Informática

Processador quântico ampliável fatora seu primeiro número

Redação do Site Inovação Tecnológica -  14/03/2016

Os fatores primos de 15 podem ser calculados de cabeça. Mas pegue um número maior - 91, por exemplo - e você já irá precisar de papel e lápis. E o que dizer de números com 200 dígitos? [Imagem: Jose-Luis Olivares/MIT]

Algoritmo de Shor

Pesquisadores do MIT (EUA) e da Universidade de Innsbruck (Áustria) construíram um processador quântico de cinco átomos presos em uma armadilha de íons e acionados por laser.

Mas a grande novidade é que esse sistema de poucos qubits pode ser ampliado para construir um computador quântico maior e mais rápido, capaz de fatorar números gigantescos.

O processador quântico usa pulsos de laser para controlar cada átomo e fazê-los executar o algoritmo de Shor, um algoritmo quântico que calcula os fatores primos de um número grande de forma muito mais eficiente do que um computador clássico.

Até agora se acreditava que esse algoritmo dependesse de um processador com um grande número de bits quânticos. Várias equipes já tentaram implementar o algoritmo de Shor em vários sistemas quânticos, mas nenhum deles foi capaz de fazê-lo com tão poucos qubits - e de uma forma escalável.

Problema da fatoração

Fatorar números muito grandes é tão difícil que essa operação é a base para muitos esquemas de criptografia para proteger cartões de crédito, transações bancárias e outros dados confidenciais. Acredita-se que um único computador quântico possa facilmente condenar todos esses esquemas de segurança à obsolescência usando centenas de qubits trabalhando em paralelo.

• Teoria da informação reinventa-se para computação quântica

A Dra. Tanja Lange diz que qualquer informação que deva ser guardada por pelo menos 10 anos já deveria estar usando técnicas de criptografia pós-quântica. [Imagem: Bart van Overbeeke/TUE]

Para começar, o processador quântico de cinco qubits consegue fatorar o número 15. Parece pouco, porque os fatores primos de 15 - 3 e 5 - podem ser calculados de cabeça. Mas pegue um número maior - 91, por exemplo - e você já irá precisar de papel e lápis. Números usados em criptografia podem ter 200 dígitos, o que hoje leva dois anos para calcular usando centenas de computadores operando em paralelo.

"Nós demonstramos que o algoritmo de Shor, o algoritmo quântico mais complexo conhecido até hoje, é realizável (...) Tudo que você tem a fazer é ir no laboratório, aplicar mais tecnologia, e você deverá ser capaz de fazer um computador quântico maior," diz Isaac Chuang, membro da equipe.

"Ainda custaria uma quantidade enorme de dinheiro para construir esse computador - você não vai construir um computador quântico e colocá-lo sobre sua mesa tão cedo. Mas agora é muito mais um esforço de engenharia, e não uma questão de física básica," ressalvou Chuang.

• Quem irá programar os computadores quânticos?

Bibliografia:

Realization of a scalable Shor algorithm
Thomas Monz, Daniel Nigg, Esteban A. Martinez, Matthias F. Brandl, Philipp Schindler, Richard Rines, Shannon X. Wang, Isaac L. Chuang, Rainer Blatt
Science
Vol.: 351, Issue 6277, pp. 1068-107
DOI: 10.1126/science.aad9480

Eletrônica

O tão sonhado laser de silício torna-se prático

Redação do Site Inovação Tecnológica -  14/03/2016

O nanolaser sobre silício foi construído com pontos quânticos. [Imagem: Siming Chen et al. - 10.1038/nphoton.2016.21]

Nanolaser de silício

Até cerca de 10 anos atrás acreditava-se queseria impossível fabricar um laser de silício.

De lá para cá, alguns experimentos comnanolaseres de silício dentro de chips fotônicosmostraram o quanto esse avanço pode render para a tecnologia atual.

Agora, uma equipe britânica afirma ter desenvolvido o primeiro processo para fabricar um laser sobre silício que é prático e passível de chegar à indústria.

O nanolaser, construído com pontos quânticos, alcançou até 105 mW, funcionou a temperaturas de até 120º C e os cálculos indicam que ele será estável por até 100.000 horas de operação.

Fotônica do silício

"Construir lasers bombeados eletricamente em substratos de silício é um passo fundamental rumo à fotônica do silício. Os resultados precisos desse passo são impossíveis de prever na sua totalidade, mas isto irá claramente transformar a computação e a economia digital, revolucionar os cuidados com a saúde através do monitoramento dos pacientes e proporcionar uma mudança radical na eficiência energética," disse o professor Peter Smowton, da Universidade de Cardiff.

Na chamada fotônica do silício, a luz substitui a corrente elétrica usada para transferir as informações dentro dos chips e entre eles, aumentando a velocidade na transmissão de dados e diminuindo a energia gasta, o que também resulta em redução no aquecimento dos chips.

Para demonstrar todo esse potencial, a equipe afirma já estar trabalhando na construção de um protótipo que integre o laser sobre silício com guias de onda e com a eletrônica necessária para demonstrar a comunicação por luz no interior dos chips e entre os chips.

Bibliografia:

Electrically pumped continuous-wave III-V quantum dot lasers on silicon
Siming Chen, Wei Li, Jiang Wu, Qi Jiang, Mingchu Tang, Samuel Shutts, Stella N. Elliott, Angela Sobiesierski, Alwyn J. Seeds, Ian Ross, Peter M. Smowton, Huiyun Liu
Nature Photonics
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nphoton.2016.21

Materiais Avançados

Reações químicas são catalisadas com eletricidade estática

Redação do Site Inovação Tecnológica -  14/03/2016

A catálise de uma reação química usando um campo elétrico pode revolucionar a forma como produzimos produtos químicos de alto valor agregado, como fármacos.[Imagem: Kate Patterson]

Síntese nanoquímica

Pesquisadores descobriram uma nova forma de acelerar as reações químicas, em uma descoberta que poderá levar a uma indústria química mais limpa e nanotecnologias mais baratas.

A equipe da Espanha e Austrália usou eletricidade estática como catalisador para um processo químico bem conhecido, a reação de Diels-Alder, aumentando a velocidade da reação por um fator de cinco.

Em vez dos tradicionais catalisadores de alto custo, como platina e ródio, Albert Aragonès e seus colegas aplicaram um campo elétrico entre dois nanoeletrodos ligados às moléculas que deviam reagir.

Esta nova abordagem de síntese nanoquímica envolve juntar moléculas individuais para criar novas estruturas moleculares usando blocos fundamentais, o que poderá facilitar a síntese de compostos químicos difíceis de obter e de alto valor agregado.

"A teoria sugere que muitas reações químicas - e não apenas as reações redox [transferência elétrons], como se pensava - podem ser catalisadas pela aplicação de um campo elétrico. Nós fornecemos a evidência experimental para isto pela primeira vez," disse o professor Ismael Díez-Pérez da Universidade de Barcelona.

Catálise eletrostática

A catálise eletrostática - usar campos elétricos como catalisadores - é a forma menos desenvolvida da catálise na química sintética porque os efeitos eletrostáticos são fortemente direcionais.

A equipe superou essa dificuldade manipulando moléculas individuais com um microscópio de tunelamento (STM). "A nossa abordagem com um STM modificado permite registrar assinaturas diretas das moléculas individuais reagindo. Controlar a orientação das moléculas com relação ao campo elétrico acelerou uma reação não-redox pela primeira vez," reafirmou Díez-Pérez.

Embora a técnica seja diretamente aplicável em experimentos em nanoescala e eventualmente no interior de biochips, ainda deverá ser analisada a possibilidade de extensão da técnica de catálise eletrostática para otimizar reações em larga escala.

Bibliografia:

Electrostatic catalysis of a Diels-Alder reaction
Albert C. Aragonès, Naomi L. Haworth, Nadim Darwish, Simone Ciampi, Nathaniel J. Bloomfield, Gordon G. Wallace, Ismael Díez-Pérez, Michelle L. Coote
Nature
Vol.: 531, 88-91
DOI: 10.1038/nature16989

Espaço

ExoMars parte em busca de gases que sinalizem vida em Marte

Com informações da BBC e ESA -  14/03/2016

A principal tarefa da ExoMars será rastrear a fonte do metano na atmosfera do planeta. [Imagem: ESA]

ExoMars

A Europa e a Rússia lançaram uma missão conjunta a Marte que tem entre seus objetivos descobrir se pode haver vida no planeta.

A sonda, chamada ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), foi lançada de Baikonur, no Cazaquistão.

Ela vai investigar se o gás metano encontrado na atmosfera do planeta vem de uma fonte geológica ou se é produzido por micróbios.

Se algum indício for encontrado, a Europa e Rússia darão prosseguimento à missão com um veículo robótico que poderá perfurar a superfície do planeta em busca de amostras. Essa outra missão poderia ser lançada em 2018 ou, mais provavelmente, em 2020.

Módulo Schiaparelli

Os russos já lançaram 19 missões para Marte, mas a maioria delas fracassaram, incluindo a esperada Fobos-Grunt, que traria uma amostra de Marte para estudos na Terra.

Com a ExoMars já no espaço, agora serão sete meses de viagem até Marte.

Em 16 de outubro, três dias antes da chegada a Marte, a nave lançará um pequeno módulo de pouso chamado Schiaparelli.

Uma vez na superfície, em 19 de outubro, o módulo realizará algumas experiências embora o que mais interessará aos engenheiros será verificar como o módulo vai se sair durante a entrada, descida e pouso em Marte.

O módulo Schiaparelli vai testar uma série de tecnologias de pouso em Marte. [Imagem: ESA]

O módulo Schiaparelli vai testar uma série de tecnologias - radares, computadores e seus algoritmos - que serão necessárias para colocar o veículo robótico no planeta na missão posterior.

Ele irá tirar fotos durante a descida, mas não tem uma câmera de superfície para fotografar seu local de pouso. O Schiaparelli fará observações ambientais até sua bateria acabar.

Metano em Marte

Depois de liberar o Schiaparelli, a ExoMars passará a maior parte do ano se colocando em uma órbita circular a 400 km de altura acima de Marte, de onde seus equipamentos farão um levantamento detalhado dos gases atmosféricos de Marte.

O interesse central é o metano. Observações anteriores - feitas com satélite, telescópios na Terra e o rover americano Curiosity na superfície do planeta - identificaram a presença do hidrocarboneto em concentrações baixas, de apenas algumas partes por bilhão em volume.

• Marcianos não encontrados: Curiosity não encontra metano em Marte

O simples fato de o metano estar ali já é surpreendente. A luz ultravioleta deveria ter removido o gás da atmosfera em questão de algumas centenas de anos, o que sugere que ele deve estar sendo substituído de alguma forma.

Uma possível fonte ativa de metano pode estar ligada a uma atividade geológica que ocorre abaixo da superfície, onde água pode estar reagindo com rochas minerais para produzir hidrogênio, que depois seria convertido em metano.

Outra hipótese é de que a fonte tenha uma origem biológica. A maior parte de metano na atmosfera da Terra vem de micróbios, como os presentes nos estômagos de ruminantes. Não existem vacas em Marte, mas organismos bem básicos poderiam estar de alguma forma agindo logo abaixo da superfície do planeta.

As medições do TGO poderão trazer confirmar ou rejeitar as duas hipóteses.

Materiais Avançados

Filtragem atômica: Metamaterial pode separar átomos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  15/03/2016

O metamaterial (círculo) separa os gases em perfis de concentração muito claros. [Imagem: Martin Maldovan/Juan Manuel Restrepo-Flórez]

Separação atômica

As propriedades únicas dos metamateriais têm sido usadas para camuflar objetos, escondê-los de vibrações, ondas de pressão e calor e até deterremotos.

Agora, Juan Restrepo-Flórez e Martin Maldovan, do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos EUA, querem adicionar um outro uso para esses materiais projetados artificialmente: uma técnica de separação química direcional que permite esconder um composto enquanto se concentra outro.

Os pesquisadores acreditam que manipular a transferência de massa usando metamateriais pode reduzir a energia necessária para determinadas reações químicas e biomoleculares.

A proposta é usar materiais plásticos especialmente projetados para dirigir o fluxo de átomos tirando partido das suas propriedades físicas específicas.

Eles já fizeram os cálculos detalhados de como usar a técnica para separar uma mistura de nitrogênio e oxigênio - camuflando o nitrogênio e concentrando o oxigênio.

"Vamos controlar a forma como os átomos atravessam o metamaterial, em que direção eles vão. Ao projetar a difusividade dos metamateriais, podemos fazer os átomos de um composto irem por um caminho, e os átomos de um outro composto seguirem de forma diferente. Nós estamos manipulando as propriedades físicas para controlar a direção que os átomos tomam através do revestimento de metamaterial," explicou Maldovan.

Filtragem atômica

A técnica terá aplicações em áreas como a síntese de produtos químicos, o crescimento de cristais de semicondutores, a recuperação de resíduos de solutos biológicos ou químicos e até na produção de rins artificiais, já que a técnica é essencialmente uma nova forma de filtragem - eventualmente a filtragem mais eficiente que se possa fazer, já que operará em nível atômico.

Além de separar os átomos, a capacidade dos metamateriais para concentrá-los permitirá a construção de sensores para detectar quantidades-traço de qualquer elemento, essencialmente amplificando o sinal químico disponível.

Embora a ideia ainda precise ser comprovada experimentalmente, praticamente todas as propostas teóricas feitas até agora com os metamateriais se mostraram factíveis, por mais estranhas que parecessem à primeira vista.

O plano da dupla para demonstrar sua proposta na prática é construir osmetamateriais usando quatro tipos diferentes de polímeros, dois com alta difusividade e dois com baixa difusividade. O tamanho e os padrões dos blocos feitos na superfície de cada material serão determinados por algoritmos matemáticos para interagir com as propriedades específicas dos átomos dos compostos a serem trabalhados.

Bibliografia:

Mass Separation by Metamaterials
Juan Manuel Restrepo-Flórez, Martin Maldovan
Nature Scientific Reports
Vol.: 6: 21971
DOI: 10.1038/srep21971

Informática

Chip analógico gasta 1.000 vezes menos energia que chip digital

Redação do Site Inovação Tecnológica -  15/03/2016

Os protótipos já estão em avançado estágio de desenvolvimento, quase prontos para uso. [Imagem: Fitrah Hamid/Georgia Tech]

Chip analógico programável

Um novo chip de computação analógica configurável utiliza 1.000 vezes menos energia elétrica do que seus equivalentes digitais e ainda pode ser construído até 100 vezes menor.

O circuito integrado foi batizado do FPAA (Matriz Analógica Programável em Campo), para mostrar sua equivalência aos FPGAs (Matriz de Portas Programável em Campo), que hoje dominam o mercado de chips por serem muito versáteis, podendo ser configurados após a fabricação.

A grande diferença é que o FPAA usa uma tecnologia analógica para obter uma redução sem precedentes no consumo de energia e nas dimensões do chip.

Como o dispositivo inclui um pequeno circuito digital para seu interfaceamento, bem como para a inserção da programação, os profissionais familiarizados com os FPGAs não terão problemas em usar a nova plataforma, que se espera seja útil em aplicações que exigem um baixo consumo de energia, como a eletrônica embarcada em outros aparelhos e veículos, além da computação que tenta imitar o cérebro.

"Mas, em outros aspectos, o FPAA vai parecer bem diferente. Em termos da energia necessária, ele é extremamente diferente, porque você só precisa de miliwatts para fazer o dispositivo analógico funcionar, enquanto é difícil conseguir fazer um FPGA funcionar com menos de um watt," disse Jennifer Hasler, do Instituto de Tecnologia da Geórgia (EUA).

• Como os computadores pretendem imitar o cérebro

Computação analógica

A tecnologia analógica tem sido usada principalmente em circuitos com estrutura fixa, como sensores que fazem a interface entre os aparelhos digitais e o mundo real, tipicamente analógico. Isso inclui, por exemplo, os circuitos que detectam e reproduzem o som nos telefones e aparelhos de som e as fontes que controlam o suprimento de energia, entre uma série inumerável de exemplos.

Esses circuitos dedicados, de função única, não conseguem executar a computação feita pelos circuitos digitais, baseada em software.

Para superar essa deficiência, a equipe de Hasler desenvolveu técnicas que executam os cálculos usando uma arquitetura física no estilo analógico posicionando os elétrons em uma estrutura conectiva. Isto é diferente dos FPGAs, que processam os elétrons através de portas flutuantes, de modo similar aos semicondutores digitais convencionais, como as memórias e CPUs.

A equipe está finalizando uma ferramenta de código aberto para a programação dos seus chips analógicos, que possuem também os circuitos digitais necessários para o interfaceamento com a eletrônica digital. [Imagem: Michelle Collins et al.]

Para programar o ambiente analógico, os elétrons são manipulados de forma precisa usando técnicas de injeção e tunelamento de elétrons. Os dados são gravados elevando o número de elétrons em posições específicas para um valor exato e bem definido, e baixando-os ao menor valor possível para apagar os dados.

"O nosso chip FPAA tem cerca de meio milhão desses parâmetros programáveis," explica Hasler. "Eles podem ser usados como um interruptor, em um estilo digital - usando o menor valor possível paradesligado ou o maior valor possível paraligado - ou nós podemos obter até mesmo comportamentos ainda mais ricos usando valores intermediários."

• Processador analógico imita o cérebro

Computação física

Outra vantagem do chip analógico é que ele é não-volátil, o que significa que os dados são mantidos mesmo quando a energia é desligada, similar às memóriasflash.

"Além de ser não-volátil, nossa arquitetura analógica nos permite fazer algo bastante radical - podemos calcular usando o roteamento do chip, explorando áreas que normalmente são consideradas apenas peso morto.

"Para isso, nós desenvolvemos interruptores altamente eficientes que podem ser programados, desligados ou ficarem no meio-termo - parcialmente ligados e parcialmente desligados. Esta flexibilidade fornece mais recursos de computação e consumo reduzido de energia.

"Acreditamos que a tecnologia analógica oferece formas muito poderosas de olhar para a computação física, com um considerável potencial para uso comercial, neuromórfico, militar e outras aplicações", concluiu Hasler.

Bibliografia:

An Open-Source Tool Set Enabling Analog-Digital-Software Co-Design
Michelle Collins, Jennifer Hasler, Suma George
Journal of Low Power Electronics and Applications
Vol.: 6(1), 3
DOI: 10.3390/jlpea6010003

Integrated Floating-Gate Programming Environment for System-Level ICs
S. Kim, J. Hasler, Suma George
IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems
Vol.: PP, Issue 99
DOI: 10.1109/TVLSI.2015.2504118

A Programmable and Configurable Mixed-Mode FPAA SoC
S. George, S. Kim, S. Shah, J. Hasler, M. Collins, F. Adil, R. Wunderlich, S. Nease, S. Ramakrishnan
IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems
Vol.: PP, Issue 99
DOI: 10.1109/TVLSI.2015.2504119

Brasileiros criam material para camuflagem ativa

Com informações da USP -  10/03/2016

É a primeira vez que se consegue fabricar materiais eletrocrômicos fora da faixa do azul. [Imagem: Agnieszka Maule/Agência USP]

Camuflagem ativa

Pesquisadores da USP desenvolveram uma nova tecnologia de materiais que mudam de cor, o que os torna adequados para camuflagens ativas, adaptando-se às cores do ambiente externo.

"Nós pensamos que ele poderá ser construído no formato de uma manta ou placa flexível ou mesmo tela para ser colocada sobre veículos ou tanques de guerra, ou outros equipamentos, com o intuito de camuflá-los", explica a professora Agnieszka Joanna Pawlicka Maule, do Instituto de Química de São Carlos (IQSC).

O projeto está em processo de patenteamento no Brasil e na Comunidade Europeia. "Já fomos procurados por uma indústria militar da Europa que se interessou pelo dispositivo camaleão," conta Agnieszka.

Material camaleão

Dispositivos eletrocrômicos têm sido propostos para uso em várias aplicações, como janelas de edifícios e retrovisores de carros.

Eles podem ser fabricados a partir de vários materiais, de moléculas orgânicas a géis poliméricos e filmes finos cerâmicos.

Apesar de toda essa versatilidade e de já existirem diversas utilizações práticas, as cores sempre ficam na faixa do azul, o que pode não ser adequado para todas as aplicações.

A inovação da equipe da professora Agnieszka foi desenvolver um material eletrocrômico "camaleão", que muda de cor do verde ao amarelo, em diversas tonalidades. Essas cores fizeram a equipe pensar nos veículos militares, já que elas são adequadas para a camuflagem em ambientes como deserto, selva, terra ou montanhas rochosas.

A versatilidade do material permite vislumbrar vários modos de aplicação. [Imagem: Agnieszka Maule/Agência USP]

Materiais eletrocrômicos

Os dispositivos eletrocrômicos são compostos por sete camadas: vidro, material condutor transparente (carga positiva), reservatórios de íons, eletrólito, filme eletrocrômico (que muda de cor), condutor transparente (carga negativa) e vidro. "Essas camadas são muito finas, quase imperceptíveis e, por serem transparentes, parecem vidro comum. Portanto, quando dispositivos eletrocrômicos são instalados em janelas é difícil distingui-las das outras," exemplifica a pesquisadora.

Seu funcionamento lembra uma bateria: são dois pólos elétricos com um eletrólito (condutor elétrico) no meio que, ao receber uma corrente elétrica, e dependendo da polaridade (positiva ou negativa), pode ficar colorido, descolorido ou transparente. Ou seja, é possível ligar e desligar as cores atuando eletricamente sobre o eletrólito.

A ideia é que o dispositivo camaleão seja composto por dezenas de "janelas", semelhantes aos píxeis de uma tela, embora maiores, e que poderão ser comandadas individualmente para a mudança de cores, lembrando o padrão das roupas camufladas.

Primeiro, uma máquina fotográfica tirará fotos do local. As imagens serão enviadas para um computador que as transformará em padrões de cores e depois em números. Esses números serão transformados em potencial elétrico e enviados para os píxeis, que vão modular as próprias cores de acordo com as do ambiente.

Obtendo financiamento, eventualmente da indústria, a equipe planeja construir um protótipo, na forma de uma manta flexível ou placa.

Para hackear uma impressora 3D basta um gravador de som

Redação do Site Inovação Tecnológica -  10/03/2016

O som das impressoras 3D pode ser um mecanismo facilmente explorado na espionagem industrial. Na foto, exemplos de objetos impressos. [Imagem: Daniel Anderson / UCI]

Espionagem sonora

Hackear uma impressora 3D pode ser tão simples quanto ligar o gravador do celular ao lado enquanto o equipamento está funcionando.

Mohammad Al Faruque e seus colegas da Universidade da Califórnia em Irvine, nos EUA, mostraram que basta o gravador de um celular para capturar os sinais acústicos que guardam todas as informações necessárias para isso.

Com a gravação do ruído do movimento e do bico injetor da impressora 3D é possível fazer uma engenharia reversa e recriar o mesmo objeto em outra impressora.

O programa de engenharia reversa criado pela equipe conseguiu quase 90% de precisão na duplicação de um objeto aleatório usando apenas a engenharia reversa acústica.

Fluxos de informação e fluxos de energia

"Meu grupo basicamente tropeçou nesta descoberta no verão passado quando estávamos tentando entender a relação entre os fluxos de informação e os fluxos de energia," contou o professor Al Faruque.

"De acordo com as leis fundamentais da física, a energia não é consumida; ela é convertida de uma forma para outra - energia eletromagnética para cinética, por exemplo. Algumas formas de energia são convertidas em formas significativas e úteis; outras tornam-se emissões, que podem inadvertidamente liberar informações secretas," acrescentou o pesquisador.

As emissões produzidas pelas impressoras 3D são sinais acústicos que contêm mais informação do que se imaginava.

Para aqueles mais preocupados com proteção intelectual e sigilo industrial, o pesquisador sugere que se comece a pensar em formas de amortecer os sinais acústicos das impressoras, eventualmente introduzindo ruídos aleatórios que possam evitar a engenharia reversa.

Ou proibir que alguém se aproxime do equipamento com um celular enquanto ele estiver funcionando.

Brasil convidado para megaexperimento sobre neutrinos

Com informações da Agência Fapesp -  11/03/2016

A fonte e o detector de neutrinos estarão separados por uma distância de 1.300 km, com os neutrinos viajando através do manto da Terra. [Imagem: Fermilab]

Projeto DUNE

O Brasil foi oficialmente convidado para tornar-se parceiro do DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment, ou Experimento Subterrâneo Profundo sobre Neutrinos).

O convite foi feito por Marcela Carena, diretora de relações internacionais do Fermilab, o principal laboratório de Física de partículas dos Estados Unidos, que veio ao Brasil apresentar o projeto.

Um megaprojeto científico bilionário, voltado a tentar descobrir novas propriedades dos neutrinos - uma partícula elementar fugaz, quase desprovida de massa e que viaja a uma velocidade muito próxima à da luz -, o projeto Dune prevê a construção de uma fonte subterrânea de luz emissora de um feixe de neutrinos no Fermilab.

• Entenda a massa dos neutrinos que rendeu o Nobel de Física

Jornada dos neutrinos

Os neutrinos criados pela fonte subterrânea de luz viajarão 1,3 mil quilômetros em linha reta, através do manto da Terra, e serão interceptados por dois detectores: um a 600 metros de profundidade, localizado no próprio Fermilab, e um segundo, maior, situado a 1,47 quilômetro de profundidade, no Sanford Lab.

Durante essa longa jornada dos neutrinos, os físicos envolvidos no projeto pretendem medir propriedades dessas partículas que estão entre as mais abundantes no Universo - atrás apenas dos fótons - e que são capazes de atravessar materiais densos, como solo e rochas, sem interagir com um único átomo, não deixando nenhum rastro de sua passagem. Por isso, são chamadas de partículas "fantasmagóricas".

Por meio do projeto Dune, pretende-se observar algumas das raríssimas interações dos neutrinos com a matéria e registrar sinais de partículas detectáveis que podem surgir a partir das raras colisões de neutrinos com átomos.

Dessa forma, espera-se fazer descobertas que poderiam transformar a compreensão sobre a origem e a evolução do Universo e responder perguntas como: "Por que o Universo tem mais matéria do que antimatéria?".

• Especial Matéria Escura: Neutrinos estéreis e neutralinos

O detector de neutrinos será formado por quatro módulos criogênicos, cada um com 10.000 toneladas de argônio líquido. [Imagem: Fermilab]

Investimento bilionário

Primeiro projeto de megaciência em Física que os Estados Unidos se propuseram a realizar em solo próprio, o Dune deverá receber investimentos de US$ 1,5 bilhão somente do país norte-americano.

Para fechar o orçamento total, não revelado pelo Fermilab, será preciso contar com parceiros internacionais como o Brasil, que possui um longo histórico de relações científicas com o Fermilab, ressaltou Carena.

O país tem a sexta maior participação na comunidade de usuários do Fermilab - atrás apenas dos Estados Unidos, Reino Unido, Itália, Índia e Alemanha, e à frente da Rússia, Suíça, Japão e Canadá -, reunindo 73 pesquisadores de 14 instituições.

"O Brasil é o país da América Latina que tem uma conexão mais forte com o Fermilab", afirmou Carena. "Esperamos manter e fortalecer esse vínculo de colaboração com o país em Física de neutrinos por meio de experimentos como o Dune", ressaltou.

Fabricação de detectores

Na avaliação de Carena, uma das formas de colaboração do Brasil no Dune seria na construção de partes dos detectores, como o principal, que será instalado no Sanford Lab e será composto por quatro módulos criogênicos com argônio líquido e massa total de 70 mil toneladas.

"A ideia é verificar com a comunidade de física de neutrinos no Brasil que tipos de desenvolvimentos tecnológicos podem ser feitos no país, em colaboração com indústrias brasileiras, para os detectores que serão usados no Dune," afirmou.

Na verdade, uma grande equipe brasileira já está estudando o aprimoramento dos sensores que serão usados no Dune. Essa colaboração envolve pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), Universidade Federal do ABC (UFABC), Universidade Federal de Goiás (UFG), Universidade Federal de Alagoas (Ufal) e a Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (Uesb).

Como sintetizar uma "quase" kriptonita

Redação do Site Inovação Tecnológica -  11/03/2016

Esta é a estrutura atômica da "quase" kriptonita. Os átomos azuis são de criptônio e os vermelhos oxigênio - o composto da esquerda deverá ser mais estável que o da direita. [Imagem: IPC PAS]

Síntese da kriptonita

Químicos da Academia Polonesa de Ciências descobriram como sintetizar o primeiro composto binário de criptônio e oxigênio: um óxido de criptônio.

Os cristais de kriptonita, um material mortal para Super-Homem e sua raça, teriam sido criados dentro do planeta Krypton - ou Criptônio -, portanto, muito provavelmente sob pressões muito altas.

O nome kriptonita, ou criptonita, vem justamente do criptônio, elemento químico com número atômico 36, um gás nobre considerado incapaz de formar compostos químicos estáveis.

No entanto, os dois químicos calculam que é possível sintetizar um novo material cristalino no qual os átomos de criptônio ligam-se quimicamente a um outro elemento.

Óxido de criptônio

"Nosso monóxido de criptônio, KrO, provavelmente não existe na natureza. De acordo com o conhecimento atual, nas profundezas dos planetas, ou seja, o único lugar onde há pressão suficiente para sua síntese, não existe oxigênio e muito menos criptônio," disse o professor Patrick Zaleski-Ejgierd, que calculou a síntese do novo material com seu colega Pawel Lata.

Ocorre que essas pressões extremamente altas estão bem dentro da capacidade dos laboratórios atuais.

"Nossas simulações de computador indicam que os cristais de monóxido de criptônio se formarão a uma pressão na faixa de 300 a 500 milhões de atmosferas. É uma pressão gigantesca, mas que pode ser obtida nos laboratórios de hoje apertando as amostras em bigornas de diamante," disse Pawel Lata.

Quase kriptonita

Na verdade, compostos de criptônio já foram produzidos em laboratório sob condições criogênicas. No entanto, são apenas pequenas moléculas individuais - e não cristais - com uma estrutura linear do tipo carbono-hidrogênio-criptônio-carbono-hidrogênio.

"A substância que estamos prevendo é um composto de criptônio não com nitrogênio, mas com oxigênio. No padrão dos gibis, portanto, ele deve ser chamado não tanto de kriptonita, mas de kriptóxido. Então, se o Super-Homem ler isto, ele pode ficar calmo - no momento, ainda não há motivo para pânico!" brinca o professor Zaleski-Ejgierd.

Assim, os fãs mais exigentes do Super-Homem terão que continuar se contentando com a kriptonita terrestre, mais conhecida como jadarita:

• Criptonita é descoberta na Terra

Bibliografia:

Krypton oxides under pressure
Patryk Zaleski-Ejgierd, Pawel M. Lata
Nature Scientific Reports
Vol.: 6, Article number: 189
DOI: 10.1038/srep18938

Correntes oceânicas podem gerar energia continuamente

Redação do Site Inovação Tecnológica -  11/03/2016

Os primeiros protótipos já passaram pelos testes - os modelos finais deverão ter 80 metros de diâmetro e ficar a 100 metros de profundidade. [Imagem: OIST]

Eletricidade do mar

Diversas técnicas estão sendo analisadas e comparadas em busca de uma forma eficiente e economicamente viável de fazer com que os oceanos gerem eletricidade.

Algumas abordagens propõemtirar proveito do movimento das marés usando diques, enquanto outras usam turbinas flutuantes. Mas a maioria dos projetos-piloto envolve tirar proveito da energia das ondas.

O professor Katsutoshi Shirasawa, do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa, no Japão, acredita que dá para tirar proveito também de outro movimento natural das águas: as correntes oceânicas.

A grande vantagem é que as correntes oceânicas - verdadeiros rios que cruzam todos os oceanos da Terra - são contínuas, podendo gerar energia 24 horas por dia, sete dias por semana. Isto as torna mais estáveis do que as ondas e as marés, e livres do problema da intermitência das fontes solar e eólica.

• Especial Armazenar o vento: Tecnologias para serem levadas a sério

Gerador oceânico

Shirasawa projetou uma turbina que ficará bem no meio da corrente oceânica, 100 metros abaixo da superfície do mar, o que significa que o gerador oceânico não colocará qualquer restrição à navegação.

Apesar de constantes e de não mudarem de direção, as correntes oceânicas são lentas, com uma velocidade média entre 1 e 1,5 metro por segundo. Contudo, como a água é mais de 800 vezes mais densa do que o ar, mesmo uma corrente lenta consegue gerar energia comparável à energia gerada por um vento forte incidindo sobre uma turbina eólica.

Esquema da turbina para gerar eletricidade a partir das correntes oceânicas. [Imagem: Katsutoshi Shirasawa et al. - 10.1016/j.renene.2016.01.035]

O projeto foi calculado para explorar a Corrente Kuroshio, que flui ao longo da costa japonesa.

"Nosso projeto é simples, confiável e energeticamente eficiente. A turbina compreende um flutuador, um contrapeso, uma nacele para acomodar o gerador e três pás. Minimizar o número de componentes é essencial para facilitar a manutenção, baixar o custo e alcançar uma baixa taxa de falhas," disse Shirasawa.

Substituir um reator nuclear

A equipe já construiu dois protótipos, que estão passando pelos testes finais de eficiência e durabilidade.

A equipe espera obter financiamento para construir 300 turbinas de 80 metros de diâmetro, o suficiente para gerar 1 GW, potência equivalente à dos reatores nucleares japoneses.

Bibliografia:

Experimental verification of a floating ocean-current turbine with a single rotor for use in Kuroshio currents
Katsutoshi Shirasawa, Kohei Tokunaga, Hidetsugu Iwashita, Tsumoru Shintake
Renewable Energy
Vol.: 91, June 2016, Pages 189-195
DOI: 10.1016/j.renene.2016.01.035

Mecânica

Por que os caminhões não aproveitam a aerodinâmica?

Redação do Site Inovação Tecnológica -  26/02/2016

Resistência do ar no caminhão original (esquerda) e no caminhão aerodinâmico (direita).[Imagem: Petter Ekman]

Aerodinâmica em caminhões

Os carros de passeio têm-se beneficiado continuamente das melhorias aerodinâmicas, com ganhos importantes no consumo de combustível.

Mas está mais difícil convencer o setor de caminhões de que os pesos-pesados podem fugir dos tradicionais formatos quadrados e retangulares e seus cantos vivos.

Engenheiros da Universidade de Linkoping, na Suécia, estão fazendo mais uma tentativa de mostrar esses benefícios.

Usando simulações computadorizadas para redesenhar um veículo de carga leve, Matts Karlsson e Petter Ekman demonstraram que alterações simples, como o arredondamento da carroceria, geram ganhos de até 12% no consumo de combustível.

E esses ganhos não foram teóricos. Em colaboração com uma empresa transportadora, eles construíram um protótipo com as modificações mais simples e mais baratas desenvolvidas nos simuladores e colocaram o pequeno caminhão para rodar por 100.000 km, comparando os resultados com um veículo original do mesmo tipo.

O caminhão original recebeu pisos autoportantes e teve seções não-estruturais substituídas por peças mais leves. O baú foi arredondado, todos os cantos vivos e arestas foram retirados, as rodas foram parcialmente fechadas e o teto da cabine recebeu uma ligeira inclinação para trás, em um formato parecido com uma asa de avião.

Protótipo do caminhão leve consumiu 12% a menos de combustível e gastou 45% menos pneus. [Imagem: Linköping Universitet]

Economia de combustível e pneus

Em viagens de serviço, carregado com até 950 kg, o caminhão aerodinâmico fez 11 km por litro de biodiesel, exatos 12% mais do que seu equivalente original quadradão. Além disso, o desgaste dos pneus foi reduzido significativamente.

Apesar do resultado, a equipe não tem expectativa de que a aerodinâmica venha a desempenhar um papel importante na indústria de caminhões a curto prazo porque o problema é bem maior do que o vento.

"Aqui, o problema é que ninguém tem total responsabilidade: o caminhão é fabricado em um lugar, os acessórios em outro, e a carroceria em um terceiro. O que a Volvo, Scania e outros fabricantes de caminhões fazem para reduzir o consumo de combustível no veículo é rapidamente devorado pelo baú grande e quadrado que o veículo deve puxar," disse Erik Alfredsson, dono da transportadora que patrocinou o experimento.

Talvez seja por isso que os mesmos resultados benéficos venham sendo mostrados em vários testes, sem que isso resulte em benefícios que possam ser vistos nas estradas e sentidos no orçamento das transportadoras:

• Caminhões aerodinâmicos podem economizar bilhões em combustível
• Conjunto aerodinâmico para caminhões corta consumo de combustível em 15%
• Caminhões ganham tecnologia aerodinâmica de aviões

Bibliografia:

Aerodynamic Drag Reduction of a Light Truck - from Conceptual Design to Full Scale Road Tests
Petter Ekman, Roland Gardhagen, Torbjorn Virdung, Matts Karlsson
2016 SAE World Congress Proceedings
http://papers.sae.org/2016-01-1594/