Vidro é criado a partir de resíduos de rochas ornamentais

Resíduos de rochas ornamentais como mármore e granito, que sobram depois do processo de serragem que transforma os blocos de pedra em chapas, podem agora servir de matéria-prima para a indústria do vidro.

Isso graças a um novo processo desenvolvido no Instituto Nacional de Tecnologia (INT/MCT), do Rio de Janeiro. O uso do resíduo também contribui para a solução do problema ambiental causado pelo pó fino que se acumula nas serrarias e acaba impactando o meio ambiente.

Resíduos de mármore e granito
As pesquisas foram desenvolvidas pela física Michelle Babisk, sob orientação do tecnologista José Carlos da Rocha. A pesquisa teve como objeto os resíduos gerados pela indústria de rochas ornamentais do Espírito Santo, que é hoje responsável pela metade da produção nacional deste tipo de material.

A transformação de resíduos de granito e mármore em vidro é viabilizada pela presença de óxidos, como a sílica, que são matérias-primas utilizadas em larga escala na produção de vidros sodo-cálcicos.

Junto aos resíduos das rochas - coletados em Cachoeiro do Itapemirim, na região Sul do estado, onde estão mais de 60% dos empreendimentos do Espírito Santo - são misturados areia, carbonato de cálcio e sódio, em quantidades controladas para que a composição se aproxime ao máximo das características do vidro comercial.

Economia de areia e benefício ambiental
Com a utilização destes resíduos, há uma considerável diminuição dos impactos ambientais na região, já que antes eles eram descartados no solo. Por outro lado, o uso do material reduz o consumo de areia, minimizando outro problema, que é a extração excessiva desse recurso.

Um terceiro benefício ambiental é o emprego também dos óxidos ferrosos despejados no solo por meio das limalhas de ferro ou aço que são jateadas contra a rocha no processo de corte. O material é incorporado à composição do vidro como corante, garantindo a produção de vidros verdes, que têm um mercado bastante específico.

Novas tecnologias na Ciência dos Materiais
A pesquisa de Michelle produziu no INT quatro tipos de vidro, sendo testadas suas condições de impermeabilidade, passagem de luz, entre outras propriedades. Com resultados bem-sucedidos no controle de qualidade do produto, a produção de vidro a partir de resíduos de rochas ornamentais está sendo patenteada e será apresentada no Rio de Janeiro entre os dias 20 e 25 de setembro, na 11ª Conferência Internacional de Materiais Avançados (Icam). Organizado pela International Union of Material Research Societies (IUMRS), o evento - já sediado por países como China, Japão e México - é realizado em anos alternados e tem como objetivo apresentar novas tecnologias relacionadas à área da Ciência dos Materiais.

No mês que vem Michelle finaliza seu mestrado com os resultados do trabalho realizado no INT, que terá como título Desenvolvimento de vidro sodo-cálcicos a partir de resíduos de rochas ornamentais. O objetivo final do desenvolvimento desse processo, afirma a pesquisadora, é a transferência da tecnologia para as indústrias.

Argamassa de pó-de-rocha
A área de Processamento e Caracterização de Materiais do INT já transforma resíduo de rochas ornamentais em matéria-prima para a indústria há algum tempo. O primeiro trabalho concretizado nesta linha foi o aproveitamento do pó fino das serrarias do município de Santo Antonio de Pádua na produção de argamassas, tecnologia já transferida para a empresa Argamil e gerando royalties para os pesquisadores do INT e do Centro de Tecnologias Minerais (Cetem/MCT), parceiros na inovação.

O pesquisador do INT, José Carlos da Rocha , desenvolveu ainda a produção de rochas artificiais a partir dos resíduos grossos da serragem.

Físicos criam dispositivo capaz de armazenar a luz

Pesquisadores da Universidade de Mainz, na Alemanha, realizaram um sonho longamente perseguido por físicos de todo o mundo: eles construíram uma armadilha de luz, um dispositivo que permite que a luz seja armazenada por longos períodos de tempo.

O dispositivo é inacreditavelmente simples e feito a partir de uma única fibra óptica, o que abre caminho para seu uso em um sem-número de aplicações, de dispositivos quânticos inovadores até as telecomunicações e os equipamentos eletrônicos portáteis.

Interface quântica entre luz e matéria
"Nós queremos usar esse microrressonador multifuncional para acoplar minúsculos campos de luz, consistindo de fótons individuais, com átomos individuais," explica o professor Arno Rauschenbeutel, coordenador da pesquisa.

Se o professor Arno e sua equipe puderem dar esse passo adicional, eles estarão criando um interface quântica entre a luz e matéria, um passo essencial para a viabilização da comunicação e da criptografia quânticas, além da realização do tão sonhado computador quântico.

Como armazenar a luz
Einstein demonstrou que a luz pode ser vista como uma partícula, formada por unidades discretas, chamadas fótons. Mas será que isso implica que ela poderia ser armazenada, na forma de "bolinhas de luz"?

Certamente que não. Simplesmente porque, no mundo quântico, onde se pode tratar a luz como uma partícula, as coisas se comportam de forma bem mais complicada, e partículas nem sempre são partículas, elas se transformam em ondas e ondas se comportam como partículas, enfim, nada é como no mundo macroscópico e a palavra estabilidade assume outros significados quando se trata de fenômenos quânticos.

Assim, se você estiver mesmo interessado em fabricar um "pote" para armazenar a luz, terá que lidar com ela da forma como a percebemos, como uma onda.

Esfera espelhada
Uma primeira solução poderia ser construir uma esfera totalmente espelhada, com um único furo microscópico por onde a luz pudesse ser injetada em seu interior. Se o espelho for perfeito, a luz que entrar pelo furo ficará refletindo de um lado para o outro indefinidamente. A única perda seria dos fótons que batessem exatamente na porta de entrada.

Mas não existem espelhos perfeitos. Os melhores deles, os mais perfeitos espelhos que se consegue fabricar hoje, perdem vários por cento da luz a cada reflexão. Como a luz é muito rápida - em apenas um segundo, ela dá sete voltas ao redor da Terra - ela vai refletir tantas vezes que será absorvida pelo espelho, gerando calor, antes mesmo que consigamos medir o quanto ainda resta dela lá dentro.

Microrressonadores
As coisas começam a melhorar um pouco quando tentamos construir nosso dispositivo armazenador de luz em escala microscópica. Quando construímos paredes reflexivas e conseguimos inserir a luz de forma controlada no interior do nosso dispositivo, temos o que se chama um microrressonador.

Só para antecipar um pouco as coisas, aqui saímos do nível teórico. Já existem microrressonadores de uso prático, sendo usados, por exemplo, nos diodos laser, que revolucionaram as telecomunicações e o armazenamento óptico de informações - lembre-se dos CDs e dos DVDs - ao longo dos últimos anos.

De volta aos espelhos
Mas então, pode-se perguntar, em nível microscópico, os espelhos são melhores? Não, mas a questão é que os microrressonadores não têm a intenção de armazenar a luz por longos períodos, como a nossa proposta original ao construir um pote de luz. Para eles, basta que a luz fique confinada por alguns milionésimos de segundo.

Lembre-se da velocidade da luz. Como ela é muito rápida, o número de reflexões por segundo no interior dos microrressonadores atinge alguns trilhões por segundo. Para guardarmos a luz por alguns milionésimos de segundo, cada 1 milhão de reflexões que ocorrer nesse período não poderá perder mais do que 1 milionésimo da energia da luz.

Isso não seria uma solução para o nosso pote de luz macroscópico, porque, como dissemos, os melhores espelhos perdem vários por cento da luz por reflexão. Fazendo os cálculos, vemos que um pote de luz macroscópico precisaria de espelhos 10 mil vezes mais eficientes do que os atuais para armazenar a luz por apenas um milionésimo de segundo.

Interação entre luz e matéria
Se já não tivéssemos dificuldades suficientes rumo ao nosso pote de luz, em escala quântica surge um outro problema. Durante o armazenamento, e em qualquer aplicação prática que se possa pensar, a nossa luz armazenada estará sempre entrando em contato com átomos.
Isto exige que a frequência da luz seja ajustada com extrema precisão para interagir com os átomos, o que significa que, além de construir um espelho perfeito, teremos que fazê-lo absolutamente puro, com um único elemento químico. E ainda assim poderemos armazenar luz de uma única frequência, ou seja, de uma única cor - a frequência da luz é o que surge para nossos olhos como cor.

Esse fenômeno pode ser melhor entendido comparando o efeito com a corda de um instrumento musical: a corda somente pode vibrar em frequências fixas determinadas pelo seu comprimento. De forma similar dá-se a interação entre cada tipo de átomo e cada frequência da luz.
Ficamos então com dois problemas: precisamos de um espelho bom o bastante e precisamos ajustar a frequência da luz armazenada em nosso pote com os átomos de que o pote será feito.

Dispositivo para armazenar luz
Esta era a situação com a qual os cientistas se defrontavam até agora.
Até que a equipe do professor Arno encontrasse, de uma só vez, a solução para os dois problemas. Eles construíram um microrressonador que combina todas propriedades que se possa querer em um pote de luz, isto é, um longo tempo de armazenamento e a possibilidade de ajuste para armazenar qualquer cor de luz; e com uma vantagem adicional: tudo contido em um dispositivo único e muito pequeno.

Então, aqui vai a receita dos cientistas alemães para construir um pote capaz de armazenar luz: pegue uma fibra óptica, aqueça-a até que ela possa ser esticada e então vá puxando as suas extremidades até que ela atinja um diâmetro de cerca de metade do diâmetro de um fio de cabelo humano. Pegue um laser e molde o centro da fibra afinada, construindo nela uma saliência, um bojo, parecido com uma bola de futebol americano.

E pronto. A luz que entrar em nosso pote de luz ficará refletindo continuamente na superfície da fibra óptica, viajando em uma rota espiral ao redor do eixo da fibra. Com isto, a luz não poderá escapar pelas extremidades da fibra, onde começa e onde acaba o nosso pote, porque o diâmetro da fibra reduz-se abaixo do seu comprimento de onda.

Garrafa ressonadora
Os pesquisadores não batizaram a sua armadilha de luz de "pote de luz". Eles a chamaram de garrafa ressonante, ou garrafa ressonadora, pela similaridade do dispositivo com a chamada garrafa magnética, na qual uma partícula se move entre os extremos de um campo magnético que é fraco no meio da garrafa e forte em suas extremidades, ficando aprisionada lá dentro.

O ajuste da garrafa ressonadora para que ela possa armazenar diferentes comprimentos de onda da luz é uma questão de puxar (ou, teoricamente, empurrar) as duas extremidades da fibra. A tensão mecânica altera o índice refrativo do cristal da fibra óptica, espichando ou encurtando o caminho da luz, o que determina qual comprimento de onda ficará preso lá dentro.

Equipamento transforma imagens em mapas sonoros tridimensionais

O conceito é aparentemente simples e dois protótipos já foram testados com sucesso: um feixe de laser de baixa potência e câmeras de vídeo digitais tornaram-se os novos olhos de pessoas cegas, mostrando-lhes os objetos e o movimento ao seu redor.

Mapas acústicos tridimensionais

Pesquisadores da Universidade de Bristol, na Inglaterra, desenvolveram novos algoritmos e um poderoso sistema de processamento de imagens em tempo real capaz de identificar objetos e obstáculos, como árvores, veículos e pessoas.
O sistema usa imagens estéreo para criar um "mapa de profundidade" que permite o cálculo de distâncias. O sistema também pode analisar os objetos em movimento e prever para onde eles estão indo.

O processamento das imagens de fato não é tão inovador, mas como apresentar essa informação visual para uma pessoa cega? Entra em cena a tecnologia desenvolvida na Universidade de Laguna, na Espanha, que possibilita a transformação de informações espaciais em mapas acústicos tridimensionais.

Uma pessoa cega portando fones de ouvido pode então detectar como o som se altera à medida que ela se move pelo ambiente. O sistema de áudio estereofônico torna possível posicionar os sons de tal forma que o cérebro possa interpretá-los como um ponto no espaço.
Sensor de posicionamento da cabeça

Os sons tornam-se mais claros conforme a pessoa se aproxima dos objetos e mais difuso conforme se afasta. Os objetos à direita são ouvidos pela orelha direta e, se a pessoa move a cabeça, o som se reposiciona automaticamente. E, se alguma coisa está vindo em sua direção, será ouvido um som que avisa da aproximação do objeto, com um tom que alerta para que se possa sair do caminho.

As duas tecnologias foram condensadas em um único equipamento portátil, que contém ainda um giroscópio, chamado de sensor de posicionamento da cabeça, que detecta os movimentos que o usuário do equipamento faz com a cabeça. O sensor alimenta o sistema com essa informação para que o som possa ser reposicionado nos fones de ouvido em tempo real.
O equipamento foi testado com sucesso por pessoas cegas em vários ambientes reais, incluindo ruas movimentadas.

Óculos com laser

O primeiro protótipo usa um sensor a laser desenvolvido originalmente pela Siemens para detectar passageiros dentro de um carro. Ele é capaz de detectar a distância de objetos entre 0 e 5 metros, em um campo de visão de 60 graus. O laser fica montado dentro dos óculos e não pode ser visto pelas pessoas ao redor porque usa luz infravermelha.

A segunda versão do equipamento recebeu duas câmeras de vídeo digitais, colocadas uma de cada lado de um capacete. Esta versão é capaz de detectar objetos em movimento e prever sua rota.

Câmeras nos óculos

"Ainda há um bocado de trabalho para fazer antes que o equipamento possa ir para o mercado, especialmente para provar que o sistema é 100% confiável," diz Guillermo Peris-Fajarnés, que coordenou o projeto multi-institucional. "Você não pode se arriscar a errar enquanto um usuário está atravessando a rua. Mas agora nós sabemos que a tecnologia funciona."

Os pesquisadores já estão procurando parceiros na indústria para começar a testar o equipamento de forma a torná-lo viável comercialmente. Uma das melhorias necessárias, segundo Peris-Fajarnés, é miniaturizar o aparelho, se possível incluindo as câmeras nos óculos

Pneus feitos com celulose são melhores e mais baratos

Reinventar a roda é a melhor expressão que temos para perda de tempo e esforço. Reinventar a roda e fazê-la de madeira, contudo, pode soar como se aproximar das raias da insanidade.

Mas pesquisadores da Universidade do Estado do Oregon, nos Estados Unidos, estão fazendo algo parecido com isso. Só que, em vez de estarem perdendo o juízo, podem estar ajudando a criar uma solução para um dos maiores problemas ambientais já criados pelo homem: os pneus de automóveis.

Pneus com celulose

O professor Kaichang Li e sua equipe descobriram que a celulose microcristalina - um produto que pode ser fabricado facilmente a partir de qualquer tipo de planta - pode substituir uma parte da sílica como carga de preenchimento na fabricação de pneus.

Eles comprovaram em escala de laboratório que o uso da celulose na fabricação dos pneus diminui a energia consumida no processo produtivo, reduz os custos e produz um pneu mais eficiente quando rodando em asfalto quente, como nos dias de verão.

A celulose já vem sendo utilizada como reforço em alguns tipos de borracha e outras peças automotivas, incluindo cintas, mangueiras e mantas de isolamento - mas nunca em pneus, onde os chamados fillers preferidos são a sílica e o negro de fumo. O lado negativo desses dois materiais é que eles são muito densos e reduzem a eficiência dos automóveis no quesito consumo de combustível.

Celulose microcristalina

A celulose microcristalina está se mostrando uma alternativa promissora. Ela pode ser produzida por meio de um processo de baixo custo, chamada hidrólise ácida, usando a celulose, o polímero natural que representa entre 40 e 50% de toda a massa da madeira.

Os pesquisadores já conseguiram substituir até 12% da sílica usada na fabricação dos pneus, mantendo todas as suas características de resistência, flexibilidade e tração. A única variação detectada foi para melhor: sob altas temperaturas, a resistência ao rolamento do pneu com celulose é menor da que a resistência do pneu tradicional, o que significa que os veículos consumirão menos combustível nos dias quentes.

Agora os cientistas vão começar os testes de durabilidade dos pneus com celulose. Mas eles afirmam que a tecnologia já está pronta para ser testada por qualquer fabricante de pneu em escala real.

Etanol global: Brasil será referência em estudo para uso mundial do etanol

Uso mundial do etanol

As questões relacionadas à produção sustentável de energias alternativas a partir da biomassa vegetal ganharam um forte aliado com o lançamento do projeto Global Sustainable Bioenergy: Feasibility and Implementation Paths.

A iniciativa irá reunir uma equipe internacional de cientistas para o estudo das possibilidades de uso dos biocombustíveis em nível mundial e em larga escala, partindo, em parte, da experiência brasileira de produção de etanol a partir da cana-de-açúcar.

Pelo lado brasileiro participam do comitê organizador das reuniões do projeto Carlos Henrique de Brito Cruz, diretor científico da FAPESP, e José Goldemberg, pesquisador do Centro Nacional de Referência em Biomassa, vinculado ao Instituto de Eletrotécnica e Energia (IEE) da Universidade de São Paulo (USP).

Substituição do petróleo por biocombustíveis

"Esse debate mundial será muito importante para o Brasil porque o caso brasileiro de substituição bem-sucedida de petróleo por biocombustíveis ainda tem uma dúvida legítima sobre em que escala a nossa experiência poderia ser replicada em outros países", disse Brito Cruz à Agência FAPESP.

"A adoção em larga escala de biocombustíveis no mundo dependerá de muitos países se convencerem de que eles também são capazes de produzir uma quantia relevante do combustível que desejarem usar. E isso, por outro lado, não significa que não haverá possibilidades para o Brasil exportar biocombustível e as tecnologias para sua produção", afirmou.

Biocombustíveis, alimentos e preservação

O projeto será desenvolvido em três etapas. A primeira será composta de reuniões realizadas em cinco regiões do mundo, com início em novembro, na Malásia, seguidas de encontros, no primeiro semestre de 2010, na Holanda, África do Sul, Brasil e nos Estados Unidos.

Na segunda etapa os pesquisadores irão responder à seguinte questão: será fisicamente possível atender a demanda mundial por mobilidade e geração de eletricidade a partir de fontes vegetais enquanto a sociedade global também tem necessidades como a alimentação humana, a preservação da natureza e a manutenção da qualidade ambiental?

A terceira etapa do projeto irá analisar a implementação de questões técnicas, sociais, econômicas, políticas e éticas com o objetivo de desenvolver estratégias para uma transição para uma sociedade sustentável responsável.

A iniciativa é liderada por uma comissão de três pesquisadores: Nathanael Greene, do Natural Resources Defense Council, Tom Richard, da Universidade Estadual da Pensilvânia, e Lee Lynd, da Thayer School of Engineering, Dartmouth College e Mascoma Corporation. As reuniões serão supervisionadas ainda por uma comissão organizadora com ampla representação de acadêmicos, advogados ambientais e instituições de pesquisa de todo o mundo.

Liderança mundial do Brasil nos biocombustíveis

O Brasil é o maior produtor de etanol de cana-de-açúcar do mundo e ocupa posição de liderança na tecnologia de sua produção. Essa liderança e competitividade devem-se ao longo trabalho de muitos anos feito por pesquisadores em instituições de ensino e pesquisa e em empresas privadas, que resultou em valiosa bagagem de conhecimento e de tecnologia sobre a cana, seus derivados e sobre o processo de fabricação do etanol.

"Não se pode plantar cana em todo lugar do mundo, então, além de contribuir para a formação de um consenso sobre o assunto, partindo da experiência brasileira o estudo poderá gerar conhecimentos novos para a produção de biocombustíveis com base em tecnologias que usem outros insumos que não necessariamente venham da agricultura, como a celulose, que pode ser convertida em etanol e que pode vir do lixo e de resíduos florestais, por exemplo", explicou Brito Cruz.

Segundo ele, o projeto também deverá levar em conta as restrições de cada país, entre elas a competição entre a produção de biocombustíveis e de alimentos e os impactos das mudanças de uso da terra causados pelas emissões de gases poluentes na atmosfera.

"Por mais que no Brasil as plantações de cana não afetem a produção de alimentos, sabemos que nos Estados Unidos o etanol de milho afeta. Essa é uma discussão que não pode ser simplificada", disse.

"E se no Brasil a cana for plantada em regiões que tinham floresta, por exemplo, isso é ruim do ponto de vista das emissões. Mas se a cultura for plantada em áreas de pasto degradado isso é bom porque fixa mais carbono na terra", explicou o diretor científico da FAPESP.

Autossuficiente em energia

Em resposta à rápida elevação dos preços do petróleo em meados dos anos 1970, o Brasil lançou uma iniciativa global que visava à diminuição da dependência da energia importada. Quase quatro décadas depois o país, cuja economia é hoje a 9ª maior do mundo, é praticamente autossuficiente no setor energético.

Parte essencial da estratégia brasileira na área é a utilização de etanol a partir da cana-de-açúcar no setor de transportes em substituição às importações de petróleo. Calcula-se que, desde 1975, a produção de etanol no Brasil tenha aumentado cerca de 50 vezes.

O etanol proveniente da cana supre hoje metade da frota de carros leves no Brasil e 95% dos automóveis vendidos anualmente podem rodar tanto em etanol como gasolina, sendo que o país adiciona ainda 25% de etanol à gasolina. O etanol de cana-de-açúcar ajuda ainda o país a ter quase metade da sua energia proveniente de fontes renováveis.

"É impossível não reconhecer a experiência brasileira nessa área, mas, por outro lado, existe certo grau de desconhecimento dos detalhes dos esforços feitos pelo Brasil, que deverão ser conhecidos e ajudar todos os países participantes do projeto", destacou Brito Cruz.

Visão artificial quase humana dá movimento natural a robôs

Um sistema de visão robótica que imita as principais funções visuais do cérebro humano está dando aos robôs uma maior capacidade de manobra, com maior velocidade e segurança para andar em ambientes desorganizados, além de ajudar a guiar pessoas com deficiências visuais.

Desafio para a inteligência artificial

Qualquer criança é capaz de cruzar uma sala abarrotada de coisas e pegar um brinquedo do outro lado.
Mas são justamente afazeres aparentemente triviais como esses que têm se mostrado extremamente difíceis de se ensinar a um computador. A análise de dados visuais variáveis, e frequentemente ambíguos, para detectar objetos e isolar o movimento desses objetos do movimento do próprio robô, tem se tornado um dos maiores desafios para a inteligência artificial.
Três anos atrás, pesquisadores do projeto europeu Decisions in Motion, envolvidos com esse problema, decidiram buscar soluções na natureza.

Funcionamento da visão humana

Em uma rara e valiosa colaboração, cientistas da cognição e neurocientistas estudaram como funcionam os sistemas visuais de mamíferos, primatas e do próprio homem, enquanto cientistas da computação e roboticistas incorporavam as descobertas em redes neurais e em um robô móvel.

O esforço valeu a pena. O projeto acaba de construir e testar um robô capaz de circular em uma sala abarrotada de coisas, guiado unicamente pelo que ele "vê" através de suas duas câmeras de vídeo.

Agora os cientistas estão trabalhando duro para adaptar os programas em uma espécie de capacete que poderá ajudar as pessoas com deficiências visuais a caminhar por ambientes reais.

Algoritmos mais eficientes

"Até agora, os algoritmos que vinham sendo usados eram demasiado lentos e suas decisões não eram confiáveis o bastante para serem úteis," diz o coordenador do projeto, Mark Greenlee. "Nosso enfoque nos permitiu construiu algoritmos que podem fazer isso em tempo real, que podem tomar todas as decisões em alguns poucos milissegundos, usando hardware convencional."

Os pesquisadores usaram várias técnicas para aprender como o cérebro processa a informação visual, especialmente as informações sobre o movimento.

O movimento no cérebro

A pesquisa incluiu a gravação de como os neurônios individuais e grupos de neurônios sinalizam em resposta a sinais de movimento, o imageamento por ressonância magnético funcional para acompanhar momento a momento as interações entre as diferentes áreas do cérebro conforme a pessoa desempenhava tarefas visuais e estudos neuropsicológicos de pessoas com problemas de processamento visual.

Uma das descobertas mais interessantes foi que o cérebro dos primatas não apenas detecta e acompanha um objeto em movimento: ele de fato prevê para onde o objeto irá.

"Quando um objeto se move ao redor de uma cena, você tem uma onda de atividades conforme o cérebro antecipa sua trajetória," diz Greenlee. "São como sinais de feedback fluindo das áreas superiores do córtex visual de volta para os neurônios no córtex visual primário, para dar a eles o sentido daquilo que está se aproximando."

Construindo uma rede neural

Armados com um melhor entendimento de como o cérebro humano lida com o movimento, os roboticistas puseram a mão na massa. Usando equipamentos comumente encontrados no comércio, eles construíram uma rede neural com três níveis, imitando os subsistemas visuais do cérebro, de baixo, médio e alto nível.

Eles usaram o que aprenderam sobre o fluxo de informações entre as regiões do cérebro para controlar o fluxo de informações dentro do cérebro robótico.

"É basicamente uma rede neural com algumas características biológicas," diz Greenlee. "A conectividade é ditada pelos dados que obtivemos em nossos estudos fisiológicos."

Movimento natural autônomo

O cérebro computadorizado controla o comportamento de um robô com rodas, que é dotado de uma cabeça móvel e olhos, tudo em tempo real. O robô dirige a cabeça e os olhos para o objeto, acompanha seu movimento, identifica os objetos, determina se eles estão se movendo independentemente e acelera, desacelera ou vira para a direção necessária para acompanhar o objeto em movimento.

Os pesquisadores ficaram intrigados quando o robô encontrou seu próprio caminho até o seu primeiro alvo - um ursinho de pelúcia - exatamente como uma pessoa faria, andando mais rapidamente entre objetos que estavam mais distantes e passando mais lentamente pelos objetos mais próximos.

"Isto foi incrível. Nós não o programamos para fazer isto, o comportamento simplesmente emergiu do algoritmo," diz Greenlee.

Agora os pesquisadores planejam colocar toda a inteligência visual do cérebro robótico em um equipamento leve, que possa ser usado como se fossem óculos, para ajudar pessoas com deficiências visuais ou cognitivas a melhorarem sua mobilidade.

Pesquisador da USP cria célula solar com 80% de eficiência

No Instituto de Química (IQ) da USP, o pesquisador Sérgio Hiroshi Toma construiu aglomerados de moléculas, átomo por átomo, demonstrando uma das principais técnicas da nanotecnologia, que é a chamada fabricação "de baixo para cima", em que as estruturas são fabricadas usando átomos ou moléculas individuais.

Esses aglomerados, que utilizam o metal rutênio, são chamados de clusters, ou aglomerados, e dão origem a materiais que utilizam a luz para gerar eletricidade com alta eficiência, podendo ainda mudar a cor dos vidros que envolvem.

Construindo moléculas úteis

Hiroshi Toma é pesquisador do Laboratório de Química Supramolecular do IQ. Segundo o professor Henrique Eisi, orientador da pesquisa e coordenador do laboratório, a nanotecnologia molecular constrói, átomo por átomo, materiais que tenham alguma função útil.

"Para cada aplicação, construímos as moléculas ideais", explica. "Desenvolvemos uma molécula por vez. Depois, as conectamos e construímos uma 'máquina molecular', que desempenha o papel desejado," diz o pesquisador.

Célula fotoeletroquímica

Em sua pesquisa, Hiroshi desenvolveu uma célula fotoeletroquímica - um dispositivo que converte luz em eletricidade - com os aglomerados de rutênio. O diferencial em relação às outras células solares é a sua eficiência de 80%: a cada 100 mil fótons (partículas de luz) que incidem sobre a placa, 80 mil elétrons são liberados.

Para construir a célula, o pesquisador forrou placas de vidro condutor de eletricidade com um filme microscópico de dióxido de titânio e borrifou nele as moléculas criadas no laboratório. Todas as vezes que a luz bate nas moléculas, elas liberam elétrons. A corrente elétrica formada serve para manter funcionando pequenos aparelhos eletrônicos domésticos.

"Essa tecnologia é cara, mas não precisa de muita luz para gerar eletricidade", explica o professor. "Por isso acredito que fará sucesso para mover pequenos aparelhos, como calculadoras, dispensando as pilhas".

Insulfilme colorido

O pesquisador também desenvolveu um filme para envolver vidros - semelhante ao tradicional insulfilme - que pode mudar de cor reversivelmente ao receber eletricidade. Para que o vidro mude de cor, basta submetê-lo a diferentes tensões. A estrutura projetada no laboratório do IQ mistura cristais de dióxido de titânio com moléculas de rutênio.

Uma das possíveis aplicações dos filmes, chamado filmes eletrocrômicos, é impedir o calor de escapar dos ambientes por irradiação, funcionando como a parede espelhada de uma garrafa térmica. Outras aplicações são em outdoors e painéis de decoração. Os pesquisadores desenvolveram uma "biblioteca de moléculas", que permite criar vidros que abrangem diversos intervalos de cores.

Moléculas inorgânicas

"Os melhores dispositivos já desenvolvidos são baseados em moléculas orgânicas, que desgastam rápido", destaca Eisi. "Eles são caros. Assim, há grande interesse comercial na tecnologia que desenvolvemos. Melhorando o sistema será possível fazer uma tela, como as de LCD". A invenção não foi patenteada pelo grupo de pesquisadores a tempo e é de domínio público.
As invenções do pesquisador renderam-lhe o prêmio de melhor tese na área de química, concedido pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). A CAPES é um órgão do Ministério da Educação que avalia e incentiva mestrados e doutorados.

Semicondutor ajustável abre novas fronteiras na eletrônica

Cientistas da Universidade de Berkeley utilizaram o grafeno, uma folha de átomos de carbono dispostos de forma parecida com uma tela de galinheiro, para criar um material semicondutor com propriedades ajustáveis.

Os transistores e LEDs atuais são construídos com materiais semicondutores - o silício e o arseneto de gálio - que possuem propriedades ópticas e eletrônicas fixas.

Agora os cientistas descobriram que, colocando duas camadas de grafeno, uma sobre a outra, é possível criar um material cujas propriedades eletrônicas são totalmente ajustáveis.

De metal a semicondutor

"O avanço real aqui é que, pela primeira vez, você pode usar um campo elétrico para abrir e fechar a bandgap. Nenhum outro material pode fazer isto, somente o grafeno bicamada," diz o Dr. Feng Wang.

A bandgap de um material é a diferença de energia entre os elétrons da camada de valência do material e aqueles da camada de condução. É essa quantidade de energia que define as propriedades eletrônicas e ópticas de cada material.


Para se ter uma ideia da alteração de propriedades que esse ajuste permite, basta ver que, ao mudar a bandgap do grafeno, ele deixa de ser um metal e passa a se comportar como um semicondutor.

Além das implicações diretas para a indústria de semicondutores, este é um objetivo longamente perseguido pelos cientistas e representa um avanço importante no campo da física da matéria condensada.

Componentes eletrônicos ajustáveis

A possibilidade de ajuste da bandgap significa que uma folha de apenas 1 milímetro quadrado de grafeno bicamada poderá conter milhões de diferentes componentes eletrônicos ajustáveis que poderão ser reconfigurados conforme a necessidade simplesmente enviando para cada um deles um sinal elétrico.

O grafeno é um material extremamente promissor no campo emergente da eletrônica orgânica e ainda se sabe pouco a seu respeito - o grafeno somente foi descoberto em 2004. A teoria prevê que, entre suas propriedades eletrônicas incomuns, está o fato de que ele possui uma mobilidade dos elétrons mais de 10 vezes superior à do silício, o material básico da eletrônica atual.

Mas, desde o início das pesquisas com esse novo material, os cientistas encontraram um problema para seu uso na eletrônica: como ele é um excelente condutor - o que significa uma bandgap igual a zero - isto significa que componentes eletrônicos feitos com ele estarão sempre ligados. E, para se construir qualquer componente eletrônico, como um transístor, é necessário que ele alterne entre as situações ligado e desligado.

Enquanto um camada única de grafeno tem sempre a bandgap igual a zero, duas camadas sobrepostas - o grafeno bicamada - podem ter esses níveis de energia controlados por um campo elétrico externo, como esta pesquisa agora demonstra.

LEDs de grafeno

Os pesquisadores conseguiram variar a bandgap do grafeno bicamada de 0 a 250 mili-elétron volts (meV), uma faixa que cobre sua passagem de um comportamento de metal para funcionar como um semicondutor. Para comparação, o semicondutor germânio alcança 740 meV e o silício chega a 1.200 meV.

Essa variação do nível de energia do grafeno significa também que ele poderá ser a base para a construção de LEDs capazes de emitir luz na faixa de frequências que vai do infravermelho longo ao infravermelho médio. Em última instância, isso abre a possibilidade de sua utilização em lasers em frequências que vão do infravermelho ao terahertz.

Energia Fermi

A equipe de pesquisadores também demonstrou que é possível alterar outra propriedade crítica do grafeno, sua energia Fermi, que é a energia máxima do estado ocupado de um elétron, estabelecendo a densidade energética do material.

"Com eletrodos em cima e embaixo do grafeno bicamada, você pode controlar independentemente os dois parâmetros mais importantes de um semicondutor: Você pode alterar a estrutura eletrônica, variando continuamente a bandgap, e controlar independentemente a dopagem eletrônica variando o nível da energia Fermi," explica Wang.

Descoberta força repulsiva da luz

Força repulsiva da luz

Cientistas da Universidade de Yale, nos Estados Unidos, descobriram um tipo de força repulsiva da luz que pode ser utilizada para controlar componentes construídos em chips de silício, o que significa que futuros nanodispositivos poderão ser controlados pela luz, e não mais pela eletricidade.

A equipe havia previamente descoberto a força atrativa da luz e demonstrado como ela pode ser manipulada para movimentar componentes em micro e em nano-máquinas construídas em pastilhas de silício, usando a mesma tecnologia que os microprocessadores.

O mesmo grupo de cientistas agora descobriu a força repulsiva complementar àquela primeira. Pesquisadores teorizavam a existência das duas forças desde 2005, mas a segunda delas permanecia até agora sem comprovação.

"Isto completa o quadro, diz Hong Tang, coordenador da equipe. "Nós demonstramos que de fato há uma força bipolar da luz com um componente atrativo e com outro componente repulsivo.

Força na diagonal

As forças atrativa e repulsiva descobertas pela equipe do Dr. Tang são distintas da força criada pela pressão da radiação da luz, que exerce uma pressão sobre um objeto quando a luz incide sobre ele. Em vez disso, as forças agora demonstradas puxam ou empurram o objeto na diagonal da direção na qual a luz viaja.

No experimento anterior, os pesquisadores usaram a força atrativa que descobriram para mover componentes em um chip de silício em uma direção, como puxar uma nanochave para abri-la, mas foram incapazes de empurrá-la na direção oposta para que ela se fechasse.

Ao conseguir usar as duas forças, agora eles têm controle completo e podem manipular os componentes nas duas direções. Esses dispositivos mecânicos ultraminiaturizados são conhecidos como MEMS (MicroElectroMechanical Systems) e NEMS (NanoElectroMechanical Systems), dependendo se suas partes são construídas com precisão na faixa dos micrômetros ou dos nanômetros.

Feixes de luz fora de fase

Para criar a força repulsiva em um chip de silício, a equipe dividiu um feixe de luz infravermelha em dois feixes separados e forçou cada um deles a viajar por uma distância diferente ao longo de um nanofio de silício especial, chamado guia de ondas.

Como resultado, os dois feixes de luz saíram de fase um em relação ao outro, criando uma força repulsiva com uma intensidade que pode ser controlada - quanto mais fora de fase estiverem os dois feixes, mais forte será a força.

"Nós podemos controlar como os feixes de luz interagem," afirmou Mo Li, que é o principal autor do artigo que descreve a descoberta. "Isto não é possível no espaço livre - somente é possível quando a luz está confinada nas guias de onda nanoscópicas que estão colocadas muito próximas entre si no interior do chip."

Aplicações em telecomunicações

"A força da luz é intrigante porque ela funciona de forma contrária à dos objetos carregados," diz Wolfram Pernice, outro membro da equipe. "Cargas opostas atraem-se mutuamente, enquanto os feixes de luz fora de fase repelem-se."

Essas forças da luz poderão um dia controlar dispositivos de telecomunicações que exigirão muito menos potência, mas trabalharão muito mais rapidamente do que seus equivalentes atuais, explicou o professor Tang.

Um benefício adicional de usar a luz em vez da eletricidade é que ela pode ser roteada ao longo de um circuito sem praticamente nenhuma interferência no sinal, além de eliminar a necessidade da construção de um grande número de fios elétricos no interior dos chips.

Cientistas criam árvore artificial contra aquecimento global

Um grupo de cientistas da Universidade de Colúmbia, nos Estados Unidos, anunciou ter criado árvores artificiais que podem ajudar no combate ao aquecimento global, capazes de absorver CO2 da atmosfera quase mil vezes mais rapidamente do que árvores de verdade.

A estrutura tem galhos semelhantes aos de pinheiros, mas não precisa de sol nem água para funcionar. O segredo está nas folhas, feitas de um material plástico capaz de absorver dióxido de carbono, um dos principais gases responsáveis pelo efeito estufa.

"Da mesma forma que o faz uma árvore natural, a medida que o ar flui pelas folhas, estas folhas absorvem o CO2 e o mantêm preso", explicou o cientista Klaus Lackner, geofísico do Centro de Engenharia da Terra da Universidade de Colúmbia, em Nova Iorque.

No entanto, enquanto árvores e outras plantas armazenam o gás em seus tecidos, a árvore artificial guarda o CO2 em um filtro, que comprime o gás e o transforma em líquido. Desta forma, o CO2 poderia ser enterrado e armazenado permanentemente debaixo da terra.

Árvores artificiais

Embora alguns ambientalistas critiquem os métodos de enterrar dióxido de carbono, Lackner afirma que o uso de suas árvores daria ao mundo tempo para encontrar alternativas melhores, como, por exemplo, o desenvolvimento de energias "limpas", que não produzem gases. O grupo de pesquisadores americanos criou um protótipo pequeno, mas afirma ser possível produzir um modelo maior.

"O que vejo a curto prazo é um aparelho do tamanho de um caminhão no qual se podem instalar as folhas numa caixa parecida com o filtro de uma caldeira. Cada máquina teria 30 filtros que juntos mediriam 2,5 m de altura e um metro de largura", disse Lackner. Esta torre de atuaria como um centro de captação ao ar livre, enquanto o CO2 capturado ficaria armazenado em outra torre.

De acordo com Klaus Lackner, cada uma dessas árvores artificiais poderia absorver uma tonelada de dióxido de carbono por dia, tirando da atmosfera CO2 equivalente ao produzido por 20 carros. Isso significa que, para que a tecnologia tivesse algum impacto sobre o clima no planeta, seriam necessários milhões de unidades delas. No entanto, a tecnologia não é barata. Calcula-se que cada uma dessas máquinas custaria cerca de US$30 mil (quase R$ 60 mil).

Esquecendo as florestas de verdade

Mesmo assim, Lackner acredita ter em suas mãos uma tecnologia economicamente viável. "O mundo produz cerca de 70 milhões de carros por ano, quer dizer, a produção de unidades neste patamar é certamente possível e também existe espaço suficiente no mundo para instalar as máquinas", disse.
O pesquisador calcula que, se fossem instalados dez milhões de "árvores artificiais" no mundo, cerca de 3,6 gigatoneladas de CO2 seriam retiradas do ar todo ano. Atualmente, o mundo produz 30 gigatoneladas de CO2 por ano. Por isso, Lackner defende a sua invenção como parte de uma estratégia global, de forma a criar uma sociedade que seja neutra na produção e absorção de carbono.

Madeira laminada e concreto produzem vigas mais resistentes

Viga de concreto e madeira

Na Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP, uma pesquisa demonstrou as vantagens e a resistência de elementos estruturais feitos com madeira laminada colada (MLC) e concreto armado.

O trabalho aponta que a combinação de materiais produz vigas com menor deformação, que permitem a adoção de grandes vãos e o uso em edificações com grande nível de carga. Além de utilizar espécies provenientes de florestas cultivadas, o sistema permite um uso mais racional da madeira.

Segundo o engenheiro José Luiz Miotto, autor da pesquisa, uma tendência atual da engenharia é combinar materiais em locais apropriados das estruturas para aproveitar o melhor de suas propriedades. "São feitas experiências combinando aço e concreto, ou aço e madeira, por exemplo, a fim de se explorar as características de cada um dos componentes".

Madeira laminada

Para o estudo, foram produzidas vigas com dimensões estruturais, semelhantes às adotadas em edificações, com 5 metros de comprimento. "A fabricação utilizou um material ecologicamente correto", relata o pesquisador, que é professor da Universidade Estadual de Maringá (UEM), no Paraná. "A madeira laminada é produto manufaturado resultante da colagem de lâminas de madeira provenientes de florestas plantadas, utilizando uma espécie híbrida de dois tipos de eucalipto (Eucalyptus grandis e Eucalyptus urophylla)".

Simulações numéricas realizadas em computador mostraram a eficiência do sistema misto em termos de comportamento estrutural. "A deformação é muito menor do que nas vigas construídas somente em madeira", ressalta o engenheiro. "Esse ganho já havia sido observado em outros estudos, mas o experimento comprovou a redução da deformabilidade do sistema".

Reforço com fibra de vidro

Os resultados do trabalho mostram que o reforço com fibras de vidro aumenta a resistência do sistema. "Apesar da discreta contribuição em termos de redução nas deformações, há uma maior uniformidade nas forças que levam à ruptura", afirma Miotto. "As fibras também diminuem o nível de tensão encontrado nas lâminas, o que permite um melhor aproveitamento da madeira, racionalizando custos".

No estudo também foi desenvolvido um novo elemento de ligação entre a MLC e o concreto, baseados em chapas de aço perfuradas. "As novas conexões apresentaram excelente potencial, que poderá ser detalhado em outros estudos", planeja o engenheiro. Para os experimentos, porém, adotou-se uma técnica tradicional - também avaliada pelo pesquisador - baseada em ganchos metálicos, para se conseguir mais simplicidade na execução.

Vigas mistas

O engenheiro aponta que as estruturas mistas podem ser adotadas em qualquer tipo de construção, seja de pequeno ou grande porte. "Elas são mais adequadas para utilização em pontes ou passarelas e edificações com nível de carregamento elevado", diz. "Como a madeira laminada não apresenta limitações de comprimento, é possível executar vãos de 20, 30 metros sem precisar de apoios intermediários".

A pesquisa de Miotto, descrita em tese de doutorado apresentada no Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC, propõe um procedimento para o dimensionamento das vigas mistas de madeira e concreto reforçadas com fibras de vidro. "Seria uma complementação à NBR 7190/97, atualmente em vigor", explica. "No exterior, já existe normatização sobre estruturas mistas, embora não mencione o reforço com fibras de vidro". O trabalho foi orientado pelo professor Antonio Alves Dias, que desenvolve uma linha de pesquisa sobre o uso da madeira laminada em estruturas.

Nanopilares de um único cristal semicondutor criam célula solar 3-D

Pesquisadores norte-americanos demonstraram que é possível fabricar um novo tipo de célula solar utilizando materiais nanoestruturados flexíveis e de baixo custo.

A nova técnica consiste em cultivar cristais semicondutores para formar minúsculos pilares, criando uma estrutura uniforme onde cada pilar é formado por um único cristal semicondutor.

Nanofloresta

Uma célula solar fotovoltaica tradicional tem uma estrutura planar, bidimensional. Sem grande surpresa, as simulações em computador demonstram que a estrutura tridimensional da floresta de nanopilares é muito mais sensível à luz, graças à maior superfície de material semicondutor.
Apesar das previsões, as tentativas de fabricar esses semicondutores em forma de pilar vinham sendo frustrantes até agora - as células solares tridimensionais apresentavam uma eficiência na conversão luz-eletricidade entre 1 e 2%.

Esses resultados são devidos principalmente à forma como os nanopilares eram fabricados, por meio de um processo chamado crescimento epitaxial. A técnica resulta em pilares com dimensões irregulares e aleatórias, baixa densidade de pilares sobre o substrato e falta de alinhamento das "árvores na floresta." Além de ineficiente, o material sai caro demais.

Semicondutor de cristal único

"Semicondutores de cristal único são muito promissores, mas as formas tradicionais de fabricá-los não são economicamente viáveis," explica o Dr. Ali Javey, da Universidade da Califórnia, em Berkeley.

Javey e seu grupo agora criou uma nova técnica para a fabricação desses semicondutores de cristal único formando estruturas densas, bem alinhadas e com dimensões controladas.
Os pilares são feitos de cádmio, um material rico em elétrons, crescidos sobre uma folha de sulfeto de alumínio. Uma série de poros perfurados previamente na folha de alumínio garantem a distribuição perfeita dos nanopilares.

Depois de crescer a estrutura inicial, o material é submerso em telureto de cádmio, um material rico em lacunas, ou ausências de elétrons. O telureto de cádmio funciona como uma janela para coletar a luz.

Os dois materiais se unem para formar uma célula solar, na qual os elétrons dos pilares de cádmio, atingidos pelos fótons da luz solar, migram para a região cheia de lacunas do telureto de cádmio. Daí os elétrons são captados por eletrodos de uma liga de cobre e ouro e enviados para o lado de fora da célula solar.

Células solares de baixo custo

A eficiência do primeiro protótipo alcançou 6%, o que ainda está bem abaixo da faixa de 10 a 18% de eficiência das células solares disponíveis comercialmente. Contudo, os eletrodos de cobre-ouro usados no protótipo não são transparentes, atrapalhando a entrada de luz. Isso, em conjunto com futuros aprimoramentos da qualidade da floresta de nanopilares, torna o novo projeto muito promissor.

"Há inúmeras formas de melhorar os nanopilares fotovoltaicos tridimensionais para um desempenho mais elevado, além de formas de simplificar também o processo de fabricação, mas a técnica já se mostrou imensamente promissora para baixar o custo das células solares," diz Javey.

Um dos elementos para tamanho entusiasmo do pesquisador é que eles foram capazes de fabricar uma versão totalmente flexível da nova célula solar 3-D, que manteve a mesma eficiência mesmo depois de ser flexionada inúmeras vezes.

Outro dado a ser ressaltado é que este é o mais alto rendimento apresentado por células solares baseadas em nanoestruturas, mostrando potencial para futuros melhoramentos.

Material com supercondutividade superficial pode revolucionar eletrônica

Difícil imaginar um período histórico chamado "Era do Telureto de Bismuto" ou mesmo um lugar chamado "Vale do Telureto de Bismuto." Mas esse material de nome estranho pode ser o composto químico capaz de criar processadores e computadores mais eficientes do que tudo o que pôde ser feito até hoje com o tradicional silício.

Salto evolutivo da informática

Previsto pela teoria apenas muito recentemente, e um sonho antigo de todos os cientistas que trabalham com eletrônica, esse novo material permite que os elétrons circulem sem perdas de energia em sua superfície, a temperatura ambiente. E pode ser fabricado utilizando a tecnologia atual de semicondutores.

Com essas qualidades, o telureto de bismuto tem tudo para patrocinar um salto na velocidade dos circuitos eletrônicos atuais e até mesmo se tornar um "novo silício" para um tipo de computação totalmente novo, chamado spintrônica, que se espera ser o próximo salto evolutivo da informática.

Elétrons com fluxo superficial livre

Agora, os físicos Yulin Chen e Zhi-Xun Shen e seus colegas da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, usaram uma fonte síncrotron de raios X para determinar experimentalmente que o telureto de bismuto é um "isolante topológico" a temperatura ambiente.

Isolantes topológicos, que permitem o fluxo livre de elétrons em sua superfície, não são como os supercondutores e nem servem para a transferência maciça de eletricidade sem resistência. A diferença é que a classe de materiais a que pertence o telureto de bismuto consegue transferir apenas correntes muito pequenas, mas suficientes para serem utilizadas no interior dos chips.

Elétrons sem caminho de volta

Esta quase mágica é possível graças a elétrons surpreendentemente bem-comportados. O spin de cada elétron é alinhado com o movimento do elétron - um fenômeno chamado efeito spin Hall quântico e descoberto recentemente. Este alinhamento é um componente-chave na criação de dispositivos spintrônicos, componentes que vão muito além dos atuais componentes eletrônicos.
"Quando você atinge algo, normalmente ocorre um espalhamento, com alguma possibilidade [da partícula] retornar," explica o teórico Xiaoliang Qi. "Mas o efeito spin Hall quântico significa que não é possível retornar pelo mesmo caminho de ida."

É esse "detalhe" que permite que os elétrons fluam sobre a superfície do telureto de bismuto - e de outros materiais que venham a apresentar a característica de isolante topológico - virtualmente sem resistência. Os elétrons vão se chocar, mas apenas se desviarão, nunca retornando, não aquecendo o material e resultando em um fluxo de eletricidade extremamente eficiente.

Próximo da aplicação prática

E os pesquisadores descobriram que o telureto de bismuto é ainda melhor do que os teóricos haviam previsto.

"Os teóricos chegaram muito perto," explica Chen, "mas há uma diferença quantitativa. Os experimentos mostraram que o telureto de bismuto pode tolerar temperaturas ainda mais altas do que os teóricos previram. Isto significa que o material está mais próximo da aplicação prática do que pensávamos," diz o pesquisador.

Extremamente entusiasmante

E o telureto de bismuto não é um material exótico, ele forma cristais tridimensionais e pode ser crescido facilmente pelas técnicas tradicionais. A partir daí, tudo o que será necessário será dopá-lo, acrescentando elementos para lhe dar as características necessárias para a fabricação dos componentes eletrônicos desejados.

Os pesquisadores chamaram a descoberta das novas propriedades do telureto de bismuto de "algo extremamente entusiasmante." Segundo eles, o material "poderá nos permitir construir um componente eletrônico com novos princípios de funcionamento."

Telas acionadas por magnetismo criarão outdoors ativos

Microesferas magnetocromáticas - este é o nome por trás de uma nova tecnologia criada por pesquisadores norte-americanos e coreanos, e que poderá criar uma nova geração de outdoors ativos, cujas mensagens poderão ser alteradas sem a necessidade de troca de papéis, e até de tintas coloridas ambientalmente benignas.

Pixels mais simples

As microesferas são feitas de polímero e mudam de cor instantaneamente, de forma reversível, pela ação de um campo magnético externo, ao mudar sua própria orientação. O processo funciona com as microesferas dispersas em uma grande variedade de meios, incluindo água, álcool e até outras soluções poliméricas, o que permite que elas retenham as cores ajustadas magneticamente em vários ambientes químicos.

O campo magnético externo não altera nenhuma propriedade das próprias microesferas de polímero, que são cristais fotônicos. O que muda é a orientação das microesferas no meio em que estão imersas.

"A nova tecnologia tem grande potencial para várias aplicações fotônicas porque o ligar e desligar da difração de cor simplesmente girando as microesferas é muito rápido, simplificando a estrutura dos pixels," diz o Dr. Sunghoon Kwon, da Universidade Nacional de Seul.

Cor estrutural

A cor do novo material é chamada de "cor estrutural", porque é produzida por efeitos de interferência na luz que incide sobre o material, e não por pigmentos.

Esses efeitos de cores, que podem ser vistos na natureza em muitos pássaros, borboletas e carapaças de besouros, são produzidos quando as microestruturas existentes na superfície do corpo desses animais se alinham de forma periódica.

Nanoestruturas de óxido de ferro

Nas microesferas, o efeito é produzido por nanoestruturas de óxido de ferro, ordenadas magneticamente, inseridas no interior de cada microesfera, permitindo que a cor do material como um todo mude pela simples alteração da orientação das microesferas.

A tecnologia é adequada para grandes telas, permitindo a sinalização ativa em outdoors, vitrines e placas identificadoras de empresas. O próximo passo da pesquisa será justamente desenvolver aplicações práticas para o uso da nova técnica.

Primeiro ônibus brasileiro a hidrogênio é apresentado em São Paulo

Água no escapamento

O Ônibus Brasileiro a Hidrogênio foi apresentado nesta quarta-feira (1º/7) em São Paulo, e começará a circular em testes na Região Metropolitana a partir de agosto.

A novidade é o uso do hidrogênio como combustível, liberando apenas vapor de água no escapamento. O hidrogênio é o elemento químico mais abundante da Terra, embora ele não ocorra livre na atmosfera, devendo ser produzido industrialmente.

Com a construção do primeiro veículo do tipo na América Latina, o Brasil passa a ter posição global de destaque nesta tecnologia, ao lado dos Estados Unidos, da Alemanha e da China.

Como funciona o ônibus a hidrogênio

O ônibus brasileiro a hidrogênio é movido a tração elétrica. O processo de propulsão (movimentação) do veículo ocorre quando o hidrogênio armazenado nos tanques do ônibus é injetado na célula a combustível. Lá ocorre um processo eletroquímico que produz energia elétrica por meio da fusão do hidrogênio com o oxigênio do ar, liberando água como subproduto.

O sistema de célula a combustível não produz nenhum tipo de poluente. É diferente dos ônibus com motores a diesel, no qual a energia térmica é transformada em energia mecânica, ao mesmo tempo em que o combustível queimado gera resíduos poluentes.

A energia elétrica, depois de armazenada nas baterias, movimenta o motor elétrico de tração (similar ao de um trólebus), instalado no eixo traseiro do ônibus, gerando energia mecânica.

Propulsão híbrida

O ônibus é híbrido (célula a combustível a hidrogênio + três baterias de alto desempenho) e possui autonomia de rodagem de 300 km com o uso do hidrogênio. Se necessário, consegue rodar mais 40 km utilizando a energia reservada nas baterias. Pode ser operado exclusivamente com as células a combustível, somente com as baterias ou utilizar os dois sistemas simultaneamente.
O veículo tem capacidade para armazenar 45 kg de hidrogênio em nove tanques e sua média de consumo é de 15 kg de hidrogênio a cada 100 km percorridos.

O ônibus também conta com um dispositivo de regeneração do sistema de frenagem (aproveitamento do calor), semelhante ao empregado na Fórmula 1, no qual a energia é armazenada nas baterias e usada na necessidade de maior potência na movimentação do veículo (em subidas, por exemplo).

"O Brasil é um dos cinco países do mundo que dominam a tecnologia e que têm ônibus movidos a hidrogênio. Também é importante salientar que somos o único, entre esses países, que detém uma tecnologia híbrida, como segunda opção para o ônibus a hidrogênio: a eletricidade", disse o governador José Serra durante a apresentação.

Produção de hidrogênio

Construído em Caxias do Sul (RS) pela Tuttotrasporti e pela Marcopolo, o protótipo passou pelos testes automotivos necessários para a sua homologação. Os outros três veículos serão incluídos no sistema a partir de 2010.

O projeto prevê a fabricação de até quatro veículos, mais a montagem da estação de produção de hidrogênio e abastecimento dos ônibus, em São Bernardo do Campo, com o apoio técnico da Petrobras, da BR Distribuidora e da AES Eletropaulo.

O projeto começou há 15 anos quando a Empresa Metropolitana de Transportes Urbanos de São Paulo, empresa vinculada à Secretaria de Estado dos Transportes Metropolitanos (EMTU/SP), e o Ministério das Minas e Energia iniciaram estudos para o uso do hidrogênio como combustível em ônibus urbanos.

O Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento (Pnud) destinou US$ 16 milhões do Global Environmental Facility (GEF) para a iniciativa. O Brasil foi beneficiado com o financiamento por ser um país de economia emergente, maior produtor (50 mil unidades por ano) e o maior mercado consumidor de ônibus do mundo.

Testes dos ônibus a hidrogênio

A EMTU/SP, coordenadora nacional do projeto, será responsável pelo acompanhamento e avaliação do desempenho dos veículos que circularão nas 13 linhas do Corredor Metropolitano ABD (São Mateus / Jabaquara), operado pela concessionária Metra.

"Será um teste muito importante do ponto de vista operacional, pois é preciso examinar a economicidade e a viabilidade econômica do projeto. O projeto vale um grande investimento inicial porque se trata de uma tecnologia e uma forma nova de transporte", disse Serra.

Esse trabalho será feito até 2011 com os quatro ônibus previstos no projeto. Após o período de testes, os veículos serão incorporados à frota operacional do corredor.

Motor elétrico nanocristalino acelera motoneta elétrica

A empresa emergente KLD Energy Technologies apresentou o seu prometido motor elétrico para acionamento de veículos, fabricado a partir de um compósito nanocristalino inovador.

Motor de alta frequência

Batizado de neue, o motor elétrico opera em altíssima frequência, chegando aos 2.500 Hertz, contra uma média de 250 Hz para os motores de mesmo tipo atualmente disponíveis, graças à maior eficiência do compósito nanocristalino na condução elétrica.

Segundo a empresa, o nanocompósito chega a conduzir eletricidade com uma eficiência 10 vezes superior à dos motores que usam núcleos de ferro, eliminando a necessidade de sistemas de refrigeração e permitindo a construção de um motor com respostas mais rápidas, algo essencial para os motores dos veículos elétricos.

Motoneta elétrica

Com uma baixíssima relação frequência/rotação, o motor dispensa o uso de transmissão, simplificando o projeto de veículos pequenos, principalmente motos. A própria KLD está lançando uma motoneta equipada com seu motor para disseminar seu uso e demonstrar a tecnologia.

A motoneta equipada com o neue supera os 80 k/h de velocidade máxima, quase o dobro das motonetas elétricas disponíveis no mercado. A combinação de baixa rotação e alta frequência não comprometeu o tradicional torque dos motores elétricos - o neue é capaz de levar a motoneta de 0 até sua velocidade final em menos de 10 segundos.

Instalada primeira turbina eólica oceânica flutuante

Turbina eólica flutuante

Acaba de ser instalada, na costa da Noruega, a primeira turbina eólica oceânica de grande porte. Localizada a 12 km a leste da cidade de Karmoy, a turbina tem um rotor com um diâmetro de 82 metros e será capaz de gerar sozinha 2,3 MegaWatts de energia.
A turbina eólica flutuante, chamada de HyWind, será conectada à rede elétrica do país e deverá servir como um laboratório de testes em escala real para a tecnologia de turbinas eólicas flutuantes. Ela começará a gerar eletricidade em Julho próximo.

Sem necessidade de fundações

Construir fundações para turbinas eólicas torna-se muito caro quando a profundidade oceânica supera os 50 metros, o que poderia limitar a exploração oceânica da energia eólica. Já a HyWind pode flutuar, tendo sido projetada para ser instalada em locais com profundidades entre 120 e 700 metros. O local onde a primeira HyWind foi instalada tem 220 metros de profundidade.
O mastro da turbina estende-se por 65 metros acima da linha d'água. Seu flutuador é construído em aço, indo até 100 metros de profundidade. Três cabos de aço ancoram a turbina eólica flutuante ao fundo do mar, para que sua posição se mantenha constante.

Um sistema avançado de controle permite que a turbina anule parcialmente os movimentos induzidos pelas ondas, mantendo-se mais estável, o que aumenta sua capacidade de geração de energia. A HyWind é um projeto conjunto das empresas StatoilHydro e Siemens.

Criado primeiro processador quântico de estado sólido

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Yale, nos Estados Unidos, apresentou o primeiro protótipo de um processador quântico de estado sólido, dando mais um passo na longa trilha para a construção de um computador quântico prático.

O processador quântico, fabricado com materiais supercondutores, tem apenas dois qubits (qubit é um bit quântico). Mesmo sendo bastante rudimentar, sua estrutura sólida é um dos elementos mais promissores da pesquisa. Outros experimentos com computadores quânticos utilizam átomos artificiais ou condensados de Bose-Einstein, que são muito difíceis de manter e perdem a coerência espontaneamente, levando junto os dados do "computador."

Um bom começo: 2 qubits

A equipe dos cientistas Robert Schoelkopf e Steven Girvin já detinha os progressos mais recentes no campo da computação quântica. Há cerca de dois anos, eles demonstraram pela primeira vez a possibilidade de comunicação entre dois qubits à distância - veja Cientistas anunciam dois avanços significativos rumo ao computador quântico.

Agora os pesquisadores montaram seus dois qubits em uma estrutura compacta e demonstraram que ele é capaz de rodar algoritmos simples, como uma busca por um número em uma sequência de números.

"Nosso processador consegue desempenhar apenas uns poucos cálculos quânticos, que já foram demonstrados antes com núcleos individuais, com átomos e com fótons," explica Schoelkopf.
"Mas esta é a primeira vez que esses cálculos quânticos foram feitos em um dispositivo totalmente eletrônico que já se parece muito com um microprocessador tradicional."

1 bilhão de átomos de alumínio

Cada um dos dois qubits do processador quântico é na verdade formado por cerca de 1 bilhão de átomos de alumínio, o que demonstra o potencial de avanço da computação quântica - teoricamente, cada um desses átomos poderá vir a se transformar em um qubit individual. Mas, no interior do processador quântico, esse aglomerado de átomos de alumínio se comporta como se fosse um só, formando o que os cientistas chamam de um superátomo.

O qubit pode assumir dois estados energéticos, que representam o ligado e o desligado dos transistores - ou os 0s e 1s - dos computadores eletrônicos tradicionais. Mas as semelhanças vão parando por aí.

Manutenção da coerência quântica

Devido às quase bizarras leis da mecânica quântica, cada qubit pode de fato ficar em múltiplos estados simultaneamente - ele pode ser 0, pode ser 1, pode ser 0 e 1, e assim por diante, só que tudo ao mesmo tempo. É isso que dá um poder fenomenal de cálculo e de armazenamento de informações aos computadores quânticos.

O problema é que é difícil fazer com que os qubits guardem seus dados por muito tempo. Nos primeiros experimentos de computação quântica, os qubits conseguiam guardar a informação por cerca de um nanossegundo - 1 bilionésimo de segundo.

Os qubits do processador quântico que os pesquisadores agora apresentaram conseguem manter os dados por 1 microssegundo, o que já é 1.000 vezes melhor do que no início das pesquisas, e suficiente para fazer cálculos simples.

Para fazer os cálculos, os qubits trocam dados usando diretamente a luz. O barramento quântico do chip usa fótons de micro-ondas que viajam na superfície de um fio que conecta os dois qubits.

Em vez da perda de coerência espontânea dos átomos artificiais, os pesquisadores agora conseguem que o seu superátomo mude de estado - assumindo 0 ou 1 - de forma imediata, atendendo a um comando externo. Isso só pôde ser alcançado com o uso de supercondutores, nos quais as correntes elétricas podem fluir indefinidamente sem qualquer resistência e, portanto, sem perder qualquer energia. Isso é essencial para que o qubit não perca seus dados de forma descontrolada.

Um passo de cada vez

O próximo passo da pesquisa, segundo os cientistas, será aumentar o tempo que os qubits conseguem manter seus estados quânticos - o que equivale a dizer manter seus dados - para que o processador quântico possa rodar algoritmos mais complexos. A seguir, eles tentarão interconectar mais qubits dentro do processador.

"Nós continuamos muito longe de construir um computador quântico prático, mas este foi um passo adiante importante," afirmou Schoelkopf.

Laser superpotente dá novo fôlego às lâmpadas incandescentes

Um laser superpotente, utilizado durante o processo de fabricação, pode transformar as lâmpadas incandescentes de vilãs em poupadoras de energia.

O processo faz com que uma lâmpada de 100 watts, emitindo a mesma luminosidade, consuma menos eletricidade do que uma lâmpada de 60 watts, e continue sendo muito mais barata e capaz de emitir uma luz mais agradável do que as lâmpadas fluorescentes. E sem usar mercúrio.

Estruturas cristalinas

O laser cria uma série de estruturas micro e nanocristalinas na superfície do filamento de tungstênio, o fio no interior da lâmpada que se aquece pela passagem da eletricidade até emitir luz. As estruturas superficiais tornam o tungstênio muito mais eficiente na emissão de luz visível.
"Nós disparamos o laser direto através do vidro da lâmpada e alteramos uma pequena área do filamento. Quando ligamos a lâmpada, observamos a olho nu que aquela parte do filamento era muito mais brilhante do que o restante, mas a corrente consumida pela lâmpada continuava a mesma," conta o professor Chunlei Guo, da Universidade de Rochester, nos Estados Unidos.

Laser de femtossegundo

Os pesquisadores estavam estudando como um laser de femtossegundo pode ser usado para alterar a estrutura dos metais. Esse tipo de laser dispara um feixe de uma intensidade descomunal sobre uma área microscópica, com uma duração difícil de explicar - 1 femtossegundo equivale a 1 quadrilionésimo de segundo, ou 1 femtossegundo está para um segundo assim como 1 segundo está para 32 milhões de anos.

Esse pulso intenso de energia força a superfície do metal a formar nanoestruturas e microestruturas que alteram várias de suas propriedades. No caso do filamento de tungstênio, alterou a capacidade de emissão de fótons na faixa da luz visível.

O professor Guo já fez várias inovações usando o laser de femtossegundos, incluindo a possibilidade de colorir metais sem usar tintas e a criação de metais que não refletem nenhuma luz, altamente eficientes na captura de radiação eletromagnética, inclusive da própria luz.

Lâmpadas multicores

"Há uma lei muito interessante na natureza, tipo 'captura mais, libera mais', governando a quantidade de luz entrando e saindo de um material," explica ele. Como o metal negro absorve luz de forma extremamente eficiente, ele e seu colega Anatoliy Vorobyev decidiram reverter o processo da sua descoberta anterior (o metal que não reflete luz) e ver se conseguiam fazer o filamento da lâmpada incandescente emitir uma quantidade maior de luz.

Na teoria eles sabiam que iria funcionar, mas o que surpreendeu foi a eficiência alcançada pelo filamento modificado, quase dobrando a capacidade luminosa da lâmpada.

O processo também poderá ser utilizado para alterar a cor emitida pela lâmpada, criando uma gama de lâmpadas capazes de emitir virtualmente qualquer cor de luz do espectro - hoje as lâmpadas incandescentes emitem várias cores usando bulbos coloridos - inclusive um branco puro - o filamento de tungstênio emite naturalmente uma luz amarelada.

Antes que se apague de vez

Para ver outros avanços tecnológicos envolvendo as já quase aposentadas lâmpadas fluorescentes, veja Lâmpadas incandescentes ficam frias e 8 vezes mais eficientes, Lâmpadas incandescentes têm avanço para concorrer com fluorescentes compactas e Lâmpadas incandescentes com 60% de eficiência.

E, se não quiserem ser banidas rapidamente, os avanços tecnológicos devem vir mesmo rapidamente: enquanto uma lâmpada incandescente disponível no comércio tem uma eficiência luminosa de cerca de 12 lumens por Watt (lm/W), as fluorescentes compactas alcançam 60 lm/W. Os maiores inconvenientes das fluorescentes compactas são o uso de mercúrio e a exigência de um aparato ainda não existente para a reciclagem de suas partes eletrônicas.