Vitrocerâmica

Vitrocerâmica para telas de smartphones à prova de balas

Com informações da Agência Fapesp -  16/11/2015

O material produzido pelos pesquisadores brasileiros combina transparência, grande dureza e baixa densidade. [Imagem: Ag.Fapesp]

Vidro duro

Um material vitrocerâmico transparente, de grande dureza e baixa densidade, poderá substituir os vidros utilizados nas telas de tablets e smartphones ou os vidros blindados utilizados em veículos, edifícios e viseiras de capacetes.

O material foi desenvolvido por Leonardo Sant'Ana Gallo, na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).

A sintetização do novo vidro - uma cerâmica complexa de fórmula MgO-Al2O3-SiO2 - acaba de ser premiada no 11º Simpósio Internacional sobre Cristalização em Vidros e Líquidos, em Nagaoka, Japão, uma das mais importantes reuniões internacionais na área de vidros.

Vitrocerâmica

A vitrocerâmica é um vidro que passa por um processo parcial de cristalização. O vidro comum é um material amorfo, que não apresenta fases cristalinas. Já a vitrocerâmica possui formações cristalinas distribuídas pelo meio amorfo. "São as fases cristalinas que determinam suas características especiais", afirmou Leonardo.

Se atingida por um projétil, por exemplo, o vidro se rompe, mas, ao romper, absorve a energia do projétil, de modo que este não a atravessa.

"Devido às suas características - transparência, dureza e baixa densidade -, essa vitrocerâmica tem um grande potencial de aplicação. Com ela, seria possível, por exemplo, produzir smartphones com telas mais finas, o que contribuiria para a diminuição do peso dos aparelhos. Ou janelas à prova de balas mais leves e tão eficientes quanto as que possuem os vidros blindados atuais", disse Leonardo.

Cristalização

Para obter a cristalização da vitrocerâmica, a mistura de óxidos é submetida a dois tratamentos térmicos: um no patamar próximo de 700 graus Celsius e outro no patamar de 900 graus Celsius.

Mas, para obter um vidro com as qualidades adequadas é preciso controlar cuidadosamente a composição química, as temperaturas e o tempo em que o material é aquecido.

"O interessante foi que conseguimos um material que continua transparente após a cristalização. Isso não é comum, nem fácil de se obter. Geralmente, após cristalização, os materiais ficam opacos," acrescentou o pesquisador.

A equipe já depositou um pedido de patente da nova vitrocerâmica junto ao Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI). "Logo poderemos buscar parceiros, buscando colocação do produto no mercado", concluiu o pesquisador.

Supercola

Supercola é 90% água

Redação do Site Inovação Tecnológica -  11/11/2015

Teste da supercola sendo puxada de uma placa de vidro. [Imagem: Felice Frankel]

Água que cola

Ela é 90% água, transparente, maleável como borracha - e é uma supercola.

Esse hidrogel pode aderir a superfícies as mais diversas - de vidro, silício, cerâmica, alumínio e titânio até tecidos biológicos.

Em um experimento para demonstrar a capacidade da nova cola, os pesquisadores usaram-na para grudar uma pastilha de silício sobre uma base metálica. Em seguida, eles esmagaram a pastilha com um martelo - o silício se quebrou, mas seus pedaços continuaram presos no lugar.

Em outro experimento, o hidrogel foi usado para colar duas pequenas placas de vidro, uma das quais foi então usada para suspender um peso de 25 quilogramas.

Biocompatível

Essa força e resistência fazem com que o hidrogel seja um candidato ideal para revestimentos de proteção, incluindo de superfícies subaquáticas, em barcos, navios ou submarinos.

Como a cola de hidrogel também é biocompatível, ela poderá ser adequada para uma gama de aplicações relacionadas com a saúde, como revestimentos para catéteres e sensores implantados no organismo.

"É um gel muito resistente e adesivo que é na sua maior parte água. Basicamente, é uma água que cola," disse Hyunwoo Yuk, do MIT, nos EUA.

Bioinspirado

Yuk e seus colegas descobriram que, para colar fortemente, um hidrogel resistente e flexível precisa de duas características: dissipação de energia e ancoragem química.

Para dissipar a energia, o hidrogel é capaz de esticar de forma significativa sem reter toda a energia usada para esticá-lo. E a aderência química significa que o material liga-se à superfície que deve colar por meio de ligações covalentes entre sua matriz polimérica e o material a ser colado.

"Ancoragem química mais forte dissipação levam a uma colagem robusta. Os tendões e a cartilagem [dos seres vivos] fazem isso, de forma que nós realmente aprendemos esse princípio com a natureza," disse o professor Xuanhe Zhao, coordenador da equipe.

Bibliografia:

Tough bonding of hydrogels to diverse non-porous surfaces
Hyunwoo Yuk, Teng Zhang, Shaoting Lin, German Alberto Parada, Xuanhe Zhao
Nature Materials
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nmat4463

Pílula robótica é lançada em código aberto

Redação do Site Inovação Tecnológica -  12/11/2015

Os módulos permitem a montagem de pílulas robóticas para as mais diversas funções dentro do corpo humano. [Imagem: Heidi Hall, Vanderbilt University]

Pílula robótica

Pequenos robôs capazes de entrar no corpo humano e curar doenças ainda estão distantes da realidade.

Mas a chance de você engolir uma cápsula robótica em um futuro próximo agora aumentou dramaticamente.

Engenheiros da Universidade de Vanderbilt, nos EUA, lançaram em sistema de código aberto (open-source) o projeto - hardware e software - de uma "pílula robótica".

O objetivo é que equipes de pesquisa de todo o mundo não precisem mais começar do zero, concentrando esforços na funcionalidade das pílulas robóticas para aplicações específicas em saúde.

Pílula open-source

Os módulos de hardware lidam com a computação, comunicação sem fio, alimentação, detecção e atuação. Cada módulo foi projetado para ser facilmente interfaceado com tecnologias em desenvolvimento por outros grupos de pesquisa.

No lado do software, a equipe usa o TinyOS, sistema operacional livre, para desenvolver rotinas reutilizáveis.

"Nós projetamos cápsulas customizadas - uma para o cólon, uma para o estômago e outra com um grampo para parar hemorragias - mas vimos que estávamos basicamente reutilizando os mesmos componentes," disse o professor Pietro Valdastri.

"É como montar blocos de Lego, você pode remontá-los para diferentes funções. Nós queremos oferecer às pessoas trabalhando nesse campo nossos blocos Lego para que elas montem suas próprias cápsulas," acrescentou.

O kit completo das cápsulas robóticas foi disponibilizado na plataforma GitHub.

Bibliografia:

Systematic Design of Medical Capsule Robots
M. Beccani, H. Tunc, A. Taddese, E. Susilo, P. Volgyesi, A. Ledeczi, P. Valdastri
IEEE Design and Test
Vol.: 32 Issue: 5 - 98-108
DOI: 10.1109/MDAT.2015.2459591

Invenção brasileira protege rede elétrica contra raios

Com informações do CDMF -  13/11/2015

Varistor de dióxido de estanho não precisa ser substituído quando recebe a descarga de um raio.[Imagem: Divulgação/CDMF]

Negociações

Pesquisadores brasileiros foram até a Alemanha em busca de parcerias para testar em campo um novo componente eletrônico que promete aumentar a vida útil e a segurança de para-raios e grandes linhas de transmissão de energia elétrica.

O professor José Arana Varela, do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), levou o invento brasileiro a uma reunião sobre materiais para transmissão de energia em Munique, na Alemanha, que reuniu inventores e empresários de 70 países.

Segundo o pesquisador, ainda são necessários testes experimentais para aplicar o novo equipamento na indústria. "Foi por isso que fomos atrás de parceiros nesta reunião com empresários em Munique, nós temos resultados acadêmicos sobre a eficácia do dióxido de estanho nos varistores, mas isso ainda precisa ser mais observado experimentalmente. Houve uma resposta muito positiva por parte desses empresários para a produção industrial do equipamento que desenvolvemos", apontou.

Varistor

O novo varistor é fruto de mais de 15 anos de pesquisas do grupo.

Varistores são componentes eletrônicos cuja resistência elétrica depende da tensão aplicada aos seus terminais.

Isto os torna ideais como proteção contra sobretensão e como limitadores de tensão em para-raios - são os varistores que dissipam a corrente elétrica dos raios, protegendo as linhas de transmissão de curtos-circuitos.

Os varistores normalmente são feitos a partir de um composto químico à base de óxido de zinco (ZnO). O problema é que eles são parecidos com fusíveis, precisando ser substituídos assim que cumprem sua função - caiu um raio, é necessário trocar o varistor.

Com a nova tecnologia desenvolvida pela equipe brasileira, o varistor é fabricado a partir de dióxido de estanho (SnO2). "A probabilidade do varistor de dióxido de estanho deteriorar é menor. A composição do estanho tem menos aditivos químicos e isso também ajuda o meio ambiente," comentou Varela.

• Raios vão ajudar a evitar apagões

Energia dos raios

Um raio pode alcançar 100 milhões de volts - 1 milhão de vezes a tensão disponível nas tomadas domésticas. A corrente pode chegar a 30 mil amperes, mais de mil vezes maior do que a corrente consumida por um chuveiro elétrico, por exemplo.

Assim como os raios podem causar danos aos aparelhos domésticos, quando atingem as grandes linhas de transmissão o prejuízo pode ser bem maior, além de deixar milhares de residências sem energia.

Por isso os pesquisadores brasileiros esperam que alguma empresa se interesse em produzir protótipos do varistor de dióxido de estanho e testá-lo em campo, oferecendo um elemento de proteção mais versátil e mais simples.

O Brasil é o país com maior incidência de raios no mundo. De acordo com o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), cerca de 70 milhões de raios atingem o país todos os anos - uma média de duas ou três descargas elétricas por segundo.

RevoMaker: eletroeletrônicos direto da impressora 3D

Redação do Site Inovação Tecnológica -  13/11/2015

Em cima, o projeto de um mouse personalizado e o equipamento já em uso. Embaixo, o mesmo mouse sendo fabricado. [Imagem: Universidade de Purdue/Wei Gao]

Eletroeletrônicos sob encomenda

Engenheiros da Universidade Purdue, nos EUA, criaram uma impressora 3D que permite a criação de produtos funcionais contendo eletrônica embarcada, componentes motorizados ou mecânicos.

Seja um robô experimental, um brinquedo, um aparelho baseado em tecnologias como Arduino ou PIC, ou um mouse moldado com precisão à mão do usuário, praticamente qualquer coisa é possível.

"Os brinquedos saem funcionando da impressora," garante o professor Karthik Ramani.

Fazedor revolucionário

Como as impressoras 3-D convencionais criam os objetos camada por camada, de baixo para cima, é muito difícil criar características salientes, como os braços de um robô, por exemplo. Essas protuberâncias devem ser construídas utilizando estruturas de apoio, que são posteriormente removidas, desperdiçando tempo e material.

Para incluir funcionalidades elétricas ou eletrônicas, a impressora deve fabricar peças individuais, que serão posteriormente montadas juntamente com os circuitos e peças necessários.

O novo sistema, batizado de RevoMaker, reduz a necessidade de estruturas de suporte para características salientes e ainda utiliza uma nova técnica para a impressão multidirecional que evita a necessidade de montagem posterior, já que o objeto é impresso em torno da eletrônica embarcada.

Impressora 3-D em 3-D

As caixas de circuitos e baterias são padronizadas, com o objeto sendo impresso a partir delas. [Imagem: Universidade de Purdue/Wei Gao]

As diferentes partes do objeto são inicialmente particionadas digitalmente e impressas em torno de uma caixa que contém os componentes eletrônicos, elétricos e mecânicos.

A caixa é então colocada em um eixo rotativo, tornando a impressora duplamente 3D - os objetos são impressos em toda a volta dessa caixa, que serve como uma espécie de "semente".

"Com uma impressora 3-D tradicional, você imprime em um berço de impressão plano, e a plataforma é fixa," explica o professor Raymond Cipra, membro da equipe.

"A nossa estratégia consiste em substituir o berço de impressão por um cuboide cortado a laser que pode ser rotacionado em torno de um eixo para oferecer superfícies de impressão ortogonais em cada um dos lados do volume. Esse volume cuboidal é também o espaço dentro do qual a eletrônica, motores e baterias são incorporados antes que o processo de impressão comece," explica Cipra.

Fábrica pessoal

As caixas plásticas podem também ser produzidas na forma de matrizes planas, que poderiam ser desdobradas e montadas em série, para criar uma variedade de produtos. Mas a equipe está mais interessada em algo mais próximo das "fábricas domésticas".

"A ideia é que isto seja mais personalizado do que os trabalhos de impressão 3D tradicionais, nada de fabricação em massa," destacou Ramani. "Eu vislumbro objetos produzidos a partir de módulos, feitos para um número pequeno de pessoas. Você irá até a loja comercial do bairro, onde eles imprimem produtos personalizados sob demanda."

Bibliografia:

The status, challenges, and future of additive manufacturing in engineering
Wei Gao, Yunbo Zhang, Devarajan Ramanujan, Karthik Ramani, Yong Chen, Christopher B. Williams, Charlie C.L. Wang, Yung C. Shin, Song Zhang, Pablo D. Zavattieri
Computer-Aided Design
Vol.: 69, Pages 65-89
DOI: 10.1016/j.cad.2015.04.001

Sensor de antimatéria

Sensor de antimatéria mais preciso já construído

Redação do Site Inovação Tecnológica -  13/11/2015

É um componente único, construído com silício mil vezes mais puro do que o utilizado nos transistores dos processadores de computador. [Imagem: L. Andricek/HLL@MPG]

Sensor de antimatéria

Antimatéria não é algo que se encontre por aí facilmente - felizmente -, ainda que os físicos não saibam exatamente porquê.

Como a antimatéria aniquila-se com matéria assim que as duas se encontram, produzindo uma emissão de raios gama, os cientistas atualmente estão mais interessados em construir garrafas para aprisionar a antimatéria e, assim, mantendo-a afastada de tudo o mais, poder estudá-la.

Jelena Ninkovic e seus colegas do Instituto Max Planck, na Alemanha, contudo, estão mais interessados em rastrear a antimatéria, seguindo seus passos para descobrir de onde ela veio e para onde ela poderia ter ido.

Para isso, a equipe acaba de construir o sensor mais preciso já fabricado para medir com precisão a trilha seguida pelas partículas de antimatéria.

O sensor será instalado no experimento Belle II, que deverá começar a operar em 2017 no Acelerador Kek, no Japão.

Colisões de matéria e antimatéria

Quando o acelerador Kek começar a colidir elétrons e antielétrons - ou pósitrons -, o novo sensor seguirá com precisão a rota e o padrão de decaimento das partículas e das antipartículas produzidas na colisão, para ver se há alguma diferença nos padrões de cada uma.

"Nós estamos procurando diferenças extremamente pequenas. Por isso, detectar com precisão o local do decaimento - também conhecido como vértice - é crucial. Essas medições serão executadas por este sensor que acabamos de construir, que tem características que o tornam inigualável em todo o mundo," disse o professor Christian Kiesling, membro da equipe.

É um componente único, feito de silício mil vezes mais puro do que o utilizado nos transistores dos processadores de computador. Em uma superfície de oito centímetros quadrados, cada módulo integra 200.000 células de píxeis DEPFET - DEPFET é a sigla em inglês para transistor de efeito de campo com canal p empobrecido.

Ele pode ser comparado ao sensor de uma câmera digital, mas com píxeis muitíssimo menores e mais precisos, capazes de registrar até 50.000 eventos por segundo.

Com os dados obtidos nas colisões, os físicos esperam ter alguma pista sobre onde estaria a antimatéria que teria sido criada em igual proporção à matéria, segundo a teoria do Big Bang.

Técnica inovadora permite segmentar imagens digitais

Com informações da Agência Fapesp -  09/11/2015

Software experimental utiliza matemática para auxiliar na identificação e separação de partes de uma imagem digitalizada, como fotografias e exames médicos[Imagem: ICMC]

Segmentação de imagens

Pesquisadores do Instituto de Ciências Matemáticas da USP em São Carlos (SP) e da Universidade Brown, nos Estados Unidos, desenvolveram uma ferramenta computacional que utiliza técnicas inovadoras de segmentação de imagem para facilitar a tarefa de modificar uma imagem digital a partir da seleção de algum elemento ali existente que se queira destacar ou excluir.

A segmentação de imagens é um campo das ciências da computação dedicado ao processamento de imagens digitais e ao reconhecimento de padrões.

A inovação está na incorporação das coordenadas de Laplace, um operador matemático utilizado para estudar fenômenos em diversas áreas da ciência, como astronomia, mecânica dos fluidos e computação gráfica.

A partir da combinação dessas coordenadas os pesquisadores desenvolveram um um programa capaz de segmentar uma imagem de forma fácil e ágil, sem a necessidade de conhecimentos de design gráfico, bastando que o usuário faça pequenas marcações dentro e em torno da parte que gostaria de destacar ou remover.

Imagens médicas e smartphones

A ferramenta poderá ter múltiplas aplicações, como o recorte de fotografias para fins pessoais ou artísticos e o realce de determinadas áreas de imagens médicas para a identificação de tumores e outros corpos estranhos.

Com o novo algoritmo, é possível informar ao computador quais elementos se deseja alterar, preservando os demais. Com traços em cores diferentes, sem se preocupar com a precisão do contorno, o usuário seleciona o que sai e o que fica na composição, fornecendo minimamente as informações de que o sistema necessita para, automaticamente, reconhecer o que precisa ser feito e recortar a figura.

"Ao fazer o traço vermelho, é como se o usuário dissesse para o sistema: 'coloca essas informações que estão aparecendo aqui na minha imagem'. Já com o risco verde é dada outra dica: só deve aparecer o que está dentro dessa área. A ideia é representar a imagem digital por meio de variáveis matemáticas e, então, aplicar modelos matemáticos específicos que visam segmentar, cortar a imagem em pedaços de fácil identificação por parte de um observador humano", explicou o pesquisador Wallace Correa Casaca.

O pesquisador agora trabalha no desenvolvimento de uma versão do software para smartphones, ampliando as aplicações da ferramenta.

O protótipo da primeira versão do segmentador está disponível para download gratuito no endereço icmc.usp.br/e/3dbef. Foi disponibilizado também um vídeo explicativo em icmc.usp.br/e/ddf4e.

Câmeras de celulares captarão mais cor com pouca luz

Redação do Site Inovação Tecnológica -  10/11/2015

O novo filtro obtém "assinaturas" de 25 padrões de cores, em lugar dos tradicionais três do padrão RGB. [Imagem: Rajesh Menon]

Fotografia com pouca luz

Tirar fotos em ambientes de pouca luminosidade é um desafio mesmo para as câmeras profissionais.

Para as câmeras incorporadas em celulares e tablets, então, as tentativas de colher bons momentos no escurinho geralmente acabam em frustração.

"Se você sair para um passeio à noite e tirar uma foto do céu, vai ver que ela ficará muito granulada. A fotografia em baixa luminosidade ainda não chegou lá, e estamos tentando corrigir isso. Esta é a última fronteira da fotografia móvel," resume Rajesh Menon, da Universidade de Utah, nos EUA.

Menon e seu colega Peng Wang acabam de dar uma contribuição importante para a solução do problema.

Eles criaram um filtro que, quando colocado à frente do sensor da câmera, permite a passagem de três vezes mais luz do que os filtros convencionais, produzindo imagens muito mais claras e menos granuladas.

Assinaturas de cor

Entre a parte óptica e o sensor de imagem - o CCD -, todas as câmeras possuem filtros para dividir a luz nas três cores primárias: vermelho, verde e azul. O problema é que os filtros atuais absorvem até dois terços da luz que a câmera capturou.

A solução desenvolvida pela dupla consiste em uma mistura de hardware e software.

O hardware é um disco de vidro de um micrômetro de espessura contendo ranhuras microscópicas precisamente traçadas para conduzir a luz de forma a criar uma série de padrões de cores. O software então lê esses padrões e determina a que cor cada um pertence.

O protótipo consegue gerar até 25 novos padrões de cores - em comparação com os três tradicionais do RGB -, produzindo fotos melhores e com menos granulosidade, além de simplificar o projeto da câmera, já que substitui três filtros por um só.

"Você pode obter muito mais informações de cor do que uma câmera colorida normal. Com uma câmera normal, você só vê vermelho, verde ou azul. Nós podemos ver 25 cores ou mais. Ela não somente é melhor em condições de baixa luminosidade, mas também dá uma representação mais acurada da cor," disse Menor.

Os pesquisadores já fundaram sua empresa, a Lumos Imaging, para tentar comercializar a nova tecnologia.

Bibliografia:

Computational Color Imaging with Enhanced Light Sensitivity based on a Microstructured Diffractive Element Array
Peng Wang, Rajesh Menon
Optica
Vol.: ITh1A.3
DOI: 10.1364/ISA.2015.ITh1A.3

Brasil lança foguete de treinamento intermediário

Com informações da Agência Brasil -  03/11/2015

A operação foi uma preparação para o lançamento doSatélite de Reentrada Atmosférica (Sara).[Imagem: IEA/Divulgação]

Sara

O Centro de Lançamento de Alcântara (CLA) lançou o 12º Foguete de Treinamento Intermediário, dando início ao Projeto Satélite de Reentrada Atmosférica (Sara).

O lançamento foi um treinamento para a etapa principal da Operação São Lourenço, que ocorre em novembro com o disparo do foguete VS40M-V03, que transportará o Sara, uma plataforma destinada a estudos e pesquisas em ambiente de microgravidade, ou seja, uma faixa da atmosfera fora da órbita terrestre.

Com as informações coletadas pelo Sara será possível qualificar o sistema e permitir um novo lançamento para que a plataforma passe até dez dias em ambiente de microgravidade.

GPS espacial

O VS40M-V03 levará também um GPS de aplicação espacial desenvolvido pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN).

O equipamento está em fase de teste e está sendo desenvolvido com o objetivo de informar com precisão a posição e a velocidade de um foguete ou satélite no espaço.

"Essas tecnologias têm vislumbramento para veículos futuros que colocarão satélites em órbitas, daí este experimento tem um retorno direto pra sociedade", expressou-se o coronel Cláudio Olany, diretor do centro.

George Boole

Homenagem ao matemático que inventou a lógica booleana

Com informações da BBC -  03/11/2015

Matemático britânico George Boole (1815-1864) que inventou um sistema de álgebra que é chave para a programação.[Imagem: Wikipedia]

George Boole

Cada vez que você faz uma busca simples no Google ou em qualquer outro buscador informático, entre os mecanismos de programação que permitem encontrar o que procura há princípios de lógica que foram concebidos há mais de 150 anos.

Foi o matemático britânico George Boole (1815-1864) que inventou um sistema de álgebra que é chave para a programação de hoje - conhecido como sistema booleano em sua homenagem.

Boole foi homenageado nesta segunda-feira por ocasião do 200º aniversário de seu nascimento, com um Google Doodle, uma versão modificada do logotipo na página da empresa. O logotipo animado ilustra as chamadas portas lógicas, que são usadas em computação e derivam de funções booleanas.

Em 1851 ele disse a um amigo que a lógica booleana poderia ser a "contribuição mais valiosa, se não a única, que fiz ou que provavelmente farei à ciência, e é o motivo pelo qual desejaria ser lembrado, se é que serei lembrado, postumamente."

Álgebra booleana

A álgebra de Boole, ou álgebra booleana, é uma estrutura algébrica que esquematiza as operações lógicas, e está presente em todas as partes: desde a programação por trás dos videogames, até o código dos aplicativos e programas de computador que usamos.

Pode-se dizer que os tijolos que formam a programação, que são os comandos ou instruções dadas a um sistema informático, são todos baseados na lógica de Boole.

Homenagem do Google ao criador da lógica por trás de todos os programas de computador: a lógica booleana. [Imagem: Google/Divulgação]

Durante os últimos 17 anos de sua vida, George Boole estabeleceu o conceito de lógica algébrica em matemática e simplificou o mundo em enunciados básicos que tinham "sim" ou "não" como resposta, usando a aritmética básica nessa tarefa.

"As interpretações respectivas dos símbolos 0 e 1 no sistema de lógica são Nada e Universo", disse o matemático. Esse conceito, que ele introduziu em 1847 e expandiu sete anos mais tarde, é o que está presente nos programas atuais de informática.

Portas lógicas

As portas lógicas mais básicas são, na linguagem original de Boole, E ("AND", no original em inglês), OU ("OR") e NÃO ("NOT").

Em seguida, essas três portas podem se combinar para criar enunciados mais complexos. Deste modo, quando se busca na internet por "inovação tecnológica", por exemplo, há um uso implícito da lógica booleana do comando E para combinar as duas palavras, "inovação" e "tecnológica".

Muito antes do Google, nos primeiros anos das buscas por computador, era comum usar os comandos E, OU e NÃO para filtrar os resultados.

Hoje, os avanços na tecnologia de buscas fazem com que muitas delas possam se realizar usando uma linguagem mais natural. Ainda assim, o Google ainda permite aos usuários escrever E ou incluir o símbolo de subtração para afinar os resultados.

Computação magnética supera lógica booleana em milhares de vezes

Com informações da NSF -  05/11/2015

Ilustração da estrutura de um coprocessador magnético que poderia resolver problemas de otimização milhares de vezes mais rapidamente do que os processadores atuais.[Imagem: Ryan Wakefield]

Computação não-booleana

Pesquisadores da Universidade do Sul da Flórida, nos EUA, propuseram uma nova forma de computação não-booleana, que usa nanomagnetos circulares para resolver problemas de otimização quadrática em uma velocidade que é várias ordens de grandeza mais rápida do que a alcançável por um computador convencional.

Sanjukta Bhanja e seus colegas demonstraram como aproveitar a natureza de minimização de energia dos sistemas nanomagnéticos para resolver os problemas de otimização quadrática que surgem em aplicações de visão de computador, que são computacionalmente muito intensivos.

Apesar de focarem nessa aplicação específica, o arcabouço teórico que eles traçaram teria aplicabilidade em uma vasta gama de domínios, dos simuladores computacionais à busca de padrões de comportamento nas mídias sociais, da previsão do tempo e da criptografia às biociências.

Nanomagnetos

Os nanomagnetos têm sido usados extensivamente como bits para o armazenamento de dados e como memórias de computador.

Mas o campo de nanomagnetismo passou a atrair uma atenção crescente a partir da descoberta dos skyrmions, pequenos vórtices magnéticos que rapidamente se transformaram em um novo tipo de memória digital, podendoguardar até 4 bits cada um.

Em escala de laboratório, hoje já é possível manipular o tamanho, a forma, o espaçamento, a orientação e a composição dessas estruturas magnéticas em escalas abaixo dos 100 nanômetros.

Isto encorajou também a busca por formas de usar os nanomagnetos em paradigmas computacionais não convencionais - ou seja, para usá-los não apenas como memórias, mas também para cálculos.

Coprocessador magnético

[Imagem: Sanjukta Bhanja et al. - 10.1038/nnano.2015.245]

Explorando os estados de magnetização de discos nanomagnéticos como representações de estado de um vórtice e um domínio único, Bhanja e seus colegas criaram um arcabouço que permite lidar com o vórtice e com o domínio único em uma estrutura unificada, desenvolvendo uma hamiltoniana magnética que é quadrática por natureza.

Na simulação, esse sistema computacional magnético consegue identificar as principais características de uma imagem com mais de 85% de precisão.

Segundo a modelagem da equipe, esta forma de computação magnética pode ser, em média, 1.528 vezes mais rápida do que o IBM ILOG CPLEX (um software otimizador padrão da indústria) com matrizes de afinidade esparsas (quatro vizinhos), e 468 vezes mais rápida com matrizes de afinidade mais densas (oito vizinhos).

Segundo os pesquisadores, os resultados mostram o potencial deste método alternativo de computação, que poderia ser utilizado para desenvolver um coprocessador magnético que poderia resolver problemas complexos em menos ciclos de clock do que os processadores tradicionais.

Com o campo de pesquisas com os vórtices magnéticos fervilhando, agora é esperar que outros grupos projetem formas de implementar na prática o sistema idealizado pela equipe.

Bibliografia:

Non-Boolean computing with nanomagnets for computer vision applications
Sanjukta Bhanja, D. K. Karunaratne, Ravi Panchumarthy, Srinath Rajaram, Sudeep Sarkar
Nature Nanotechnology
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2015.245

LEDs são ótimos, mas seriam melhores se fossem recicláveis

Redação do Site Inovação Tecnológica -  03/11/2015

Os recicladores estão começando a receber produtos de LED, mas atualmente eles são simplesmente armazenados porque não há tecnologia para sua reciclagem. [Imagem: Fraunhofer IFS/IWKS]

LEDs sem reciclagem

Os LEDs são a última palavra em eficiência energética, e avanços contínuos e quedas nos preços ao longo dos últimos anos finalmente os trouxeram para o campo dailuminação doméstica e automotiva.

Em princípio é uma boa notícia a substituição das lâmpadas fluorescentes compactas, que desbancaram as antigas incandescentes, que gastavam muita energia, mas ao custo de "democratizarem o mercúrio" por todo o planeta.

Mas já começam as preocupações com a reciclagem dos LEDs, porque simplesmente não existe ainda tecnologia para lidar com eles ao final de sua vida útil.

"Neste momento, os recicladores estão começando a receber produtos de LED, mas atualmente eles são simplesmente armazenados, já que não há nenhum processo de reciclagem adequado disponível ainda. O principal objetivo é recuperar os materiais valiosos," relata o professor Jorg Zimmermann, do Instituto Fraunhofer, na Alemanha.

Componentes das lâmpadas LED

As chamadas lâmpadas de LED são construídas com uma variedade de materiais. O invólucro externo é de vidro ou plástico, o dissipador de calor é de cerâmica ou de alumínio, e os resistores e cabos contêm cobre - até aí, não há problemas de reciclagem.

Contudo, os materiais mais valiosos são encontrados dentro dos LEDs propriamente ditos, as pequenas seções emissoras de luz. Os diodos emissores de luz são feitos de semicondutores, sobretudo índio e gálio, e uma série de elementos de terras raras, como európio ou térbio, misturados ao fósforo. Todos materiais muito caros, mas é justamente aí onde faltam tecnologias de reciclagem.

Dada essa mistura de materiais, os pesquisadores estão se dedicando inicialmente a desenvolver técnicas para separar os diversos componentes.

Reduzir as lâmpadas LED ao nível de componentes individuais também torna mais fácil recuperar grandes quantidades de materiais, o que é essencial para viabilizar economicamente a reciclagem, que só será rentável se envolver grandes quantidades de material.

"Para separar e reciclar de forma eficiente todos os componentes de uma lâmpada LED é necessária uma abordagem completamente diferente - uma abordagem que produza grandes quantidades de semicondutores e materiais de fósforo", diz Zimmermann.

Eletrocominuição

A equipe de Zimmermann anunciou os primeiros passos nessa nova abordagem, testando a separação dos componentes com a ajuda de ondas de choque, um processo que eles chamam de "eletrocominuição", que permite desmontar as lâmpadas LED nas suas partes constituintes sem destruir os próprios LEDs.

As ondas de choque são criadas por pulsos elétricos em um meio líquido onde as lâmpadas são mergulhadas. A eletrocominuição separa os componentes individuais conforme eles vão se quebrando, cada um em seu ponto de ruptura específico - uma espécie de "destilação mecânica". Os componentes podem então ser reciclados individualmente.

"Ainda estamos testando se o processo de trituração pode ser repetido até que os materiais desejados sejam separados", diz Zimmerman. "Em particular, é o número de pulsos que determina como os componentes irão se separar."

Depois disso, começará a luta em busca de um processo que permita separar as quantidades-traço dos materiais ativos do LED, os mais valiosos.

Solda revolucionária une metais leves com aço

Redação do Site Inovação Tecnológica -  05/11/2015

A solda é gerada quando o plasma produzido pela vaporização da folha de alumínio faz com que os átomos dos metais se liguem. [Imagem: Glenn Daehn/The Ohio State University]

Soldando o insoldável

Uma nova técnica de soldagem vai permitir reduzir muito o peso dos automóveis, que poderão assim consumir menos combustível e ficar mais resistentes, graças ao uso de metais mais fortes.

Em comparação com o processo de solda tradicional, feito pelos robôs da indústria automobilística, a nova técnica usa 80% menos energia e cria conexões entre metais que são 50% mais fortes.

Mais importante ainda, a técnica torna possível unir metais leves, criando ligas até agora consideradas "insoldáveis" porque o calor e a ressolidificação pós-solda as enfraquece.

"Os materiais ficaram mais fortes, mas as soldas não. Nós podemos projetar metais com microestruturas intricadas, mas nós destruímos a microestrutura quando soldamos," explica o professor Glenn Daehn, da Universidade de Ohio, nos EUA, cuja equipe já havia revolucionado a estamparia de metais.

Solda ponto por resistência

Na técnica mais comum, chamada soldagem a ponto por resistência, uma forte corrente elétrica passa através das duas peças de metal, de modo que a resistência elétrica natural dos metais gera um calor que os derrete parcialmente, formando a solda que os liga.

O grande inconveniente é que correntes elevadas consomem muita energia e as porções derretidas dos metais nunca serão tão fortes como eram antes.

Microfotografia de uma solda entre cobre (alto) e titânio (embaixo), mostrando a interconexão perfeita entre os dois metais leves. [Imagem: Glenn Daehn/The Ohio State University]

Solda por vaporização

Na solução desenvolvida pela equipe de Daehn, batizada de VFA - sigla deVaporized Foil Actuator -, a alta tensão gerada por um banco de capacitores cria pulsos elétricos no interior de uma folha de alumínio, fazendo-a vaporizar em uma questão de milissegundos.

O disparo dos gases quentes gerados pela vaporização do alumínio junta as duas peças de metal de forma praticamente instantânea.

A grande vantagem é que as peças não se fundem, de forma que não se cria uma costura de metal mais fraca entre elas. São os átomos das peças que se ligam, o que pode ser visto nas microfotografias da solda, que mostram porções de cada uma das peças "se abraçando", em uma junção perfeita.

Solda de aço com alumínio

A técnica utiliza menos energia porque o pulso elétrico é extremamente curto e porque a energia necessária para vaporizar a folha de alumínio é menor do que a necessária para fundir as peças de metal.

Até agora, a equipe já conseguiu soldar diferentes combinações de cobre, alumínio, magnésio, ferro, níquel e titânio, incluindo uma até agora considerada impossível solda entre aço e alumínio.

A técnica já está disponível para licenciamento pela Universidade, embora os pesquisadores afirmem que ainda serão necessários desenvolvimentos para dimensioná-la para uso industrial.

Nova técnica para produzir hidrogênio com energia solar

Redação do Site Inovação Tecnológica -  06/11/2015

O resultado foi um aumento notável tanto na absorção dos fótons do Sol - o primeiro problema -, quanto no transporte dos elétrons - o segundo problema. [Imagem: Peter Allen]

Estratégia para combustível limpo

Equipes de todo o mundo estão trabalhando duro em busca de um método barato para gerar combustível limpo.

Uma ideia interessante é usar a energia solar para quebrar as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio e, em seguida, usar o hidrogênio como combustível - usado em uma célula a combustível, o hidrogênio gera eletricidade e o único resíduo é novamente água.

Mas quebrar a água em seus elementos constituintes de forma eficiente não tem-se mostrado uma tarefa fácil.

Agora, uma equipe da Universidade de Wisconsin, nos EUA, deu uma contribuição importante para esse esforço. Além de melhorar a eficiência dos processos envolvidos, eles desenvolveram uma nova ferramenta conceitual que pode ser aplicada de forma mais ampla nas diversas técnicas usadas para quebrar a água usando a luz solar.

Tae Woo Kim e seus colegas descobriram uma maneira de aumentar a eficiência com que um eletrodo usado para a separação da água absorve os fótons solares - e, ao mesmo tempo, melhorar o fluxo de elétrons de um eletrodo para o outro, para que energia seja aproveitada.

"Nosso estudo irá incentivar pesquisadores da área a desenvolver maneiras de melhorar múltiplos processos utilizando um único tratamento," disse a professora Kyoung-Shin Choi, orientadora da equipe. "Portanto, não se trata apenas da obtenção de uma maior eficiência, trata-se de oferecer uma estratégia para esse campo de pesquisas."

Nitrogênio e elétrons

Quando se constrói um eletrodo para capturar a luz do Sol, o objetivo é obter o máximo do espectro solar para excitar os elétrons no eletrodo, de forma que eles se desloquem de um estado para outro e fiquem disponíveis para a reação de decomposição da água. Igualmente importante, mas um problema inteiramente diferente, os elétrons precisam mover-se facilmente do eletrodo para um contra-eletrodo, criando um fluxo de corrente.

Até agora, eram necessárias manipulações distintas no material para aumentar a absorção dos fótons e o movimento dos elétrons.

A equipe descobriu que os dois problemas podem ser abordados conjuntamente aquecendo um eletrodo feito de vanadato de bismuto (BiVO₄) a 350 graus Celsius enquanto se força sobre ele um fluxo de nitrogênio.

O resultado foi um aumento notável tanto na absorção dos fótons do Sol - o primeiro problema -, quanto no transporte dos elétrons - o segundo problema.

Tudo aparentemente devido a "defeitos" na estrutura do eletrodo gerados na absorção do nitrogênio. E esse nitrogênio ainda reduz a energia necessária para energizar os elétrons até o estado em que eles ajudam a quebrar as moléculas de água.

Agora é esperar que a técnica seja incorporada por todas as diferentes linhas de pesquisa envolvendo a produção de hidrogênio com energia solar, e ver qual delas produz o melhor resultado.

Bibliografia:

Simultaneous enhancements in photon absorption and charge transport of bismuth vanadate photoanodes for solar water splitting
Tae Woo Kim, Yuan Ping, Giulia A. Galli, Kyoung-Shin Choi
Nature Communications
Vol.: 6, Article number: 8769
DOI: 10.1038/ncomms9769

Luz viaja infinitamente rápido dentro de chip

Com informações da Universidade de Harvard -  06/11/2015

O material com índice zero de refração gera uma luz com comprimento de onda infinito.[Imagem: Peter Allen/Harvard SEAS]

Da eletrônica para a fotônica

Acaba de ser fabricado, no interior de um chip, o primeiro metamaterial com um índice de refração igual a zero, o que significa que a luz pode viajar com uma velocidade infinita em seu interior.

Este é um passo essencial na transição da eletrônica para a fotônica, que usa a luz para transportar grandes quantidades de informação muito mais rapidamente, o que poderá melhorar ou até mesmo substituir os dispositivos eletrônicos atuais.

O passo que falta para que as conexões ópticas sejam integradas aos sistemas de telecomunicações e aos computadores é desenvolver mecanismos e componentes que tornem mais fácil manipular a luz em nanoescala - no interior dos chips.

"A luz normalmente não gosta de ser espremida ou manipulada, mas este metamaterial permite manipular a luz de um chip para outro, espremer, dobrar, torcer e reduzir o diâmetro de um feixe da macroescala até a nanoescala. É uma nova forma notável para manipular a luz," disse o professor Eric Mazur, chefe da equipe responsável pela inovação.

Luz com velocidade infinita

Embora essa "velocidade infinitamente alta" soe como algo que quebra a regra da relatividade, não é esse o caso - ainda que já não haja mais tanta certeza entre os físicos de que o limite de velocidade universal da luz seja de fato insuperável.

Ocorre que a luz tem uma outra velocidade, medida pela rapidez com que as cristas de uma onda se movem, conhecida como velocidade de fase. Essa velocidade da luz aumenta ou diminui dependendo do material no qual a onda está se movimentando.

• Meta-átomos fazem luz viajar em velocidade infinita

Quando a luz passa através da água, por exemplo, sua velocidade de fase é reduzida conforme seu comprimento de onda é comprimido. Quando ela sai da água, sua velocidade de fase aumenta novamente conforme seu comprimento de onda volta a se alongar. O quanto as cristas de uma onda de luz se retardam em um material é expresso como uma razão chamada índice de refração - quanto maior for a refração, mais o material interfere com a propagação das cristas de onda da luz.

A água, por exemplo, tem um índice de refração de cerca de 1,3, enquanto o índice de refração do ar fica por volta de 1,0003 - o valor 1 é atribuído ao vácuo.

O metamaterial com índice zero de refração faz a interface entre os circuitos integrados eletrônicos e os componentes fotônicos. [Imagem: Yang Li et al. - 10.1038/nphoton.2015.198]

Índice de refração zero

Ocorre que, quando o índice de refração é reduzido para zero, coisas realmente estranhas e interessantes começam a acontecer.

Em um material com índice zero de refração, não há nenhum avanço de fase, ou seja, a luz não se comporta mais como uma onda em movimento, que viaja através do espaço em uma série de cristas e vales. Em vez disso, o material de índice zero cria uma fase constante - só cristas ou só vales - estendendo-se em comprimentos de onda infinitamente longos. As cristas e vales oscilam apenas como uma variável no tempo, não no espaço.

Essa fase uniforme permite que a luz seja esticada ou comprimida, torcida ougirada, sem perder energia.

Um material de índice zero que se encaixa dentro de um chip, portanto, tem um mundo de aplicações, inclusive no campo da computação quântica.

• Hélice de escuridão vai onde nenhuma luz jamais foi antes

Entrelaçamento

O metamaterial responsável por tudo isso consiste em matrizes de nanopilares de silício incorporadas em uma matriz de polímero, tudo revestido por uma película de ouro.

A equipe demonstrou que esse dispositivo funciona como um acoplamento entre guias de onda, também feitos de silício, fazendo a interface entre os circuitos integrados eletrônicos e os componentes fotônicos, todos integrados em um chip padrão.

Além de servir para os processadores fotônicos, esta técnica também pode ser usada para manipular qubits.

"Na óptica quântica, a ausência do avanço de fase pode permitir que emissores quânticos em uma cavidade ou guia de onda de índice zero emitam fótons que estão sempre em fase um com o outro", disse Philip Munoz, membro da equipe. "E também pode melhorar o entrelaçamento entre bits quânticos, já que as ondas de entrada da luz são efetivamente espalhadas e infinitamente longas, permitindo que mesmo partículas distantes sejam entrelaçadas."

Bibliografia:

On-chip zero-index metamaterial
Yang Li, Shota Kita, Philip Muñoz, Orad Reshef, Daryl Vulis, Mei Yin, Marko Loncar and Eric Mazur
Nature Photonics
Vol.: 9, 738-742
DOI: 10.1038/nphoton.2015.198