Pele eletrônica mostra eletrocardiograma em movimento Redação do Site Inovação Tecnológica -

Pele eletrônica mostra eletrocardiograma em movimento

Redação do Site Inovação Tecnológica -  20/02/2018

A pele eletrônica permite a respiração normal da pele natural, podendo permanecer colada sem incomodar. [Imagem: 2018 Takao Someya Research Group]

Tela na pele

As "peles eletrônicas" para aplicações médicas, que vêm sendo desenvolvidas há alguns anos pela equipe do professor Takao Someya, da Universidade de Tóquio, começaram a sair do laboratório.

A última versão demonstrada pela equipe foi fabricada pela Dai Nippon Printing, uma das maiores empresas de impressão do Japão, que se tornou sócia do projeto para fabricar componentes eletrônicos flexíveis e biocompatíveis usando técnicas rolo a rolo, similares às usadas na impressão de jornais e revistas.

A pele eletrônica já quase industrial é uma tela elástica ultrafina que gruda perfeitamente na pele, mostrando a forma de onda em movimento de um eletrocardiograma coletado por um outro sensor também fabricado com a mesma tecnologia. Combinado com um módulo de comunicação sem fio, o sistema integrado de sensores biomédicos pode transmitir os dados biométricos para um computador ao lado, para um celular ou para a nuvem.

O objetivo a médio prazo é colocar no mercado sistemas baseados em peles eletrônicas para monitorar a saúde de idosos ou enfermos, viabilizando o acompanhamento dessas pessoas sem que elas precisem se deslocar até o consultório médico ou hospital, criando técnicas de monitoramento contínuo e não-invasivo que poderão ser usadas também para autocuidados preventivos em casa.

A tela flexível tem 1 milímetro de espessura, pode ser esticada em até 45% da sua dimensão original e pode permanecer sobre a pele por até uma semana. [Imagem: 2018 Takao Someya Research Group]

Pele eletrônica

A tela flexível e biocompatível é composta por uma matriz de 16 x 24 microLEDs, interligados por fios esticáveis, tudo montado sobre uma folha de borracha transparente.

"Nossa tela sobre a pele mostra gráficos simples com movimento. Como ela é feita com materiais finos e macios, ela pode ser deformada livremente," disse o professor Someya.

O pesquisador acrescenta que este novo modelo é mais resistente ao desgaste pelo esticamento do que as versões anteriores porque foi construído sobre uma nova estrutura que minimiza o estresse resultante do alongamento na junção entre os materiais duros - como os microLEDs - e os materiais moles - como a fiação elástica.

Os testes mostraram que a pele eletrônica pode ser usada continuamente por uma semana sem causar qualquer inflamação.

Embora a demonstração tenha usado um eletrocardiograma, a equipe afirma que o sensor flexível é capaz de medir temperatura corporal, pressão sanguínea e mieoeletricidade - a propriedade elétrica dos músculos.

O professor Someya acredita que seu trabalho se tornará um produto comercial em cerca de três anos. A partir de então, talvez se torne possível incrementar seus "poderes pessoais" adquirindo seu próprio sexto sentido magnético.

Bibliografia:

Inflammation-free, gas-permeable, lightweight, stretchable on-skin electronics with nanomeshes
Akihito Miyamoto, Sungwon Lee, Nawalage Florence Cooray, Sunghoon Lee, Mami Mori, Naoji Matsuhisa, Hanbit Jin, Leona Yoda, Tomoyuki Yokota, Akira Itoh, Masaki Sekino, Hiroshi Kawasaki, Tamotsu Ebihara, Masayuki Amagai, Takao Someya
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/nnano.2017.125

Calor produz eletricidade usando papel e lápis Redação do Site Inovação Tecnológica

Calor produz eletricidade usando papel e lápis

Redação do Site Inovação Tecnológica -  20/02/2018

É uma verdadeira revolução no campo dos materiais termoelétricos, que prometem gerar uma fonte limpa de energia a partir do calor residual. [Imagem: HZB]

Efeito Seebeck

Os materiais termoelétricos aproveitam diferenças térmicas para gerar eletricidade.

E acaba de ser descoberta uma maneira para fabricar esses materiais de forma econômica e ambientalmente correta usando alguns dos componentes mais simples que se pode imaginar: lápis e papel comuns e uma tinta condutora.

O efeito termoelétrico não tem nada de novo - ele foi descoberto há quase 200 anos por Thomas Seebeck. Se dois metais diferentes forem colocados juntos, e um deles estiver mais quente do que o outro, surge uma tensão elétrica entre eles.

Infelizmente, tão útil quanto pareça - por exemplo, para aproveitar o calor residual da indústria, dos motores de carros e até do corpo humano -, o efeito termoelétrico é extremamente pequeno nos metais comuns. Isso porque os metais não só possuem alta condutividade elétrica, como também uma alta condutividade térmica, de modo que as diferenças de temperatura desaparecem quase imediatamente. Assim, materiais termoelétricos com utilidade prática precisam ter alta condutividade elétrica, mas também baixa condutividade térmica.

Os materiais mais utilizados atualmente são semicondutores inorgânicos, como o telureto de bismuto. No entanto, esses materiais são caros e seu uso só compensa em certas situações. Materiais orgânicos flexíveis, não-tóxicos, baseados em nanoestruturas de carbono, também estão sendo investigados para uso no corpo humano.

• Descoberto novo modo de produzir eletricidade

Efeito termoelétrico com papel e lápis

Agora, Viktor Brus e seus colegas do Centro Helmholtz de Berlim, na Alemanha, surpreenderam ao mostrar que o efeito termoelétrico pode ser obtido de forma muito mais simples. Usando um lápis normal de grau HB, Viktor recobriu uma pequena área de um papel comum usado em impressoras. A seguir, ele aplicou uma pintura copolimérica transparente e condutora - o material chama-se PEDOT:PSS - sobre o papel já rabiscado.

O que surpreendeu é que os traços do lápis no papel geram uma tensão comparável a outros nanocompósitos muito mais caros usados atualmente em elementos termoelétricos flexíveis. E esta tensão pode ser aumentada em 10 vezes adicionando um pouco de seleneto de índio à grafite do lápis.

"Os resultados também foram surpreendentes para nós," confessou o professor Norbert Nickel. "Mas agora descobrimos uma explicação de por que isso funciona tão bem: o depósito de lápis deixado no papel forma uma superfície caracterizada por flocos de grafite não-ordenados, um pouco de grafeno e argila. Embora isso reduza ligeiramente a condutividade elétrica, o calor é transportado de forma muito menos eficiente."

Esses componentes tão simples poderão ser usados para imprimir geradores termoelétricos em papel que serão extremamente baratos, ambientalmente amigáveis e não-tóxicos. Esses nanogeradores também poderão ser usados em contato com a pele, usando o calor do corpo humano para alimentar sensores ou outros pequenos aparelhos, disse a equipe.

Bibliografia:

Fine Art of Thermoelectricity
Viktor V. Brus, Marc Gluba, Jörg Rappich, Felix Lang, Pavlo D. Maryanchuk, Norbert H. Nickel
ACS Applied Materials & Interfaces
Vol.: 10 (5), pp 4737-4742
DOI: 10.1021/acsami.7b17491

Atomoristor - Um novo componente para uma nova computação Redação do Site Inovação Tecnológica

Atomoristor - Um novo componente para uma nova computação

Redação do Site Inovação Tecnológica -  14/02/2018

As células de memória e os transistores sempre foram componentes separados dentro de um circuito integrado, mas os atomoristores combinam ambas as funções em um único sistema de computação mais eficiente. [Imagem: Universidade do Texas - Austin]

Eletrônica atômica

Tem sido mais difícil do que se imaginava tirar proveito das propriedades do grafeno e de outros materiais uni e bidimensionais porque é difícil demais lidar com coisas que têm apenas um átomo ou uma molécula de espessura.

Mas as esperanças continuam vivas, conforme acabam de demonstrar engenheiros da Universidade do Texas de Austin (EUA) e da Universidade de Pequim (China).

Ruijing Ge e seus colegas desenvolveram a mais fina célula de memória de alta densidade, preparando o caminho para chips de computador mais rápidos, menores e com menor consumo de energia. Além, é claro de comprovar o potencial prático das folhas atômicas bidimensionais para uso na eletrônica.

O componente é tão pequeno que a equipe o está chamando de "atomoristor", que seria um componente eletrônico, como o transístor, cujos elementos centrais são átomos individuais - até agora, só se falava em atomotrônicausando grandes aparatos a laser e nuvens de gases superfrios.

E não há no processo usado na equipe nada que impeça que os atomoristores sejam fabricados pelos processos atuais da microeletrônica, lado a lado com os componentes tradicionais.

"Por muito tempo o consenso foi que não era possível fabricar componentes de memória usando materiais com apenas uma camada atômica de espessura. Com nossos novos 'atomoristores', mostramos que é realmente possível," disse o professor Deji Akinwande. "Os atomoristores permitirão avançar a Lei de Moore ao nível do sistema, permitindo a integração 3-D de memórias em nanoescala com transistores de nanoescala no mesmo chip."

Estrutura do atomoristor, amostra do protótipo e o componente real visto por microscópio eletrônico . [Imagem: Ruijing Ge et al. - 10.1021/acs.nanolett.7b04342]

Atomoristor

O protótipo do atomoristor é um componente de cerca de 1,5 nanômetro de espessura composto por folhas atômicas metálicas (grafeno), que funcionam como eletrodos, e folhas atômicas semicondutoras (sulfeto de molibdênio), que funcionam como camada ativa.

Esse arranjo torna possível um grande adensamento de atomoristores, camada por camada, em um plano. Esta é uma vantagem substancial em relação à memória flash, que ocupa espaço muito maior. Além disso, a espessura finíssima da célula de memória permite um fluxo de corrente elétrica mais rápido e mais eficiente.

Economizar bateria do celular

A equipe também demonstrou outra aplicação interessante para a tecnologia. Nos celulares, tablets e notebooks são usados interruptores de frequência de rádio para conectar os sinais de entrada da antena a uma das muitas bandas de comunicação sem fio para que diferentes partes do aparelho se comuniquem e cooperem entre si. Esse chaveamento afeta significativamente a vida útil da bateria de um smartphone, por exemplo.

Os atomoristores são os menores chaveadores de radiofrequência já fabricados que não consomem corrente contínua - a corrente fornecida pelas baterias -, o que, em última instância, pode levar a uma vida útil mais longa das baterias dos aparelhos portáteis.

"No geral, sentimos que essa descoberta tem um valor real para comercialização, pois não irá perturbar as tecnologias existentes," disse Akinwande. "Em vez disso, ela foi projetada para complementar e integrar os chips de silício já em uso nos aparelhos da tecnologia moderna."

Agora a equipe precisará demonstrar que sua tecnologia em escala de laboratório pode ser escalonada para a escala industrial.

Bibliografia:

Atomristor: Nonvolatile Resistance Switching in Atomic Sheets of Transition Metal Dichalcogenides
Ruijing Ge, Xiaohan Wu, Myungsoo Kim, Jianping Shi, Sushant Sonde, Li Tao, Yanfeng Zhang, Jack C. Lee, Deji Akinwande
Nano Letters
Vol.: 18 (1), pp 434-441
DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b04342

Primeira transmissão quântica intercontinental via satélite Redação do Site Inovação Tecnológica

Primeira transmissão quântica intercontinental via satélite

Redação do Site Inovação Tecnológica -  23/01/2018

A transmissão, em condições reais de operação, envolveu redes terrestres de fibra óptica e o link feito pelo satélite Micius.[Imagem: USTC]

Distribuição de chaves quânticas

Pesquisadores da China e da Áustria fizeram a primeira transmissão intercontinental de vídeo via satélite com os dados protegidos por criptografia quântica.

Como qualquer forma de criptografia digital, a criptografia quântica usa uma sequência de bits (1 e 0) chamada de "chave" para codificar e decodificar as informações. A vantagem da QKD (Quantum Key Distribution, ou distribuição de chaves quânticas) é que os bits são representados como estados quânticos - por exemplo, os estados de polarização dos fótons - e as leis da mecânica quântica tornam fisicamente impossível que os qubits transmitidos sejam interceptados e lidos sem que essa espionagem seja detectada pelo remetente e pelo receptor.

A transmissão de vídeos e imagens foi feita entre a Universidade de Ciência e Tecnologia da China e a Universidade de Viena, na Áustria, usando o satélite chinês Micius, que já havia sido empregado para realizar a primeira transmissão de comunicação quântica via satélite.

Uma imagem do filósofo chinês Micius foi enviada de Pequim para Viena, e uma imagem do físico Erwin Schrodinger viajou no sentido oposto. A seguir, a equipe transmitiu uma videoconferência entre as duas universidades que durou 75 minutos, exigindo 2 gigabytes de dados.

Esta foi a primeira videoconferência transmitida via satélite com criptografia quântica. [Imagem: Academia Chinesa de Ciências]

Internet quântica

O sistema de distribuição de chaves quânticas demonstrado pelo satélite agora poderá ser combinado com redes quânticas metropolitanas, nas quais fibras ópticas são usadas para conectar vários usuários dentro de uma cidade.

"A capacidade demonstrada aqui é suficiente para os estágios iniciais de uma internet quântica, semelhante ao estado dos celulares na década de 1970," disse o professor Jian-Wei Pan, coordenador dos experimentos.

O satélite Micius é apenas o primeiro componente de um projeto internacional coordenado pela China, chamado Experimentos Quânticos em Escala Espacial, que incluirá vários satélites mais avançados, que ficarão estacionados em órbitas mais elevadas - o Micius circunda a Terra a apenas 500 km de altitude.

• Rede quântica segura demonstrada em condições urbanas reais

Bibliografia:

Satellite-Relayed Intercontinental Quantum Network
Sheng-Kai Liao et al.
Physical Review Letters
Vol.: 120, Iss. 3 - 19
DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.030501

Pele artificial magnética permitirá acariciar seus Pokemons Redação do Site Inovação Tecnológica

Pele artificial magnética permitirá acariciar seus Pokemons

Redação do Site Inovação Tecnológica -  23/01/2018

Os sensores e a pele eletrônica como um todo podem suportar flexão, dobramento e esticamento sem perder a funcionalidade.[Imagem: D. Makarov]

Tatuagem eletrônica sensorial

O sucesso do jogo Pokemon GO popularizou o conceito de realidade aumentada: a percepção gerada por computador misturando os mundos real e virtual.

Até agora, esses aplicativos têm-se restringido a métodos ópticos para a detecção de movimento.

Agora, uma equipe alemã desenvolveu um sensor magnético ultrafino, que pode ser usado sobre a pele, permitindo uma manipulação sem toque de objetos físicos e virtuais.

A pequena estrutura de fios metálicos pode entrar na categoria emergente das tatuagens eletrônicas - junto às conexões metálicas vão minúsculos sensores capazes de detectar campos magnéticos.

"Nossa pele eletrônica rastreia o movimento de uma mão, por exemplo, alterando sua posição com relação ao campo magnético externo de um ímã permanente. Isso não só significa que podemos digitalizar suas rotações e traduzi-las para o mundo virtual, mas também podemos influenciar os objetos," disse Gilbert Santiago Bermúdez, do Centro Helmholtz de Dresden, na Alemanha.

Pele eletrônica

A equipe fez diversas demonstrações da técnica, incluindo controlar uma lâmpada virtual na tela do computador sem tocar na lâmpada ou em seus controles.

Para isso, um ímã permanente colocado em uma estrutura de plástico em forma de anel emula um seletor - como o botão de um dimmer que controla a luminosidade de uma lâmpada ou um botão de volume. O ângulo entre o sensor na pele eletrônica e o seletor virtual funciona com um parâmetro de controle que modula a intensidade da lâmpada.

"Codificando os ângulos entre 0 e 180 graus, de modo que eles correspondam a um movimento típico da mão ao ajustar uma lâmpada, criamos um dimmer - e o controlamos apenas com um movimento de mão sobre o ímã permanente," descreveu o professor Denys Makarov.

A equipe acredita que essa técnica fornece uma alternativa simples e barata para interagir com o mundo físico e com o mundo virtual de uma forma que não é possível com as tecnologias atuais, que, para capturar o movimento do corpo por meios ópticos, exigem câmeras, acelerômetros e um poder de processamento significativo.

"Como nossas folhas de polímero não têm nem mesmo três micrômetros de espessura, você pode facilmente usá-las em seu corpo. Apenas a título de comparação: um cabelo humano normal tem aproximadamente 50 micrômetros de espessura," disse Makarov.

Bibliografia:

Magnetosensitive e-skins with directional perception for augmented reality
Gilbert Santiago Cañón Bermúdez, Dmitriy D. Karnaushenko, Daniil Karnaushenko, Ana Lebanov, Lothar Bischoff, Martin Kaltenbrunner, Jürgen Fassbender, Oliver G. Schmidt, Denys Makarov
Science Advances
DOI: 10.1126/sciadv.aao2623

Intel apresenta processador quântico com 49 qubits Redação do Site Inovação Tecnológica

Intel apresenta processador quântico com 49 qubits

Redação do Site Inovação Tecnológica -  22/01/2018

Processadores quânticos da Intel: com 7, 17 e, agora, à direita, com 49 qubits supercondutores.[Imagem: Walden Kirsch/Intel]

Processador quântico da Intel

A Intel apresentou um processador quântico de 49 qubits, acertando em cheio o limite teórico que vem colocando entraves para os computadores e simuladores quânticos.

O processador foi batizado de Tangle, em homenagem a um lago de mesmo nome no Alasca e uma referência à temperatura criogênica que os qubits supercondutores precisam para funcionar.

Como existem vários desafios para a miniaturização dos qubits supercondutores, a Intel anunciou também que está fazendo progressos nos qubits de spin, nos quais as informações são guardadas na direção de rotação de elétrons individuais, um campo onde computação quântica e spintrônica se confundem.

Os qubits spintrônicos se parecem com um transístor que opera com um único elétron, sendo similares em vários aspectos aos transistores convencionais. Isso significa que eles podem ser miniaturizados usando a tecnologia tradicional da microeletrônica e serem fabricados por processos comparáveis. A Intel anunciou que já desenvolveu um fluxo de fabricação de qubits de spin usando sua tecnologia de processo de 300mm.

Cinco a sete anos

Infelizmente, a empresa não deu quaisquer detalhes sobre o desempenho do seu processador com qubits supercondutores e nem adiantou com quantos qubits de spin seus engenheiros estão trabalhando. Sem informações, analistas da indústria acreditam ser seguro dizer que outros participantes dessa corrida pela computação quântica, como IBM e Google, estão à frente.

A gigante dos processadores eletrônicos, às voltas com um bug que deverá lhe custar milhões de dólares na Justiça, achou melhor desconversar: "Acreditamos que serão necessários de cinco a sete anos antes que a indústria consiga lidar com os problemas de engenharia e provavelmente será necessário um milhão ou mais qubits para obter relevância comercial," disse Mike Mayberry, diretor do Intel Labs.

Segundo a empresa, um processador quântico de teste de 49 qubits é um marco importante porque permitirá avaliar e melhorar as técnicas de correção de erros e simular problemas computacionais reais.

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Microeletrônica e biotecnologia unem-se para criar novos materiais Redação do Site Inovação Tecnológica

Microeletrônica e biotecnologia unem-se para criar novos materiais

Redação do Site Inovação Tecnológica -  24/01/2018

Unindo a técnica de fabricação da microeletrônica com a biotecnologia é possível fabricar dispositivos de duas ou três dimensões em grandes áreas. [Imagem: Northwestern University]

DNA e nanopartículas

Uma técnica que une microeletrônica com biotecnologia promete criar classes inteiramente novas de materiais e dispositivos ópticos capazes de convencer a luz a fazer curvas suaves e criar vários tipos de camuflagens e sistemas de invisibilidade.

Usando DNA como elemento-chave, Qing-Yuan Lin e seus colegas da Universidade Northwestern, nos EUA, fizeram nanopartículas metálicas de diferentes tamanhos e formas organizarem-se em duas e três dimensões para formar superredes opticamente ativas. Uma superrede é uma estrutura formada por diferentes elementos, diferente da rede atômica de um cristal, formada por um único elemento - um diamante de ouro, por exemplo.

A técnica permite que estruturas com configurações específicas - como elas vão manipular as ondas de luz - possam ser programadas escolhendo o tipo de nanopartícula e o padrão e a sequência de DNA.

"A arquitetura é tudo no projeto de novos materiais, e agora temos uma nova maneira para controlar com precisão arquiteturas de partículas sobre grandes áreas. Químicos e físicos poderão construir um número quase infinito de novas estruturas com todos os tipos de propriedades interessantes. Essas estruturas não podem ser fabricadas por nenhuma técnica conhecida," disse o professor Chad Mirkin, cuja equipe vem há algum tempo usando ligações químicas de DNA para fazer uma espécie de "química artificial".

Superredes

A técnica combina um método de fabricação antigo - a litografia de cima para baixo, a técnica usada para fabricar os chips de computador - com um método recente - a automontagem programável conduzida por DNA. Esta é a primeira vez que os dois são combinados para alcançar o controle individual de partículas em três dimensões.

As nanopartículas modificadas pelo DNA ficam posicionadas em um modelo pré-padronizado feito de DNA complementar. Pode-se fazer pilhas de estruturas introduzindo uma segunda e depois uma terceira partícula modificada de DNA, usando para isso DNA que seja complementar às camadas anteriores.

As superredes resultantes absorvem comprimentos de onda específicos da luz visível. Em um dos testes, uma mudança no comprimento do DNA foi suficiente para alterar a cor da luz refletida de preto para vermelho e depois para verde, demonstrando uma enorme potencialidade de propriedades ópticas.

Metamateriais e metassuperfícies

Essa técnica deverá ser usada para fabricar metamateriais - materiais não encontrados na natureza - para uma variedade de aplicações, incluindo sensores para uso médico e ambiental, mantos de invisibilidade, antenas etc.

"Ajustar as propriedades ópticas dos metamateriais é um desafio significativo, e nosso estudo atinge uma das maiores faixas de ajustabilidade alcançadas até o momento em metamateriais ópticos," disse o professor Koray Aydin. "Nossa nova plataforma para metamateriais é promissora para a fabricação de uma nova geração de metamateriais ópticos e de metassuperfícies".

Bibliografia:

Building superlattices from individual nanoparticles via template-confined DNA-mediated assembly
Qing-Yuan Lin, Jarad A. Mason, Zhongyang Li, Wenjie Zhou, Matthew N. O’Brien, Keith A. Brown, Matthew R. Jones, Serkan Butun, Byeongdu Lee, Vinayak P. Dravid, Koray Aydin, Chad A. Mirkin
Science
Vol.: eaaq0591
DOI: 10.1126/science.aaq0591

Turbulência domada dentro de canos reduz 95% da energia do bombeamento Redação do Site Inovação Tecnológica

Turbulência domada dentro de canos reduz 95% da energia do bombeamento

Redação do Site Inovação Tecnológica -  24/01/2018

O fluido tipicamente turbulento (em cima) em comparação com o fluxo laminar obtido pela equipe (embaixo).[Imagem: Jakob Kühnen]

Desestabilizar a turbulência

No que promete se tornar uma nova revolução para as indústrias química e petrolífera, além do bombeamento de água para uso urbano, Jakob Kühnen e Baofang Song, do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria, descobriram como domar a turbulência de fluidos circulando dentro de tubos.

Até agora, os cientistas sempre assumiram que, uma vez que um fluxo de líquido em um duto se torna turbulento, a turbulência persistirá por todo o trajeto - em outras palavras, a suposição era a de que a turbulência é estável.

Kühnen e Song descobriram que não precisa ser assim.

Em seus experimentos, eles conseguiram desestabilizar a turbulência, fazendo com que o fluxo retornasse a um estado laminar, este sim, persistente.

A turbulência de um fluido em um duto exige que muito mais energia seja aplicada no bombeamento. Pelos cálculos da equipe, a eliminação da turbulência pode economizar 95% da energia requerida para bombear o fluido pelo duto - e estima-se que o bombeamento de água, gás natural e combustíveis responda por cerca de 10% do consumo global de eletricidade.

Fluxo laminar

Em vez de tentar reduzir localmente os níveis de turbulência dentro dos canos, como se faz hoje, a equipe austríaca atuou sobre ela para desestabilizá-la, o que acabou por gerar um fluxo laminar, eliminando os vórtices e movimentos caóticos do líquido - em um fluxo laminar, o fluido se movimenta em camadas paralelas que não se misturam.

O segredo está no perfil de velocidade, isto é, na variação da velocidade do fluxo quando ele é observado em diferentes posições ao longo da seção do tubo: O fluxo é mais rápido no meio do cano e bem mais lento próximo às paredes do cano.

Colocando rotores que reduzem essa diferença de velocidade entre o centro e as bordas, a equipe obteve um perfil mais "plano" da velocidade. Para esses perfis de fluxo, os processos que sustentam e criam redemoinhos turbulentos falham, e o fluido retorna gradualmente ao movimento laminar suave, permanecendo laminar até chegar ao fim do tubo.

A equipe descobriu ainda duas outras maneiras de obter o perfil plano de velocidade: Injetar líquido a partir da parede do cano e movimentar o próprio cano.

"Nas simulações computacionais testamos o impacto do perfil plano de velocidade para números de Reynolds até 100.000, e funcionou absolutamente em todos os casos. O próximo passo agora será fazer com que funcione também nos experimentos em altas velocidades," disse o professor Björn Hof, coordenador da equipe.

Bibliografia:

Destabilizing turbulence in pipe flow
Jakob Kühnen, Baofang Song, Davide Scarselli, Nazmi Burak Budanur, Michael Riedl, Ashley P. Willis, Marc Avila, Björn Hof
Nature Physics
DOI: 10.1038/s41567-017-0018-3

Computação neuromórfica vai deixar computação quântica para trás? Redação do Site Inovação Tecnológica -

Computação neuromórfica vai deixar computação quântica para trás?

Redação do Site Inovação Tecnológica -  25/01/2018

O dispositivo de teste da plataforma de memoristores, que promete superar os qubits dos computadores quânticos - as junções túnel estão em uma película fina na placa do substrato.[Imagem: Tapio Reinekoski]

Memoristores contra transistores e qubits

A internet das coisas está mais do que anunciada, mas ainda não chegou; e provavelmente não chegará até que possamos lidar com a explosão de dados que deverá acompanhar a chamada IoT.

Dois obstáculos precisam ser superados. Primeiro, os transistores atuais precisariam ser miniaturizados até apenas alguns nanômetros - o problema é que eles não funcionarão mais nessas dimensões. Em segundo lugar, analisar e armazenar essas quantidades de dados sem precedentes exigirá quantidades de energia igualmente gigantescas.

Sayani Majumdar e seus colegas da Universidade de Aalto, na Finlândia, acreditam que a saída para essa encruzilhada está não nos computadores quânticos, mas nos computadores neuromórficos, inspirados no cérebro humano. E computadores neuromórficos não são feitos com transistores, mas com memoristores, componentes eletrônicos capazes de reter memória e, portanto, guardar mais do que meros 0s e 1s.

"A tecnologia e o design da computação neuromórfica estão avançando mais rapidamente do que a sua revolução rival, a computação quântica.

"Já há amplas especulações, tanto na academia quanto na indústria, sobre formas de embutir recursos pesados de computação no hardware de telefones inteligentes, tablets e laptops. A chave é alcançar a extrema eficiência energética de um cérebro biológico e imitar a maneira como as redes neurais processam informações através de impulsos elétricos," defende a pesquisadora.

Junção túnel ferroelétrica

Majumdar sabe do que está falando. Ela e sua equipe acabam de fabricar uma nova geração de "junções túnel ferroelétricas", isto, películas ferroelétricas com poucos nanômetros de espessura ensanduichadas entre dois eletrodos. Esses componentes têm capacidades além das tecnologias existentes e são uma boa aposta para a computação neuromórfica eficiente, em termos tanto de consumo de energia quanto de estabilidade.

As junções funcionam em baixas tensões - menos de cinco volts - e com uma variedade de materiais como eletrodos, incluindo o silício. Elas também podem reter seus dados por mais de 10 anos sem energia e serem fabricadas em condições ambiente.

Organismoides e redes neurais que adivinham palavras antes que você fale estão entre os feitos recentes viabilizados pelos memoristores. [Imagem: Fan Zuo et al. - 10.1038/s41467-017-00248-6]

Mais surpreendente ainda, esses componentes são feitos de materiais orgânicos.

E é bom salientar que já não estamos mais falando de transistores, os reis da onda tecnológica atual, mas de memoristores.

"Nossas junções são feitas de materiais hidrocarbonetos orgânicos, reduzindo a quantidade de resíduos tóxicos de metais pesados na eletrônica. Também podemos fabricar milhares de junções por dia a temperatura ambiente sem que eles sofram [danos] com a água ou o oxigênio do ar," explicou Majumdar.

Computadores neuromórficos

O que torna os componentes de película fina ferroelétricos ótimos para os computadores neuromórficos é a sua capacidade de alternar entre não apenas os estados binários - 0 e 1 -, mas também entre um grande número de estados intermediários. Isso permite que eles memorizem informações de forma não muito diferente do cérebro, armazenando-as por longo tempo com pequenas quantidades de energia e retendo as informações mesmo depois de serem desligadas e ligadas novamente.

"Agora estamos empenhados em integrar milhões dos nossos memoristores de junção túnel em rede em uma área de um centímetro quadrado. Esperamos acondicionar tantos em um espaço tão pequeno porque agora conseguimos uma diferença recorde na corrente entre os estados ligado e desligado nas junções, e isto proporciona estabilidade funcional. Os memoristores poderão então executar tarefas complexas, como reconhecimento de imagens e padrões, e tomar decisões de forma autônoma," disse Majumdar.

Bibliografia:

Electrode Dependence of Tunneling Electroresistance and Switching Stability in Organic Ferroelectric P(VDF-TrFE)-Based Tunnel Junctions
Sayani Majumdar, Binbin. Chen, Qi Hang Qin, Himadri. S. Majumdar, Sebastiaan van Dijken
Advanced Functional Materials
Vol.: 1703273
DOI: 10.1002/adfm.201703273

Melhor que holograma: Imagem 3D flutua ao ar livre Redação do Site Inovação Tecnológica

Melhor que holograma: Imagem 3D flutua ao ar livre

Redação do Site Inovação Tecnológica -  26/01/2018

A imagem é formada pelo fenômeno da persistência de visão. [Imagem: Julie Walker/Brian Wilcox/Hannah Hansen/BYU]

Tela 3D ao ar livre

Você ainda não conseguirá ver a Princesa Leia em toda a sua glória - dizendo a Obi Wan Kenobi que ele é sua última esperança -, mas engenheiros comprovaram que os hologramas não são a única esperança para obtermos vídeos 3D realísticos, flutuando livremente no espaço.

Daniel Smalley e Erich Nygaard, da Universidade Brigham Young, nos EUA, criaram o primeiro protótipo de uma tela 3D baseada no que eles chamam de "armadilha fotoforética".

A fotoforese é um fenômeno no qual partículas ficam suspensas em um líquido ou gás - que pode ser o ar atmosférico - e podem ser movimentadas usando gradientes térmicos, com o calor geralmente fornecido por uma fonte de luz laser. Este é o princípio por trás da maioria dos experimentos com raios tratores a laser - há também raios tratores sônicos, magnéticos e até raios tratores mecânicos.

Ou seja, não se trata de um holograma.

Persistência de visão

Como o calor para prender e movimentar as minúsculas partículas de celulose é fornecido por um laser, é possível controlar a cor com que elas aparecem.

Sua movimentação rápida, por sua vez, produz uma imagem por um processo conhecido como "persistência de visão", a ilusão provocada quando um objeto visto pelo olho humano persiste na retina por uma fração de segundo após a sua percepção - imagens projetadas a um ritmo superior a 16 quadros por segundo sucedem-se na retina sem interrupção, formando um filme.

"Nós usamos um feixe de laser para aprisionar uma partícula, e então podemos movimentar o laser para mover a partícula e criar a imagem," explicou Nygaard.

O píxel 3D é formado por uma minúscula esfera de celulose iluminada por lasers de diversas cores - a estrutura embaixo é o dedo do engenheiro. [Imagem: Julie Walker/Brian Wilcox/Hannah Hansen/BYU]

Impressão 3D de luz

Smalley prefere comparar essa tela volumétrica com uma impressão 3D para a luz: "Esta tela é como uma impressora 3D para a luz. Você está de fato imprimindo um objeto no espaço com essas minúsculas partículas."

Até o momento, o protótipo já conseguiu apresentar uma borboleta, um prisma, o logotipo da universidade, diversos tipos de anéis e estruturas helicoidais e, para apontar para os objetivos futuros, uma pessoa com um jaleco inclinado como a princesa de Guerra nas Estrelas quando ela começa a transmitir sua mensagem icônica.

"Nós chamamos informalmente esse trabalho de Projeto Princesa Leia. Nosso grupo tem a missão de pegar as telas 3D da ficção científica e torná-las realidade. Nós criamos uma tela que pode fazer isto," disse Smalley.

Bibliografia:

A photophoretic-trap volumetric display
Daniel E. Smalley, Erich Nygaard, K. Squire, J. Van Wagoner, J. Rasmussen, S. Gneiting, K. Qaderi, J. Goodsell, W. Rogers, M. Lindsey, K. Costner, A. Monk, M. Pearson, B. Haymore, J. Peatross
Nature
DOI: 10.1038/nature25176

Nanofios moleculares são construídos um átomo de cada vez Redação do Site Inovação Tecnológica

Nanofios moleculares são construídos um átomo de cada vez

Redação do Site Inovação Tecnológica -  29/01/2018

Um ligante orgânico serve como suporte, e os átomos metálicos são acrescentados um a um para formar o nanofio. [Imagem: Orestes Rivada-Wheelaghan et al. - 10.1002/anie.201709167]

Eletrônica molecular

Pesquisadores conseguiram colocar na prática uma das possibilidades mais anunciadas pela nanotecnologia: eles construíram nanofios moleculares adicionando um átomo de cada vez.

"Este é o primeiro exemplo de um fio de cobre molecular sendo formado em um processo passo a passo, átomo por átomo. Nosso método pode ser comparado à construção de Legos, nas quais você acrescenta um bloco de cada vez," disse Julia Khusnutdinova, que trabalha no Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa, no Japão.

Os nanofios estão entre os componentes mais promissores para a próxima geração de eletrônicos porque os atuais componentes estão chegando ao limite da miniaturização.

Isto fez nascer a eletrônica molecular, um ramo da nanotecnologia que usa moléculas individuais, ou coleções de moléculas em nanoescala, como componentes eletrônicos. O objetivo é criar dispositivos de computação em miniatura, substituindo os componentes eletrônicos, como transistores e diodos, por blocos moleculares.

Essas minúsculas estruturas já foram usadas em diversas demonstrações, incluindo transistores de nanofios, células solares de nanofios, laser de nanofiose muito mais - agora também já se fala nos sub-nanofios.

Fabricando nanofios

Com tamanho potencial, é justificável o interesse na fabricação de nanofios átomo por átomo. Os esforços têm-se concentrado nos chamados EMACs, sigla em inglês para "Cadeias Atômicas Metálicas Estendidas", cadeias unidimensionais de átomos metálicos conectados a uma molécula orgânica, chamada ligante, que funciona como suporte.

Ocorre que os fios moleculares apresentam propriedades diferentes em função do seu comprimento - mesmo quando feitos com o mesmo elemento. Daí a importância da técnica desenvolvida pela equipe no Japão, que permite que os nanofios sejam construídos em tamanhos diferentes, dependendo da aplicação.

"Nós criamos um único ligante dinâmico que pode ser usado para sintetizar múltiplos comprimentos de cadeia. Isso é muito mais eficiente do que fazer um novo ligante a cada vez," disse o professor Orestes Wheelaghan.

"O ligante se abre em uma extremidade para permitir que um átomo do metal entre e, quando a corrente se estende, o ligante sofre um movimento deslizante ao longo da corrente para acomodar mais átomos de metal. Isso pode ser comparado a um acordeom molecular que pode ser ampliado e encurtado," disse Khusnutdinova.

A equipe agora pretende desenvolver novos ligantes para fabricar nanofios de outros metais ou de múltiplos metais.

"Por exemplo, inserindo seletivamente átomos de cobre nos terminais da cadeia e usando um tipo diferente de metal no centro da corrente, poderíamos criar novos compostos com propriedades eletrônicas interessantes," disse Khusnutdinova.

Bibliografia:

Controlled and Reversible Stepwise Growth of Linear Copper(I) Chains Enabled by Dynamic Ligand Scaffolds
Orestes Rivada-Wheelaghan, Sandra L. Aristizábal, Joaquín López-Serrano, Robert R. Fayzullin, Julia R. Khusnutdinova
Angewandte Chemie International Edition
Vol.: 51 - Pages 16267-16271
DOI: 10.1002/anie.201709167

Magnetismo é finalmente controlado com eletricidade Redação do Site Inovação Tecnológica

Magnetismo é finalmente controlado com eletricidade

Redação do Site Inovação Tecnológica -  29/01/2018

A descoberta terá impacto direto na informática, onde os dados são transferidos como sinais elétricos mas armazenados magneticamente. [Imagem: Jakob Listabarth/TU Wien]

Controle do magnetismo com eletricidade

Agora não se trata mais de apenas ligar e desligar o magnetismo usando eletricidade - trata-se de controlar o magnetismo usando eletricidade.

Essa possibilidade abre um potencial gigantesco de aplicações tecnológicas no campo da informática, uma vez que, nos computadores atuais, os dados são transferidos como sinais elétricos mas armazenados magneticamente.

Uma equipe da Áustria e da Rússia obteve esse novo patamar prático de unificação entre eletricidade e magnetismo usando uma classe de materiais conhecidos como multiferroicos, que têm sido responsáveis por uma série de inovações recentes, como bits capazes de armazenar quatro dados diferentes.

Eletro+magnetismo

Como regra geral, os efeitos magnéticos e elétricos têm sido estudados separadamente porque suas causas são completamente diferentes. Os efeitos magnéticos ocorrem porque as partículas têm uma direção magnética interna, chamada "spin", enquanto os efeitos elétricos resultam de cargas positivas e negativas que podem mudar de posição umas em relação às outras dentro de um material.

Os materiais multiferroicos, contudo, têm seus átomos em arranjos com simetrias espaciais muito específicas, o que permite que os dois fenômenos sejam estudados - e explorados - em conjunto.

O que a equipe conseguiu pela primeira vez foi usar campos elétricos para controlar as oscilações magnéticas de alta frequência no interior de um material composto por ferro, boro e metais das terras raras.

"O material contém átomos de ferro que são triplamente carregados positivamente. Eles têm um momento magnético oscilando a uma frequência de 300 GHz. Ninguém duvidava que essas oscilações poderiam ser controladas usando um campo magnético. Mas o que conseguimos demonstrar é que essas oscilações podem ser alteradas de forma direta usando um campo elétrico," disse o professor Andrei Pimenov, cuja equipe já havia descoberto o eletromagnon, o elo que faltava entre o "eletro" e o "magnetismo".

Esse nível de controle agora obtido significa que um efeito magnético dinâmico - o estado magnético da oscilação dos átomos de ferro - pode ser ativado ou desativado usando um campo elétrico estático.

"Nossos discos rígidos armazenam dados magneticamente, mas é incrivelmente difícil escrever dados de forma rápida e precisa da mesma maneira. É muito mais fácil aplicar um campo elétrico com precisão perfeita, uma vez que tudo o que você precisa é um simples pulso de tensão. O processo é muito rápido e não envolve nenhuma perda significativa de energia," disse Pimenov.

Bibliografia:

Switching of Magnons by Electric and Magnetic Fields in Multiferroic Borates
A. M. Kuzmenko, D. Szaller, Th. Kain, V. Dziom, L. Weymann, A. Shuvaev, Anna Pimenov, A. A. Mukhin, V. Yu. Ivanov, I. A. Gudim, L. N. Bezmaternykh, A. Pimenov
Physical Review Letters
Vol.: 120, 027203
DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.027203

LEC - Uma alternativa eficiente e barata aos LEDs e OLEDs Redação do Site Inovação Tecnológica

LEC - Uma alternativa eficiente e barata aos LEDs e OLEDs

Redação do Site Inovação Tecnológica -  29/01/2018

As LECs podem emitir luz em grandes superfícies a um custo muito baixo. [Imagem: Umea University]

célula eletroquímica emissora de luz

As LECs - Light Emitting electrochemical Cells, ou células eletroquímicas emissoras de luz - chegaram há menos de dois anos prometendo uma alternativa mais barata e mais flexível aos LEDs e mesmo aos OLEDs.

Uma LEC é um componente de estado sólido que transforma eletricidade em luz usando um semicondutor orgânico - ou polimérico, à base de carbono.

Ela se diferencia dos OLEDs - LEDs orgânicos - porque apresenta também uma corrente iônica, é menos dependente dos eletrodos e funciona em tensões menores.

Além disso, essas células eletroquímicas são finas, flexíveis e leves e podem ser fabricadas para emitir essencialmente qualquer cor. Elas também prometem ter um custo extremamente baixo, já que podem ser fabricadas por métodos de impressão rolo a rolo - a forma como os jornais são impressos.

Candelas

O esforço vinha se concentrando em aumentar a eficiência das LECs na emissão de luz, além de sua durabilidade.

Foi o que conseguiram Shi Tang e seus colegas das universidades de Umea e Linkoping, na Suécia.

A LEC construída pela equipe atingiu uma eficiência recorde de luminosidade de 27,5%.

As células eletroquímicas emissoras de luz (LEC) podem emitir luz de qualquer cor. [Imagem: Umea University]

Os protótipos apresentaram um brilho de 2.000 cd/m2 (candela por metro quadrado).

"Como ponto de referência, uma TV normal funciona entre 300 a 500 cd/m2, enquanto 2.000 cd/m2 é o brilho típico de um painel de iluminação OLED. No que diz respeito à eficiência, o nosso dispositivo LEC está próximo das lâmpadas fluorescentes comuns," disse o professor Ludvig Edman.

A equipe acredita que, com esses indicadores, a tecnologia das células eletroquímicas emissoras de luz tem tudo para passar do laboratório para a aplicação prática.

Bibliografia:

Design rules for light-emitting electrochemical cells delivering bright luminance at 27.5 percent external quantum efficiency
Shi Tang, Andreas Sandström, Petter Lundberg, Thomas Lanz, Christian Larsen, Stephan van Reenen, Martijn Kemerink, Ludvig Edman
Nature Communications
Vol.: 8, Article number: 1190
DOI: 10.1038/s41467-017-01339-0