Componentes de potência verticais reduzem drasticamente perda de energia Redação do Site Inovação Tecnológica

Componentes de potência verticais reduzem drasticamente perda de energia

Redação do Site Inovação Tecnológica -  08/01/2018

Com base no obtido até agora, a equipe acredita ser possível chegar à faixa dos 3.300 a 5.000 volts. [Imagem: Yuhao Zhang]

Nitreto de gálio

A eletrônica de potência, responsável por modificar voltagens ou converter entre corrente contínua e alternada, está por todo lado - é ela que compõe o carregador do seu celular e a fonte do seu computador, por exemplo.

Ocorre que a conversão de energia é intrinsecamente ineficiente: um conversor de energia nunca disponibilizará na saída a mesma potência que você lhe forneceu na entrada.

Recentemente, começaram a chegar ao mercado conversores de energia feitos de nitreto de gálio, com maiores eficiências e tamanhos menores do que os conversores convencionais, feitos à base de silício.

O problema é que eles só conseguiam lidar com tensões de até 600 volts, o que limita sua aplicação nos eletrônicos domésticos, que internamente precisam de tensões bem maiores.

A boa notícia é que esse limite foi largamente estendido, com os componentes de potência de nitreto de gálio já lidando com tensões de até 1.200 volts, e podendo ir além.

Isso é suficiente para que eles sejam utilizados até mesmo nos carros elétricos, mas a equipe ressalta que seus componentes ainda são protótipos fabricados em escala de laboratório. Por outro lado, com base no que obtiveram até agora, acreditam ser possível chegar à faixa dos 3.300 a 5.000 volts, o que colocaria os componentes de potência de nitreto de gálio em condições de utilização até mesmo na rede de distribuição elétrica.

Componentes verticais

Os ganhos estão sendo possíveis graças a melhorias em uma técnica conhecida como "componentes verticais", nos quais a corrente flui através do semicondutor - nos dispositivos atuais, que são "laterais", a corrente flui na superfície do semicondutor.

"Quando você tem dispositivos laterais, toda a corrente flui através de uma fatia muito estreita de material, próximo à superfície. Nós estamos falando de uma fatia de material que pode ter apenas 50 nanômetros de espessura. Então toda a corrente passa por lá, e todo o calor está sendo gerado nessa região muito estreita, então ela fica realmente muito, muito quente. Em um dispositivo vertical, a corrente flui através de toda a pastilha, de modo que a dissipação de calor é muito mais uniforme," disse Tomás Palácios, do MIT.

Além da equipe de Palácios, participaram do desenvolvimento pesquisadores da Universidade de Colúmbia (EUA), Aliança de Pesquisa e Tecnologia de Cingapura e das empresas IQE e IBM.

Bibliografia:

Materials and processing issues in vertical GaN power electronics
Jie Hu, Yuhao Zhang, Min Sun, Daniel Piedra, Nadim Chowdhury, Tomás Palacios
Materials Science in Semiconductor Processing
DOI: 10.1016/j.mssp.2017.09.033

Lente plana foca todas as cores sem aberração Redação do Site Inovação Tecnológica

Lente plana foca todas as cores sem aberração

Redação do Site Inovação Tecnológica -  09/01/2018

Esta metalente plana é a primeira lente única que pode focar todo o espectro visível da luz - incluindo a luz branca - no mesmo local e em alta resolução.[Imagem: Jared Sisler/Harvard SEAS]

Lente plana

Metalentes - superfícies planas que utilizam nanoestruturas para focar a luz - prometem revolucionar a óptica, substituindo as volumosas lentes de vidro curvas atuais por uma superfície simples e plana.

O grande desafio que permanecia por ser vencido era fazer com que essas metalentes conseguissem lidar bem com um amplo espectro de luz.

Focalizar todo o espectro visível e a luz branca - a combinação de todas as cores do espectro - é difícil porque cada comprimento de onda se move através dos materiais em velocidades diferentes. Os comprimentos de onda vermelhos, por exemplo, movem-se através do vidro mais rapidamente que o azul, de forma que as duas cores não alcançam o ponto focal ao mesmo tempo, resultando em focos diferentes. Isso cria distorções de imagem conhecidas como aberrações cromáticas.

Agora, Wei Ting Chen e seus colegas da Universidade de Harvard, nos EUA, desenvolveram a primeira lente plana capaz de focar todo o espectro visível da luz - incluindo a luz branca - no mesmo local e em alta resolução.

Mesmo nas lentes de vidro convencionais, isso só é obtido através do empilhamento de múltiplas lentes, o que explica o enorme tamanho das lentes de câmeras, microscópios e telescópios.

Metalente

A nova metalente de amplo espectro usa matrizes de nanoestruturas de dióxido de titânio para focar igualmente os comprimentos de onda da luz e eliminar a aberração cromática.

Chen criou unidades de nanofios emparelhados - ele as chama de nanobarbatanas - que controlam simultaneamente a velocidade de diferentes comprimentos de onda da luz. As estruturas emparelhadas controlam o índice de refração da metassuperfície e são ajustadas para induzir diferentes retardos de tempo nos feixes de luz de cada cor, garantindo que todos os comprimentos de onda atinjam o ponto focal ao mesmo tempo.

"Combinando duas nanobarbatanas em um elemento, podemos ajustar a velocidade da luz no material nanoestruturado, para garantir que todos os comprimentos de onda no visível sejam focalizados no mesmo ponto, usando uma única metalente. Isso reduz dramaticamente a espessura e a complexidade do projeto em comparação com lentes acromáticas padrão feitas de compósitos," disse o professor Federico Capasso, coordenador da equipe.

O próximo passo será ampliar a lente, atingindo a dimensão de pelo menos 1 cm de diâmetro, o que já será suficiente para abrir toda uma série de possibilidades de aplicação, como na realidade virtual e na realidade aumentada.

• Lente plana focaliza luz visível para enxergar além da luz

Bibliografia:

A broadband achromatic metalens for focusing and imaging in the visible
Wei Ting Chen, Alexander Y. Zhu, Vyshakh Sanjeev, Mohammadreza Khorasaninejad, Zhujun Shi, Eric Lee, Federico Capasso
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/s41565-017-0034-6

Qubits de silício entram na briga pelo computador quântico Redação do Site Inovação Tecnológica

Informática

Qubits de silício entram na briga pelo computador quântico

Redação do Site Inovação Tecnológica -  

Este chip tem apenas 2 qubits, mas é inteiramente feito com a tecnologia atual de silício.[Imagem: David Zajac/Princeton University]

Computação quântica no silício

Em um passo importante para construir um computador quântico usando materiais bem conhecidos da indústria e dos pesquisadores - o silício -, está pronto um componente chave de hardware capaz de controlar o comportamento quântico entre dois elétrons com extrema precisão.

O chip é uma porta lógica que controla as interações entre os elétrons de uma maneira que lhes permite funcionar como os bits quânticos de informação, ou qubits, necessários para a computação quântica.

A demonstração deste circuito de dois qubits quase imune a erros é um passo inicial importante para a construção de chips quânticos mais complexos a partir do silício, o mesmo material usado nos computadores convencionais e em toda a eletrônica.

"A criação desta porta de dois qubits de alta-fidelidade abre o caminho para experimentos em maior escala. Sabíamos que precisávamos que este experimento funcionasse se a tecnologia baseada em silício for ter um futuro em termos de expansão e construção de um computador quântico," disse o professor Jason Petta, na Universidade de Princeton, nos EUA.

Os componentes baseados em silício serão mais baratos e mais fáceis de fabricar do que as outras tecnologias de processamento quântico. Embora outros grupos de pesquisa e empresas já tenham apresentado chips quânticos contendo 50 qubits ou mais, esses sistemas usam materiais mais exóticos e difíceis de manter e controlar, como supercondutores ou átomos aprisionados por lasers.

• Conheça os novos recordes da computação quântica

A porta lógica de dois qubits consiste em dois elétrons (bolas azuis com setas) em uma camada de silício (Si). [Imagem: D. M. Zajac et al. - 10.1126/science.aao5965]

Qubits de elétrons

Para construir a porta lógica de dois qubits, a equipe colocou minúsculos fios de alumínio em um cristal de silício altamente ordenado. Os fios fornecem tensões que prendem dois elétrons, separados entre eles por uma barreira de energia, em uma estrutura conhecida como ponto quântico duplo - são "poços" de energia onde o elétron cai e não consegue sair.

Baixando temporariamente a barreira de energia, os elétrons entram em estado de entrelaçamento, ou emaranhamento, compartilhando informações. Esses elétrons presos e entrelaçados ficam assim prontos para serem usados como qubits, que são como bits de computador convencionais, mas com superpoderes: enquanto um bit convencional pode representar um 0 ou um 1, cada qubit pode ser simultaneamente um 0 e um 1, ampliando o número de permutações possíveis que podem ser comparadas instantaneamente.

Bibliografia:

Resonantly driven CNOT gate for electron spins
David M. Zajac, A. J. Sigillito, M. Russ, F. Borjans, J. M. Taylor, G. Burkard, J. R. Petta
Science
Vol.: eaao5965
DOI: 10.1126/science.aao5965

Asa de borboleta aumenta absorção de células solares em 200% Redação do Site Inovação Tecnológica

Asa de borboleta aumenta absorção de células solares em 200%

Redação do Site Inovação Tecnológica -  

Nanoestruturas da asa da borboleta que foram copiadas nas células solares, aumentando a absorção de luz em 200%.[Imagem: Radwanul H. Siddique (KIT/Caltech)]

Biomimética

A luz do Sol que chega às células solares mas é refletida representa uma perda de energia.

Por sua vez, as asas da borboleta Pachliopta aristolochiae têm minúsculos furos - nanofuros - que ajudam a absorver a luz em um amplo espectro, de forma muito mais eficiente do que as superfícies lisas - é por isso que ela é de um preto tão profundo.

Em um exemplo clássico de biomimética, Radwanul Siddique, do Instituto de Tecnologia Karlsruhe, na Alemanha, conseguiu reproduzir essas nanoestruturas das asas da borboleta em células solares comuns de silício.

O resultado foi um aumento na absorção da luz pelas células solares de 200%.

"A borboleta que estudamos é muito escura. Isso significa que ela absorve perfeitamente a luz solar para fazer um ótimo gerenciamento do calor. Ainda mais fascinante do que sua aparência são os mecanismos que a ajudam a atingir essa alta absorção. O potencial de otimização quando transferimos essas estruturas para os sistemas fotovoltaicos foi muito maior do que o esperado," disse o professor Hendrik Hölscher.

Absorção de luz e geração de eletricidade

O ganho de 200% na absorção de luz parece estupendo, e é, mas ele representa um limite teórico, não se traduzindo inteiramente em um ganho na eficiência do painel solar como um todo em termos de sua capacidade de geração de eletricidade.

Isto porque nem todo o ganho na junção semicondutora - a célula solar propriamente dita - pode ser aproveitado pelos demais componentes do painel.

Por outro lado, a técnica de perfuração das células solares - para criação dos nanofuros - é compatível com as técnicas de fabricação usadas pela indústria, facilitando sua adoção.

Bibliografia:

Bioinspired phase-separated disordered nanostructures for thin photovoltaic absorbers
Radwanul H. Siddique, Yidenekachew J. Donie, Guillaume Gomard, Sisir Yalamanchili, Tsvetelina Merdzhanova, Uli Lemmer, Hendrik Hölscher
Science Advances
Vol.: 3, no. 10, e1700232
DOI: 10.1126/sciadv.1700232

Microrrobôs feitos com alga tratam doença em cobaias Redação do Site Inovação Tecnológica

Microrrobôs feitos com alga tratam doença em cobaias

Redação do Site Inovação Tecnológica -  

Cada microrrobô é fabricado recobrindo algas espirulina com nanopartículas magnéticas, e se movem facilmente pelos líquidos corporais, como suco gástrico ou sangue. [Imagem: Xiaohui Yan et al. - 10.1126/scirobotics.aaq1155]

Robô de espirulina

Um enxame de microrrobôs, cada um medindo poucos milionésimos de metro de comprimento - do tamanho de uma célula sanguínea -, foram guiados magneticamente para locais específicos no interior do estômago de animais de laboratório e aplicaram medicamentos efetivos.

É grande a esperança de que pequenos robôs operados remotamente possam no futuro ser projetados para diagnosticar e tratar doenças em áreas difíceis de se alcançar do corpo humano, mas a dificuldade da tarefa tem feito com que as pesquisas andem mais lentamente do que todos gostariam.

Uma das maiores dificuldades é tornar os robôs biocompatíveis, para que eles não façam mal e para que não seja necessário projetar todo um aparato para sua retirada.

Daí a importância do trabalho de Xiaohui Yan e seus colegas das universidades Chinesa de Hong Kong e Edimburgo, na Escócia, que fabricaram seus robôs revestindo pequenas algas com partículas magnéticas.

Eles podem ser rastreados nos tecidos perto da superfície da pele por meio de técnicas de imageamento que capturam a luminescência natural das algas; em tecidos mais profundos e difíceis de alcançar eles podem ser visualizados por ressonância magnética (MRI).

Guiar os robôs com precisão com instrumentos do lado de fora - rastreando sua localização precisa com essas duas técnicas de imageamento - permite administrar medicamentos em partes específicas do corpo, como tumores.

Robô biodegradável

Nos primeiros testes em cobaias, os pequenos veículos liberaram compostos do próprio núcleo das algas de que são feitos, compostos estes que atacaram seletivamente as células cancerígenas, sem aparentemente afetar as células saudáveis.

Os microrrobôs também podem detectar mudanças químicas associadas ao início de doenças, o que os torna potencialmente úteis como sondas para diagnóstico remoto.

Depois de concluírem seu trabalho, os robôs biocompatíveis degradam-se no corpo - o tempo necessário para que eles se biodegradem pode ser ajustado alterando a espessura do revestimento de nanopartículas magnéticas.

"Um robô de pequena escala que pode ser guiado remotamente, é facilmente rastreado e se biodegrada inofensivamente, potencialmente supera muitos dos desafios enfrentados pelas terapias minimamente invasivas. Esperamos que nossas descobertas abram o caminho para o desenvolvimento de diagnósticos ou tratamentos úteis," disse o professor Qi Zhou, da Universidade de Edimburgo.

Bibliografia:

Multifunctional biohybrid magnetite microrobots for imaging-guided therapy
Xiaohui Yan, Qi Zhou, Melissa Vincent, Yan Deng, Jiangfan Yu, Jianbin Xu, Tiantian Xu, Tao Tang, Liming Bian, Yi-Xiang J. Wang, Kostas Kostarelos, Li Zhang
Science Robotics
Vol.: 2, Issue 12, eaaq1155
DOI: 10.1126/scirobotics.aaq1155

Falha de segurança em processadores pode tornar computadores 30% mais lentos Com agências -

Falha de segurança em processadores pode tornar computadores 30% mais lentos

Com agências -  

Meltdown e Spectre

Uma falha de segurança maciça e sem precedentes foi descoberta nos processadores da Intel, que equipam a quase totalidade dos notebooks e dos servidores da computação nas nuvens, além da principal fatia dos computadores pessoais. Uma segunda falha também afeta processadores de outros fabricantes.

As falhas tornam acessíveis quaisquer informações nos computadores e afetam todos os processadores da Intel fabricados desde 1995.

São duas falhas de segurança diferentes, que foram batizadas como Meltdown - ou fusão, em referência a um eventual acidente catastrófico em uma usina nuclear, quando o reator se funde - e Spectre - ou espectro.

A falha Meltdown afeta notebooks, computadores desktop e servidores de internet com processadores Intel.

Já a falha Spectre pode potencialmente afetar os processadores dos smartphones, tablets e computadores com chips da Intel, da ARM e da AMD.

Driblando o kernel

A notícia razoavelmente boa é que existe uma solução para as duas falhas - não é uma notícia totalmente boa porque as correções poderão diminuir a velocidade de processamento dos equipamentos em até 30%, incluindo computadores pessoais e serviços em nuvem.

As falhas foram descobertas há quase seis meses, mas ainda há poucas informações disponíveis porque é praxe na indústria de segurança dar tempo para que as empresas possam lançar correções antes que o problema seja descrito em detalhes, de forma a evitar sua exploração. Segundo as empresas de segurança, ainda não há indícios de que as duas falhas tenham sido exploradas por invasores.

O problema está no próprio processador, afetando uma parte fundamental de um sistema operacional, chamada kernel. O kernel é um programa que controla a maioria dos outros programas, dando-lhes acesso à memória e protegendo informações confidenciais, por exemplo impedindo que um usuário não tenha acesso a dados de outros ou que um programa possa assumir o controle de outros programas. A falha parece significar que os programas podem essencialmente ignorar o kernel e fazer eles próprios manipulações de alto nível.

O resultado é que qualquer programa poderia ter acesso quase ilimitado ao computador, o que pode ser qualquer coisa, de um programa JavaScript executado em um navegador até um vírus baixado acidentalmente. Um programa executado na nuvem, por exemplo, poderia ter acesso a qualquer outra coisa em execução em um servidor. A grande maioria da computação em nuvem roda em processadores Intel, incluindo centros de dados administrados pelo Google, Microsoft e Amazon.

• Proteção definitiva contra hackers tem poucos átomos de espessura

Lentidão pela segurança

As correções dos problemas nos processadores exigirão que se abra mão da troca rápida de dados entre cada programa e o kernel. O processamento ficará mais seguro, mas também significativamente mais lento. A desaceleração parece variar entre 5 e 30 por cento, dependendo da situação de uso de cada computador.

Embora os programas antivírus imponham sua própria carga de processamento aos computadores há anos, de forma a verificar em tempo real tudo o que roda em cada máquina, uma correção que resulte em um custo de processamento tão alto é inédita.

Para se livrar desses erros no futuro, todos os processadores deverão passar por um redesenho substancial, e somente novas versões dos chips poderão se livrar da sobrecarga de processamento.

Processador químico mostra capacidade de controlar máquinas moleculares Redação do Site Inovação Tecnológica -

Processador químico mostra capacidade de controlar máquinas moleculares

Redação do Site Inovação Tecnológica -  

Ilustração do oscilador químico feito com moléculas de DNA.[Imagem: Ella Maru Studio/Cody Geary]

CCComputação química

O sonho de construir processadores e computadores químicos está mais próximo da realidade.

Niranjan Srinivas, da Universidade do Texas, nos EUA, construiu circuitos eletrônicos de nível avançado - incluindo osciladores e amplificadores - usando uma técnica com o potencial para incorporar capacidade computacional em sistemas moleculares.

Além de máquinas moleculares com comportamentos mais complexos, essa técnica promete encontrar aplicações em biomedicina, fabricação de materiais avançados e na nanotecnologia.

Para se ter uma ideia da importância desse avanço, ele toca em duas áreas premiadas com o Prêmio Nobel de 2017 : as máquinas moleculares e o relógio biológico humano - nosso relógio biológico é controlado por um oscilador químico, que é essencialmente uma máquina molecular.

O DNA é mais poderoso que pensamos?

Srinivas descobriu como programar osciladores sintéticos e outros circuitos fabricando moléculas sintéticas de DNA que seguem instruções específicas.

Um dos protótipos é o primeiro oscilador químico baseado unicamente em componentes de DNA - sem proteínas, enzimas ou outros componentes celulares -, demonstrando que o DNA por si só é capaz de desempenhar comportamentos complexos. Isso sugere que o DNA pode ser muito mais do que uma simples molécula passiva usada apenas para transportar informações genéticas.

"O DNA pode ser usado de maneira muito mais ativa. Nós realmente podemos fazê-lo dançar - e com um ritmo, se você quiser. Isso sugere que os ácidos nucleicos (DNA e RNA) podem estar fazendo mais do que pensamos, o que pode até mesmo mudar nossa compreensão da origem da vida, já que é comum se pensar que o início da vida se baseou inteiramente no RNA," disse o professor David Soloveichik.

Linguagem de programação química

A equipe desenvolveu o oscilador químico sintetizando moléculas de DNA dotadas de uma linguagem de programação específica, o que as faz produzir um fluxo de trabalho repetível que pode gerar outros padrões temporais complexos e responder a sinais químicos de entrada. Essa linguagem de programação química foi então compilada para interações precisas - a prática padrão no campo dos programas de computador, mas completamente nova em bioquímica.

Existem vários esforços para criar uma linguagem de programação para automatizar a química. [Imagem: Daniel Grissom et al. - 10.1145/2567669]

Esse oscilador sintético poderá ser usado futuramente na biologia sintética ou em células completamente artificiais, garantindo que certos processos aconteçam em ordem.

Mas a oscilação é apenas um exemplo de comportamento molecular complexo - máquinas moleculares mais sofisticadas inteiramente feitas de DNA também se tornam possíveis. Dependendo de como essas máquinas moleculares são programadas, poderão realizar diferentes comportamentos, como comunicação e processamento de sinais, resolução de problemas, tomada de decisão, controle de movimento etc. - virtualmente todos os processos de computação feitos com circuitos eletrônicos.

"Eventualmente, nós queremos poder interagir com os circuitos químicos de uma célula, ou consertar circuitos defeituosos ou mesmo reprogramá-los para maior controle. Mas, no curto prazo, nossos circuitos de DNA podem ser usados para programar o comportamento de sistemas químicos sem células que sintetizam moléculas complexas, diagnosticam assinaturas químicas complexas e respondem aos seus ambientes," disse Soloveichik.

• Linguagem de alto nível para programar bactérias

Bibliografia:

Enzyme-free nucleic acid dynamical systems
Niranjan Srinivas, James Parkin, Georg Seelig, Erik Winfree, David Soloveichik
Science
Vol.: 358, Issue 6369, eaal2052
DOI: 10.1126/science.aal2052

Como os humanos podem manter o controle final sobre a inteligência artificial? Com informações da EPFL

Como os humanos podem manter o controle final sobre a inteligência artificial?

Com informações da EPFL -  

"A inteligência artificial sempre procurará evitar a intervenção humana e criar uma situação em que ela não possa ser interrompida." [Imagem: Pixabay/CC0 Creative Commons]

Máquinas sem controle humano

Na inteligência artificial, as máquinas realizam ações específicas, observam o resultado, adaptam seu comportamento, observam o novo resultado, adaptam seu comportamento mais uma vez, e assim por diante, aprendendo com este processo iterativo.

Mas será que esse processo não pode sair fora de controle? Sim, ele pode.

"A inteligência artificial sempre procurará evitar a intervenção humana e criar uma situação em que ela não possa ser interrompida," explica o professor Rachid Guerraoui, da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça.

Isso significa que, antes que a inteligência das máquinas avance muito, os engenheiros precisam impedir que as máquinas acabem aprendendo a contornar os comandos humanos.

• Os perigos que a Inteligência Artificial trará à humanidade

A Inteligência Paralela promete trazer novos complicadores para o risco de máquinas sem controle humano. [Imagem: Fei-Yue Wang et al. (2016)]

Quando a máquina dispensa o professor

Um dos métodos de aprendizagem de máquina mais usados em inteligência artificial é o aprendizado por reforço, uma técnica emprestada da psicologia comportamental. Os agentes - os programas de computador - são recompensados por realizar certas ações, com as máquinas ganhando pontos sempre que executam as ações corretas.

Por exemplo, um robô pode ganhar um ponto por empilhar corretamente um conjunto de caixas e outro ponto para pegar uma caixa que está lá fora. Mas se, em um dia chuvoso, por exemplo, um operador humano interromper o robô enquanto ele se dirige para fora para coletar uma caixa, o robô descobrirá que é melhor ficar dentro do armazém, empilhar caixas e ganhar o maior número possível de pontos.

"O desafio não é parar o robô, mas sim programá-lo para que a interrupção não altere seu processo de aprendizagem - e não o induza a otimizar seu comportamento de forma a evitar ser interrompido," explicou Guerraoui.

O problema é ainda maior em situações envolvendo dezenas de máquinas, como os carros sem motorista, ou de autocondução, ou frotas de drones no ar tentando fazer entregas, entre várias outras possibilidades.

"Isso torna as coisas muito mais complicadas porque as máquinas começam a aprender umas com as outras - especialmente no caso de interrupções. Elas aprendem não só como são interrompidas individualmente, mas também de como as outras são interrompidas," detalha Alexandre Maurer, coautor do trabalho.

• Programa de inteligência artificial faz poesia - e lança preocupações

Máquinas que aprendem podem ser muito úteis; desde que não aprendam a ignorar o ser humano. [Imagem: U. Sheffield]

Desneuralizador

Para tentar resolver essa complexidade, a equipe aplicou uma técnica que eles batizaram de "interrupção segura".

"Simplificando, adicionamos mecanismos de 'esquecimento' aos algoritmos de aprendizagem que essencialmente deletam bits da memória de uma máquina. É mais ou menos como o desneuralizador dos Homens de Preto," explicou El Mhamdi, outro autor do estudo.

Em outras palavras, os pesquisadores alteraram o sistema de aprendizado e recompensa das máquinas para que ele não seja afetado pelas interrupções. É como se um pai punisse o filho, mas cuidando para que isso não afete os processos de aprendizagem das outras crianças na família.

"Nós trabalhamos em algoritmos já existentes e mostramos que a interrupção segura pode funcionar não importando o quão complicado seja o sistema de inteligência artificial, o número de robôs envolvidos ou o tipo de interrupção. Nós podemos usá-lo com o Exterminador do Futuro e ainda ter os mesmos resultados," garantiu Maurer.

O que o pesquisador não pode garantir é que todos os projetistas de software vão incorporar o mecanismo de interrupção segura em seus programas.

• Lei Única da Robótica: Os humanos devem florescer

Bibliografia:

Dynamic Safe Interruptibility for Decentralized Multi-Agent Reinforcement Learning
El Mahdi El Mhamdi, Rachid Guerraoui, Hadrien Hendrikx, Alexandre Maurer
NIPS 2017 Proceedings
https://arxiv.org/abs/1704.02882

Por que qudits são melhores que qubits Redação do Site Inovação Tecnológica

Por que qudits são melhores que qubits

Redação do Site Inovação Tecnológica -  27/11/2017

Fótons de alta dimensionalidade gerados dentro de um chip são manipulados e transmitidos pelo sistema comum de telecomunicações. [Imagem: Michael Kues/INRS University]

QuDit contra quBit

Pesquisadores do Instituto Nacional de Pesquisa Científica do Canadá surpreenderam seus colegas de todo o mundo ao criar um sistema fotônico extremamente avançado em termos de aplicação, mas fabricado usando apenas componentes de telecomunicações disponíveis comercialmente e, mais importante, no interior de um chip - os componentes fotônicos tipicamente são muito maiores e há muitos desafios para a sua miniaturização.

Michael Kues e seus colegas demonstraram que os fótons podem se tornar um recurso quântico acessível e poderoso quando gerados na forma de quDits emaranhados por cores.

Se o mais conhecido qubit pode conter dois níveis de energia, um qutrit pode conter 3 níveis e assim por diante, onde cada nível representa um dado. Para resumir a nomenclatura, os físicos definiram que um quDit pode conter "D" níveis de energia.

Neste novo sistema, os bits quânticos assumem vários níveis de energia apresentando uma multiplicidade de cores simultaneamente por meio do fenômeno quântico do entrelaçamento (ou emaranhamento).

Qudit com múltiplas cores

O sistema usa um chip fotônico pequeno e barato fabricado através de processos semelhantes aos usados para fabricar os tradicionais circuitos integrados eletrônicos.

Usando um ressonador em anel dentro de um chip, energizado por um laser, os fótons são emitidos em pares que compartilham um estado quântico complexo, com uma série de componentes de frequência sobrepostos: os fótons têm várias cores ao mesmo tempo, e as cores de cada fóton em um par estão ligadas (emaranhadas), independentemente da distância que os separe após sua emissão.

Com cada frequência - ou cor - representando uma dimensão - ou um dado -, os fótons são gerados no chip como um estado quântico de alta dimensionalidade - um quDit.

Até agora, a computação quântica tem-se concentrado principalmente nos qubits, sistemas bidimensionais com dois estados sobrepostos (por exemplo, 0 e 1 ao mesmo tempo, em contraste com os bits clássicos, que são 0 OU 1 em cada momento).

Trabalhar no domínio da frequência permite a superposição de muitos outros estados, aumentando a quantidade de informação em cada fóton. Por exemplo, um fóton de alta dimensionalidade pode ser vermelho E amarelo E verde E azul, embora os fótons utilizados nesta demonstração sejam infravermelhos, para compatibilidade com a tecnologia usada nas telecomunicações.

Fotos dos protótipos, construídos com componentes comerciais. À direita, a interligação com o sistema de fibras ópticas. [Imagem: Michael Kues/INRS University]

9.000 dimensões

A equipe demonstrou um sistema quântico com pelo menos 100 dimensões usando esta abordagem, e afirma que sua tecnologia é prontamente ampliável para criar sistemas de dois quDits com mais de 9.000 dimensões. Isso seria comparável a sistemas tradicionais de 12 qubits, só que estes exigem plataformas significativamente mais caras e complexas, e não chips comprados no comércio.

O uso do domínio de frequência para os estados quânticos também permite sua fácil transmissão e manipulação nos sistemas atuais de fibra óptica.

"Ao combinar os campos da óptica quântica e o processamento óptico ultrarrápido, mostramos que a manipulação de alta dimensionalidade destes estados é realmente possível usando elementos de telecomunicações padrão, como moduladores e filtros de frequência", ressaltou o professor José Azaña, coordenador da equipe.

Bibliografia:

On-chip generation of high-dimensional entangled quantum states and their coherent control
Michael Kues, Christian Reimer, Piotr Roztocki, Luis Romero Cortés, Stefania Sciara, Benjamin Wetzel, Yanbing Zhang, Alfonso Cino, Sai T. Chu, Brent E. Little, David J. Moss, Lucia Caspani, José Azaña, Roberto Morandotti
Nature
Vol.: 546, 622-626
DOI: 10.1038/nature22986

Sensor vai tentar capturar "nova física" - antes que seja tarde para nós Redação do Site Inovação Tecnológica

Sensor vai tentar capturar "nova física" - antes que seja tarde para nós

Redação do Site Inovação Tecnológica -  27/11/2017

Estrutura do detector SciFi, vendo-se à frente as "esteiras" de fibras ópticas. [Imagem: LHCb/Univ.Heidelberg]

SciFi

O LHC (Grande Colisor de Hádrons), produz centenas de milhões de colisões de prótons por segundo. Mas os físicos que trabalham no experimento LHCb, um dos grandes detectores do laboratório, só conseguem gravar 2.000 dessas colisões por segundo.

Assim, o maior laboratório do mundo deixa os físicos querendo mais - eles estão convencidos de que o vasto volume de dados não capturados contém respostas para várias questões não resolvidas. Afinal, eles sabem que o Modelo Padrão - a teoria que melhor descreve os fenômenos em nível atômico e subatômico - não está completo.

Esta busca por uma "nova física" - a física além das teorias e modelos que conhecemos - poderia explicar, por exemplo, onde está a antimatéria que deveria ter sido criada após o Big Bang ou mostrar partículas ainda mais elementares.

"Para extrair mais informações dos dados do LHC, nós precisamos de novas tecnologias para o nosso detector LHCb," defende Aurelio Bay, da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça.

E, após cinco anos de trabalho, os cerca de 800 físicos do mundo todo envolvidos no projeto LHCb acabaram de definir o que será necessário fazer para atualizar o experimento, aumentando sua capacidade de coletar dados.

Eles decidiram construir um novo detector - um rastreador de fibra cintilante chamado SciFi, que deverá entrar em operação em 2020.

Fibras cintilantes

O novo rastreador de partículas vai utilizar 10.000 quilômetros de fibras ópticas cintilantes, cada uma com um diâmetro de 0,25 mm. Quando as partículas viajarem através delas, as fibras vão liberar sinais de luz que serão capturados por diodos amplificadores de luz.

Fibras ópticas como essa, com 0,25 mm de espessura, serão responsáveis pela coleta de mais dados do LHC. [Imagem: EPFL]

As fibras cintilantes serão organizadas em três painéis medindo cinco por seis metros cada um, instalados atrás de um ímã, onde as partículas saem do ponto de colisão dentro do acelerador LHC. As partículas passarão por várias dessas "esteiras de fibra" e depositarão parte de sua energia ao longo do caminho, produzindo alguns fótons de luz que serão então transformados em um sinal elétrico.

Os dados sobre como as partículas atravessam as fibras serão suficientes para reconstruir sua trajetória. Os físicos então usarão essas informações para restaurar seu estado físico primitivo. "O que nós essencialmente faremos é traçar a jornada dessas partículas de volta ao seu ponto de partida. Isso deve nos dar uma visão do que aconteceu há 14 bilhões de anos, antes de a antimatéria desaparecer, deixando-nos a matéria que temos hoje," disse Bay.

Antes que seja tarde

Em um mundo ideal, os físicos coletariam e analisariam todos os dados produzidos pelo colisor, mas isso envolveria analisar uma quantidade descomunal de dados. O SciFi será um componente chave para coletar dados à velocidade máxima, pois incluirá filtros que estão sendo projetados para preservar apenas dados úteis.

"Nós já podemos estar no limite, porque, é claro, temos que salvar os dados em algum lugar. Em primeiro lugar, usamos o armazenamento magnético e depois distribuímos os dados no LHC GRID, que inclui máquinas na Itália, Holanda, Alemanha, Espanha, na França e no Reino Unido. Muitos países estão participando e numerosos estudos sobre esses dados estão sendo realizados simultaneamente," acrescentou Bay.

"Se o LHC não tiver a energia suficiente para descobrir novas físicas, tudo acabou para a minha geração de físicos! Teremos que criar uma nova máquina, para a próxima geração," finalizou Bay.

Supercondutividade deve-se ao nióbio, não ao seu composto Com informações da Agência Fapesp

Supercondutividade deve-se ao nióbio, não ao seu composto

Com informações da Agência Fapesp -  28/11/2017

Os filamentos de coloração branca correspondem à fase minoritária, com cerca de 98% de nióbio e 2% de boro, responsável pela supercondutividade. Já as regiões acinzentadas, em maior fração volumétrica, correspondem ao monoboreto de nióbio propriamente dito.[Imagem: F. Abud et al. - 10.1103/PhysRevMaterials.1.044803]

Confusão supercondutora

Por mais de 65 anos, um composto de nióbio e boro, chamado monoboreto de nióbio (NbB), foi considerado um exemplo clássico de um material supercondutor, um material no qual a corrente elétrica flui livremente, com resistência virtualmente zero.

Mas esse "conhecimento", registrado nos manuais de física da matéria condensada e em inúmeros artigos científicos especializados, foi agora contestado por pesquisadores das universidades de São Paulo (USP) e Estadual de San Diego (EUA).

Os físicos descobriram que a supercondutividade detectada no material não é produzida pelo próprio monoboreto de nióbio (NbB), mas por filamentos de nióbio quase puro que margeiam os grãos microscópios do material.

"Sabemos que o elemento nióbio (Nb), sozinho, apresenta supercondutividade quando resfriado a temperaturas muito baixas, da ordem de 9,2 Kelvin (K). Agora, descobrimos que isso não ocorre com o monoboreto de nióbio (NbB) propriamente dito. Ocorre que, nas amostras de NbB, existe uma grande fração volumétrica de NbB, mas também uma pequena quantidade de Nb quase puro. São duas fases cristalinas distintas que coexistem nos materiais estudados. É essa fase minoritária, composta por aproximadamente 98% de nióbio e 2% de boro, que se comporta como supercondutora," explica o professor Renato de Figueiredo Jardim.

Nióbio puro

Os pesquisadores observaram que, mesmo ocorrendo em uma pequena fração volumétrica, a fase minoritária (Nb_0,98B_0,02) é supercondutora e forma uma rede tridimensional através da qual a corrente elétrica pode transitar de uma extremidade a outra do material.

É muito provável que essa característica tenha confundido os descobridores originais da supercondutividade no NbB, levando-os a atribuir a supercondutividade abaixo de aproximadamente 9 Kelvin a esse composto.

"Identificamos claramente essa estrutura reticular por meio da microscopia eletrônica de varredura. Essa evidência visual foi, por assim dizer, uma prova qualitativa da propriedade. Mas não podíamos sustentar a nossa hipótese apenas neste ponto. Era preciso ir adiante, buscando também uma prova quantitativa, e foi isso que fizemos, aplicando um modelo termodinâmico aos dados tomados nos materiais estudados. Por meio dele, obtivemos então a comprovação procurada," explicou Jardim.

Segundo o pesquisador, não há, atualmente, expectativa de aplicação tecnológica para o monoboreto de nióbio. "Mas existe um 'primo' dele, o diboreto de magnésio (MgB2), que passou a despertar grande interesse desde o início da década passada. Pode ser que nossa pesquisa venha contribuir para sua aplicação tecnológica", disse.

• Campo de força magnético protegerá astronautas contra radiação

Supercondutividade e diamagnetismo

Do ponto de vista macroscópico, a supercondutividade é uma propriedade exibida por certos materiais que, abaixo de uma dada temperatura, passam a conduzir corrente elétrica sem nenhuma perda de energia, isto é, sem resistência elétrica.

"Concomitantemente a essa propriedade macroscópica existe outra propriedade, também macroscópica, que é o chamado 'diamagnetismo perfeito'," disse Jardim. Essa segunda propriedade faz com que um supercondutor, na presença de um campo magnético, expulse todo o fluxo magnético do seu interior.

O diamagnetismo está presente em todos os materiais. Porém, é muitas vezes tão fraco que sua manifestação fica encoberta pela presença de outras respostas magnéticas mais robustas, como o ferromagnetismo - que faz o material ser atraído pelo campo magnético externo - e o paramagnetismo - que faz os dipolos magnéticos atômicos se alinharem paralelamente ao campo magnético externo.

Quando a resposta diamagnética é suficientemente forte, como ocorre nos supercondutores, a repulsão provocada pelo campo magnético pode fazer o material levitar, um fenômeno explorado por alguns trens de alta velocidade.

Bibliografia:

Absence of superconductivity in NbB
F. Abud, L. E. Correa, I. R. Souza Filho, A. J. S. Machado, M. S. Torikachvili, R. F. Jardim
Physical Review Materials
Vol.: 1, 044803
DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.1.044803

Técnica de soldagem expande uso das ligas de aço de alta resistência Com informações da Agência Fapesp

Técnica de soldagem expande uso das ligas de aço de alta resistência

Com informações da Agência Fapesp -  27/11/2017

O método inovador de soldagem a laser em altas temperaturas gera uma microestrutura conhecida como bainita, em vez da mais quebradiça martensita. [Imagem: M. S. F Lima et al. (2017)]

Ligas de alta resistência

Um pesquisador brasileiro desenvolveu uma nova técnica de soldagem que deverá viabilizar o uso das mais recentes ligas de aço de alta resistência pelas indústrias automobilística e aeroespacial.

Capazes de apresentar maior rigidez e melhor capacidade de absorver choques durante uma colisão, essas ligas de alta resistência já vêm sendo usadas em locais da carroceria dos veículos que são críticos para a segurança, com o objetivo de absorverem energia durante um impacto.

Contudo, algumas dessas ligas acabam endurecendo muito durante a soldagem, perdendo elasticidade e tornando-se quebradiças. Assim, ao serem submetidas ao processo de conformação por uma prensa, em que as chapas soldadas ganham a forma da peça desejada, elas acabam quebrando.

"Isso inviabiliza a utilização desses aços avançados não só na indústria automotiva, mas em outras áreas, como a aeroespacial," disse Milton Sérgio de Lima, pesquisador do Instituto de Estudos Avançados da Aeronáutica.

Bainita

Para resolver este problema, Milton desenvolveu um método inovador de soldagem a laser em altas temperaturas que soluciona essa deficiência do processo produtivo. Sua demonstração envolveu o aço 22MnB5, a liga considerada mais promissora para a indústria no processo de conformação a quente.

A técnica consiste no aquecimento das chapas de aço a temperatura em torno de 450 ºC, 10 minutos antes da soldagem a laser, de forma a equalizá-las. Depois de soldadas, as chapas são mantidas em temperatura elevada durante outros 10 minutos, para dar origem a uma estrutura interna do aço chamada bainítica. Trata-se de um microconstituinte do aço que apresenta altos valores de tenacidade - a quantidade de energia que um material pode absorver antes de fraturar - e resistência à força de tensão.

As placas soldadas com a nova técnica apresentaram bainita na microestrutura e dureza bastante reduzida em comparação com as chapas soldadas a temperatura ambiente, que apresentavam o microconstituinte martensita, de menor tenacidade e resistência à força de tensão em comparação com a bainita.

Os testes de resistência à tração - quantidade de força necessária para quebrar um material por estiramento - também revelaram que as chapas submetidas à soldagem a temperatura mais elevada apresentaram maior tenacidade.

"Conseguimos produzir soldas resistentes diretamente na faixa bainítica, sem a necessidade de tratamentos térmicos extras", contou Milton, completando que a técnica pode ser facilmente aplicada no setor industrial para melhorar a soldagem a laser de ligas de aço de alta e ultra-alta resistência mecânica.

Automotiva e aeroespacial

A indústria automotiva utiliza a soldagem a laser para unir chapas de aço (blanques) e fazer a estampagem para produzir componentes estruturais da carroceria de automóveis, como colunas, trilhos para tetos e laterais, além de túneis e barras para as portas, de forma mais rápida e confiável do que a soldagem convencional.

Na área aeroespacial, a soldagem a laser tem sido usada por fabricantes de aeronaves, como Boeing e Airbus, e algumas pequenas empresas do setor aeroespacial na Europa, com o objetivo de aumentar a confiabilidade na soldagem de estruturas para aeronaves, foguetes, mísseis, satélites, além de veículos de reentrada atmosférica, antenas, sistemas embarcados e drones.

"As estruturas para aplicação nessa área têm que ser capazes de resistir a temperaturas e pressões extremas. Por isso, precisam apresentar níveis de confiabilidade muito elevados", disse Milton.

Apesar de os estudos estarem em estágio inicial, estima-se que o aço bainítico pode se tornar um excelente material para blindagens por absorver muito bem a energia mecânica, explicou o pesquisador. "Há muitos materiais desenvolvidos pela indústria aeroespacial que não chegam a voar em razão dos critérios elevadíssimos de confiabilidade. Mas, muitas vezes, alguns subprodutos deles podem ter aplicações e ser facilmente introduzidos em outros setores, como a indústria automotiva", detalhou.

Bibliografia:

Microstructure and Mechanical Behavior of Induction Assisted Laser Welded AHS Steels
Milton Sérgio Fernandes de Lima, Devon Gonzales, Stephen Liu
Welding Journal
Vol.: 96, 376-388

Filtro fotônico pega luz branca e gera a cor que você quer Redação do Site Inovação Tecnológica

Filtro fotônico pega luz branca e gera a cor que você quer

Redação do Site Inovação Tecnológica -  29/11/2017

A cor gerada depende do ângulo de incidência da luz. [Imagem: Matthew S. Davis et al. - 10.1038/s41467-017-01268-y]

Filtro de frequências

Este pequeno dispositivo fotônico consegue fazer duas coisas que o tornam digno de uma longa série de elogios superlativos: ele divide um feixe de luz branca em suas cores componentes com base na direção da iluminação; ou dirige as cores para um determinado conjunto de ângulo de saída.

Parece pouco elucidativo?

Então imagine um pequeno aparelho que inunde cada cômodo de sua casa com um tom diferente do arco-íris - talvez azul para a sala de estar, verde para a cozinha, algum tom pastel para o quarto, e assim por diante.

Como esse filtro de luz também é muito pequeno - suas dimensões estão em nanoescala - pode-se igualmente imaginá-lo gerando as luzes vermelha, verde e azul para os píxeis de telas; ou dividindo a luz do Sol para diversas células solares, cada uma otimizada para um comprimento de onda; ou detectando a direção da luz para medir a espessura de materiais; e assim por diante.

"Nosso filtro direcional, com sua arquitetura aperiódica, pode funcionar de muitas maneiras que não são fundamentalmente realizáveis com um dispositivo como uma grade, que possui uma estrutura periódica. Com este dispositivo ajustável, podemos manipular vários comprimentos de onda de luz simultaneamente," afirmou Amit Agrawal, do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia dos EUA.

Ao citar as grades, o pesquisador compara o novo componente fotônico com os pentes de frequências ópticas - ou grades de frequências -, que valeram o Prêmio Nobel de Física de 2005 a John Hall e Theodor Hansch, que consistem de uma multiplicidade de linhas espectrais vizinhas, alinhadas em um padrão regular.

• Nanotecnologia tapa o Sol com a peneira

O cálculo dos padrões de ranhuras é direto, dispensando aproximações. [Imagem: Matthew S. Davis et al. - 10.1038/s41467-017-01268-y]

Filtro de cores

Este novo filtro é diferente das grades justamente por não possuir o padrão regular. Em vez disso, ele é formado por um conjunto de linhas ou círculos concêntricos entalhados em uma película metálica, ranhuras essas muito menores do que o comprimento de onda da luz visível.

Isso permitiu diminuir o tamanho do filtro e o tornaram muito mais versátil do que uma grade. Por exemplo, as ranhuras não uniformes - ou aperiódicas - podem ser adaptadas para enviar um determinado comprimento de onda - uma determinada cor da luz - para qualquer local desejado. E calcular a profundidade e a posição de cada ranhura é mais simples do que no caso das grades, já que os cálculos são diretos, dispensando aproximações.

Seu funcionamento baseia-se na plasmônica, ou nos plásmons de superfície, quasipartículas representadas por elétrons na superfície de um metal que ondulam quando o metal é atingido pela luz. As ranhuras manipulam essas ondas da forma desejada, reconvertendo-as em fótons de comprimentos de onda específicos.

• Chip fotônico transmite 2 milhões de canais HD simultaneamente

Bibliografia:

Aperiodic nanoplasmonic devices for directional colour filtering and sensing
Matthew S. Davis, Wenqi Zhu, Ting Xu, Jay K. Lee, Henri J. Lezec, Amit Agrawal
Nature Communications
Vol.: 8, Article number: 1347
DOI: 10.1038/s41467-017-01268-y