É preciso flexibilidade para conectar biologia com eletrônica Redação do Site Inovação Tecnológica -

É preciso flexibilidade para conectar biologia com eletrônica

Redação do Site Inovação Tecnológica -  04/07/2017

O material semicondutor deve apresentar pequenos "inchamentos" para permitir a passagem dos elétrons - o inchamento (embaixo à esquerda) está exagerado para exemplificação do fenômeno. [Imagem: R. Giridharagopal et al. - 10.1038/nmat4918]

Eletrônico com biológico

A interligação dos dispositivos eletrônicos com o corpo humano, ou o aproveitamento dos "saberes" longamente desenvolvidos pela biologia por parte dos aparelhos computacionais, tropeçam em uma incompatibilidade fundamental nos estilos de comunicação.

Enquanto os equipamentos eletrônicos e computacionais funcionam e se falam por meio de elétrons, o mundo biológico só se entende trocando íons, que são átomos inteiros eletricamente carregados.

Mas esse fosso biológico-eletrônico começa a ser transposto por polímeros condutores - conhecidos como polímeros conjugados -, que são capazes de lidar tanto com elétrons, como com íons.

Rajiv Giridharagopal e seus colegas da Universidade de Washington, nos EUA, descobriram que esses plásticos condutores possuem regiões mais rígidas e menos rígidas, capazes de acomodar, respectivamente, elétrons e íons.

Inchamento desejável

Os resultados indicam que é possível sintetizar materiais que atinjam um equilíbrio nas exigências do transporte de elétrons e de íons, bastando para isso desenvolver técnicas para balancear a formação e a distribuição dessas áreas mais e menos rígidas.

O diferencial dos materiais eletro-iônicos está em um ligeiro "inchamento" - apenas 1% de variação na espessura do material é suficiente para viabilizar a propagação dos íons.

"Nós agora entendemos os princípios de projeto para fazer polímeros que possam transportar íons e elétrons de forma mais efetiva. Nós até mesmo demonstramos por microscopia como ver os locais nesses filmes de polímeros flexíveis onde os íons estão transportando efetivamente e onde eles não estão," disse o professor David Ginger.

E a equipe não usou nenhum material exótico. O experimento foi baseado no P3HT, ou poli(3-hexiltiofeno), um material semicondutor amplamente usado na eletrônica orgânica.

A expectativa é que as novas informações permitam fabricar uma nova família de materiais para viabilizar os tão esperados dispositivos bioeletrônicos.

Bibliografia:

Electrochemical strain microscopy probes morphology-induced variations in ion uptake and performance in organic electrochemical transistors
R. Giridharagopal, L. Q. Flagg, J. S. Harrison, M. E. Ziffer, J. Onorato, C. K. Luscombe, D. S. Ginger, //volume-pp
Nature Materials
Vol.: //doi
DOI: //topicos

Tensegridade: Impressão 3D que muda de forma depois de pronta Redação do Site Inovação Tecnológica -

Tensegridade: Impressão 3D que muda de forma depois de pronta

Redação do Site Inovação Tecnológica -  04/07/2017

O objeto inteiro, incluindo os fios, é construído em uma impressora 3D. [Imagem: Rob Felt]

Tensegridade

Tensegridade: este é o fenômeno que engenheiros exploraram para criar objetos muito compactos, mas que se expandem dramaticamente sob comando.

Esses objetos, criados por impressão 3D, poderão ser usados em aplicações que vão das missões espaciais a novos esquipamentos médicos mais eficientes.

A tensegridade, uma junção dos termos integridade tensional, é a designação dada ao padrão que pode resultar de uma relação de mútuo incremento entre forças contrárias, como tração e compressão.

"As estruturas de distorção são extremamente leves e, ao mesmo tempo, são muito fortes. Essa é a razão pela qual há muito interesse hoje em pesquisar o uso de estruturas de tensegridade para a exploração do espaço. O objetivo é encontrar uma maneira de lançar um objeto grande que inicialmente ocupe pouco espaço," explicou o brasileiro Gláucio Paulino, formado pela UnB e atualmente professor do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos EUA.

A tensegridade controlada foi obtida em um sistema estrutural de bastões flutuantes em compressão e cabos sob tensão. Eles foram impressos usando polímeros com memória de forma, que tendem a retornar ao seu formato original sob aquecimento.

Para permitir que os bastões sejam mantidos planos temporariamente, eles foram fabricados ocos com uma abertura estreita que percorre o comprimento do tubo. Cada barra possui um ponto de fixação em cada extremidade para se conectar a uma rede de cabos elásticos, que também são feitos com a impressora 3D.

Desdobramento sequencial

Um elemento chave para construir objetos impressos tridimensionalmente capazes de se transformar em estruturas de tensegridade está em controlar a taxa e a sequência de expansão de cada elemento. Os polímeros com memória de forma permitem ajustar a rapidez com que cada suporte se expande por meio do ajuste da temperatura em que ocorrerá a expansão. Isso permite que as estruturas sejam projetadas com barras que se expandem sequencialmente.

O que inicialmente parece ser um emaranhado se transforma no objeto final por um processo sequencial de automontagem dependente da temperatura. [Imagem: Ke Liu et al. - 10.1038/s41598-017-03412-6]

"Para estruturas maiores e mais complicadas, se você não controlar a sequência em que esses bastões se expandem, ele se enrolam e você tem uma bagunça," disse Gláucio. "Controlando a temperatura na qual cada viga se expande podemos ter um desdobramento em fase e evitar esse emaranhamento".

Uma das ideias é construir antenas que fiquem comprimidas para serem acomodadas no foguete, e depois se abram em sua dimensão total já no espaço usando apenas o calor do Sol. Outra possibilidade está em encontrar materiais biocompatíveis que possam ser usados para fabricar equipamentos médicos, incluindo stents que se abram para desentupir veias.

Bibliografia:

Programmable Deployment of Tensegrity Structures by Stimulus-Responsive Polymers
Ke Liu, Jiangtao Wu, Glaucio H. Paulino, H. Jerry Qi
Nature Scientific Reports
Vol.: 7, Article number: 3511
DOI: 10.1038/s41598-017-03412-6

Carros sem motoristas não precisarão parar em semáforos e rotatórias Redação do Site Inovação Tecnológica

Carros sem motoristas não precisarão parar em semáforos e rotatórias

Redação do Site Inovação Tecnológica -  03/07/2017

Já existem várias cidades-laboratório para testar o trânsito com carros sem motorista.[Imagem: Universidade de Michigan]

Trânsito de videogame

Se você espera que andar a bordo de um carro autônomo o livre da tensão do trânsito das grandes cidades, então talvez seja melhor começar a treinar alguma técnica de relaxamento porque algumas situações prometem grandes emoções.

Isto porque esses carros poderão negociar sua passagem por cruzamentos e interseções de forma tão eficiente que não será mais necessário usar semáforos ou paradas preferenciais: os carros sem motorista vão dosar a velocidade e passar zunindo uns pelos outros, sem precisar parar.

Poderá ser tenso, mas isso deverá diminuir significativamente o tempo das viagens e os congestionamentos nas grandes cidades.

É o que garantem Bo Yang e Christopher Monterola, do Instituto A*STAR de Computação de Alto Desempenho, em Cingapura.

Bolha virtual de segurança

De acordo com a simulação computadorizada realizada pela dupla, cada carro atravessará as interseções em sua própria "bolha virtual de espaço seguro", modulando sua velocidade por meio de um controle adaptativo de velocidade de cruzeiro, resultando em um fluxo de tráfego suave em cada direção.

"Na maioria dos casos, a desaceleração preventiva reduziu a velocidade do veículo apenas ligeiramente, resultando na passagem segura de cada veículo através da interseção sem chegar a uma parada completa em qualquer ponto," diz Yang, destacando que o algoritmo funcionou de forma eficaz mesmo em interseções complexas.

O coração do algoritmo é um conceito batizado de "força repulsiva adaptativa". Quanto mais próxima se torna a trajetória de dois carros em uma interseção, mais forte se torna sua repulsão e maior o ajuste de velocidade que ambos precisam fazer para passar um pelo outro em segurança.

"Uma das nossas descobertas mais interessantes é que as regras que regem a repulsão necessária entre os veículos são bastante simples," disse o pesquisador, ressaltando que isso significa que o sistema que não requer muito poder computacional no semáforo ou no próprio veículo.

• Carros autônomos precisarão de carteira de motorista?

Adoção paulatina

Outra vantagem é que o sistema pode ser implantado paulatinamente. Como a computação é simples, os resultados mostraram que os carros não precisam ser totalmente autodirigidos para adotar a tecnologia, bastando contar com um sistema de aceleração e frenagem autônomas, algo que já existe em vários carros equipados com controle de cruzeiro inteligente.

Em uma fase de transição, os semáforos ainda seriam necessários para os carros mais antigos guiados por seres humanos. À medida que os carros autônomos se tornarem mais prevalentes, as luzes de sinalização poderiam ser desligadas por mais e mais tempo, até que não sejam mais necessárias.

• Redes neurais "humanizam" visão de carros sem motorista

Bibliografia:

Efficient intersection control for minimally guided vehicles: A self-organised and decentralised approach.
Bo Yang, Christopher Monterola
Transportation Research Part C
Vol.: 72, 283-305
DOI: 10.1016/j.trc.2016.10.004

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Robô faxineiro para painéis solares Redação do Site Inovação Tecnológica -

Robótica

Robô faxineiro para painéis solares

Redação do Site Inovação Tecnológica -  26/06/2017

Protótipo do robô limpador de painéis solares.[Imagem: ProDSP Technology/Divulgação]

Entendendo a sujeira

As células solares de última geração são bastante eficientes - mas garantir essa eficiência exige que os painéis onde elas estão sejam mantidos limpos.

Esta é a proposta de um robô criado por engenheiros da Noruega e da Hungria.

Embora um robô para limpar vidros possa parecer algo trivial, Martin Bellmann e Birgit Ryningen, do Instituto Sintef, afirmam que "há poeiras e poeiras" - ou seja, a poeira de cada região é diferente, gruda de forma diferente e, portanto, exige técnicas de limpeza distintas. Além disso, há cocôs de passarinhos, insetos etc.

"O grau em que as partículas de poeira e a contaminação afetam as células solares é muito dependente da localização," disse Ryningen. "Vimos que algumas partículas de poeira absorvem a luz, enquanto outras a refletem. E as partículas pequenas refletem mais luz do que as maiores, enquanto algumas escalas de contaminação são biológicas e atuam como uma espécie de 'fator solar'. E algumas escalas de sujeira são mais espessas do que outras."

Limpeza cuidadosa

Uma das coisas que a equipe aprendeu rápido - ainda fazendo testes em vidros no laboratório - é que o robô não pode sair esfregando de qualquer jeito, tentando tirar a sujeira na marra.

"É vital que o robô não risque a sensível superfície de vidro. Mesmo pequenos arranhões podem reduzir a eficiência das células solares," disse Ryningen, acrescentando que "em teoria, isso também deve funcionar na limpeza de janelas, o que abrirá um mercado mais amplo para nós."

O protótipo ainda está passando por uma série de testes. Embora a estrutura básica de movimentação ao longo dos painéis solares e o controle automático de limpeza já estejam prontos, a equipe continua avaliando uma série de materiais de limpeza, produtos químicos e níveis de pressão aplicados na esfregação.

"É de vital importância não descartar poluentes químicos no meio ambiente. Então, rejeitamos o uso de agentes de limpeza tradicionais e acabamos usando micro-gotas de água incrivelmente pequenas que são pulverizadas no vidro, quase como um vapor. Então o robô usa uma micro esponja de limpeza que remove efetivamente as partículas contaminantes," disse a pesquisadora.

Ainda não há previsão de colocação do robô no mercado.

Tinta de madeira para impressoras 3D Redação do Site Inovação Tecnológica -

Tinta de madeira para impressoras 3D

Redação do Site Inovação Tecnológica -  26/06/2017

Maxilares impressos com a tinta de celulose - o processo deverá ter ampla aplicação biomédica, devido à biocompatibilidade da celulose.[Imagem: EMPA]

Nanocelulose

Pesquisadores dos Laboratórios Empa, na Suíça, desenvolveram uma tinta para impressoras 3D feita de nanocristais de celulose.

Esta tecnologia poderá ser usada para fabricar microestruturas para implantes e outras aplicações biomédicas, uma vez que a celulose é biologicamente compatível e tem excelentes propriedades mecânicas.

A tinta, com a consistência e o tempo de secagem adequadas à impressão 3D, consiste primariamente em nanocristais de celulose, ou nanocelulose.

A celulose, juntamente com a lignina e a hemicelulose, é um dos principais constituintes da madeira. Este biopolímero consiste em cadeias de glicose organizadas em estruturas fibrosas longas. Em alguns pontos, as fibrilas de celulose exibem uma estrutura mais ordenada.

"Os lugares com maior grau de ordem aparecem de forma mais cristalina. E são essas seções, que nós podemos purificar com ácido, que usamos para nossa pesquisa," explicou o brasileiro Gilberto Siqueira, responsável pelo desenvolvimento.

Tinta de celulose para impressora 3D

O produto final são nanocristais de celulose, pequenas estruturas semelhantes a bastões, com 120 nanômetros de comprimento e um diâmetro de 6,5 nanômetros. São esses nanocristais que os pesquisadores usaram para criar a tinta de impressão 3D ecológica e biocompatível.

Nanocristais de celulose semelhantes de aproximadamente 120 nanômetros de comprimento e 6,5 nanômetros de diâmetro, vistos ao microscópio. [Imagem: EMPA]

Tentativas anteriores de fabricar tintas de celulose para impressão 3D resultaram em um material com uma proporção bastante pequena desses materiais "biológicos", com um máximo de 2,5% de nanocelulose. Gilberto afirma que suas primeiras tintas já contêm 20% de nanocelulose.

"O maior desafio foi obter uma consistência elástica viscosa que também pudesse ser espremida através dos bicos da impressora 3D," contou ele - a tinta deve ser espessa o suficiente para que o material impresso permaneça "em forma" antes de secar ou endurecer.

As primeiras tintas de celulose foram feitas à base de água. Funcionou em princípio, mas os objetos 3D resultantes ficavam muito frágeis. Gilberto e seus colegas então desenvolveram uma segunda receita baseada em um polímero, o que teve uma vantagem decisiva: após a impressão e cura com radiação UV, os nanocristais de celulose se "reticularam", formando ligações cruzadas com o polímero, o que deu ao material compósito um grau significativamente maior de rigidez mecânica.

Bibliografia:

Cellulose Nanocrystal Inks for 3D Printing of Textured Cellular Architectures
G. Siqueira, D. Kokkinis, R. Libanori, M. K. Hausmann, A. S. Gladman, A. Neels, P. Tingaut, T. Zimmermann, J. A. Lewis, A. R. Studart
Advanced Functional Materials
DOI: 10.1002/adfm.201604619

Rubi molecular mede temperatura em qualquer lugar Redação do Site Inovação Tecnológica -

Rubi molecular mede temperatura em qualquer lugar

Redação do Site Inovação Tecnológica -  26/06/2017

Aqui o rubi molecular aparece em suas formas sólida (vermelho) e dissolvida (amarelo) - ele pode ser usado para medições de temperatura sem contato. [Imagem: Sven Otto/JGU]

Rubi molecular

Um rubi inspirou químicos alemães a criarem um termômetro molecular, capaz de medir a temperatura em pontos específicos de sólidos, líquidos, nanopartículas e até de aglomerados de moléculas, as chamadas micelas.

Tal como um rubi, a nanoestrutura contém o elemento cromo que lhe dá a cor vermelha, e é por isso que ela foi também apelidada de "rubi molecular". Mas, ao contrário da gema rubi, não se trata de um cristal sólido, mas de uma molécula solúvel em água.

É justamente graças a essa solubilidade que o rubi molecular pode ser usado para medir a temperatura em muitos ambientes diferentes, o que lhe dá aplicações potenciais nos campos das ciências dos materiais, biologia e medicina.

Termômetro óptico

Medir a temperatura com o rubi molecular é bastante simples. O ponto onde se deseja medir é irradiado com luz azul, que é absorvida pelo rubi molecular, que por sua vez re-emite radiação infravermelha em dois comprimentos de onda diferentes.

Dependendo da temperatura, há uma emissão mais intensa de infravermelhos em um dos dois comprimentos de onda. A temperatura é então determinada com base na relação correspondente de intensidade entre os dois comprimentos de onda.

"Qualquer um com um espectrômetro de emissão simples pode realizar este tipo de medição. O rubi molecular funciona tão bem a 100 graus Celsius quanto a menos 63 graus Celsius, o que está em uma faixa relevante para a prática diária," explicou Sven Otto, da Universidade Johannes Gutenberg em Mainz.

Medição proporcional

O princípio da medição de temperatura ratiométrica - proporcional - óptica não é novo. No entanto, até agora era impossível realizar medições usando apenas um único tipo de agente fotoativo, sendo necessário utilizar dois corantes, um que produz uma emissão dependente da temperatura e outro corante de referência, com emissão independente da temperatura. Isso torna a síntese dos materiais e sua calibração muito mais difíceis.

"Nosso rubi molecular, por outro lado, é simplesmente feito de matérias-primas baratas e não são necessárias substâncias de referência adicionais para medir a temperatura. Ele pode ser usado sempre que se queira medir a temperatura sem ter que ter contato direto com o objeto, como com um termômetro convencional," disse a professora Katja Heinze.

Bibliografia:

Thermo-Chromium: A Contactless Optical Molecular Thermometer
Sven Otto, Norma Scholz, Thomas Behnke, Ute Resch-Genger, Katja Heinze
Chemistry
DOI: 10.1002/chem.201701726

HELLBLOG: Abuso de Animais Cometido Pelo Exercito Brasileiro...

HELLBLOG: Abuso de Animais Cometido Pelo Exercito Brasileiro...: Imagens são extremamente violentas e mostram um soldado, coagido por superiores, matando um coelho à paulada para comer os seus olhos...

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Brasileiros criam aparelho para rastrear nanopartículas magnéticas no corpo Com informações da Agência Fapesp -

Brasileiros criam aparelho para rastrear nanopartículas magnéticas no corpo

Com informações da Agência Fapesp -  21/06/2017

A técnica utiliza três equipamentos: O sensor, em preto, o sistema multicanais, no suporte, e os amplificadores, à esquerda.[Imagem: Caio C. Quini/Unesp]

Medicamento magnético

Pesquisadores brasileiros desenvolveram um equipamento de baixo custo capaz de monitorar em tempo real a acumulação de nanopartículas magnéticas em órgãos do corpo humano.

As nanopartículas vêm sendo testadas em modelos animais tanto para o diagnóstico quanto para o tratamento de diversas doenças, entre elas o câncer.

Entre as possibilidades futuras está o uso do nanomaterial magnético como transportador de medicamentos, podendo ir diretamente ao ponto do tratamento, ou como agente de contraste em exames de ressonância magnética nuclear. Também é possível empregar o nanomaterial na avaliação da motilidade gastrointestinal e da função hepática e renal.

"Nosso trabalho pode auxiliar estudos em todas essas áreas, oferecendo uma ferramenta de baixo custo para detectar nanopartículas magnéticas in vivo. Seria para uso em modelos animais e, no futuro, também em humanos," disse Caio César Quini, pesquisador da UNESP (Universidade Estadual Paulista) de Botucatu (SP).

Monitoramento de nanopartículas magnéticas

A técnica foi batizada de Biossusceptometria de Corrente Alternada (BAC).

"[A] BAC funciona como um transformador de fluxo magnético. O equipamento é composto por duas bobinas de cobre e um sensor. A bobina de detecção [externa] gera um campo magnético que induz uma corrente na bobina de referência [interna]. Quando um material magnético se aproxima do sensor, ele muda a indução de uma bobina para outra e isso gera um sinal. A alteração de sinal varia de acordo com o tipo, a quantidade e a distância do material magnético e pode ser monitorada por um computador acoplado ao equipamento", explicou Quini.

O equipamento foi testado para o monitoramento de nanopartículas magnéticas no fígado de animais de laboratório, com o aparelho sendo posicionado diretamente acima da barriga dos animais. Foram usadas nanopartículas de óxido de ferro-manganês revestidas com citrato, que foram injetadas por via venosa.

"Observamos que o sinal do sistema BAC aumenta à medida que a concentração das nanopartículas se eleva no fígado. Depois de um tempo, começa a decair em decorrência da atividade dos macrófagos, células de defesa responsáveis por captar e degradar a substância estranha ao organismo. Com base nesses dados e em referências da literatura científica, criamos um modelo farmacocinético para descrever o acúmulo das nanopartículas no fígado ao longo do tempo," contou Quini.

Baixo custo

Os dados obtidos pelo sistema BAC foram comparados com os de outro equipamento conhecido como ressonância paramagnética eletrônica (EPR), capaz de quantificar o elemento ferro no organismo, não sendo observada discrepância significativa nos parâmetros obtidos pelas duas técnicas, o que sugere que o sistema BAC apresenta boa sensibilidade para monitorar as nanopartículas in vivo.

"Esses aparelhos custam na ordem dos milhões de reais, enquanto um equipamento de BAC pode ser construído com pouco mais de R$ 5 mil. Além de bem mais barato, é portátil e não requer o uso de radiação ionizante. A desvantagem do BAC é que, ao contrário dos métodos-padrão, ele não oferece imagens. Ao menos por enquanto," disse Quini.

Bibliografia:

Real-time liver uptake and biodistribution of magnetic nanoparticles determined by AC biosusceptometry
Caio C. Quini, André G. Próspero, Marcos F. F. Calabresi, Gustavo M. Moretto, Nicholas Zufelato, Sunil Krishnan, Diana R. Pina, Ricardo B. Oliveira, Oswaldo Baffa, Andris F. Bakuzis, José R. A. Miranda
Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine
Vol.: 13, Issue 4, May 2017, Pages 1519-1529
DOI: 10.1016/j.nano.2017.02.005

OLEDs: Além de eficientes, agora poderão ser baratos Redação do Site Inovação Tecnológica

OLEDs: Além de eficientes, agora poderão ser baratos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  22/06/2017

Com o novo processo, os OLEDs poderão ser fabricados até por impressão a jato de tinta. [Imagem: Zachariah A. Page et al. - 10.1021/acscentsci.7b00165]

LEDs orgânicos

Os OLEDs - LEDs orgânicos, ou à base de carbono - tornaram-se rapidamente os preferidos da indústria graças à sua eficiência e baixo consumo.

Sua adoção em mais larga escala, contudo, vem sendo retardada pelos altos custos de fabricação necessários para alinhar adequadamente as emissões em vermelho, verde e azul.

Zachariah Page e Craig Hawker, da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, em conjunto com engenheiros da Dow Chemical, acharam agora uma solução para essas dificuldades.

A equipe desenvolveu uma técnica de fabricação de OLEDs que funciona praticamente toda em meio líquido. Os processos baseados em soluções - que usam compostos em dissolução em solventes ou água - são os preferidos da indústria química porque eles são mais baratos e mais adequados para a fabricação em larga escala.

Fotocatalisador

Tudo começa com um substrato de óxido de índio e estanho, no qual são marcados locais específicos para a síntese dos polímeros que darão origem aos OLEDs - lembre-se que a eletrônica orgânica também é conhecida como "eletrônica de plástico".

Essa marcação é feita por luz, graças à utilização de fotocatalisadores de irídio, que cumprem dois papéis: primeiro, como catalisadores para a síntese dos polímeros emissores de luz e, em seguida, como um dopante necessário para as próprias matrizes de OLED.

A equipe demonstrou a viabilidade técnica do processo fabricando matrizes de OLEDs multifacetados totalmente funcionais. Eles afirmam que seu método poderá permitir a fabricação de OLEDs de alto rendimento usando várias tecnologias, incluindo a impressão a jato de tinta.

Bibliografia:

Novel Strategy for Photopatterning Emissive Polymer Brushes for Organic Light Emitting Diode Applications
Zachariah A. Page, Benjaporn Narupai, Christian W. Pester, Raghida Bou Zerdan, Anatoliy Sokolov, David S. Laitar, Sukrit Mukhopadhyay, Scott Sprague, Alaina J. McGrath, John W. Kramer, Peter Trefonas, Craig J. Hawker
ACS Central Science
DOI: 10.1021/acscentsci.7b00165

Ímãs 2D trazem novas esperanças tecnológicas Redação do Site Inovação Tecnológica -

Ímãs 2D trazem novas esperanças tecnológicas

Redação do Site Inovação Tecnológica -  23/06/2017

Vista de cima da camada atômica de tri-iodeto de cromo. Os átomos de cromo estão em cinza, e os de iodo em roxo.[Imagem: Efren Navarro-Moratalla]

Ímã 2D

Embora o grafeno seja seu representante mais famoso, a classe dos materiais bidimensionais (2D), formados por camadas atômicas individuais, já conta com uma multiplicidade de outros "enos".

A classe já conta com membros metálicos, semicondutores, isolantes e até supercondutores. Mas, até recentemente, faltava uma das propriedades mais afeitas à tecnologia atual: o magnetismo.

Bevin Huang e seus colegas da Universidade de Washington e do MIT descobriram agora o magnetismo sustentado em uma camada atômica de cromo e iodo (CrI₃) - o material é um ferroelétrico, o que significa que os spins dos seus elétrons se alinham na mesma direção mesmo sem um campo magnético externo.

O magnetismo em uma camada atômica traz novas expectativas para a miniaturização dos chips e para a descoberta de novos fenômenos físicos.

Monocamadas e heteroestruturas

Curiosamente, basta empilhar duas camadas atômicas de CrI₃ para que o magnetismo desapareça. Isto indica que os spins dos elétrons ficam alinhados de forma oposta uns ao outros, um fenômeno conhecido como antiferromagnetismo - a equipe terá que fazer mais estudos para tentar entender porque isso acontece, mas o interessante mesmo é quando se analisa as camadas individuais.

"As camadas 2D individuais oferecem oportunidades interessantes para estudar o drástico e preciso controle elétrico das propriedades magnéticas, o que tem sido um desafio para realizar usando seus cristais sólidos 3-D. Mas uma oportunidade ainda maior pode surgir quando você empilha monocamadas com diferentes propriedades físicas. Aí, você pode obter fenômenos ainda mais exóticos, não vistos na monocamada sozinha ou no cristal em bruto 3-D," disse o professor Xiaodong Xu, cuja equipe também foi responsável por identificar o semicondutor mais fino possível, em 2014.

Esses fenômenos ainda mais "exóticos" geralmente surgem nas interfaces entre os materiais - é nessas interfaces que estão praticamente todos os segredos da eletrônica moderna. Quando os materiais isoladamente têm propriedades distintas, seu conjunto é conhecido como heteroestrutura.

Vista lateral do material 2D magnético com a indicação (setas) do alinhamento dos spins. [Imagem: Efren Navarro-Moratalla]

"As heteroestruturas apresentam o maior potencial de viabilizar novas aplicações em computação, armazenamento de dados, comunicações e outras aplicações que ainda nem conseguimos vislumbrar," disse Xu.

Segundo?

Embora a equipe afirme que capturou "o primeiro sinal definitivo de ferromagnetismo intrínseco em uma monocamada isolada", há poucas semanas uma equipe dos Laboratórios Berkeley havia publicado uma pesquisa documentando o magnetismo em escala atômica, em um material diferente, o telureto de cromo-germânio (CGT, ou Cr₂Ge₂Te₆).

Bibliografia:

Layer-dependent ferromagnetism in a van der Waals crystal down to the monolayer limit
Bevin Huang, Genevieve Clark, Efrén Navarro-Moratalla, Dahlia R. Klein, Ran Cheng, Kyle L. Seyler, Ding Zhong, Emma Schmidgall, Michael A. McGuire, David H. Cobden, Wang Yao, Di Xiao, Pablo Jarillo-Herrero, Xiaodong Xu
Nature
Vol.: 546 (7657): 270
DOI: 10.1038/nature22391

Lâmpada derivada de mineral natural brilha como o Sol Redação do Site Inovação Tecnológica -

Lâmpada derivada de mineral natural brilha como o Sol

Redação do Site Inovação Tecnológica -  21/06/2017

A hackmanita sintética tem um espectro de emissão similar ao da luz do Sol. [Imagem: University of Turku]

Hackmanita

Químicos sintetizaram um material, baseado em um mineral natural chamado hackmanita, que não apenas produz luz branca de largo espectro - luz de melhor qualidade do que a emitida pelas lâmpadas e LEDs atuais -, como também pode continuar brilhando depois que a energia for desligada.

Quem está por trás desse avanço é o brasileiro José Carvalho, atualmente desenvolvendo pesquisas na Finlândia por meio de um convênio entre a Universidade de Turku, a USP e o CNPq.

A hackmanita natural é uma variedade da pedra semipreciosa sodalita, um silicato de sódio e alumínio com cloro (Na₄Al₃(SiO₄)₃Cl). Ela possui uma característica conhecida como tenebrescência, ou fotocromismo reversível, a capacidade de mudar de cor quando exposta ao Sol, retornando à cor original quando volta para o escuro.

Já a hackmanita sintética produzida por Carvalho e seus colegas é um material de baixo custo, contendo apenas materiais abundantes e não-tóxicos, que emite uma luminescência mais próxima da luz solar do que a dos lantanídeos atualmente utilizados em lâmpadas.

"O menor custo do material também é uma grande vantagem em aplicações para diagnósticos [médicos], já que os lantanídeos atualmente utilizados são caros. Por causa de sua luminescência persistente, a hackmanita não exige espectrômetros temporizados caros para medir a luminescência," disse o professor Mika Lastusaari, coordenador do trabalho.

Lâmpada de brilho persistente

O grande sonho de todas as lâmpadas é imitar a luz solar. Atualmente, tanto as lâmpadas fluorescentes quanto os LEDs produzem luz branca com materiais luminescentes à base de lantanídeos, um grupo de elementos químicos do grupo 6 da tabela periódica.

Contudo, o uso de lantanídeos é problemático. Por um lado, eles são caros e seu preço pode variar muito; por outro lado, eles não produzem o mesmo amplo espectro da luz do Sol. Por isso a luz branca é produzida com lantanídeos misturando três cores primárias de espectro estreito, ou seja, vermelho, verde e azul.

"A hackmanita que desenvolvemos pode ser usada em lâmpadas comuns, como um fósforo de componente único para produzir luz branca natural. Como bônus, as lâmpadas de hackmanita continuam a brilhar mesmo depois de uma falha de energia, sendo assim adequadas para sinais de saída e emergência," disse Lastusaari.

Para um produto comercial, será necessário ser criativo com esse efeito de "brilho retardado" - uma lâmpada que se apague suavemente teria um apelo mercadológico, mas outra que fique teimosamente brilhando muito tempo depois que você desligou o interruptor provavelmente não faria muito sucesso.

Bibliografia:

Lanthanide and Heavy Metal Free Long White Persistent Luminescence from Ti Doped Li–Hackmanite: A Versatile, Low-Cost Material
Isabella Norrbo, José M. Carvalho, Pekka Laukkanen, Jaakko Mäkelä, Fikret Mamedov, Markus Peurla, Hanna Helminen, Sari Pihlasalo, Harri Härmä, Jari Sinkkonen, Mika Lastusaari
Advanced Functional Materials
Vol.: 27, Issue 17
DOI: 10.1002/adfm.201606547
10.1002/adfm.201606547

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Descoberto componente fundamental para telas controladas sem toque Com informações do Instituto Norte-Americano de Física

Descoberto componente fundamental para telas controladas sem toque

Com informações do Instituto Norte-Americano de Física -  14/06/2017

O fotocapacitor deverá viabilizar as interfaces gestuais sem contato. [Imagem: CC0 Public Domain/Pixabay]

Telas controladas por luz

Em Minority Report, o personagem de Tom Cruise usa luvas que lhe dão o poder de manipulação virtual. A luz parece permitir que ele controle a tela como se fosse uma tela sensível ao toque, só que ele não toca em nada, movimentando as mãos no ar.

Essa tecnologia ainda fica melhor posicionada no lado da ficção científica, mas talvez não mais tão distante da realidade.

Pesquisadores japoneses descobriram um fenômeno chamado efeito fotodielétrico, que poderá permitir fabricar "telas de toque sem toque" - telas controladas a laser, com movimento em pleno ar.

Capacitor controlado por luz

Uma série de componentes avançados para circuitos lógicos vêm sendo desenvolvidos nos últimos anos. Em vez da eletricidade que controla seus equivalentes eletrônicos tradicionais, esses componentes básicos são controlados com luz - são os fotorresistores, fotodiodos e fototransistores.

No entanto, ainda não existe um fotocapacitor.

"Um fotocapacitor fornece uma nova maneira de operar circuitos eletrônicos com luz. Ele impulsionará a evolução da eletrônica para a próxima geração da fotoeletrônica," disse o professor Hiroki Taniguchi, da Universidade de Nagoya.

Os capacitores são componentes básicos para todos os tipos de eletrônicos, funcionando de forma semelhante a depósitos para elétrons. Eles podem, por exemplo, armazenar energia ou filtrar frequências indesejadas. Em sua versão mais simples, um capacitor consiste em duas placas condutoras paralelas separadas por um material eletricamente isolante, chamado dielétrico, como o ar ou vidro. Aplicando uma tensão nas placas faz com que as cargas opostas se acumulem em ambas as placas.

As propriedades do dielétrico desempenham um papel determinante no perfil do campo elétrico entre as placas e, por sua vez, quanta energia o capacitor consegue armazenar.

O pulo do gato de um fotocapacitor consiste na possibilidade de usar a luz para controlar uma propriedade do dielétrico chamado permissividade, uma medida que indica quanta carga elétrica é armazenada em um material para um dado campo elétrico, sendo um indicador da eficácia do material dielétrico.

Outras equipes já haviam obtido um tipo de efeito fotodielétrico usando uma variedade de materiais, mas sempre dependendo da fotocondutância, na qual a luz controla a condutividade elétrica dos materiais. O aumento da condutância resulta em uma maior permissividade dielétrica.

Mas este tipo de efeito fotodielétrico extrínseco, ou indireto, não é adequado para aplicações práticas porque um capacitor deve ser um bom isolante, impedindo a corrente elétrica de fluir, explica Taniguchi. Mas, sob o efeito fotodielétrico extrínseco, as propriedades isolantes de um capacitor se deterioram. Além disso, esse capacitor só funcionaria com corrente alternada de baixa frequência, enquanto os circuitos eletrônicos funcionam com corrente contínua.

A equipe quer agora aumentar o efeito fotocapacitivo visto em sua cerâmica. [Imagem: Takayuki Nagai et al. - 10.1063/1.4979644]

Efeito fotodielétrico

Agora, Taniguchi e seus colegas identificaram um efeito fotodielétrico intrínseco em uma cerâmica. "Nós demonstramos a existência do efeito fotodielétrico experimentalmente," disse ele.

Ainda não está claro como o efeito fotodielétrico intrínseco funciona, mas Taniguchi suspeita de defeitos na estrutura cristalina da cerâmica onde ele foi identificado, cuja fórmula química é LaAl_0,99Zn_0,01O_3-δ - vale lembrar que toda a eletrônica funciona com base em "defeitos" intencionalmente inseridos nos semicondutores, os chamados materiais dopantes.

Assim, mais pesquisas serão necessárias antes de vermos telas controladas por luz fora das telonas, mas esta descoberta é um passo significativo nesse rumo.

Pesquisas adicionais procurarão aumentar a intensidade do efeito e minimizar qualquer dissipação de energia. Entendendo o funcionamento do fotodielétrico intrínseco também será possível identificá-lo em outros materiais que possam se mostrar mais adequados para aplicações práticas.

Bibliografia:

Optical control of dielectric permittivity in LaAl0.99Zn0.01O3-
Takayuki Nagai, Hidefumi Takahashi, Ryuji Okazaki, Kenji Tanabe, Ichiro Terasaki, Hiroki Taniguchi
Applied Physics Letters
Vol.: 110, Issue 17
DOI: 10.1063/1.4979644

Quasicamadas eletromagnéticas abrem caminho para hardware reconfigurável Redação do Site Inovação Tecnológica

Quasicamadas eletromagnéticas abrem caminho para hardware reconfigurável

Redação do Site Inovação Tecnológica -  16/06/2017

As paredes de domínio surgem nas interfaces entre os domínios no interior de substâncias cristalinas específicas. [Imagem: Queen s University Belfast]

Paredes de domínio

Se folhas planares atomicamente finas - como o grafeno e a molibdenita - já prometem misérias para a tecnologia do futuro próximo, imagine uma película cujas propriedades possam ser ligadas, desligadas e até movidas ao longo do material.

Pois é justamente isso que Raymond McQuaid e seus colegas da Universidade Queen's de Belfaste, no Reino Unido, acabam de apresentar.

McQuaid descobriu uma nova maneira de criar "folhas" eletricamente condutoras extremamente finas, que existem apenas no interior de cristais. Elas são chamadas "paredes de domínio", uma região de transição entre domínios magnéticos adjacentes - domínios magnéticos são regiões do cristal com diferentes orientações magnéticas.

Ou seja, apesar de a equipe chamar as estruturas de "folhas", não se trata exatamente de um filme fino ou de uma camada atômica concreta, mas de camadas no interior de um material cristalino, que pode ele próprio ser um filme fino - seriam camadas virtuais ou "quasicamadas" atômicas.

Circuitos eletrônicos reconfiguráveis

As folhas são quase tão finas quanto o grafeno, abrangendo apenas algumas camadas atômicas. No entanto, elas podem fazer algo que o grafeno não pode - eles podem aparecer, desaparecer ou se mover dentro do cristal, sem alterar permanentemente o próprio cristal.

Isso abre possibilidades sem precedentes para criar circuitos eletrônicos reconfiguráveis, que podem se rearranjar continuamente para executar tarefas diferentes de forma otimizada, em lugar dos processadores eletrônicos atuais com suas estruturas fixas.

"Nossa pesquisa sugere a possibilidade de gravar 'rascunhos' de conexões elétricas em nanoescala, nas quais os padrões de fios eletricamente condutores podem ser desenhados e, em seguida, apagados novamente sempre que necessário. Desta forma, circuitos eletrônicos completos podem ser criados e, em seguida, reconfigurados dinamicamente quando necessário para desempenhar um papel diferente, derrubando o paradigma de que os circuitos eletrônicos precisam ser componentes de hardware fixos, tipicamente projetados com um propósito dedicado em mente," disse o professor Marty Gregg, coordenador da equipe.

As estruturas virtuais são criadas mecanicamente, usando uma espécie de "acupuntura". [Imagem: Queen s University Belfast]

Acupuntura magnética

Para trazer esses circuitos eletrônicos reconfiguráveis do reino das possibilidades para a realidade, as folhas 2D precisam ser criadas na forma de longas paredes retas, de forma que possam efetivamente conduzir eletricidade e imitar o comportamento de fios metálicos reais. Também será essencial poder escolher exatamente onde e quando as paredes de domínio surgem, como reposicioná-las e como excluí-las.

A equipe já avançou alguns passos nesses desafios. Eles demonstraram que paredes de domínio longas podem ser criadas exercendo uma pressão sobre o cristal precisamente no ponto onde as folhas são necessárias, usando uma espécie de "acupuntura", com uma agulha bem afiada. As folhas virtuais podem então ser movidas dentro do cristal usando campos elétricos aplicados para posicioná-las.

"Tomados em conjunto, esses dois resultados são um sinal promissor para o uso potencial das paredes condutoras em nanoeletrônicos reconfiguráveis. Nós mostramos que essas paredes podem ser movidas usando campos elétricos, sugerindo compatibilidade com os dispositivos convencionais operados eletricamente," completou McQuaid.

Bibliografia:

Injection and controlled motion of conducting domain walls in improper ferroelectric Cu-Cl boracite
Raymond G.P. McQuaid, Michael P. Campbell, Roger W. Whatmore, Amit Kumar, J. Marty Gregg
Nature Communications
Vol.: 8, Article number: 15105
DOI: 10.1038/ncomms15105

Broca ultrassônica destrói coágulos da trombose Redação do Site Inovação Tecnológica -

Broca ultrassônica destrói coágulos da trombose

Redação do Site Inovação Tecnológica -  19/06/2017

O equipamento médico deverá funcionar como um catéter, destruindo os coágulos que entopem as veias. [Imagem: Jinwook Kim et al. - 10.1038/s41598-017-03492-4]

Broca de som

Usando uma nova técnica para direcionar ondas de ultra-som com precisão, uma equipe norte-americana conseguiu criar uma autêntica "broca ultrassônica".

Em vez de uma ponta metálica rotativa, a broca é formada por ondas acústicas em rápida vibração.

A ferramenta é a primeira técnica de ultra-som que emite feixes diretamente em frente, o que a torna uma ferramenta cirúrgica inédita, capaz de usar ultra-som intravascular de baixa frequência para quebrar coágulos sanguíneos que podem causar trombose.

Sendo mais eficaz e permitindo alvejar diretamente os coágulos, a técnica deverá viabilizar a criação de instrumentos médicos que reduzam significativamente o tempo de tratamento e gerem melhores resultados para os pacientes.

Hoje já são usados tratamentos de ultra-som contra a trombose, mas são feixes "abertos", que atingem os coágulos lateralmente, sem a eficácia desejável. Outras técnicas mais invasivas, como microbrocas de diamante, não conseguem quebrar os coágulos em pedaços pequenos o suficiente para que eles sejam totalmente levadas pela corrente sanguínea.

"Nossa nova ferramenta de ultra-som é voltada para frente, como uma broca, e ainda quebra os coágulos em partículas muito finas," disse Xiaoning Jiang, da Universidade Estadual da Carolina do Norte. "Nossa abordagem melhora a precisão sem depender de altas doses de diluentes do sangue, o que, esperamos, reduza amplamente os riscos."

Além de ser direcional, o feixe de ultra-som pode ser ajustado conforme a necessidade. [Imagem: Jinwook Kim et al. - 10.1038/s41598-017-03492-4]

Dissolução de coágulos

Outra novidade é que ferramenta também incorpora um tubo de injeção que permite injetar microbolhas no local do coágulo em situações mais graves, tornando as ondas de ultra-som mais eficazes em quebrar o coágulo.

"Constatamos que podemos dissolver 90% de um coágulo em 3,5 a 4 horas sem usar nenhum diluente de sangue," disse Jinwook Kim, responsável pela construção da broca ultrassônica. "Isto deve ser comparado com as 10 horas [gastas] pela combinação de ferramentas de ultra-som convencionais e diluentes de sangue".

Os pesquisadores registraram uma patente da broca ultrassônica e agora estão procurando parceiros da indústria para ajudar a transformar o protótipo em um equipamento médico pronto para uso. Até agora, a tecnologia foi testada apenas em vasos sanguíneos sintéticos usando sangue de vaca.

Bibliografia:

Intravascular forward-looking ultrasound transducers for microbubble-mediated sonothrombolysis
Jinwook Kim, Brooks D. Lindsey, Wei-Yi Chang, Xuming Dai, Joseph M. Stavas, Paul A. Dayton, Xiaoning Jiang
Nature Scientific Reports
Vol.: 7, Article number: 3454
DOI: 10.1038/s41598-017-03492-4