Nova técnica para armazenar eletricidade de fontes renováveis Redação do Site Inovação Tecnológica -

Nova técnica para armazenar eletricidade de fontes renováveis

Redação do Site Inovação Tecnológica -  13/03/2017

Armazenar o vento e a luz do Sol

As baterias de fluxo, adequadas para armazenar eletricidade em grandes tanques, podem se tornar 1.000 vezes mais estáveis do que os protótipos feitos até agora graças a um novo composto químico que acaba de ser descoberto.

Se essa possibilidade for confirmada nos testes de campo, isto pode significar o passo definitivo para a criação dessas grandes baterias destinadas a armazenar a eletricidade gerada pelas fontes intermitentes de energia, como eólica e solar.

Em vez de ser um componente fechado, como as baterias de celulares, as baterias de fluxo redox usam a eletricidade para produzir compostos químicos, que podem ir sendo guardados em tanques - para aumentar a capacidade da bateria, basta construir mais tanques.

Quando a eletricidade é necessária - à noite ou quando o vento não estiver soprando - basta reverter a reação e pegar a eletricidade de volta. A configuração mais promissora consiste em grandes baterias que recebem eletricidade de várias fontes intermitentes, e liberam uma quantidade média contínua 24 horas por dia, 7 dias por semana.

Eletricidade em compostos químicos

O grande desafio para essa área tem sido sintetizar compostos químicos que sejam estáveis para que a energia possa ser guardada por longos períodos, e que permitam fazer e desfazer a reação de forma rápida.

Christo Sevov e seus colegas das universidades de Utah e Michigan, nos EUA, identificaram agora compostos que são 1.000 vezes mais estáveis do que os compostos disponíveis e usados nos protótipos atualmente em testes.

"Nosso primeiro composto tinha uma meia-vida entre oito e 12 horas. O composto que simulamos mostrou-se estável na ordem de meses," disse o professor Matthew Sigman, coordenador da equipe - meia-vida é o período no qual metade do químico terá se decomposto e desperdiçado a energia.

Esquema de funcionamento da bateria de fluxo redox. [Imagem: Christo S. Sevov et al. - 10.1021/jacs.7b00147]

Decomposição controlada

Melhor do que isso, o composto só se decompõe quando duas moléculas interagem uma com a outra. "Estas moléculas não podem se decompor se não se juntarem. Você pode configurá-las para evitar que elas se juntem," disse a professora Melanie Sanford, referindo-se a um parâmetro-chave das moléculas, um fator que descreve o peso de um componente molecular que pode ser usado como uma espécie de escudo contra a outra molécula.

O anólito - um eletrólito que funciona como ânodo - mais interessante é baseado na molécula orgânica piridínio, que não contém metais e é dissolvida em um solvente orgânico, aumentando ainda mais a sua estabilidade. Outros compostos apresentaram meias-vidas mais longas, mas este anólito fornece a melhor combinação de estabilidade e potencial redox, que está diretamente relacionado à quantidade de energia que ele pode armazenar.

O próximo passo é sintetizar o composto em quantidades suficientes para testá-lo na prática.

Bibliografia:

Physical Organic Approach to Persistent, Cyclable, Low-Potential Electrolytes for Flow Battery Applications
Christo S. Sevov, David P. Hickey, Monique E. Cook, Sophia G. Robinson, Shoshanna Barnett, Shelley D. Minteer, Matthew S. Sigman, Melanie S. Sanford
Journal of the American Chemical Society
DOI: 10.1021/jacs.7b00147

Chips de grafeno são fabricados em meio líquido Redação do Site Inovação Tecnológica

Chips de grafeno são fabricados em meio líquido

Redação do Site Inovação Tecnológica -  14/03/2017

A microfábrica produz chips de grafeno de alto desempenho. [Imagem: Benjamin T. Hogan et al. - 10.1038/srep42120]

Processo microfluídico

Uma nova técnica para produzir circuitos integrados pode não apenas dar versatilidade à fabricação dos circuitos integrados, mas também permitir a construção de chips melhores usando materiais ainda não totalmente aproveitados pela indústria eletrônica.

Além disso, a técnica tem tudo para ser muito barata porque se baseia na tecnologia da microfluídica, a mesma usada para fabricar os biochips.

Os canais minúsculos de um chip microfluídico são usados para controlar o fluxo e a direção de quantidades ínfimas de líquido, normalmente para realizar exames biomédicos. O que Benjamin Hogan e seus colegas fizeram foi diluir flocos de óxido de grafeno no fluido, o que permitiu aplicar o material em locais e quantidades precisas.

Embora os flocos de óxidos de óxido de grafeno sejam basicamente bidimensionais - consistindo apenas em comprimento e largura - a equipe usou um sistema sofisticado baseado em luz para dirigir a montagem das estruturas depositadas pelos microcanais, o que permitiu construir chips tridimensionais.

Optoeletrônica

Depois de verificar que sua técnica de fabricação produz chips funcionais, a equipe decidiu publicar o projeto detalhado de sua microfábrica para que outras equipes explorem a técnica para fabricar seus próprios processadores.

A expectativa é que a fabricação microfluídica possa dar um novo impulso à produção de materiais optoeletrônicos - componentes que produzem, detectam e controlam a luz - que são vitais para a próxima geração de tecnologias não apenas de computação, mas também de energias renováveis.

"Esperamos que este avanço conduza a uma revolução no desenvolvimento de novos materiais vitais para a eletrônica computacional. O trabalho fornece uma plataforma sólida para o desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos de próxima geração. Além disso, os materiais e os métodos usados são extremamente promissores para uma ampla gama de outras aplicações potenciais além dos dispositivos atuais," disse a professora Anna Baldycheva, da Universidade de Exeter, no Reino Unido.

Bibliografia:

Dynamic in-situ sensing of fluid-dispersed 2D materials integrated on microfluidic Si chip
Benjamin T. Hogan, Sergey A. Dyakov, Lorcan J. Brennan, Salma Younesy, Tatiana S. Perova, Yurii K. Gunko, Monica F. Craciun, Anna Baldycheva
Nature Scientific Reports
Vol.: 7, Article number: 42120
DOI: 10.1038/srep42120

Inteligência Artificial chega aos computadores quânticos Redação do Site Inovação Tecnológica

Inteligência Artificial chega aos computadores quânticos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  14/03/2017

Apenas os simuladores quânticos já estão permitindo estudos impensáveis há alguns anos - muito mais deverá vir quando essas simulações puderem rodar em computadores quânticos reais.[Imagem: IQOQI/Harald Ritsch]

Inteligência artificial quântica

Pesquisadores espanhóis desenvolveram algoritmos de inteligência artificial para serem rodados em computadores quânticos.

Em um trabalho que une física, biologia e computação quântica, a equipe usou simuladores - já que computadores quânticos poderosos o suficiente ainda não estão disponíveis - para criar algoritmos evolutivos que imitam a vida, a seleção natural, a aprendizagem e a memória.

Na verdade, esses algoritmos são essenciais para o próprio desenvolvimento dos computadores quânticos, que precisam de programas confiáveis para que seu funcionamento possa ser atestado - quem acompanha o desenvolvimento desse campo se lembra certamente do algoritmo de Shor, um algoritmo quântico de fatoração que se tornou uma peça fundamental para a criação dos próprios processadores quânticos.

Como os novos algoritmos reproduzem em sistemas quânticos certas propriedades exclusivas de entidades vivas, Unai Alvarez Rodriguez e seus colegas da Universidade do País Basco cunharam um novo termo para descrever seu trabalho: biomimética quântica.

• Quem irá programar os computadores quânticos?

Biomimética quântica

O primeiro algoritmo recria um ambiente de seleção natural no qual os qubits funcionam como indivíduos que se replicam, sofrem mutações, interagem com outros indivíduos e com o meio ambiente, e até atingem um estado equivalente à morte.

"Nós desenvolvemos este mecanismo final para que os indivíduos tenham uma vida útil finita," explicou o pesquisador. Assim, ao combinar todos os elementos, o sistema não tem uma solução única e clara: "Abordamos o modelo de seleção natural como uma disputa entre diferentes estratégias nas quais cada indivíduo seria uma estratégia para resolver o problema e a solução seria a estratégia capaz de dominar o espaço disponível," detalhou Rodriguez.

Um simulador quântico permite essencialmente "pilotar" átomos para ver como as partículas quânticas se comportam. [Imagem: Britton/NIST]

O algoritmo para simular a memória, por outro lado, consiste em um sistema governado por equações. Essas equações apresentam uma dependência de seus estados anteriores e futuros, de modo que a maneira como o sistema muda "não depende apenas de como ele é agora, mas de onde estava há 5 minutos e de onde vai estar daqui a 5 minutos," explicou Rodriguez.

Finalmente, no algoritmo quântico relativo ao processo de aprendizagem de máquina, foram desenvolvidos mecanismos para otimizar tarefas bem definidas, melhorar os algoritmos clássicos e melhorar as margens de erro e a confiabilidade das operações.

Um resultado inesperado foi que "conseguimos codificar uma função em um sistema quântico, mas não escrevê-la diretamente; o sistema fez isso de forma autônoma, poderíamos dizer que ele 'aprendeu' por meio do mecanismo projetado para que isso acontecesse. É um dos mais novos avanços nesta pesquisa," destacou o pesquisador.

De modelos computacionais ao mundo real

"Apesar de terem sido feitas em modo teórico, as simulações que propomos foram concebidas para que possam ser rodadas em experimentos, em diferentes tipos de plataformas quânticas, como armadilhas de íons, circuitos supercondutores e guias de ondas fotônicas, entre outros. Para isso, contamos com a colaboração dos grupos experimentais," finalizou Rodriguez.

Se já se espera que os computadores quânticos apresentem ganhos em velocidade, a possibilidade de simular diretamente os processos biológicos em sistemas de inteligência artificial e aprendizado de máquina coloca novas possibilidades de computação cujo alcance é difícil de ser previsto.

Bibliografia:

Quantum Machine Learning without Measurements
Unai Alvarez-Rodriguez, L. Lamata, P. Escandell-Montero, J. D. Martín-Guerrero, E. Solano
arXiv

Criado primeiro ímã não-metálico Redação do Site Inovação Tecnológica

Materiais Avançados

Criado primeiro ímã não-metálico

Redação do Site Inovação Tecnológica -  14/03/2017

O magnetismo no material à base de carbono se mantém a temperatura ambiente. [Imagem: Universidade Palacky Olomouc]

Ímã de carbono

Um sonho de muitas gerações de pesquisadores acaba de se tornar realidade pelas mãos de uma equipe da Universidade Palacky, na República Tcheca.

Jirí Tucek e seus colegas criaram carbono metálico - ou, em outras palavras, os primeiros ímãs sem metais.

E, longe de ser apenas uma curiosidade científica, o ímã orgânico, feito a partir do grafeno, mantém suas características magnéticas a temperatura ambiente, abrindo caminho para seu uso prático.

Até agora os cientistas acreditavam que todos os materiais com magnetismo a temperatura ambiente deveriam se basear em metais ou em compostos metálicos.

"Tratando o grafeno com outros elementos não-metálicos, como flúor, hidrogênio e oxigênio, fomos capazes de criar uma nova fonte de momentos magnéticos que se comunicam entre si mesmo a temperatura ambiente. Esta descoberta está sendo vista como um avanço enorme nas capacidades dos ímãs orgânicos," disse o professor Radek Zboril, coordenador da equipe.

Representação esquemática (em cima) e mapeamento químico do material (embaixo). [Imagem: Jirí Tucek et al. - 10.1038/ncomms14525]

Magnetismo orgânico

A equipe também desenvolveu um modelo teórico para tentar explicar a origem do magnetismo nos materiais à base de carbono.

"Nos sistemas metálicos, os fenômenos magnéticos resultam do comportamento dos elétrons na estrutura atômica dos metais. Nos ímãs orgânicos que desenvolvemos, as características magnéticas emergem do comportamento de radicais químicos não-metálicos que transportam elétrons livres," resumiu o professor Michal Otyepka.

A expectativa é que os ímãs não-metálicos possam viabilizar grandes avanços no campo da biomedicina, da bioeletrônica e da eletrônica orgânica em geral.

• Grafite revela suas faces supercondutora e ferromagnética

Bibliografia:

Room temperature organic magnets derived from sp3 functionalized graphene
Jirí Tucek, Katerina Holá, Athanasios B. Bourlinos, Piotr Blonski, Aristides Bakandritsos, Juri Ugolotti, Matús Dubecký, Frantisek Karlický, Václav Ranc, Klára Cépe, Michal Otyepka, Radek Zboril
Nature Communications
Vol.: 8, Article number: 14525
DOI: 10.1038/ncomms14525

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Interruptor de DNA liga e desliga a luz dentro de uma molécula Redação do Site Inovação Tecnológica -

Interruptor de DNA liga e desliga a luz dentro de uma molécula

Redação do Site Inovação Tecnológica -  08/03/2017

Uma molécula chamada antraquinona permite controlar o fluxo elétrico das moléculas de DNA, transformando-as em interruptores.[Imagem: ASU]

DNA elétrico

Está pronta a primeira chave de DNA totalmente controlável, capaz de ligar e desligar o fluxo de eletricidade dentro de uma única molécula.

"É bem sabido que o transporte de cargas é possível no DNA, mas, para fazer um dispositivo útil, deve ser possível ligar e desligar o transporte de carga. Nós atingimos esse objetivo modificando quimicamente o DNA," disse o professor Nongjian Tao, da Universidade

"E não foi só isso, nós também podemos adaptar o DNA modificado como uma ponta de prova para medir reações ao nível de moléculas individuais. Isso fornece uma maneira única para o estudo de reações importantes envolvidas em doenças, ou reações de fotossíntese para novas aplicações de energia renovável," completou.

Interruptor elétrico de DNA

O interruptor elétrico de DNA foi construído modificando apenas uma das letras do DNA - adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C) - com outro grupo químico, chamado antraquinona (Aq).

A antraquinona é uma molécula com uma estrutura de três anéis de carbono que pode ser inserida entre dois pares de base. Ela contém também o que os químicos chamam de grupo redox - uma referência a "redução", ou ganho de elétrons, e "oxidação", ou perda de elétrons.

Com isto, a hélice modificada DNA-Aq pode deslizar livremente entre os degraus que compõem a escada da hélice dupla do DNA, dando-lhe uma nova capacidade de ganhar ou perder elétrons de forma reversiva.

• Além da biônica: DNA agora pode ter íons metálicos

Biocomputadores

A equipe pretende agora trabalhar rumo ao uso do interruptor de DNA para criar nanodispositivos.

"Nós estamos particularmente entusiasmados porque o DNA modificado fornece uma ferramenta ótima para examinar a cinética de reações redox e a termodinâmica ao nível de moléculas individuais," disse Tao.

E oferece também uma peça adicional para os circuitos lógicos e os computadores de DNA, capazes de identificar doenças.

• Computação de DNA demonstra multitarefa real

Bibliografia:

Gate-controlled conductance switching in DNA
Limin Xiang, Julio L. Palma, Yueqi Li, Vladimiro Mujica, Mark A. Ratner, Nongjian Tao
Nature Communications
DOI: 10.1038/ncomms14471

Ionotrônica: a eletrônica movida a íons Redação do Site Inovação Tecnológica

Ionotrônica: a eletrônica movida a íons

Redação do Site Inovação Tecnológica -  09/03/2017

O material, conhecido como LSMO, exigiu a fabricação de uma estrutura especial para a análise do transporte iônico, incluindo uma ponta de prova em nanoescala, que pudesse detectar as variações locais geradas pelo controle elétrico.[Imagem: Mikko Raskinen/Aalto University]

Íons em vez de elétrons

O interesse em construir computadores com um funcionamento mais parecido com o nosso cérebro - os chamados processadores neuromórficos - pode necessitar de uma abordagem ligeiramente diferente daquele permitido pela eletrônica.

Ocorre que nosso cérebro não é eletrônico, ele é mais "ionotrônico" - nossos neurônios se comunicam por sinapses, cujos sinais químicos são trocados por meio de íons, e não de elétrons.

E pesquisadores finlandeses já estão dando os primeiros passos rumo à construção de dispositivos de computação ionotrônicos sintéticos. Eles estão começando pela criação das memórias, uma parte fundamental de qualquer computador.

Para isso, a equipe desvendou como a migração de um íon de oxigênio em um material cerâmico faz com que o material altere sua estrutura cristalina de uma maneira uniforme e reversível, apresentando fortes modulações da resistência elétrica - essencialmente um processo de troca de resistência que pode ser a base de uma memória de acesso aleatório (RAM).

Ionotrônica

A migração dos íons de oxigênio para longe da área onde os eletrodos aplicam a tensão elétrica resulta em uma mudança abrupta na estrutura atômica do material, fazendo com sua resistência elétrica aumente. Invertendo a polaridade da tensão aplicada, as propriedades do material original são restauradas completamente.

Simulações eletrotérmicas mostram que esse efeito de comutação, ou chaveamento, é produzido por uma combinação do aquecimento da amostra, induzida pela corrente, com a migração dos íons, dirigida pelo campo elétrico.

"O material que investigamos neste estudo é um óxido complexo. Os óxidos complexos podem exibir muitas propriedades físicas interessantes, incluindo magnetismo, ferroeletricidade e supercondutividade, e todas essas propriedades variam sensivelmente com o estado de oxidação do material. Apesar de termos demonstrado correlações diretas entre o conteúdo de oxigênio, a estrutura cristalina e a resistência elétrica, o mesmo conceito ionotrônico poderia ser utilizado para controlar outras propriedades materiais," disse o professor Sebastiaan van Dijken.

Trônicas

A equipe pretende agora aplicar esses conhecimentos e, principalmente, os equipamentos que eles desenvolveram para obtê-lo, para analisar materiais como as perovskitas e outros compostos usados na optoeletrônica.

Não se espera que a ionotrônica comece a produzir frutos antes de vários anos de pesquisas, mas ela vem se juntar a um conjunto de campos emergentes, como a atomotrônica, a piezoeletrônica e a valetrônica.

Somente esses anos de pesquisa à frente dirão se algum deles despontará como uma alternativa mais eficiente à eletrônica, ou se cada um encontrará seu próprio nicho de aplicações.

Bibliografia:

Direct observation of oxygen vacancy-driven structural and resistive phase transitions in La2/3Sr1/3MnO3
Lide Yao, Sampo Inkinen, Sebastiaan van Dijken
Nature Communications
Vol.: 8, Article number: 14544
DOI: 10.1038/NCOMMS14544

Aço que imita osso resiste 100 vezes mais à fadiga Redação do Site Inovação Tecnológica

Aço que imita osso resiste 100 vezes mais à fadiga

Redação do Site Inovação Tecnológica -  10/03/2017

É difícil imitar com precisão a estrutura dos ossos, mas os metalurgistas estão chegando lá. [Imagem: Motomichi Koyama et al. - 10.1126/science.aal2766]

Aço imune à fadiga

Introduzir no aço uma nanoestrutura laminada, similar à encontrada nos ossos, torna o metal muito mais resistente às rachaduras em micro e macro escalas que surgem a partir do estresse repetitivo.

O desenvolvimento, não apenas de novos tipos de aço, mas também de outras ligas metálicas com esta estrutura, tem potencial para melhorar a segurança de todas as estruturas metálicas - de máquinas e veículos a edifícios - que devem suportar cargas cíclicas.

A questão chave é que o aço torna-se suscetível a trincas e rachaduras quando é submetido repetidamente a cargas - pense em uma ponte metálica, por onde passam veículos e caminhões; após a passagem de cada veículo, o aço da ponte retorna ao estado de "repouso", sem carga. Isto resulta na chamada "fadiga" do material.

Motomichi Koyama e seus colegas da Universidade Kyushu, no Japão, foram buscar inspiração nos ossos, que também são submetidos a essa ciclagem constante, mas possuem uma resistência superior à do aço devido à sua subestrutura hierárquica e laminada.

Aço nanoestruturado

Para começar a trabalhar, a equipe procurou por tipos de aço cujas estruturas já são naturalmente comparáveis à do tecido ósseo. Eles identificaram dois: o aço perlítico ferrita-cementita e o aço de plasticidade induzida de martensita-austenita.

Partindo da estrutura original, os pesquisadores fizeram melhorias adicionais em ambos os tipos de aço, de modo que eles passassem a apresentar características as mais próximas possíveis daquelas dos ossos, que tipicamente resistem muito bem à propagação de rachaduras.

As melhorias deram resultado, com os dois aços otimizados mostrando-se significativamente mais resistentes à fadiga do que qualquer tipo de aço industrial. A equipe submeteu seu aço nanolaminado a ciclos repetidos de estresse, verificando que o desenvolvimento das fissuras microscópicas foi adiada em 107 ciclos em relação aos dois tipos de aço originais.

A equipe agora pretende otimizar ainda mais as melhorias, para que o aço torne-se resistente a amplitudes maiores de estresse. Em seu artigo, eles já propõem vários mecanismos que pretendem testar para obter essa melhoria adicional. Também será necessário estudar como passar o método usado em laboratório para a escala industrial.

Bibliografia:

Bone-like crack resistance in hierarchical metastable nanolaminate steels
Motomichi Koyama, Zhao Zhang, Meimei Wang, Dirk Ponge, Dierk Raabe, Kaneaki Tsuzaki, Hiroshi Noguchi, Cemal Cem Tasan
Science
Vol.: 355 Issue 6329 1055-1057
DOI: 10.1126/science.aal2766

IBM lançará computador quântico comercial Redação do Site Inovação Tecnológica

IBM lançará computador quântico comercial

Redação do Site Inovação Tecnológica -  08/03/2017

O processador quântico da IBM é baseado em qubits supercondutores. [Imagem: IBM]

Upgrade quântico

A IBM anunciou que fará um upgrade do seu processador quântico disponível pela internet gratuitamente, passando a máquina de 5 para 20 qubits.

Embora haja discordâncias entre os cientistas da computação, algumas estimativas dão conta de que um processador quântico na faixa entre 50 e 100 qubits será mais poderoso do que qualquer supercomputador existente, ao menos para determinados tipos de programas.

Desde que foi colocado no ar, em maio do ano passado, o ambiente quântico online da IBM criou uma comunidade de mais de 40.000 usuários, que rodaram 275.000 pequenos programas experimentais. Embora o processador de 5 qubits não seja mais poderoso do que um notebook, o desenvolvimento de algoritmos quânticos é um dos grandes desafios para essa próxima geração da tecnologia da informação.

Entre os experimentos feitos no Quantum Experience, uma equipe da Universidade de Maryland rodou um comparativo entre o processador quântico da IBM e o processador construído pela própria equipe, que usa 5 qubits de íons aprisionados em armadilhas magnéticas, uma abordagem distinta dos qubits supercondutores. A conclusão é que o processador da IBM é mais rápido, mas oferece menos precisão. E a precisão - ou, dito de outra forma, o recurso de correção de erros - é um dos grandes desafios para a construção de processadores quânticos práticos e universais.

A interface com o processador quântico, chamada Composer, facilita o acesso aos qubits e circuitos lógicos, permitindo testar algoritmos que são muito diferentes dos usados nos computadores eletrônicos. [Imagem: IBM]

Processador quântico comercial

Com base no sucesso alcançado, a IBM também anunciou a disponibilização de um serviço comercial baseado em processadores e simuladores quânticos. O sistema, batizado de IBM Q, deverá ir ao ar até o final deste ano, e sua utilização será feita mediante o pagamento de uma assinatura, cujo valor ainda não foi divulgado.

Em nota, a empresa anunciou o desenvolvimento de uma interface mais amigável, que permitirá que os programas sejam escritos usando linguagens de programação comuns, como a Python. Mas ainda não está claro se os serviços se basearão em simuladores de circuitos quânticos ou somente em um processador quântico real.

A empresa vem apostando nos qubits supercondutores, que funcionam em um ambiente criogênico. Várias equipes já construíram processadores similares de pequeno porte, mas seu funcionamento é delicado e requer atenção contínua de físicos especializados. A construção de um processador quântico "de uso geral", sobretudo um que possa ser operado de maneira transparente por usuários não-especializados, é tido como o grande avanço para a área da computação quântica - mas ainda não está claro se o IBM Q já deu esse passo.

A empresa canadense D-Wave oferece computadores quânticos há vários anos, mas seus processadores não são universais, podendo rodar apenas alguns tipos específicos de algoritmos quânticos. O Google também está investindo pesado em uma versão híbrida de processador quântico, além de ter interesse na própria D-Wave.

• Lançado projeto para construção de computador quântico

Bibliografia:

Experimental Comparison of Two Quantum Computing Architectures
N. M. Linke, D. Maslov, M. Roetteler, S. Debnath, C. Figgatt, K. A. Landsman, K. Wright, C. Monroe
arXiv
https://arxiv.org/abs/1702.01852

Impressora 3D de projeto livre constrói Torre de Babel Redação do Site Inovação Tecnológica -

Impressora 3D de projeto livre constrói Torre de Babel

Redação do Site Inovação Tecnológica -  10/03/2017

"Com uma impressora 3D sem as restrições de uma moldura definida ou uma caixa, as impressões podem tornar-se tão altas quanto ela possa ser suspensa, ao mesmo tempo em que a área de impressão horizontal é livre," disse Linnea Dimitriou, que teve a ideia de imprimir a Torre de Babel.[Imagem: Linnéa Therese Dimitrou]

Torre de Babel sem confusão

As impressoras 3D vêm sendo saudadas como a tecnologia viabilizadora de uma nova revolução industrial - a revolução das máquinas livres - mas poucos achavam que elas permitiriam construir algo que a humanidade não foi capaz.

Engenheiros da Universidade de Umea, na Suécia, construíram uma impressora 3D especial que trabalha suspensa por linhas de pesca, o que permite que ela vá sendo elevada automaticamente conforme constrói estruturas virtualmente sem limites de dimensões.

E o primeiro trabalho da demonstração da HangPrinter - impressora suspensa, em tradução livre - foi construir uma Torre de Babel, algo que o homem não foi capaz de fazer dependendo apenas de suas próprias capacidades.

"Tanto quanto eu saiba, a HangPrinter é a única impressora 3D do seu tipo. Existem robôs paralelos acionados por cabo e outras impressoras 3D a cabo, mas a HangPrinter é única porque todas as suas partes, exceto a fonte de energia, estão montadas no dispositivo móvel, e ela pode usar estruturas existentes - neste caso as paredes - como um quadro de apoio," disse o professor Torbjorn Ludvigsen, inventor do equipamento.

Detalhes da impressora suspensa e da miniatura da Torre de Babel que ela construiu. [Imagem: Linnéa Therese Dimitrou/Umea University]

Hardware aberto

O uso de apoios já existentes é interessante porque, de acordo com Ludvigsen, o quadro de suporte representa quase metade do custo de uma impressora 3D.

A equipe está interessada em baixar o custo porque pretende que qualquer interessado possa construir sua própria impressora 3D suspensa. Para isso, eles disponibilizaram gratuitamente o projeto no endereço https://github.com/tobbelobb/hangprinter.

Sinapse artificial orgânica para processadores neuromórficos Redação do Site Inovação Tecnológica

Sinapse artificial orgânica para processadores neuromórficos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  06/03/2017

A sinapse artificial é feita de materiais orgânicos de baixo custo, todos sintéticos, mas formados sobretudo por hidrogênio e carbono, o que significa que o componente é compatível com a química cerebral.[Imagem: L.A. Cicero]

Sinapse orgânica sintética

Parece que os memristores, componentes eletrônicos dotados de memória, não são o único caminho para construir sinapses artificiais e processadores neuromórficos, que imitam o funcionamento do cérebro.

Yoeri van de Burgt, da Universidade de Stanford, nos EUA, construiu uma nova sinapse artificial orgânica que cumpre com grande fidelidade a função do espaço entre os neurônios usados para que essas células nervosas se comuniquem.

Vale lembrar que os memristores são componentes inorgânicos, sendo mais difícil compatibilizá-los com aplicações que visem unir o eletrônico ao biológico.

"Ela funciona como uma sinapse real, mas é um componente eletrônico orgânico que pode ser fabricado. É uma família inteiramente nova de dispositivos porque esse tipo de arquitetura nunca havia sido demonstrada antes. Por uma variedade de métricas, ela também tem um desempenho melhor do que qualquer coisa que já tenha sido feita antes com inorgânicos," disse o professor Alberto Salleo, coordenador da equipe.

Redes neurais artificiais

A nova sinapse artificial imita o modo como as sinapses no cérebro aprendem através dos sinais que as atravessam. Isto representa uma economia de energia significativa em relação à computação tradicional, que envolve separadamente processar as informações e, em seguida, armazená-las na memória - aqui, o processamento cria a memória.

A sinapse artificial parece um híbrido de bateria e transístor. [Imagem: Yoeri van de Burgt et al. - 10.1038/nmat4856]

O componente se parece com uma bateria, sendo formado por dois filmes finos e flexíveis com três terminais conectados por um eletrólito de água salgada. Por outro lado, ele funciona como um transístor, com um dos terminais controlando o fluxo de eletricidade entre os outros dois.

Tal como um caminho neural no cérebro sendo reforçado por meio da aprendizagem, a sinapse artificial orgânica é programada fazendo-a carregar e descarregar repetidamente. Através deste treinamento, é possível prever com apenas 1% de incerteza que tensão será necessária para levar a sinapse a um estado elétrico específico. Assim que esse estado é atingido, o componente estabiliza, permanecendo nele.

Em outras palavras, ao contrário de um computador comum, onde você salva seu trabalho no disco rígido antes de desligá-lo, a sinapse artificial pode recuperar a sua programação sem quaisquer ações ou partes adicionais.

Otimizações e testes

O protótipo consome um décimo da energia necessária para que um computador atual mova um dado do processador para a memória. Isso é pouco, mas significa que a sinapse artificial ainda consome 10.000 vezes mais energia do que uma sinapse biológica natural, mostrando o espaço que há para otimizações.

O próximo passo será construir uma matriz real de sinapses artificiais para verificar seu funcionamento integrado.

A expectativa é que a sinapse sintética possa no futuro fazer parte de um computador mais parecido com o cérebro, o que poderia ser especialmente benéfico para a computação que trabalha com sinais visuais e auditivos, como interfaces controladas por voz e carros sem motorista.

Bibliografia:

A non-volatile organic electrochemical device as a low-voltage artificial synapse for neuromorphic computing
Yoeri van de Burgt, Ewout Lubberman, Elliot J. Fuller, Scott T. Keene, Grégorio C. Faria, Sapan Agarwal, Matthew J. Marinella, A. Alec Talin, Alberto Salleo
Nature Materials
DOI: 10.1038/nmat4856

Menor motor a jato do mundo vai equipar microrrobôs Redação do Site Inovação Tecnológica

Menor motor a jato do mundo vai equipar microrrobôs

Redação do Site Inovação Tecnológica -  06/03/2017

Enzimas anexadas ao nanomotor reagem com a ureia presente no corpo e o impulsionam para frente. [Imagem: MPI for Intelligent Systems]

Micro e nano-motores

Um dos grandes desafios para a construção de microrrobôs médicos que sejam práticos está na criação de motores biocompatíveis que possam impulsioná-los.

Assim, usar os próprios fluidos corporais para alimentar os motores dos microrrobôs parece ser uma ideia mais que perfeita.

Foi o que fizeram Xing Ma e seus colegas do Instituto Max Planck, na Alemanha.

Eles desenvolveram uma nova abordagem para a construção de sistemas de propulsão para pequenos veículos que se movimentam em meio líquido nos quais a propulsão é gerada por uma reação enzimática que usa os fluidos corporais.

Menor motor a jato do mundo

O nanomotor funciona de forma similar aos motores a jato, queimando o combustível e ejetando os gases em um sentido, o que impulsiona o veículo no outro sentido.

O motor é formado por um único nanotubo de dióxido de silício, medindo 200 nanômetros de diâmetro, e recoberto internamente com a enzima urease, que quebra a ureia em amônia e dióxido de carbono.

Na presença da ureia, a reação induzida pela enzima gera uma corrente no fluido que impulsiona o tubo como se fosse um jato. A velocidade atingida chega a 10 micrômetros por segundo, ou 4 cm/h.

Segundo a equipe, este é o menor sistema de propulsão a jato do mundo. "Nosso recorde anterior, que ainda está no Guinness Book, é cerca de três vezes maior," disse o professor Samual Sanchez, coordenador da equipe.

Biocompatibilidade

Vários micromotores desse tipo já foram demonstrados, mas eles geralmente dependem de compostos químicos como o peróxido de hidrogênio, que ninguém vai querer ver injetado em seu corpo.

Os pesquisadores agora querem confirmar a biocompatibilidade dos seus nanomotores e tentar implantá-los em células individuais. "Isso seria necessário, é claro, para levar moléculas de drogas ao seu destino, por exemplo", disse Sanchez.

Bibliografia:

Bubble-Free Propulsion of Ultrasmall Tubular Nanojets Biocatalytic Reactions
Xing Ma, Ana C. Hortelao, Albert Miguel-López, Samuel Sánchez
Journal of the American Chemical Society
Vol.: 138 (42), pp 13782-13785
DOI: 10.1021/jacs.6b06857

Raios cósmicos estão travando computadores e celulares Redação do Site Inovação Tecnológica -

Raios cósmicos estão travando computadores e celulares

Redação do Site Inovação Tecnológica -  06/03/2017

Os astrônomos constroem telescópios para capturar os raios cósmicos e estudar suas origens. A preocupação é que eles também atingem nossos celulares e computadores o tempo todo, provocando travamentos.[Imagem: ASPERA/G.Toma/A.Saftoiu]

Bugs cósmicos

Você certamente não se deu conta, mas muitos dos travamentos do seu celular, tablet e computador estão sendo causados por partículas subatômicas alienígenas chovendo do espaço exterior na atmosfera da Terra.

"Este é realmente um grande problema, mas ele é largamente invisível para o público," disse o professor Bharat Bhuva, da Universidade Vanderbilt, ao apresentar seu trabalho "Quantificando o Risco do Clima Espacial" para uma audiência boquiaberta durante a reunião anual da Sociedade Norte-Americana para o Avanço da Ciência.

Quando os raios cósmicos, que viajam em frações da velocidade da luz, atingem a atmosfera da Terra, eles criam cascatas de partículas secundárias, incluindo nêutrons energéticos, múons, píons e partículas alfa. Milhões dessas partículas atingem nosso corpo a cada segundo, mas esta torrente subatômica é imperceptível e parece não ter efeitos nocivos nos organismos vivos.

No entanto, uma fração dessas partículas transporta energia suficiente para interferir com a operação dos circuitos microeletrônicos, sobretudo dos transistores, hoje muito menores do que a maioria das moléculas orgânicas.

Transtornos de Evento Único

Quando interagem com os circuitos integrados, as partículas cósmicas podem alterar bits individuais armazenados na memória. Isso é conhecido como "Transtorno de Evento Único" (TEU).

Como é muito difícil saber quando e onde essas partículas irão bater, e como elas não fazem qualquer dano físico, as falhas que elas causam são muito difíceis de caracterizar - basicamente só resta eliminar todas as demais causas possíveis.

E o professor Bhuva citou pelo menos três casos onde foi possível fazer isto e culpar as partículas cósmicas.

Os raios cósmicos derrubaram a nave Phobos-Grunt, que a Rússia estava enviando a Marte em 2012. [Imagem: Roscosmo]

Por exemplo, em 2003, na cidade de Schaerbeek, na Bélgica, a inversão de um único bit em uma máquina de voto eletrônico adicionou 4.096 votos extras para um candidato. O erro foi detectado somente porque deu ao candidato mais votos do que era possível ele obter, o que permitiu aos técnicos rastrearem a alteração até o bit no registro da máquina.

Em 2008, o sistema de aviônica de um jato de passageiros da empresa Qantus, voando de Cingapura para Perth (Austrália) pareceu sofrer de um Transtorno de Evento Único que fez com que o piloto automático se desligasse. Como resultado, a aeronave mergulhou 210 metros em apenas 23 segundos, ferindo cerca de um terço dos passageiros seriamente o suficiente para fazer com que a aeronave fosse desviada para a pista de pouso mais próxima.

Além disso, relatou Bhuva, tem havido uma série de falhas inexplicáveis nos computadores das companhias aéreas, algumas das quais os especialistas acham que devem ter sido causadas por TEUs - elas resultaram no cancelamento de centenas de voos, com perdas econômicas significativas.

Falha no tempo

Bhuva e seus colegas estudaram o fenômeno nas últimas oito gerações de processadores de computador, incluindo a geração atual, que usa transistores 3D (conhecidos como FinFET) com apenas 16 nanômetros.

A taxa de falhas nos circuitos microeletrônicos é medida em uma unidade chamada FIT, que significa falha no tempo (Failure in Time). Uma FIT é uma falha por transístor em um bilhão de horas de operação.

Isso pode parecer infinitesimal, mas vai se acumulando extremamente rápido conforme se leva em conta os bilhões de transistores nos diversos aparelhos individuais e os bilhões de sistemas eletrônicos em uso hoje - só o número de celulares inteligentes já está cada dos bilhões. Como resultado, a maioria dos componentes eletrônicos têm taxas de falha medidas entre 100 e 1.000 FITs.

"É apenas o setor de eletrônicos de consumo que tem ficado para trás na resolução deste problema," disse o professor Bharat Bhuva. [Imagem: Universidade Vanderbilt]

Risco digital e social

Infelizmente, não há nada que os consumidores possam fazer para se proteger - ao menos por enquanto. A única contramedida para enfrentar o ataque das partículas cósmicas contra seus aparelhos eletrônicos, segundo o professor Bhuva, está nas mãos da indústria de chips e processadores.

"Os fabricantes de semicondutores estão muito preocupados com esse problema, porque ele está ficando mais sério conforme o tamanho dos transistores nos chips de computador diminui e aumenta o poder e a capacidade dos nossos sistemas digitais. Além disso, os circuitos microeletrônicos estão em toda parte e a nossa sociedade está se tornando cada vez mais dependente deles. Nosso estudo confirma que este é um problema sério e crescente," disse Bhuva.

A boa notícia é que a aviação, a indústria de equipamentos médicos, TI, transporte, comunicações, indústrias financeiras e de energia estão todas conscientes do problema e estão tomando medidas para enfrentá-lo. "É apenas o setor de eletrônicos de consumo que tem ficado para trás na resolução deste problema."

Infelizmente o estudo e os dados completos não serão publicados pela equipe, sendo "proprietários", segundo Bhuva, compartilhados apenas com as empresas que financiaram o trabalho.

Lasers móveis em cima dos racks tiram fios dos data centers

Redação do Site Inovação Tecnológica -  01/03/2017

Este é um receptor, que captura o sinal infravermelho e o envia para o destino por meio de um cabo de fibra óptica (direita). [Imagem: Patrick Mansell/Penn State]

Link óptico infravermelho

As grandes centrais de dados (data centers), as manifestações concretas da "nuvem", aparecem nas fotos com um aspecto asséptico e organizado, quase com a cara de um hospital.

Mas não se engane. Por trás e por baixo dos sistemas de armazenamento e dos servidores há um emaranhado de fios que faria a mais desorganizada oficina de bicicletas parecer uma UTI.

Wi-Fi ou quaisquer outras tecnologias sem fios à base de rádio não servem para substituir essa maçaroca de fios porque testes mostraram que a interferência é grande demais, bem como a largura de banda insuficiente para as exigências da nuvem.

Agora, uma equipe de engenheiros dos EUA está propondo trocar toda essa fiação por sistemas de comunicação óptica sem fibras, usando radiação infravermelha, a mesma usada nos controles remotos de TV.

"Nós usamos um link óptico no espaço livre. Ele usa uma lente muito barata e nós obtivemos um feixe de infravermelho muito estreito, com zero interferência, sem limites para o número de conexões e com grande largura de banda," disse o professor Mohsen Kavehrad.

Lasers móveis

O sistema usa lasers e receptores infravermelhos montados em cima dos racks onde ficam os discos de armazenamento e os servidores. Como cada rack tem cerca de dois metros de altura, os trabalhadores podem andar normalmente no prédio, sem interferir com os feixes de dados.

Os lasers são móveis e se ajustam rapidamente para focalizar outro rack com o qual desejam trocar dados. Cada um deles utiliza um MEMS - sistema microeletromecânico - com minúsculos espelhos para focar rapidamente nos alvos e se reconfigurar.

Os microespelhos responsáveis por achar os alvos dentro do data center ficam no interior de um chip. [Imagem: Patrick Mansell/Penn State]

O movimento dos espelhos é tão pequeno que não pode ser percebido, mas o programa localiza rapidamente o receptor e, em seguida, estreita o feixe infravermelho para aumentar a precisão. O feixe de laser também pode ser movido rapidamente para atingir um receptor diferente.

Usando vários comprimentos de onda - várias "cores" do infravermelho - o sistema experimental atingiu até 10 gigabits por segundo.

O projeto, chamado Firefly (The Free-space optical Inter-Rack nEtwork with high FLexibilitY), é um esforço conjunto de engenheiros das universidades da Pensilvânia, Stony Brook e Carnegie Mellon.