04/2017

Foto de uma das peças produzidas (esquerda) e estrutura interna, mostrando a coesão e a homogeneidade dos grânulos (direita).[Imagem: ETH Zurich/Peter Rüegg]

Sinterização a frio

No final do ano passado, uma equipe norte-americana lançou um inovador processo de sinterização "a frio" com potencial para revolucionar a fabricação de cerâmicas.

A novidade requer as aspas porque houve uma redução substancial do calor exigido para assar as peças, mas os fornos ainda são necessários.

Agora, Florian Bouville e André Studart, do Instituto ETH de Zurique, na Suíça, criaram um novo método de fabricação de cerâmicas que dispensa totalmente a queima - a sinterização ocorre a temperatura ambiente. Para comparação, a fabricação de cimento, tijolos, pisos, revestimentos e louças requer fornos com temperaturas bem superiores a 1000° C.

Em vez da queima, as matérias-primas são compactadas sob alta pressão em um processo com um consumo muito baixo de energia.

Geomimetismo

A dupla usou como matéria-prima um pó muito fino de carbonato de cálcio, o mesmo usado na indústria de cerâmica. Só que, em vez de aquecê-lo para obter uma peça, eles adicionaram uma pequena quantidade de água e o compactaram.

"O processo de fabricação é baseado no processo geológico de formação rochosa," explica Bouville.

As rochas sedimentares são formadas naturalmente a partir de sedimentos que são comprimidos ao longo de milhões de anos através da pressão exercida por depósitos sobrepostos. Esse processo transforma o sedimento de carbonato de cálcio em calcário - com uma pequena ajuda da água presente no ambiente.

Como os pesquisadores usaram carbonato de cálcio em partículas extremamente finas (nanopartículas), o processo de compactação não demorou tanto - leva apenas uma hora para que as peças fiquem prontas. "Nosso trabalho é a primeira evidência de que uma peça de material cerâmico pode ser fabricada a temperatura ambiente em um curto período de tempo e com pressões relativamente baixas," diz Studart.

Mais forte do que o concreto

O material resultante também apresentou altíssima qualidade. Os testes mostraram que a cerâmica sinterizada a frio suporta cerca de 10 vezes mais força do que o concreto antes de se quebrar, e é tão rígida como pedra ou concreto. Em outras palavras, é difícil deformá-la.

Até agora, a equipe produziu apenas pequenas amostras de material, do tamanho de uma moeda, e usando uma prensa hidráulica de laboratório - como as normalmente usadas na indústria, mas de pequeno porte.

"O desafio é gerar uma pressão suficientemente alta para o processo de compactação. Peças maiores exigem uma força correspondentemente maior," diz Bouville, acrescentando que peças de cerâmica do tamanho de azulejos podem ser viáveis usando a nova técnica.

Bibliografia:

Geologically-inspired strong bulk ceramics made with water at room temperature
Florian Bouville, André R. Studart
Nature Communications
Vol.: 8, Article number: 14655
DOI: 10.1038/ncomms14655

Criado líquido que se move por conta própria, sem bombeamento Redação do Site Inovação Tecnológica

Criado líquido que se move por conta própria, sem bombeamento

Redação do Site Inovação Tecnológica -  07/04/2017

Líquido que se move

Fazendo com que células sintéticas mudem de forma, pesquisadores conseguiram fabricar um líquido que pode se mover por contra própria.

Sim, um líquido "automóvel" - ou semovente -, que se movimenta por conta própria, sem necessidade de bombas, de esforço humano ou da atração da gravidade - você pode colocá-lo sobre uma mesa plana e ele vai continuar fluindo.

Um líquido autopropelente tem muitas aplicações no mundo real, por exemplo, fazer com que líquidos fluam através de uma tubulação sem necessidade de bombeamento.

O material, inspirado na complexa série de processos que permitem às células biológicas mudarem de forma para se adaptar ao seu ambiente, foi sintetizado por Kun-Ta Wu, da Universidade Brandeis, nos EUA.

Máquina biomimética

As células conseguem mudar de forma porque os elementos básicos de sua estrutura - tubos cilíndricos ocos chamados microtúbulos - podem se autotransformar. Os microtúbulos crescem, encolhem, dobram e esticam, alterando a estrutura da célula inteira.

Kun-Ta extraiu esses microtúbulos do cérebro de uma vaca, colocou-os em uma solução aquosa e acrescentou dois outros tipos de moléculas encontradas nas células - a quinesina e a adenosina trifosfato (ATP).

Os microtúbulos se alinharam e uma molécula de quinesina se posicionou entre eles, conectando-os como um dormente entre os trilhos.

Usando o ATP como fonte de combustível, a quinesina começou a se mover. Sua parte superior foi numa direção e sua parte inferior na outra, o que fez com que os microtúbulos se afastassem um do outro, acabando por quebrar a estrutura.

Fluxo coerente

Ocorre que os microtúbulos não ficam flutuando livremente por muito tempo. Novas quinesinas surgem e amarram cada um a um novo parceiro.

Foi nesse processo de quebra e reajuntamento que as coisas ficaram interessantes.

À medida que os microtúbulos se juntavam e se separavam, emergiram redemoinhos no fluido. Ajustando a composição do material, Kun-Ta conseguiu então que os redemoinhos se movessem na mesma direção, criando um "fluxo coerente" que empurra não apenas as estruturas de microtúbulos e quinesinas, mas todo o líquido envolvente.

A equipe espera que essa máquina microscópica capaz de bombear fluido possa ser usada em biochips e microlaboratórios, que dependem da circulação de fluidos em microcanais. Futuramente, talvez seja possível reproduzir o mecanismo com estruturas mais resistentes, que possam então ser usadas para bombear outros fluidos em macroescala.

Bibliografia:

Transition from turbulent to coherent flows in confined three-dimensional active fluids
Kun-Ta Wu, Jean Bernard Hishamunda, Daniel T. N. Chen, Stephen J. DeCamp, Ya-Wen Chang, Alberto Fernández-Nieves, Seth Fraden, Zvonimir Dogic
Science
Vol.: 355, Issue 6331, eaal1979
DOI: 10.1126/science.aal1979

Pronta primeira máquina quântica de pagamentos Redação do Site Inovação Tecnológica

Pronta primeira máquina quântica de pagamentos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  05/04/2017

Basta que um hacker tente ler o sinal quântico para que ele seja alterado e se torne inutilizável.[Imagem: Iris Choi. Oxford University]

Máquina de pagamento para celular

Este é o protótipo da primeira máquina com tecnologia quântica - portanto, com garantia de proteção total contra bisbilhoteiros -, projetada para substituir as atuais máquinas de cartões.

O aparelho envia chaves secretas para criptografar as informações que trafegam entre o aparelho móvel do comprador - normalmente um celular - e um terminal de pagamentos.

Seu objetivo é, garantindo uma segurança virtualmente absoluta, aumentar a confiança do público e das empresas no chamado sistema de pagamentos sem contato e sem fios, em que mesmo os cartões colocados nas maquininhas atuais são descartados.

O aparelho foi construído por físicos da Universidade de Oxford, no Reino Unido, em parceria com as empresas Nokia e Bay Photonics.

• Celulares da Nokia poderão ter criptografia quântica

Criptografia quântica

A tecnologia de criptografia quântica utiliza milhões de partículas de luz - fótons - para embaralhar as chaves.

Seu melhor argumento, contudo, é que o protocolo permite detectar bisbilhoteiros, descobrindo qualquer tentativa de ler as informações. Com isto, antes que o invasor tenha qualquer chance de decifrar o código ou copiar a chave, a comunicação é interrompida - na verdade, o próprio ato de medir o sinal quântico é suficiente para alterá-lo, tornando-o inutilizável.

A maquininha quântica de pagamentos usa espelhos móveis (MEMS) e LEDs ultrarrápidos para enviar um código PIN secreto a uma taxa de 30 kilobytes por segundo, a uma distância de 0,5 metro. Composto por uma série de luzes sobrepostas, o sistema contém seis pares de LEDs de cavidade ressonante, cada um filtrado para uma polarização e posição diferentes. Os LEDs polarizados circularmente fornecem a chave principal, enquanto os outros pares são usados para medir a segurança do canal e para corrigir quaisquer erros no processo.

• Criptografia quântica implementada em rede óptica real

Bibliografia:

Handheld free space quantum key distribution with dynamic motion compensation
Hyunchae Chun, Iris Choi, Grahame Faulkner, Larry Clarke, Bryan Barber, Glenn George, Colin Capon, Antti Niskanen, Joachim Wabnig, Dominic O Brien, David Bitauld
Optics Express
Vol.: 25, Issue 6, pp. 6784-6795
DOI: 10.1364/OE.25.006784

Computador imita cérebro com supercondutores e LEDs Com informações da APS

Computador imita cérebro com supercondutores e LEDs

Com informações da APS -  03/04/2017

A arquitetura neuromórfica deverá superar a capacidade de cálculo do cérebro humano. [Imagem: Jeffrey M. Shainline et al. - 10.1103/PhysRevApplied.7.034013]

Computador neuromórfico

O supercomputador mais rápido do mundo, o Sunway TaihuLight, 100% chinês, executa mais cálculos por segundo do que um cérebro humano, mas consome cerca de 800.000 vezes mais energia.

Para tentar tirar essa diferença, uma equipe do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia dos EUA (NIST) está propondo um novo sistema de computação baseado em componentes supercondutores que se comunicam usando luz e que funciona de forma mais parecida com a arquitetura neural do cérebro humano.

Os cálculos de Jeffrey Shainline e seus colegas sugerem que seu computador-supercondutor-fotônico poderá operar com menos energia e realizar mais cálculos do que o cérebro humano - se bem que a capacidade estimada de cálculos do cérebro humano foi recentemente multiplicada por 100.

Neurônio teia de aranha

Nos computadores atuais, cada componente semicondutor interage com apenas alguns outros, aos quais são conectados por fiações diretas. Acontece que, se cada componente fosse ligado a milhares de outros, como ocorre no cérebro, a arquitetura do circuito rapidamente se torna caótica.

Para resolver isto, Shainline propõe usar fótons em vez de elétrons. Os fótons podem atuar como portadores de informação e podem se comunicar com inúmeros outros sem a necessidade de conexões com fios.

O neurônio artificial consiste de um fio supercondutor conectado a um LED - incorporado seria o melhor termo, já que ambos fazem parte do mesmo componente. Os dois elementos atuam como detector e transmissor de sinal, respectivamente.

Na ausência de fótons de entrada, o LED permanece desligado e o neurônio fica inativo. Quando o supercondutor absorve fótons, sua temperatura aumenta, provocando uma transição de uma fase supercondutora para uma fase metálica. Isso altera o fluxo de corrente no LED, ligando-o e tornando o neurônio ativo.

Como essa transição requer a absorção de múltiplos fótons, o circuito pode imitar os neurônios reais, que disparam apenas se o sinal de entrada superar um limiar. Guias de onda ramificados então canalizam os fótons emitidos para milhares de outros neurônios supercondutores, compondo o que os pesquisadores chamam de "neurônio teia de aranha".

Estrutura do computador (em cima) e de cada neurônio artificial, formado por um supercondutor e um LED (embaixo). [Imagem: Jeffrey M. Shainline et al. - 10.1103/PhysRevApplied.7.034013]

Operações

De acordo com os cálculos da equipe, esse sistema poderá realizar 10 vezes mais operações do que o cérebro humano e consumir apenas 20 W de energia.

Agora é aguardar que os engenheiros ponham a mão na massa e afiram se esse neurônio artificial em teia realmente funciona.

Bibliografia:

Superconducting Optoelectronic Circuits for Neuromorphic Computing
Jeffrey M. Shainline, Sonia M. Buckley, Richard P. Mirin, Sae Woo Nam
Physical Review Applied
Vol.: 7, 034013
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.7.034013

Visão artificial desenvolvida no Brasil para classificar madeiras Redação do Site Inovação Tecnológica

Visão artificial desenvolvida no Brasil para classificar madeiras

Redação do Site Inovação Tecnológica -  03/04/2017

O equipamento está pronto para ser usado na indústria.[Imagem: CeMEAI/Divulgação]

Automação

Este equipamento de visão artificial, criado no Brasil, é capaz de selecionar madeiras no processo industrial com um nível de aproveitamento muito superior ao método humano-visual utilizado hoje.

Depois de passar pelas fases de pesquisa, protótipos, testes, registros e patentes, ele já está pronto para ser utilizado pelas empresas do ramo madeireiro no processo de classificação dos produtos.

O aparelho foi criado pela equipe do professor Carlos de Oliveira Affonso, do CEMEAI (Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria), que funciona na USP de São Carlos, no interior de São Paulo.

O desenvolvimento contou com a participação de empresas do polo madeireiro de Itapeva, também no interior de São Paulo.

Classificação de madeiras

Segundo Affonso, a ideia inicial era criar apenas um software de visão artificial que pudesse aprimorar o processo de seleção das madeiras que atualmente são classificadas em A, B e C - dependendo da qualidade e observando, entre outros fatores, textura e coloração das peças. Esse trabalho hoje é feito de forma visual por trabalhadores treinados.

"Estatísticas demonstram um aproveitamento de apenas 65% nesta forma de inspeção, levando em conta falhas causadas por cansaço, distração ou falta de treinamento dos operadores humanos", comentou Affonso.

Coube aos estudantes André Rossi e Fábio Vieira, da UNESP, catalogarem centenas de madeiras antes de criar um modelo matemático com programas que interagem entre si em uma plataforma Java - que processa, analisa e classifica a qualidade do produto.

O software, batizado de Neurowood, tornou-se então parte de uma tecnologia completa, formada por câmeras instaladas ao longo das esteiras de classificação que captam as imagens que alimentam o programa, por sua vez controlando um outro sistema de automação que separa as madeiras boas das ruins na própria esteira.

Nacionalização

A grande vantagem da nacionalização desta tecnologia, também conhecida como "visão de máquina", é o barateamento, tornando-a acessível a empresas de menor porte.

"A tecnologia já existe, no entanto, produzida por empresas internacionais a um preço proibitivo para a realidade das nossas indústrias. Um equipamento como este custa cerca de 500 mil euros. Então, um dos enfoques que nós tivemos desde o começo é primeiro produzir um equipamento que fosse 100% aplicável e que tivesse viabilidade econômica também para as médias e pequenas empresas," finalizou Affonso.

Experimento desafia compreensão do que é a luz Redação do Site Inovação Tecnológica -

Experimento desafia compreensão do que é a luz

Redação do Site Inovação Tecnológica -  04/04/2017

"Tudo tem uma certa 'nebulosidade' quântica associada, e os fótons não são os projéteis duros de luz que popularmente se imagina."[Imagem: UEA]

Identidades distantes

Físicos descobriram um novo mecanismo de criação de pares de partículas de luz - fótons - que tem um impacto significativo sobre a teoria e a prática da física quântica.

Eles demonstraram que, quando os fótons são criados em pares, eles podem emergir de pontos diferentes no espaço, em vez de surgir do mesmo local.

Pares de fótons - ou fótons idênticos - são largamente utilizados em processos de computação, criptografia e teletransporte quânticos porque eles nascem entrelaçados. O entrelaçamento quântico - ou emaranhamento - é o fenômeno pelo qual duas partículas são tão intimamente ligadas que qualquer coisa que afetar uma afetará imediatamente a outra.

A criação de fótons é um procedimento muito sutil e muito rápido, de forma que até agora os físicos assumiam que esses pares de fótons necessariamente se originariam do mesmo ponto no espaço. Mas o aumento na precisão dos experimentos mostrou que não é bem assim.

Nova incerteza

O entrelaçamento dos estados quânticos em cada par de partículas tem aplicações importantes na computação quântica, assim como em outras áreas da física, o que inclui o próprio entendimento da teoria quântica, até hoje motivo de grandes controvérsias entre os físicos.

"Até agora, assumia-se que esses pares de fótons vinham da mesma localização. A identificação de um novo mecanismo deslocalizado mostra que cada par de fótons pode ser emitido a partir de pontos espacialmente separados, introduzindo uma nova incerteza posicional de origem fundamentalmente quântica," explicou o professor David Andrews,da Universidade East Anglia, no Reino Unido.

A descoberta também é significativa porque coloca limites na resolução espacial e no próprio conceito de espaço - sem contar, é claro, em toda a teoria da luz e na definição de o que é a luz.

"Tudo tem uma certa 'nebulosidade' quântica associada, e os fótons não são os projéteis duros de luz que popularmente se imagina," disse o professor Andrews.

• Espaço-tempo é gerado pelo entrelaçamento quântico?

Bibliografia:

Nonlocalized generation of correlated photon pairs in degenerate down-conversion
Kayn A. Forbes, Jack S. Ford, David L. Andrews
Physical Review Letters
Vol.: Accepted Paper
DOI: http://journals.aps.org/prl/

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Processador químico aprende a identificar esferas Redação do Site Inovação Tecnológica -

Processador químico aprende a identificar esferas

Redação do Site Inovação Tecnológica -  29/03/2017

Os pesquisadores trabalharam com simulações antes de colocar suas gotas para fazerem cálculos computacionais.[Imagem: IPC PAS/Grzegorz Krzyzewski]

Inteligência artificial química

Os computadores químicos já estão fazendo cálculos há algum tempo - e estão se tornando cada vez melhores, conforme demonstrou uma equipe da Academia Polonesa de Ciências.

Após um processo de treinamento realizado com algoritmos evolucionários, um sistema químico relativamente simples, formado por uma série de gotas, demonstrou capacidade para realizar operações nada triviais.

As matrizes de gotas, cada uma funcionando como um minúsculo reator químico, conseguem reconhecer a forma de uma esfera com grande precisão. Ou seja, é essencialmente um processador químico rodando um software de inteligência artificial.

Isto é possível porque processadores não precisam funcionar apenas com base nos sinais eletrônicos usados pelos computadores convencionais - as informações podem ser processadas de várias maneiras.

"Um bocado de trabalho vem sendo realizado em vários laboratórios se concentrando na construção de equivalentes químicos das portas lógicas padrão. Nós adotamos uma abordagem diferente para o problema," explica o professor Konrad Gizynski. "Nós investigamos sistemas de uma a algumas poucas dúzias de gotas nas quais os sinais químicos se propagam, e tratamos cada uma como um todo, como uma espécie de rede neural. Ocorre que essas redes, mesmo as muito simples, depois um pequeno procedimento de ensino, são capazes de lidar bem com problemas bastante sofisticados. Por exemplo, o nosso novo sistema tem a capacidade de reconhecer a forma de uma esfera em um conjunto de coordenadas espaciais x, y, z."

Processador químico

O sistema funciona graças à reação de Belousov-Zhabotinsky, a mesma já usada para criar géis "vivos" e uma matéria que faz cálculos computacionais. Essa reação é oscilatória: após a conclusão de um ciclo, os reagentes necessários para iniciar o ciclo seguinte são regenerados na própria solução. Neste novo sistema, cada gotícula é um reator, sendo fácil observar o que ocorre em cada uma já que seu catalisador, a ferroína, muda de cor durante cada ciclo.

"Nossos sistemas funcionam basicamente pela comunicação mútua entre as gotículas: quando as gotículas estão em contato, a excitação química pode ser transmitida de uma gota a outra, ou seja, uma gota pode desencadear a reação na próxima!" explica o Dr. Gizynski.

Para que o sistema processe informação, os pesquisadores usaram luz e um catalisador adicional (além do ferro), o rutênio. A reação de Belousov-Zhabotinsky catalisada pelo rutênio tem uma característica importante: ela é inibida pela luz azul, o que significa que, com uma iluminação adequada, as gotas podem ser "desligadas" - a reação em seu interior é interrompida. Assim, alternando a iluminação sobre uma gotícula específica é possível decidir se ela estará ou não envolvida no processamento da informação. Para entrar os dados, um tempo de iluminação mais longo significa um valor maior da coordenada a ser introduzida.

A excitação química está sendo transmitida da gota no canto inferior esquerdo para duas gotas adjacentes. [Imagem: IPC PAS/Hirox]

Biocomputadores

Antes de iniciar o processo de treinamento da rede neural química, os pesquisadores tiveram que fornecer ao sistema uma descrição de uma esfera, para que ele pudesse reconhecer uma. Para isto, eles geraram um conjunto aleatório de pontos que receberam um valor 1 quando o ponto pertencia à esfera, ou 0 quando o ponto estava além dela. Bastou então repetir o processo para cada um dos componentes do ponto (x, y, z), sempre por meio da variação do tempo de iluminação sobre as diferentes gotas.

"Alcançamos os melhores resultados para uma rede de 4x4 gotas. Ela apresentou a maior precisão na detecção da forma de uma esfera, com um nível de 85%. Além disso, ela adquiriu esta capacidade mais rapidamente, em apenas 150 gerações. O sistema 5x5 poderia talvez ser melhor, mas, para verificar isso, o processo de ensino teria que ser estendido para mais de 500 gerações," disse Gizynski.

O grande interesse nos computadores químicos advém da possibilidade de sua aplicação em processos industriais - na indústria química, por exemplo - e em biomedicina, provendo capacidades computacionais a dispositivos implantáveis no corpo humano.

• Biocomputadores moleculares poderão revolucionar a Medicina

Bibliografia:

A Chemical System that Recognizes the Shape of a Sphere
Konrad Gizynski, Jerzy Górecki
Computational Methods in Science and Technology
Vol.: 22 (4) 2016, 167-177
DOI: 10.12921/cmst.2016.0000057

Brasileiros projetam componente para manipular luz com ondas sônicas Com informações da Agência Fapesp

Brasileiros projetam componente para manipular luz com ondas sônicas

Com informações da Agência Fapesp -  31/03/2017

Simulação numérica das ondas acústicas propagando-se na borda dos microdiscos. A deformação representa a movimentação causada pela onda acústica, enquanto a escala de cores representa a intensidade do campo eletromagnético da luz nas superfícies do disco.[Imagem: Yovanny Espinel et al.]

Comunicações por fibra óptica

Físicos brasileiros idealizaram um componente fotônico de silício que poderá viabilizar a interação entre ondas ópticas e mecânicas que vibram na faixa de dezenas de gigahertz (GHz).

Esta é uma área emergente, mas os avanços mais recentes já foram suficientes para que hoje se aposte que os efeitos optomecânicos podem revolucionar as telecomunicações, superando limitações que reduzem a quantidade de informações que se pode transmitir pelas fibras ópticas e outros "dutos" fotônicos, como as guias de onda.

Essa limitação na quantidade de informações é estabelecida por um efeito físico não linear conhecido como espalhamento Brillouin - descrito em 1922 pelo físico francês León Nicolas Brillouin (1889-1969) -, que estabelece que, ao passar por um meio transparente, como uma fibra óptica, os fótons da luz interagem com vibrações elásticas (fônons, ou ondas sônicas) de altíssimas frequências, da ordem de dezenas de GHz.

Dependendo da potência com que a luz é irradiada pela fibra óptica por uma fonte de laser, o campo eletromagnético da luz excita as ondas acústicas - mecânicas - que se propagam ao longo do material e espalham a luz em uma nova frequência, diferente da irradiada originalmente pelo laser, criando ruído que atrapalha a comunicação.

Discos e microcavidades

A fim de superar essa limitação para a propagação da luz, os físicos vêm trabalhando com pequenos discos de silício, com aproximadamente 10 micrômetros de diâmetro, que funcionam como microcavidades, que "aprisionam" a luz.

Em razão da reflexão que a luz sofre na borda do material, ela dá milhares de voltas na cavidade do disco durante alguns nanossegundos até se dissipar. Na prática isso é equivalente a retardar a luz, já que ela fica um tempo na cavidade. Nesse período, ela interage mais vezes com a matéria e amplia os efeitos optomecânicos, permitindo que eles sejam estudados e explorados para finalidades práticas.

São mecanismos assim que estão sendo usados para retardar, acelerar e bloquear a luz e para reforçar os sinais nas fibras ópticas.

Infelizmente, a despeito de possibilitar que a luz irradiada originalmente pelo laser seja propagada, essa microcavidade em forma de disco não permite que a luz de qualquer frequência seja ressonante - se propague por elas - inviabilizando a exploração do efeito de espalhamento Brillouin.

• Os brasileiros que estão ajudando a fazer a Revolução Fotônica

O segredo do componente está na distância nanométrica entre os dois discos. [Imagem: Y. A. V. Espinel et al. - 10.1038/srep43423]

Acoplamento de luz e som

Agora, Yovanny Espinel e seus colegas da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas) idealizaram um disco duplo, um sistema composto por dois microdiscos de silício com uma cavidade cada um, acoplados lateralmente. Como a distância entre as duas cavidades é extremamente pequena - da ordem de centenas de nanômetros -, isso cria um efeito chamado separação de frequência.

Esse efeito possibilita fazer uma pequena separação entre a frequência da luz espalhada pela onda acústica, por um lado, e, por outro, a luz emitida pelo laser. Essa frequência é da ordem de 11 a 25 GHz - exatamente a mesma das ondas mecânicas -, o que garante que os milhares de fônons (quasipartículas elementares das ondas acústicas) gerados por segundo neste sistema (em taxas que variam de 50 a 90 KHz) possam se propagar nas cavidades.

Dessa forma, é possível observar e explorar o espalhamento Brillouin nesse sistema micrométrico. "Mostramos que, com um laser com uma potência da ordem de 1 miliwatt - que é equivalente à potência de um laser usado em um apontador para apresentações, por exemplo - seria possível observar o efeito de espalhamento Brillouin em um sistema com duas cavidades," afirmou o professor Gustavo Wiederhecker.

Como os discos simples já estão em uso em laboratórios de todo o mundo, e como eles são fabricados com a tecnologia padrão da indústria eletrônica, os experimentalistas não deverão ter grandes problemas em fabricar a estrutura projetada pelos físicos brasileiros e verificar seu funcionamento.

• Luz líquida unifica eletrônica e fotônica

Bibliografia:

Brillouin Optomechanics in Coupled Silicon Microcavities
Yovanny A. V. Espinel, F. G. S. Santos, G. O. Luiz, T. P. Mayer Alegre, Gustavo Silva Wiederhecker
Nature Scientific Reports
Vol.: 7, Article number: 43423
DOI: 10.1038/srep43423

Brasileiros constroem computador de bordo para nanossatélites em código aberto Redação do Site Inovação Tecnológica

Brasileiros constroem computador de bordo para nanossatélites em código aberto

Redação do Site Inovação Tecnológica -  30/03/2017

O Open OBC é um microcomputador de bordo com padrão de hardware e software abertos.[Imagem: UFC]

Cérebro de nanossatélite

Engenheiros da Universidade Federal do Ceará (UFC), com apoio do INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), construíram um computador de bordo para nanossatélites, ou cubesats.

Aliando baixo custo e alta confiabilidade, o computador já tem agendado seu primeiro teste em condições reais.

"O computador de bordo está sendo desenvolvido para os nanossatélites da constelação CONASAT e, também, poderá ser usado em outras missões de cubesats," informou o pesquisador Manoel Jozeane de Carvalho, do INPE.

Batizado de Open OBC, por ser um computador de bordo com padrão de hardware e software abertos, o equipamento foi desenvolvido pelo estudante David Freitas Mota, com a orientação dos professores João César Mota e Jarbas Aryel da Silveira.

A missão CONASAT, uma constelação de seis nanossatélites para coleta de dados ambientais, fará parte do Sistema Brasileiro de Coleta de Dados Ambientais (SBCDA) - cada nanossatélite é um cubo com 20 centímetros de aresta, pesando cerca de oito quilogramas. O projeto está servindo também de plataforma para capacitação de recursos humanos.

Open OBC

A arquitetura do Open OBC é baseada no processador TMS570LS0432, da Texas Instruments, que inclui um núcleo ARM Cortex-R4 em duas CPUs, detecção e correção de falhas em suas memórias RAM e ROM internas e hardware BIST tanto na CPU quanto na memória RAM.

Uma memória flash externa é utilizada para armazenamento de códigos e de dados.

Para integração com os demais subsistemas do nanossatélite, o microcomputador conta com duas interfaces I2C. No CONASAT, uma delas será exclusiva para comunicação com o transponder DCS, desenvolvido pelo INPE.

A arquitetura é complementada por uma interface UART para diagnóstico e depuração, sinais PWM para acionamento das bobinas de torque e entradas ADC para medição da intensidade da luz solar nas faces do satélite.

Estão previstos ainda um cartão MicroSD para armazenamentos de dados e uma interface CAN para tráfego de informações transmitidas em tempo real, garantindo, assim, um controle rígido de erros e a recepção de mensagens.

O computador de bordo foi testado em laboratório e aprovado para ser integrado aos demais subsistemas dos nanossatélites CONASAT.