Robótica

Robô de engolir tira bateria do estômago

Redação do Site Inovação Tecnológica -  13/05/2016

Robô capturando uma bateria tipo botão dentro do estômago simulado. [Imagem: Daniela Rus Lab/MIT]

Robô médico

Usando um simulador artificial do esôfago e do estômago humanos, pesquisadores demonstraram um pequeno robô de origami que pode desdobrar-se a partir de uma cápsula ingerida e, guiado por campos magnéticos externos, rastejar através da parede do estômago para remover uma bateria que foi engolida.

O robô é o mais recente de uma longa sequência de dispositivos criados pela técnica japonesa de dobradura, conhecida como origami, pela equipe da professora Daniela Rus, do MIT, nos EUA.

"É realmente emocionante ver os nossos pequenos robôs de origami fazerem algo com potenciais aplicações importantes nos cuidados de saúde. Para aplicações no interior do corpo precisamos de um robô pequeno, controlável e sem fios," disse Rus.

Movimento guiado magneticamente

O robô é formado por duas camadas de material estrutural ensanduichando um material que encolhe quando aquecido. Um padrão de ranhuras nas camadas exteriores determina como o robô irá se dobrar quando a camada do meio se contrai.

A estrutura precisou suportar as dobras até que o robô inteiro coubesse dentro de uma cápsula de medicamento, de forma a poder ser engolido. Da mesma forma, quando a cápsula se dissolve pela ação dos líquidos do estômago, as forças que atuam sobre o robô precisam ser fortes o suficiente para fazer com que ele se desdobre completamente.

Tal como seus antecessores, a principal propulsão do robô é um movimento de apoio e deslizamento, em que suas extremidades se apoiam em uma superfície através do atrito quando ele inicia um movimento, mas deslizam livremente de novo quando o seu corpo flexiona para mudar sua distribuição de peso. Como o estômago é repleto de líquidos, esse mesmo movimento também obtém propulsão nadando.

No centro de uma das dobras foi colocado um ímã permanente que responde à mudança de campos magnéticos externos, responsáveis pelo controle do movimento do robô, o que é essencialmente feito por movimentos rotacionais. Uma rotação rápida o fará girar sobre o próprio eixo, sem se deslocar, e uma rotação mais lenta fará com que ele gire em torno de um dos seus "pés" fixos.

Tirando bateria do estômago

O robô dentro da cápsula de medicamento (esquerda) e depois de desdobrado (direita). [Imagem: Melanie Gonick/MIT]

Manipulando o dispositivo cuidadosamente, mediante o controle dos ímãs externos, a equipe conseguiu capturar e mover uma bateria tipo botão. Essas baterias estão envolvidas em milhares de casos de ingestão todos os anos, sobretudo por crianças.

Para construir o estômago sintético para fazer os testes, a equipe comprou um estômago de porco e, depois de testar suas propriedades mecânicas, construiu um modelo com borracha de silicone, aberto, mas com o mesmo perfil mecânico. Uma mistura de água e suco de limão simula os fluidos ácidos no estômago.

Não há previsão de teste do robô em seres humanos, uma vez que vários dos seus componentes - o ímã, principalmente - não são adequados para inserção no organismo.

Informática

Folhas de papel ficam inteligentes com etiquetas RFID

Redação do Site Inovação Tecnológica -  13/05/2016

A velocidade de rotação do cata-vento, feito com o papel inteligente, é mapeada na tela logo atrás, criando um efeito interessante. [Imagem: Eric Brockmeyer/Disney Research]

Papel inteligente

A Internet das Coisas (IdC) está com um potencial cada vez maior: agora, uma simples folha de papel pode adquirir "capacidades sensoriais" que a permitem responder a comandos por gestos e se conectar ao mundo digital.

Essas capacidades sensoriais se baseiam em sistemas de detecção que permitem que a folha identifique diferentes movimentos das mãos sobre ela, ou movimentos da própria folha sendo agitada.

A técnica se baseia nas bem conhecidas etiquetas de radiofrequência (RFID), usadas na identificação de produtos, que funcionam sem baterias, recebendo sua energia do leitor encarregado de ler seus dados.

Como são muito finas, elas podem ser coladas ou mesmo impressas ou desenhadas diretamente no papel, criando interfaces interativas que podem fazer qualquer coisa para a qual sejam programadas, como controlar a música ou a iluminação, ou mesmo servir como sistema de resposta pelos alunos em uma sala de aula.

Interface com RFID

Cada etiqueta RFID tem um número único de identificação, de forma que o leitor consegue identificar cada uma e ler seus dados individualmente. É isto que permite que os movimentos das mãos sejam transformados em comandos.

Exemplo de uma prova eletrônica, em que o estudante pode receber a nota instantaneamente, assim que pressiona sua opção. [Imagem: Eric Brockmeyer/Disney Research]

Quando as mãos de uma pessoa ondulam, tocam ou cobrem uma etiqueta, a mão perturba ligeiramente o sinal entre a etiqueta individual e seu leitor. Algoritmos podem reconhecer os movimentos específicos afetando uma sequência de etiquetas e, desta forma, traduzir um padrão de interrupção do sinal em um comando específico.

"Essas pequenas etiquetas, através da aplicação de processamento de sinais e de algoritmos de aprendizagem de máquina, podem ser transformadas em sensores multigestos. Nossa pesquisa está avançando os limites do uso de hardware de baixo custo para fazer algo que não era possível de se fazer antes," disse Hanchuan Li, da Universidade de Washington, que desenvolveu a tecnologia, batizada de PaperID, em conjunto com pesquisadores da Disney Research.

Interação com papel

Os pesquisadores desenvolveram diferentes métodos de interação. Por exemplo, uma única etiqueta funciona bem para um botão de liga/desliga, enquanto várias delas, desenhadas lado a lado em uma matriz ou círculo, podem servir como controles deslizantes e botões giratórios.

É possível também acompanhar a velocidade de objetos em movimento, como seguir o movimento de uma varinha feita com o papel enrolado e ajustar o ritmo da música com base no ritmo da varinha no ar.

Bibliografia:

A Technique for Drawing Functional Battery-Free Wireless Interfaces on Paper
Hanchuan Li, Eric Brockmeyer, Elizabeth J. Carter, Josh Fromm, Scott E. Hudson, Shwetak N. Patel, Alanson Sample
Proceedings of the 2016 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems
https://s3-us-west-1.amazonaws.com/disneyresearch/wp-content/uploads/20160502234124/PaperID-A-Technique-for-Drawing-Functional-Battery-Free-Wireless-Interfaces-on-Paper-Paper.pdf

Cientistas brasileiros colaboram com Wikipédia

Com informações da Agência Fapesp -  09/05/2016

Difusão científica

O Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão em Neuromatemática (NeuroMat), deu início a uma força-tarefa que envolve jornalistas e cientistas dedicados à edição de verbetes da Wikipédia e à adição de novas informações.

Os trabalhos de cooperação do NeuroMat com a Wikipédia foram iniciados há pouco mais de um ano e, desde então, cerca de 80 verbetes foram criados e aprimorados com o auxílio dos pesquisadores.

Localizado na Universidade de São Paulo (USP), o NeuroMat recebeu a visita de representantes da Fundação Wikimedia, entidade que desenvolve a Wikipédia, para discutir a expansão da iniciativa.

"A informação disponível na Wikipédia é tão confiável quanto as fontes citadas pelos seus editores: a confiabilidade do conteúdo disponível depende da confiabilidade das referências inseridas nos verbetes", disse Asaf Bartov, diretor de Comunidades Emergentes da Fundação Wikimedia.

"Por isso é tão importante o trabalho desenvolvido pelos pesquisadores do NeuroMat em atualizar o conteúdo relacionado à sua área de atuação: porque a Wikipédia nunca estará pronta, ela sempre precisará ter seu conteúdo aprimorado, suas fontes checadas, ampliadas. O NeuroMat tem contribuído de maneira significativa para a melhoria do conteúdo da Wikipédia relacionado a modelagem matemática e neurociência", afirmou.

Verbetes enriquecidos

Verbetes relacionados a condições de saúde de interesse do centro têm sido atualizados e ampliados - como o da doença de Alzheimer, acessado por cerca de 20 mil usuários diariamente.

Graças às contribuições dos pesquisadores, foram incluídos mais de 30 artigos científicos como fontes de informação, relacionados a sintomas, causas, fisiopatologia, tratamento, prevenção, prognóstico, epidemiologia e outros aspectos da doença, além dos desafios matemáticos associados ao seu diagnóstico e que as pesquisas do NeuroMat buscam superar.

Outra área clínica de interesse é a da lesão do plexo braquial, rede de nervos localizada entre a coluna cervical e o ombro. Tal lesão nervosa pode acometer recém-nascidos no parto natural e adultos geralmente em acidentes de moto e durante a prática de esportes de contato. O trabalho dos pesquisadores do NeuroMat serviu de fonte ao verbete e à criação de um banco de dados neurocientíficos internacional para pessoas que lidam com o problema.

Também foram melhorados verbetes relacionados a temas de pesquisas recentes, como o da lei de Hick, que descreve o tempo que uma pessoa leva para tomar uma decisão com base no número de opções possíveis.

Até a intervenção dos editores ligados ao NeuroMat, as fontes citadas datavam da década de 1980, quando não havia grandes controvérsias sobre o assunto. A nova edição apresenta, entre uma série de contribuições, as exceções à lei de Hick, citando pesquisas que a testaram e, de certa forma, relativizam o assunto.

O último verbete criado é o "Modelos de disparos neuronais", que apresenta um panorama de várias pesquisas no mundo sobre modelagem de redes de neurônios
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Nanotecnologia

Menor termômetro do mundo mede febre de célula

Redação do Site Inovação Tecnológica -  09/05/2016

A equipe pretende usar o nanotermômetro de DNA para verificar se nanomáquinas e nanomotores também superaquecem quando giram rápido demais. [Imagem: Kotkoa.]

Nanotermômetro

Pesquisadores da Universidade de Montreal, no Canadá, usaram uma molécula de DNA para construir um termômetro programável que é 20.000 vezes menor do que a espessura de um fio de cabelo humano.

Além de permitir a construção determômetros de nível molecular, capazes de monitorar células individuais, a química do DNA é bem conhecida e facilmente programável.

Assim, a equipe usou várias moléculas para criar estruturas de DNA que se dobram e desdobram em resposta a temperaturas especificamente definidas.

Biotermômetros

Que as moléculas que codificam nossa informação genética podem se desdobrar sob ação do calor é algo que se sabe há mais de meio século. Biomoléculas, como proteínas ou RNA (uma molécula semelhante ao DNA), são usadas pelos seres vivos como nanotermômetros, relatando variações de temperatura que ajudam os organismos a se adaptarem a variações ambientais.

"Inspirados por esses nanotermômetros naturais e adicionando indicadores ópticos a estas estruturas de DNA, nós conseguimos criar termômetros de 5 nanômetros de largura que produzem um sinal facilmente detectável em função da temperatura," explicou o professor Arnaud Desrosiers.

Estes termômetros em nanoescala deverão ajudar a compreender melhor a biologia molecular. "Ainda há muitas perguntas não respondidas na biologia. Por exemplo, sabemos que a temperatura no interior do corpo humano é mantida a 37º C, mas ainda não temos ideia se há uma grande variação de temperatura em nanoescala dentro de cada célula individualmente," acrescentou Alexis Vallée-Bélisle, coautor do trabalho.

• Melhor termômetro do mundo feito de luz

Nanomáquinas e bioeletrônica

Uma das questões que a equipe pretende responder com a ajuda dos termômetros de DNA é se nanomáquinas e nanomotores desenvolvidos pela natureza ao longo de milhões de anos de evolução também superaquecem quando funcionam em alta velocidade.

"No futuro próximo, nós também vislumbramos que estes nanotermômetros de DNA poderão ser implementados em dispositivos de base eletrônica, a fim de monitorar a variação local da temperatura em nanoescala," concluiu o prof. Vallée-Bélisle.

Bibliografia:

Programmable Quantitative DNA Nanothermometers
David Gareau, Arnaud Desrosiers, Alexis Vallée-Bélisle
Nano Letters
DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b00156

Energia

Primeiro painel biossolar usa bactérias para gerar energia

Redação do Site Inovação Tecnológica -  09/05/2016

As nove biocélulas interconectadas no primeiro painel solar biológico geram 5,59 microwatts. [Imagem: Seokheun Choi]

Painel biossolar

Não é sua intenção competir com os painéis fotovoltaicos tradicionais, mas ele representa um marco em uma tecnologia alternativa de energia solar que pode atender a nichos específicos de aplicação.

Este é o primeiro painel biossolar, um painel solar construído com a integração de células solares biológicas, ou biocélulas, que não dependem de semicondutores, mas de seres vivos para captar a luz do Sol e gerar eletricidade.

"Um painel biossolar funcional pode se tornar uma fonte de energia permanente para fornecer eletricidade a longo prazo para pequenos sistemas de telemetria sem fios, bem como para sensores sem fios utilizados em locais remotos onde frequentes substituições de baterias são impraticáveis," disse o professor Seokheun Choi, da Universidade Binghamton, nos EUA.

Bioenergia

As células biossolares são baseadas em cianobactérias, que podem ser encontradas em virtualmente qualquer ambiente na Terra.

A equipe conseguiu otimizar sua biocélula solar aprimorando os materiais usados nos eletrodos positivo e negativo e também criando um ambiente microfluídico único para acondicionar as bactérias, em substituição às duas câmaras necessárias às biocélulas construídas até agora.

A simplificação do projeto e os novos eletrodos permitiram então a construção do painel solar. O protótipo conecta 9 biocélulas idênticas em um padrão 3x3, mas pode ser ampliado.

O painel biossolar gera eletricidade continuamente a partir das atividades de fotossíntese e de respiração das bactérias, produzindo 5,59 microwatts.

Bibliografia:

BioPower generation in a Microfluidic Bio-Solar Panel
Xuejian Wei, Hankeun Lee, Seokheun Choi
Sensors and Actuators B: Chemical
Vol.: 228, 2 June 2016, Pages 151-155
DOI: 10.1016/j.snb.2015.12.103

Robótica

Robô humanoide caça tesouros no oceano

Redação do Site Inovação Tecnológica -  10/05/2016

O robô pode interagir com mergulhadores humanos ou atuar "sozinho", funcionando como um avatar de um mergulhador a bordo do navio. [Imagem: Osada/Seguin/DRASSM]

Avatar robótico

Engenheiros da Universidade de Stanford, nos EUA, demonstraram que um robô submarino com aspecto humanoide pode ter várias vantagens.

O OceanOne não chega a lembrar uma sereia, mas tem dois braços, uma cabeça e uma "cauda", onde ficam as hélices motorizadas responsáveis por sua movimentação.

Tradicionalmente, em termos de forma, os robôs submersíveis oscilam entre os extremos, existindo opões com o aspecto de tubo, aerodinamicamente mais eficiente e capaz de suportar maiores pressões, ou de paralelepípedos, mais fáceis de construir e de manobrar.

Mas a intenção da equipe era criar uma espécie de avatar, por meio do qual um mergulhador pudesse acionar o equipamento à distância, como se estivesse no fundo do mar.

"A intenção aqui é fazer um mergulhador mergulhar virtualmente. É quase como se estivesse lá - você cria uma nova dimensão de percepção," disse Oussama Khatib à revista Technology Review, do MIT.

O OceanOne sabe como se manter estável no fundo do mar, mas é controlado por cabos. [Imagem: Osada/Seguin/DRASSM]

Robô de exploração

Foi o próprio Khatib quem usou um joystick dotado de feedback tátil para guiar o robô humanoide até o navio La Luna, um galeão de 350 anos de idade que naufragou na costa de Toulon, no sul da França, em 1664.

Mas o controlador não precisa ficar em posição de mergulhador ou fingindo nadar, já que o robô é parcialmente automatizado. Ele mantém automaticamente sua posição e profundidade reagindo às correntes e à turbulência, além de ser capaz de evitar obstáculos automaticamente.

Além de mapear os restos do navio, o OceanOne trouxe para a superfície objetos frágeis, como vasos de barro, que foram capturados por suas mãos mecânicas sem danificar as peças.

Uma sereia robótica? [Imagem: Osada/Seguin/DRASSM]

Trabalhos perigosos

A grande vantagem de um robô mergulhador é sua capacidade de suportar pressões muito maiores do que um mergulhador humano, além de poder ficar mais tempo embaixo d'água.

Isso permite realizar tarefas no fundo do mar que se tornem perigosas demais para os trabalhadores, como a reparação de plataformas de petróleo ou manutenção de linhas de comunicação subaquáticas.

Além, é claro, de poder ficar pacientemente vasculhando cada centímetro de antigos navios naufragados em busca de seus tesouros históricos sem precisar ir à superfície para recarregar tanques de oxigênio.

Energia

Cacto coloca um carro elétrico mais perto da sua garagem

Redação do Site Inovação Tecnológica -  10/05/2016

Os cactos são melhores do que a pele humana quando o assunto é lidar com a umidade. [Imagem: CSIRO/Jesse Hawley]

Quatro vezes melhor

Inspirada em um "simples" cacto, um novo tipo de membrana mostrou potencial para aumentar radicalmente o desempenho das células de combustível e tirar a indústria de carros elétricos da dependência das baterias.

A membrana é o elemento essencial que permite que as células a combustível gerem energia continuamente a partir da combinação de combustíveis como o hidrogênio com o oxigênio do ar, gerando apenas água como resíduo.

Nas condições de elevado calor em que essas células normalmente funcionam, a nova membrana consegue multiplicar a eficiência das células de combustível por um fator de quatro.

Hidratação

"As células de combustível, como as utilizadas em veículos elétricos, geram energia através da mistura de gases, como hidrogênio e oxigênio. No entanto, a fim de manter o desempenho, as células de combustível de membrana de troca de prótons - ou PEMFC - precisam manter-se constantemente hidratadas," explica o professor Aaron Thornton, do instituto CSIRO, na Austrália, que trabalhou em colaboração com pesquisadores da Universidade de Hanyang, na Coreia do Sul.

"Hoje, isto é conseguido colocando as células junto a um radiador, um reservatório de água e um umidificador. A desvantagem é que, quando utilizados num veículo, estes equipamentos ocupam uma grande quantidade de espaço e consomem uma energia significativa," acrescentou.

Biomimetismo

A solução para esse problema foi encontrada nos cactos, que possuem uma estrutura para ajudá-los a capturar e depois reter a água.

"A planta do cacto tem pequenas rachaduras, chamados poros estomáticos, que abrem à noite, quando está frio e úmido, e se fecham durante o dia, quando as condições são quentes e áridas", disse Doherty. "Isso os ajuda a reter água."

"Nossa membrana funciona de maneira semelhante. A água é gerada por uma reação eletroquímica, a qual é então regulada através das nanofissuras na membrana. As fendas se alargam quando expostas a condições de umidificação, e se fecham quando fica seco. Isto significa que as células a combustível podem permanecer hidratadas, sem a necessidade de equipamentos umidificadores externos volumosos."

Bibliografia:

Nanocrack-regulated self-humidifying membranes
Chi Hoon Park, So Young Lee, Doo Sung Hwang, Dong Won Shin, Doo Hee Cho, Kang Hyuck Lee, Tae-Woo Kim, Tae-Wuk Kim, Mokwon Lee, Deok-Soo Kim, Cara M. Doherty, Aaron W. Thornton, Anita J. Hill, Michael D. Guiver, Young Moo Lee
Nature
Vol.: 532, 480-483
DOI: 10.1038/nature17634

Matemática da relatividade explica cristal líquido

Com informações da Agência Fapesp -  05/05/2016

Simulação computacional da superfície de um cristal líquido esmético, exibindo seus tradicionais padrões cônicos. [Imagem: Danilo B. Liarte et al. - 10.1103/PhysRevLett.116.147802]

Cristais líquidos esméticos

Pesquisadores brasileiros e norte-americanos acabam de resolver um quebra-cabeça que há um século desafiava os físicos.

O grupo utilizou simulação computacional para explicar a microestrutura dos cristais líquidos esméticos. Parente dos cristais líquidos usados nas telas de todos os aparelhos eletrônicos, essa variante descreve uma fase do material na qual as moléculas se dispõem em centenas de camadas curvas igualmente espaçadas, separadas umas das outras por distâncias nanométricas.

Em cada camada, as moléculas podem se movimentar livremente, como nos líquidos. Mas, em cada região do material, as camadas apresentam um ordenamento espacial, como ocorre com esferas concêntricas. Diferentes conjuntos de camadas eventualmente se interceptam, produzindo "defeitos".

Estes defeitos com frequência apresentam a forma de segmentos de elipses, parábolas ou hipérboles - curvas que, desde a Antiguidade, são chamadas de "cônicas", pelo fato de poderem ser geradas pela intersecção de um cone por um plano.

Assim, quando confinado entre duas lâminas e observado ao microscópio, o cristal líquido esmético tem a aparência de um mosaico, cujas partes componentes são delimitadas por segmentos de cônicas.

"Esses padrões cônicos vinham sendo estudados há mais de um século, a partir do trabalho pioneiro do físico e mineralogista francês Georges Friedel (1865-1933), realizado em 1910. Foi ele quem deduziu que, para formar tais padrões ao ser confinado entre as lâminas do microscópio, o cristal líquido esmético precisava ser constituído por camadas igualmente espaçadas de moléculas," explica Danilo Barbosa Liarte, primeiro autor do artigo.

Martensitas

"O grande desafio era entender como seria possível preencher o espaço com essas cônicas. Conseguimos solucionar o problema fazendo uma analogia entre a estrutura dos cristais líquidos esméticos e a estrutura das martensitas, uma fase cristalina do aço," afirmou o pesquisador.

Assim chamadas em homenagem ao metalurgista alemão Adolf Martens (1850 - 1914), as martensitas também apresentam uma estrutura peculiar, combinando regiões de deformação e orientação distintas. E é isso que lhes confere uma dureza muito superior às de outras formas de aço. Mas é importante ressaltar que os cristais líquidos esméticos e as martensitas são materiais completamente diferentes. O que têm em comum são suas microestruturas, na qual coexistem diversas configurações compatíveis de baixa energia.

As linhas cônicas que aparecem no cristal líquido esmético são chamadas de "defeitos" porque ocorrem nos locais em que um determinado conjunto de camadas moleculares concêntricas é interrompido e as moléculas contíguas situadas além da linha se apresentam dispostas em outro conjunto - os defeitos são as intersecções entre esses dois conjuntos. E os conjuntos distintos constituem as variantes do cristal líquido esmético.

"Por analogia com as martensitas, essas variantes podem ser pensadas como deformações de uma estrutura básica. No caso das martensitas, a célula unitária se deforma ao longo de uma das três direções - comprimento, largura e altura. E cada deformação define uma variante. As diversas variantes se combinam segundo um princípio de mínima energia, sujeito às condições de contorno", explicou Liarte.

Estrutura real do cristal líquido esmético. [Imagem: Danilo B. Liarte et al. - 10.1103/PhysRevLett.116.147802]

Relatividade cristalina

Porém existe uma importante diferença que torna o estudo dos esméticos muito mais desafiador do que o estudo das martensitas. É que, no caso das martensitas, as configurações de baixa energia podem ser descritas como simples rotações tridimensionais das variantes cristalinas.

Porém, no caso dos esméticos, os mínimos de energia podem ser produzidos também por outros tipos de transformações. E foi em relação a esse tópico que Liarte e colegas deram sua contribuição mais interessante, ao utilizarem as transformações de Lorentz para fazer a passagem de uma variante a outra.

Estabelecidas pelo físico holandês Hendrik Lorentz (1853-1928), as transformações de Lorentz são um conjunto de equações que descrevem como as medidas de espaço e tempo se alteram quando realizadas em sistemas de referência inerciais diferentes. Utilizadas posteriormente por Einstein, essas equações constituem o arcabouço matemático da teoria da relatividade especial, publicada em 1905.

"Um dos nossos colaboradores, Randall Kamien, da Universidade da Pensilvânia, deduziu recentemente que os diferentes conjuntos de camadas do esmético podiam ser relacionados uns com os outros pelas mesmas equações da relatividade especial, com a condição de se substituir a variável tempo (t) das transformações de Lorentz por uma grandeza que conta o número de camadas do cristal líquido. Essas equações permitem descrever, por exemplo, as mudanças de excentricidade entre as diversas cônicas", disse Liarte.

Para descrever todas as variantes possíveis, os pesquisadores utilizaram quatro tipos de transformações: rotações, translações, dilatações e transformações de Lorentz. Esses quatro tipos de transformações compõem a chamada invariância de Weyl-Poincaré, que contém todas as formas de simetria da relatividade especial.

Bibliografia:

Weirdest Martensite: Smectic Liquid Crystal Microstructure and Weyl-Poincaré Invariance
Danilo B. Liarte, Matthew Bierbaum, Ricardo A. Mosna, Randall D. Kamien, James P. Sethna
Physical Review Letters
Vol.: 116, 147802
DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.147802
http://arxiv.org/pdf/1511.02252.pdf

laser descartável

Energia

Criado um laser descartável

Redação do Site Inovação Tecnológica -  04/05/2016

Esquema (em cima) e protótipos das cápsulas de laser impressas (embaixo). [Imagem: Oussama Mhibik et al. - 10.1063/1.4946826]

Laser impresso

Dos tocadores de CD aos instrumentos cirúrgicos e astronômicos, os lasers tornaram-se a base de uma multiplicidade de tecnologias desde que foram inventados, há pouco mais de 50 anos.

Agora, pesquisadores da França e da Hungria inventaram uma maneira de imprimir lasers que é tão barata, fácil e eficiente que eles acreditam que o núcleo do laser pode ser descartado após cada utilização.

"O baixo custo e a facilidade de fabricação dos chips de laser são os aspectos mais significativos dos nossos resultados," disse o professor Sébastien Sanaur, da Escola Nacional Superior de Minas, na França, que orientou o estudante húngaro Oussama Mhibik na criação do laser descartável.

Laser orgânicos

Os chips a que o pesquisador se refere são lasers orgânicos, que amplificam a luz usando materiais à base de carbono. Lasers orgânicos ainda não são tão comuns quanto os lasers inorgânicos, como os encontrados em ponteiras a laser, tocadores de DVD e mouses ópticos, mas eles oferecem vantagens, como um alto rendimento na conversão fotônica, facilidade de fabricação, baixo custo e uma ampla gama de comprimentos de onda, ou cores.

• Laser de plástico abrirá caminho para novas tecnologias

Na verdade, um dos grandes obstáculos à disseminação do uso dos lasers orgânicos é o fato de que eles degradam de forma relativamente rápida - mas esse obstáculo pode ser simplesmente contornado se os lasers forem tão baratos que possam ser jogados fora e substituídos quando começarem a ficar fracos.

Oussama Mhibik fabricou o laser orgânico usando uma tecnologia bem familiar: uma impressora jato de tinta e uma tinta disponível comercialmente para misturar seus compostos fotônicos orgânicos. A técnica não requer máscaras, pode ser feita à temperatura ambiente e pode imprimir em materiais flexíveis.

Laser descartável

A parte descartável do novo laser é o meio de ganho, que os pesquisadores chamam de "cápsula de laser" - esta é a parte impressa, que pode ser produzida ao custo de alguns poucos centavos.

Um laser exige também espelhos para refletir a luz através do meio de ganho e uma fonte de energia, chamada de bomba, para manter a amplificação da luz. Estas duas partes são mais caras e deverão ser reutilizáveis, funcionando como uma espécie de aparelho de barbear, em que as as lâminas são substituídas quando se desgastam.

Uma aplicação natural do laser descartável seria na análise de amostras químicas e biológicas, barateando o custo dos exames.

• Lasers são fabricados por impressão jato de tinta

Bibliografia:

Inkjet-printed vertically-emitting solid-state organic lasers
Oussama Mhibik, Sebastien Chenais, Sébastien Forget, Christophe Defranoux, Sébastien Sanaur
Journal of Applied Physics
DOI: 10.1063/1.4946826

Robótica

Cadeira de rodas é controlada por expressões faciais

Com informações da Agência Fapesp -  05/05/2016

Controle motor

Uma cadeira de rodas que pode ser controlada por pequenos movimentos da face, da cabeça ou da íris foi desenvolvida por engenheiros eletricistas e de computação da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas).

A equipe já iniciou um projeto junto à FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo) para tornar a tecnologia acessível e colocá-la no mercado em um prazo estimado em dois anos.

"Nosso objetivo é que o produto final custe no máximo o dobro de uma cadeira motorizada comum, dessas que são controladas por joystick e hoje custam em torno de R$ 7 mil," disse o professor Eleri Cardozo.

A tecnologia deverá beneficiar pessoas com tetraplegia, vítimas de acidente vascular cerebral (AVC), portadores de esclerose lateral amiotrófica ou outras condições de saúde que impedem o movimento preciso das mãos.

O objetivo da equipe brasileira é baratear o uso da tecnologia e torná-la adaptável para cadeiras de rodas motorizadas já existentes no mercado. [Imagem: Ag. Fapesp/Divulgação]

Juntando tecnologias

O núcleo da automação da cadeira de rodas está em uma câmera 3D com a tecnologia RealSense, da Intel, que permite interagir com o computador por meio de expressões faciais ou movimentos corporais. O processamento é feito por um notebook.

"A câmera identifica mais de 70 pontos da face - em torno da boca, do nariz e dos olhos - e, a partir da movimentação desses pontos, é possível extrair comandos simples, como ir para frente, para trás, para a esquerda ou direita e, o mais importante, parar," explicou Cardozo.

Pensando em pacientes com quadros ainda mais graves - que impedem até mesmo a movimentação facial - o grupo também trabalha em uma tecnologia de interface cérebro-computador que permite extrair sinais diretamente do cérebro, por meio de eletrodos externos, e transformá-los em comandos. O equipamento, no entanto, ainda não está embarcado na cadeira robotizada.

A cadeira também foi equipada como uma antena wifi que permite a um cuidador dirigir o equipamento remotamente, pela internet. "Essas interfaces exigem do usuário um nível de concentração que pode ser cansativo. Por isso, se houver necessidade, a qualquer momento outra pessoa pode assumir o comando da cadeira", contou Cardozo.

Melhorando a automação

O pesquisador Paulo Gurgel Pinheiro, por sua vez, pretende simplificar o sistema para que ele possa ser usado em qualquer cadeira de rodas motorizada e controlada por joystick.

Para isso, ele pretende desenvolver um software e uma minigarra mecânica que será responsável por traduzir os comandos do software de leitura facial e controlar o joystick.

"Nossa ideia é que o usuário possa baixar o software que fará o processamento das expressões faciais em seu notebook. O computador ficará conectado a essa minigarra por meio de uma porta USB. Quando ele fizer as expressões-chave, como um beijo, um meio sorriso, franzir o nariz, inflar as bochechas ou levantar as sobrancelhas, o software manda o comando para a garra e essa movimenta o joystick. Dessa forma, não mexemos na estrutura da cadeira e ela não perde a garantia," explicou Pinheiro.

O pesquisador estima que um protótipo do sistema, já batizado de Wheelie, estará pronto até o início de 2017.

Informática

IBM disponibiliza computador quântico pela internet

Com informações da New Scientist -  06/05/2016

Diagrama do processador quântico de cinco qubits que está sendo disponibilizado online. [Imagem: IBM Research]

Processador quântico online

Seguindo os passos de pesquisadores da Universidade de Bristol, no Reino Unido, que disponibilizaram um processador quântico pela internet em 2013, a IBM anunciou a disponibilização de acesso gratuito ao seu próprio processador quântico.

Enquanto o chip da Universidade de Bristol conta com dois qubits, a versão que a IBM colocará online conta com cinco qubits.

As duas equipes já estão trabalhando em versões mais aprimoradas, com dezenas de qubits, por isso resolveram tirar vantagem de suas versões mais simples, mas mais estáveis.

A expectativa é que, quando os usuários, especializados ou não, tentarem programar o processador quântico online, os pesquisadores obterão informações importantes para ajudá-los no desenvolvimento de versões maiores.

"Estamos ansiosos para sermos surpreendidos pelos algoritmos que os usuários externos vão testar. Nós queremos ver onde as coisas não funcionam tão bem, e a estabilidade do experimento ao longo do tempo," disse Jerry Chow, da IBM Research.

A interface de programação do processador quântico (visto à direita) lembra uma partitura musical. [Imagem: IBM Research]

Computadores quânticos práticos

O processador quântico da IBM poderá ser programado por meio de um serviço web chamado Composer, assim chamado porque a interface se assemelha a uma partitura musical. Tutoriais explicam como arrastar e soltar diferentes portas lógicas quânticas para criar um algoritmo, que poderá então ser executado no processador.

No ano passado, a IBM recebeu financiamento da Agência de Pesquisas em Inteligência Avançada (IARPA) dos EUA para desenvolver um processador de 17 qubits capaz de executar códigos de correção de erros, que são essenciais para a criação de computadores quânticos maiores e com aplicações práticas.

A solicitação de acesso ao processador quântico da IBM pode ser feita no endereço http://quantumexperience.mybluemix.net/.

Nanotecnologia

Bobina de Tesla gera campo de força e raio trator

Redação do Site Inovação Tecnológica -  05/05/2016

Os nanotubos - que individualmente só podem ser vistos por microscópios eletrônicos - são montados em cabos apenas controlando o campo elétrico gerado pela bobina de Tesla modificada. [Imagem: Jeff Fitlow/Rice University]

Teslaforese

Pesquisadores da Universidade de Rice, nos EUA, modificaram uma bobina de Tesla para criar um aparelho capaz de tecer nanofios à distância.

O processo, que Lindsey Bornhoeft e seus colegas batizaram de Teslaforese, pode ser usado para montar materiais desde a escala nano até a escala macro.

De fato, a demonstração feita Bornhoeft é a realização de um sonho que vem sendo acalentado desde o descobrimento dos nanotubos: a transformação desses nanomateriais ultrafortes em fios e cabos de grandes dimensões, que possam ser usados em aplicações práticas, inclusive em estruturas futuristas, como um elevador espacial.

Campo de força e raio trator

O sistema funciona fazendo com que cargas positivas e negativas oscilantes atinjam remotamente cada nanotubo, levando-os a se juntarem em cadeia para formar fios longos que atingem a escala macroscópica.

A bobina de Tesla modificada também é capaz de gerar uma espécie de raio trator, fazendo com que os nanotubos ou outras nanopartículas sejam puxadas para a bobina a longas distâncias.

Segundo o professor Paul Cherukuri, coordenador da equipe, esse efeito de campo de força sobre a matéria nunca tinha sido observado antes em uma escala tão grande, e o fenômeno era desconhecido até mesmo de Nikola Tesla, que inventou a bobina em 1891 com a intenção de transmitir energia elétrica sem fios.

"Campos elétricos têm sido usados para mover pequenos objetos, mas apenas em distâncias ultracurtas," disse Cherukuri. "Com a teslaforese, temos a capacidade para ampliar maciçamente os campos de força para mover a matéria remotamente."

A equipe está aprimorando o aparelho para mover as nanopartículas de forma seletiva. [Imagem: Jeff Fitlow/Rice University]

"Primeiro ato de uma história incrível"

Em um dos experimentos, os nanotubos se congregaram em cabos, formando um circuito que conecta dois LEDs e então absorve energia do campo elétrico da própria bobina de Tesla para fazê-los se acender.

Além disso, a bobina de Tesla modificada cria um campo de força poderoso a distâncias muito maiores do que se imaginava. A equipe observou o alinhamento e o movimento dos nanotubos a mais de 30 centímetros de distância da bobina. "É uma coisa impressionante acompanhar esses nanotubos ganhando vida e se costurando em fios do outro lado da sala," exagera Cherukuri.

"Há muitas aplicações onde se pode utilizar campos de força fortes para controlar o comportamento da matéria, tanto em sistemas biológicos quanto artificiais," acrescentou o pesquisador. "E ainda mais emocionante é quanta física e química fundamentais estamos descobrindo à medida que avançamos. Este realmente é apenas o primeiro ato de uma história incrível."

Bibliografia:

Teslaphoresis of Carbon Nanotubes
Lindsey R. Bornhoeft, Aida C. Castillo, Preston R. Smalley, Carter Kittrell, Dustin K. James, Bruce E. Brinson, Thomas R. Rybolt, Bruce R. Johnson, Tonya K. Cherukuri, Paul Cherukuri
ACS Nano
Vol.: 10 (4), pp 4873-4881
DOI: 10.1021/acsnano.6b02313

Informática

Como transformar sua mão em um touchpad

Redação do Site Inovação Tecnológica -  06/05/2016

A interface transforma a pele do braço em um touchpad. Mas ainda há desafios a serem superados para que o dispositivo possa chegar ao mercado.[Imagem: Future Interfaces Group/Carnegie Mellon University]

Pele sensível ao toque

Já existem peles eletrônicas que prometem um sexto sentido magnético para os seres humanos, mas Gierad Laput, da Universidade Carnegie Mellon, nos EUA, queria algo menos invasivo.

Então ele e seus colegas inventaram um anel que propaga sobre a pele do usuário um sinal de alta frequência, mas de baixa energia, quando o dedo no qual o anel está toca a pele da pessoa.

O resultado é uma nova interface para relógios inteligentes (smartwatch), batizada de SkinTrack, que transforma a pele da mão ou do braço em umtouchpad, resolvendo um dos grandes entraves à utilização desses equipamentos - a dificuldade em manipulá-los devido à dimensão muito pequena da tela.

Energia do anel

Sensores instalados na pulseira do relógio inteligente detectam os sinais emitidos pelo anel e conseguem calcular com precisão sua posição e distância porque a fase das ondas varia conforme elas se propagam pela pele.

Eletrodos correspondentes às posições de 6 e 12 horas no relógio, por exemplo, detectam diferenças de fase que podem determinar a posição do dedo ao longo da largura do braço, enquanto eletrodos nas posições de 3 e 9 horas determinam a posição do dedo ao longo do comprimento do braço.

O sistema consegue detectar quando o dedo está tocando na pele com 99% de precisão e calcula a localização do toque com um erro médio de 7,6 milímetros. Segundo os pesquisadores, isso é comparável a outros sistemas de rastreamento digital similares.

Mas ainda há alguns detalhes a serem resolvidos antes que o precioso anel possa encontrar seu caminho rumo ao dedo dos consumidores: mantê-lo carregado é um dos problemas, mas talvez o maior seja que os sinais se deterioram com o uso contínuo, sobretudo pelo suor e pela alteração na hidratação da pele. Além disso, as autoridades de saúde poderão querer saber se a energia liberada pelo anel não faz algum mal.

Plantão

Veja lista de cidades que terão TV analógica desligada em 2017

Com informações da Agência Brasil -  29/04/2016

Desligamento da TV analógica

A relação de todos os municípios que terão o sinal analógico de televisão desligado em 2017 e receberão somente o sinal digital foi divulgada pelo Ministério das Comunicações.

A maior parte das cidades fica em São Paulo, mas também há desligamentos previstos nos estados de Goiás, Bahia, Ceará, Minas Gerais, Pernambuco, Espírito Santo e Rio de Janeiro.

O cronograma do desligamento do sinal analógico nas principais regiões do país tinha sido divulgada no início do ano e a portaria publicada hoje detalha as cidades que serão afetadas no entorno dessas localidades.

Digitalização em 2016

Em outubro deste ano, o sinal analógico será desligado em Brasília e nas cidades do entorno (Cristalina, Luziânia, Santo Antônio do Descoberto, Valparaíso de Goiás, Cidade Ocidental, Novo Gama, Formosa, Águas Lindas de Goiás e Planaltina). No ano que vem, será a vez de todas as capitais da Região Sudeste (São Paulo, Rio de Janeiro, Belo Horizonte e Vitória), além de Goiânia, Salvador, Recife e Fortaleza e outras cidades do estado de São Paulo e da Região Nordeste. O sinal analógico já foi desligado em Rio Verde (GO).

Antes do desligamento do sinal analógico, as cidades passam por pesquisas que apuram o alcance do sinal digital. As famílias beneficiárias do programa Bolsa Família recebem gratuitamente conversores de sinal para que mesmo os televisores antigos possam receber a programação na nova tecnologia.

Veja a lista de cidades que terão o sinal de televisão analógico desligado em 2017:

Data do desligamento: 29/03/2017

Agrupamento: São Paulo/SP Municípios do estado de São Paulo: Arujá, Barueri, BiritibaMirim, Caieiras, Cajamar, Carapicuíba, Cotia, Diadema, Embu, Embu-Guaçu, Ferraz de Vasconcelos, Francisco Morato , Franco da Rocha, Guararema, Guarulhos, Ibiúna, Itapecerica da Serra, Itapevi, Itaquaquecetuba, Jandira, Mairiporã, Mauá, Mogi das Cruzes, Osasco, Pirapora do Bom Jesus, Poá, Ribeirão Pires, Rio Grande da Serra, Salesópolis, Santa Isabel, Santana de Parnaíba, Santo André, São Bernardo do Campo, São Caetano do Sul, São Lourenço da Serra, São Paulo, Suzano, Taboão da Serra e Vargem Grande Paulista.

Data do desligamento: 31/05/2017

Agrupamento: Goiânia/GO Municípios do estado de Goiás: Abadia de Goiás, Abadiânia, Alexânia, Anápolis, Aparecida de Goiânia, Aragoiânia, Bela Vista de Goiás, Bonfinópolis, Brazabrantes, Caldazinha, Campo Limpo de Goiás, Caturaí, Goianápolis, Goiânia, Goianira, Guapó, Hidrolândia, Inhumas , Itauçu, Leopoldo de Bulhões, Nerópolis, Nova Veneza, Ouro Verde de Goiás, Pirenópolis, Santa Bárbara de Goiás, Santo Antônio de Goiás, Senador Canedo, Terezópolis de Goiás e Trindade.

Data do desligamento: 26/07/2017

Agrupamento: Salvador/BA Municípios do estado da Bahia: Aratuípe, Cairu, Camaçari, Candeias, Dias D'Ávila, Itaparica, Jaguaripe, Lauro de Freitas, Madre de Deus, Maragogipe, Nazaré, Salinas da Margarida, Salvador, Santo Amaro, São Francisco do Conde, São Sebastião do Passé, Saubara, Simões Filho, Terra Nova e Vera Cruz.

Agrupamento: Fortaleza/CE Municípios do estado do Ceará: Aquiraz, Beberibe, Cascavel, Caucaia, Eusébio, Fortaleza, Guaiúba, Horizonte, Itaitinga, Maracanaú, Maranguape, Pacajus, Pacatuba, Pindoretama e São Gonçalo do Amarante.

Agrupamento: Juazeiro do Norte/CE Municípios do estado do Ceará: Barbalha, Caririaçu, Crato, Juazeiro do Norte e Missão Velha.

Agrupamento: Sobral/CE Municípios do estado do Ceará: Forquilha, Massapê, Santana do Acaraú e Sobral.

Agrupamento: Belo Horizonte/MG Municípios do estado de Minas Gerais: Araçaí, Baldim, Belo Horizonte, Betim, Brumadinho, Cachoeira da Prata, Caeté, Capim Branco, Confins, Contagem, Esmeraldas, Florestal, Fortuna de Minas, Funilândia, Ibirité, Igarapé, Inhaúma, Itaúna, Jequitibá, Juatuba, Lagoa Santa, Mário Campos, Mateus Leme, Matozinhos, Nova Lima, Pedro Leopoldo, Prudente de Morais, Raposos, Ribeirão das Neves, Rio Acima, Sabará, Santa Luzia, São Joaquim de Bicas, São José da Lapa, São José da Varginha, Sarzedo, Sete Lagoas, Taquaraçu de Minas e Vespasiano.

Agrupamento: Recife/PE Municípios do estado de Pernambuco: Abreu e Lima, Ara- çoiaba, Cabo de Santo Agostinho, Camaragibe, Igarassu, Ilha de Itamaracá, Ipojuca, Itapissuma, Jaboatão dos Guararapes, Moreno, Olinda, Paulista, Recife e São Lourenço da Mata.

Data do desligamento: 27/09/2017

Agrupamento: Campinas/SP Municípios do estado de São Paulo: Aguaí, Águas da Prata, Águas de São Pedro, Alumínio, Americana, Amparo, Araçariguama, Araçoiaba da Serra, Araras, Artur Nogueira, Boituva, Cabreúva, Campinas, Campo Limpo Paulista, Capela do Alto, Capivari, Cerquilho, Charqueada, Conchal, Cordeirópolis, Cosmópolis, Elias Fausto, Engenheiro Coelho, Espírito Santo do Pinhal, Estiva Gerbi, Holambra, Hortolândia, Indaiatuba, Iperó, Ipeúna, Iracemápolis, Itapira, Itatiba, Itobi, Itu, Itupeva, Jaguariúna, Jarinu, Jumirim, Jundiaí, Leme, Limeira, Louveira, Mairinque, Mogi Guaçu, Mogi Mirim, Mombuca, Monte Mor, Nova Odessa, Paulínia, Pedreira, Piedade, Piracicaba, Pirassununga, Porto Feliz, Porto Ferreira, Rafard, Rio Claro, Rio das Pedras, Saltinho, Salto, Salto de Pirapora, Santa Bárbara D'Oeste, Santa Cruz da Conceição, Santa Gertrudes, Santa Maria da Serra, Santa Rita do Passa Quatro, Santo Antônio de Posse, São João da Boa Vista, São Pedro, São Roque, Serra Negra, Socorro, Sorocaba, Sumaré, Tambaú, Tapiraí, Tatuí, Tietê, Torrinha, Valinhos, Vargem Grande do Sul, Várzea Paulista, Vinhedo e Votorantim.

Agrupamento: Franca/SP Municípios do estado de São Paulo: Aramina, Barretos, Batatais, Buritizal, Colina, Colômbia, Cristais Paulista, Franca, Guaíra, Guará, Igarapava, Ipuã, Itirapuã, Ituverava, Jaborandi, Jeriquara, Miguelópolis, Nuporanga, Patrocínio Paulista, Pedregulho, Restinga, Ribeirão Corrente, Rifaina, São Joaquim da Barra e São José da Bela Vista .

Agrupamento: Ribeirão Preto/SP Municípios do estado de São Paulo: Altinópolis, Barrinha, Brodowski, Cravinhos, Jaboticabal, Jardinópolis, Luís Antônio, Morro Agudo, Orlândia, Pitangueiras, Pontal, Ribeirão Preto, Sales Oliveira, Santa Cruz da Esperança, Santo Antônio da Alegria, São Simão, Serra Azul, Serrana, Sertãozinho e Taquaral.

Agrupamento: Santos/SP Municípios do estado de São Paulo: Bertioga, Cubatão, Guarujá, Itanhaém, Mongaguá, Peruíbe, Praia Grande, Santos e São Vicente.

Agrupamento: Vale do Paraíba/SP Municípios do estado de São Paulo: Aparecida, Atibaia, Bragança Paulista, Caçapava, Cachoeira Paulista, Campos do Jordão, Canas, Cruzeiro, Guaratinguetá, Igaratá, Jacareí, Lorena, Pindamonhangaba, Piquete, Potim, Roseira, São José dos Campos, Taubaté e Tremembé .

Data do desligamento: 25/10/2017

Agrupamento: Vitória/ES Municípios do estado do Espírito Santo: Cariacica, Fundão, Guarapari, Serra, Viana, Vila Velha e Vitória.

Agrupamento: Rio de Janeiro/RJ Municípios do estado do Rio de Janeiro: Belford Roxo, Duque de Caxias, Guapimirim, Itaboraí, Itaguaí, Japeri, Magé, Maricá, Mesquita, Nilópolis, Niterói, Nova Iguaçu, Petrópolis, Queimados, Rio de Janeiro, São Gonçalo, São João de Meriti, Seropédica e Tanguá.