Eletrônica Geral

Menor chave do mundo aperta parafusos moleculares

2015-10-19T17:15:00.001-02:00

Menor chave do mundo aperta parafusos moleculares: Os anéis de pilareno ficaram cerca de 100 vezes mais fortes depois de serem apertados pela nanochave.

Nanochave

Se faltava uma ferramenta adequada para apertar parafusos em nanomáquinas e nanorrobôs, Xiaoxi Liu e seus colegas da Universidade de Vermont, nos EUA, acabam de criá-la.

A equipe criou uma nanochave molecular que, segundo eles, permite capturar e mover moléculas a fim de produzir materiais sintéticos complexos, incluindo polímeros e fármacos.

Usando uma substância presente no carvão, chamada antraceno, eles montaram fitas de moléculas em formato de C para criar uma chave de boca de 1,7 nanômetro.

Isto foi possível porque, graças ao fenômeno da quiralidade, as moléculas podem se juntar em uma única direção - a quiralidade é a característica geométrica de objetos que são idênticos em estrutura, mas não podem ser superpostos, como as nossas mãos, por exemplo.

"Elas são como Legos. Essas fitas moleculares formam uma estrutura rígida que é capaz de prender anéis de outras substâncias químicas de um modo semelhante a como a cabeça de um parafuso se encaixa em uma chave de boca," disse Severin Schneebeli, coordenador da equipe.

A nanochave em uma simulação mais realística. [Imagem: Xiaoxi Liu et al. - 10.1002/anie.201506793]

Síntese assistida por quiralidade

Como parafusos a equipe usou uma família de compostos bem conhecidos, chamados "macrociclos pilarenos", frequentemente usados como "alojamento" para abraçar ou modificar outros compostos químicos, em aplicações que vão de medicamentos asubstâncias orgânicas emissoras de luz.

Os experimentos mostraram que a nanochave molecular é capaz de ajustar os pilarenos para mudar o ambiente químico em seu interior, de forma similar a que o giro da cabeça de um parafuso do lado de fora de um motor controla seu funcionamento interno. Os anéis de pilareno ficaram "cerca de 100 vezes mais fortes" depois de serem apertados pela nanochave, segundo a equipe.

A equipe também acredita que o processo usado para fazer a chave - que eles chamam de "síntese assistida por quiralidade" - poderá ser muito útil para controlar o formato de grandes moléculas em geral, ajudando no desenvolvimento de materiais sintéticos mais complexos, incluindo polímeros e medicamentos.

Bibliografia:

Regulating Molecular Recognition with C-Shaped Strips Attained by Chirality-Assisted Synthesis
Xiaoxi Liu, Zackariah J. Weinert, Mona Sharafi, Chenyi Liao, Jianing Li, Severin T. Schneebeli
Angewandte Chemie
Vol.: Article first published online
DOI: 10.1002/anie.201506793

Pele de invisibilidade pode ser ligada e desligada

2015-09-28T09:24:00.001-03:00

Pele de invisibilidade pode ser ligada e desligada: Os mantos de invisibilidade ficaram tão finos que agora viraram pele de invisibilidade.

Ilustração esquemática da metassuperfície de apenas 80 nanômetros de espessura, chamada pelos pesquisadores de "pele de invisibilidade". [Imagem: Xiang Zhang Group/Berkeley Lab]

Pele de invisibilidade

Os mantos de invisibilidade começaram com metamateriais mais grossos do que pizzas, mas logo tornaram-se camuflagens realmente finas como mantos.

Agora eles afinaram de novo, e se tornaram uma "pele de invisibilidade".

A grande vantagem é que uma camuflagem fina como pele pode amoldar-se a objetos de qualquer formato.

"Esta é a primeira vez que um objeto 3D de formato arbitrário foi camuflado na luz visível," garante o professor, Xiang Zhang, dos Laboratórios Berkeley, nos EUA.

"Nosso manto de invisibilidade ultrafino agora se parece como um casaco de pele. Ele é fácil de projetar e implementar, e é potencialmente escalável para esconder objetos macroscópicos," acrescentou Zhang.

Agora você vê, agora não vê

A pele de camuflagem é formada por nanoantenas de ouro dispostas em uma camada de apenas 80 nanômetros de espessura. Ela foi testada envolvendo objetos tridimensionais, de formatos arbitrários, com dimensões de até 1,3 milímetro quadrado.

Os experimentos, usando luz vermelha - comprimento de onda de 730 nanômetros - mostraram que a luz refletida pela pele de invisibilidade é idêntica à luz refletida por um espelho plano, tornando o objeto embaixo dela invisível mesmo com sistemas de detecção sensíveis a alterações de fase da luz.

A pele de invisibilidade pode ser ligada e desligada alterando a polarização das nanoantenas.

Mil e uma utilidades

A capacidade de manipular as interações entre a luz e os metamateriais abre caminho para futuras tecnologias como microscópios ópticos de alta resolução e computadores ópticos super rápidos.

Peles de invisibilidade na escala microscópica, como a que foi agora demonstrada, podem ser úteis para esconder os detalhes do esquema de componentes microeletrônicos ou para fins de criptografia e segurança. Em macroescala, entre outras aplicações, as capas de invisibilidade poderão ser úteis para telas 3D e tecnologias holográficas.

Bibliografia:

An Ultra-Thin Invisibility Skin Cloak for Visible Light
Xingjie Ni, Zi Jing Wong, Michael Mrejen, Yuan Wang, Xiang Zhang
Science
Vol.: 349 no. 6254 pp. 1310-1314
DOI: 10.1126/science.aac9411

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Circuitos elétricos de madeira são impressos em 3D

2015-09-18T09:57:00.001-03:00

Circuitos elétricos de madeira são impressos em 3D: A expectativa é que a nanocelulose possa ajudar a diminuir o problema do lixo eletrônico.

Circuitos elétricos de madeira são impressos em 3D

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/09/2015

Uma microcadeira de celulose e, à direita, amostras da biotinta condutora (com nanotubos de carbono) e não-condutora. [Imagem: Peter Widing]

Nanocelulose

Uma impressora 3D capaz de imprimir peças de celulose pode parecer apenas mais uma curiosidade de um campo que não para de crescer e incorporar novos materiais.

Mas o alcance dessa nova possibilidade pode ser maior do que parece à primeira vista.

Para isso, basta lembrar dos avanços recentes no campo da eletrônica biodegradável, que permitiram a construção de umpapel luminoso de celulose e de um chip de madeira.

A expectativa é que a nanocelulose possa ajudar a diminuir o problema do lixo eletrônico, graças à fabricação de circuitos eletrônicos que se decomponham naturalmente quando chegarem ao fim da vida útil.

E a equipe do professor Paul Gatenholm, da Universidade de Chalmers, na Suécia, quer ir além, usando outros biopolímeros na fabricação de circuitos eletrônicos.

No lado da eletrônica, a equipe incorporou nanotubos de carbono na matriz de nanocelulose impressa, criando materiais eletricamente condutores.

Tinta de celulose

A dificuldade de usar a celulose como tinta em impressoras 3D é que ela não funde quando aquecida.

A equipe então misturou as nanofibrilas de celulose em um hidrogel que é mais de 95% água. A mistura pode então ser depositada através do bocal de uma bioimpressora, do mesmo tipo das que estão sendo usadas para fabricar implantes médicos.

A seguir, é necessário um cuidadoso processo de secagem para manter a forma final do objeto.

"Nós desenvolvemos um processo no qual nós congelamos os objetos e removemos a água por diferentes meios para controlar o formato dos objetos secos. É também possível deixar a estrutura colapsar em uma direção, criando filmes finos," disse Gatenholm.

Quando são adicionados nanotubos à biotinta de celulose, é possível criar partes condutoras nos objetos, levando eletricidade ao seu interior.

"As aplicações potenciais incluem sensores integrados a embalagens, têxteis que convertem o calor do corpo em eletricidade e curativos para ferimentos que podem se comunicar com os profissionais de saúde," disse Gatenholm.

Evolução robótica pode ajudar a explorar outros mundos

2015-09-18T09:56:00.001-03:00

Evolução robótica pode ajudar a explorar outros mundos: Pequenos robôs colaborativos vão tirar proveito da seleção darwiniana para completar tarefas complexas.

Evolução robótica pode ajudar a explorar outros mundos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/09/2015

A evolução, que deu tão certo aqui na Terra, poderá ser usada para explorar outros mundos usando robôs mais simples e mais baratos. [Imagem: Ferrante et al.]

Evolução artificial

Enxames de pequenos robôs colaborativos poderão tirar proveito da seleção darwiniana para completar tarefas complexas de forma mais eficiente.

Eliseo Ferrante e seus colegas da Universidade de Leuven, na Bélgica, estão pensando em usar esse aspecto da evolução, que deu tão certo aqui na Terra, para explorar outros mundos usando robôs mais simples e mais baratos.

Os insetos sociais, como formigas, abelhas e cupins têm servido de inspiração para a criação de enxames de robôs há algum tempo, gerando uma divisão do trabalho auto-organizada na qual diferentes robôs se especializam automaticamente para a realização de diferentes sub-tarefas.

No entanto, projetar controladores que permitam que os robôs se organizem de forma eficaz não é uma tarefa que possa ser considerada resolvida.

Inspirando-se na maneira pela qual as formigas organizam seu trabalho e dividem as tarefas, a equipe evoluiu comportamentos robóticos complexos utilizando evolução artificial e simulações detalhadas de robôs - e obteve um rendimento inédito, de longe o melhor já obtido até agora.

Evolução gramatical

O novo método baseia-se na evolução gramatical e permite a evolução de comportamentos que mostraram um nível de complexidade nunca alcançado antes.

O avanço deixou os pesquisadores entusiasmados com a possibilidade de realizar na prática um dos grandes sonhos do campo da robótica de enxame: explorar ambientes complexos, como a Lua e outros planetas.

"O cenário que estudamos envolve uma forma avançada da divisão do trabalho, comum em sociedades de insetos e conhecida como 'separação de tarefas', na qual dois conjuntos de tarefas têm de ser executados em sequência por indivíduos diferentes. Nossos resultados mostram que o particionamento da tarefa é favorecido sempre que o ambiente possui recursos que, quando explorados, reduzem os custos da mudança e aumentam a eficiência líquida do grupo," escreveu a equipe.

Bibliografia:

Evolution of Self-Organized Task Specialization in Robot Swarms
Eliseo Ferrante, Ali Emre Turgut, Edgar Duéñez-Guzmán, Marco Dorigo, Tom Wenseleers
PLOS Computational Biology
Vol.: Published online
DOI: 10.1371/journal.pcbi.1004273

Rádio inteligente reconhece até sinais de mão

2015-09-11T09:58:00.001-03:00

Rádio inteligente reconhece até sinais de mão: Basta um sinal de positivo ou negativo com o polegar para que o rádio entenda o que você acha da programação.

Rádio inteligente reconhece até sinais de mão

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/09/2015

Um software de personalização permite que o rádio aprenda sobre os hábitos e gostos de seu dono. [Imagem: VTT]

Rádio do futuro

Um grupo de engenheiros finlandeses está apostando em um banho de tecnologia para ressuscitar um velho companheiro de músicas e notícias: o rádio.

Mas não será necessário comprar um novo aparelho: o rádio nada mais é do que um programa que roda em Android.

O "rádio do futuro", como a equipe do Centro de Pesquisas Técnicas VTT o chama, é baseado em um software de personalização que permite que o rádio aprenda não apenas sobre os hábitos e gostos de seu dono, mas também reconheça o ambiente e se adapte automaticamente ao ruído ambiente.

Também não é necessário usar um controle remoto ou ir até o aparelho para mudar de estação: basta fazer um sinal de positivo ou de negativo com o polegar para que o rádio entenda o que você acha da programação, mudando rapidamente de estação caso você não esteja satisfeito.

Motor de personalização

"O motor de personalização [resulta em] um rádio que adapta sua programação às preferências do ouvinte e às situações em que é ouvido, mantendo as informações das estações e respeitando o profissionalismo das produtoras," afirma Raimo Launonen, coordenador da equipe.

Ainda assim, é possível eliminar anúncios entre os programas, com o rádio apelando para conteúdos armazenados que já tenham sido aprovados pelo ouvinte.

Os pesquisadores estão em contato com empresas de tecnologia que possam viabilizar testes em larga escala do rádio inteligente junto aos usuários, de forma a aprimorar o mecanismo de identificação das preferências individuais.

Computador quântico pode fazer cálculos em qualquer ordem

2015-08-26T09:37:00.001-03:00

Computador quântico pode fazer cálculos em qualquer ordem:

Computador quântico pode fazer cálculos em qualquer ordem

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/08/2015

A superposição quântica funciona não apenas para os dados nos qubits, mas também para as portas lógicas inteiras. [Imagem: Philip Walther Group/University of Vienna]

Sem parênteses

Físicos austríacos demonstraram que os cálculos feitos por umcomputador quântico não precisam ocorrer em uma ordem predefinida para darem os resultados corretos.

Isso aumenta a expectativa da velocidade de processamento que poderá ser obtida com esses computadores futurísticos, uma vez que, até agora, se acreditava que o ganho de velocidade viria sobretudo da possibilidade de múltiplos cálculos simultâneos.

Lorenzo Procopio e seus colegas da Universidade de Viena demonstraram que esses "cálculos desordenados" permitem executar uma operação de forma mais eficiente do que ocorre em um processador quântico tradicional, em que as operações são executadas na forma sequencial tradicional.

Portas quânticas

No projeto tradicional de um processador quântico, as portas lógicas devem ser encadeadas de uma forma específica. O problema é que é difícil construir uma quantidade delas grande o suficiente para realizar cálculos práticos.

O que Procopio se deu conta é que o fenômeno quântico da superposição, em que dois qubits podem ter dois dados simultaneamente, não precisa se limitar aos bits quânticos - é possível criar uma superposição de portas quânticas, o aparato inteiro necessário para fazer o cálculo.

Isto significa que as portas quânticas superpostas podem executar suas operações lógicas em todas as possíveis ordens ao mesmo tempo.

E a melhor notícia é que o número total de portas necessárias para um determinado cálculo é menor do que quando a execução segue a sequência predeterminada.

Superposição de cálculos

Em uma superposição de portas quânticas, é impossível - mesmo em princípio - saber se uma operação ocorreu antes ou depois de outra operação. Isso significa que duas portas lógicas quânticas A e B podem ser acionadas nas duas ordens ao mesmo tempo.

Em outras palavras, a porta A opera antes da porta B, e a porta B calcula antes da porta A. Os resultados experimentais confirmam que é impossível determinar qual delas operou primeiro. Mas o resultado sai correto.

Fim da causalidade: eventos quânticos independem do espaço e do tempo

"Na verdade, fomos capazes de executar um algoritmo quântico para caracterizar as portas de forma mais eficiente do que qualquer algoritmo anteriormente conhecido," disse Procopio.

A partir de uma única medição do qubit - um fóton - a equipe detectou uma propriedade específica das duas portas quânticas, confirmando assim que elas funcionaram em ambas as ordens de uma só vez. À medida que mais portas são adicionadas ao circuito, o novo método torna-se ainda mais eficiente em comparação com técnicas anteriores.

Bibliografia:

Experimental Superposition of Orders of Quantum Gates
Lorenzo M. Procopio, Amir Moqanaki, Mateus Araújo, Fabio Costa, Irati Alonso Calafell, Emma G. Dowd, Deny R. Hamel, Lee A. Rozema, Caslav Brukner, Philip Walther
Nature Communications
Vol.: 6, Article number: 791
DOI: 10.1038/ncomms8913

Bateria quântica recarrega-se quase instantaneamente

2015-08-10T16:32:00.001-03:00

Bateria quântica recarrega-se quase instantaneamente: Físicos demonstraram que pode ser possível construir uma bateria que usa fenômenos da mecânica quântica para se recarregar.

Célula quântica de energia

Uma bateria quântica, quando puder ser construída na prática, terá uma velocidade de recarregamento imbatível.

Uma bateria quântica é um sistema que usa os qubits não para armazenar dados, mas energia.

Os qubits usados nos experimentos de computação quântica podem permanecer em um de dois estados, ou nos dois estados ao mesmo tempo, graças ao fenômeno quântico da superposição - qubits podem ser íons, átomos neutros, fótons etc.

Em uma bateria quântica, os dois estados representam diferentes níveis de energia do qubit. Assim, carregar uma bateria quântica significa passar o nível de todos os qubits de um estado mais baixo de energia, para um estado mais alto.

E essa energia pode ser extraída para executar trabalho útil. É o que os físicos chamam de "qubit de trabalho" - a bateria é chamada de quantacel, uma espécie de célula quântica de energia.

Bateria quântica

A grande vantagem da bateria quântica é que tudo nela pode tirar proveito das leis da mecânica quântica. Mais especificamente, do entrelaçamento, a propriedade segundo a qual tudo o que acontecer a um qubit afetará imediatamente todos os demais que estiverem em estado de entrelaçamento com ele.

Felix Binder e seus colegas da Universidade de Oxford, no Reino Unido, demonstraram que, estando entrelaçados, os qubits de trabalho estarão tão fortemente correlacionados que isto representará uma redução no "espaço de estados", isto é, na diferença entre os estados de energia baixo e alto.

Isto significa que o tempo de recarregamento da bateria quântica - o tempo para levar todos os qubits para o estado mais elevado de energia - é inversamente proporcional ao número de qubits da bateria. Assim, em um exemplo hipotético, se um qubit levasse uma hora para carregar, seis qubits poderiam ser recarregados em 10 minutos.

Este conceito é diferente de uma proposta feita em 2009 por uma equipe do Japão, que propôs a criação de uma bateria quântica baseada em nanomagnetos.

Uso prático

O desafio para construir uma bateria quântica real é que o estado de entrelaçamento não costuma durar muito, além do que o recorde de entrelaçamento simultâneo de qubits não passa de algumas dezenas.

Assim, a energia armazenada por uma bateria quântica não seria muito grande, ao menos não com a tecnologia atual e dentro de um horizonte razoável de tempo.

Mas os pesquisadores veem uso prático para esses sistemas de armazenamento de energia.

"Nosso estudo é uma prova de conceito teórica de que a física quântica pode acelerar a deposição de energia em um sistema. Esse efeito de aceleração pode ser relevante em dois casos: 1) em dispositivos mecânicos que se tornem tão pequenos que as escalas de energia sejam comparáveis às atuais implementações de sistemas quânticos; 2) em sistemas quânticos que sejam aumentados e controlados de forma robusta em escalas de energia que sejam de importância prática," disse John Goold, membro da equipe.

Nanoespiral dá segurança à prova de falsificação

2015-06-17T09:04:00.001-03:00

Nanoespiral dá segurança à prova de falsificação: É praticamente impossível fabricar duas nanoespirais iguais.

Nanoespiral dá segurança à prova de falsificação

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/06/2015

Além de serem as menores espirais já produzidas, elas são praticamente impossíveis de replicar.[Imagem: Haglund Laboratory/Vanderbilt University]

Nanoespiral
Pesquisadores da Universidade de Vanderbilt, nos Estados Unidos, estavam entusiasmados com as "menores espirais do mundo" que eles haviam acabado de construir, quando tiveram uma grata surpresa.

Cada nanoespiral tem uma interação tão característica com a luz que é virtualmente impossível fabricar duas iguais.

Isto significa que elas podem ser usadas como sistemas de identificação únicos para cartões de crédito, documentos de identidade, sistemas de senhas para acesso a computadores, ou mesmo para proteção de produtos contra falsificações.

Descobertos tubos magnéticos ao redor da Terra

2015-06-17T09:02:00.001-03:00

Descobertos tubos magnéticos ao redor da Terra: Astrônomos detectaram estruturas tubulares a umas poucas centenas de quilômetros acima da superfície da Terra.

Descobertos tubos magnéticos ao redor da Terra

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/06/2015

Visualização artística das estruturas em formato de tubo criadas pelo campo magnético da Terra. [Imagem: CAASTRO/Mats Bjorklund]

Tubos magnéticos

Usando um instrumento construído para observar galáxias a bilhões de anos-luz de distância, astrônomos australianos detectaram estruturas tubulares a umas poucas centenas de quilômetros acima da superfície da Terra.

"Por mais de 60 anos, os cientistas acreditavam que essas estruturas existiam, mas, ao produzir imagens delas pela primeira vez, nós fornecemos evidências visuais que elas estão realmente lá," disse Cleo Loi, da Universidade de Sydney.

As estruturas tubulares são a versão real das linhas tradicionalmente utilizadas para ilustrar o campo magnético terrestre. Na verdade, não são linhas, mas tubos de formatos muito dinâmicos, de várias espessuras, que ficam mudando o tempo todo - de fato, a equipe conseguiu fazer um filme, mostrando todo esse dinamismo ao longo de uma noite.

Os astrônomos fizeram as observações com o radiotelescópio MWA (Murchison Widefield Array), que foi projetado para observar as galáxias do Universo primordial, assim como estrelas e nebulosas dentro de nossa própria galáxia.

Mas usaram essa radiação distante para detectar alterações em nossa própria atmosfera.

A formação dos dutos magnéticos está associada com as linhas do campo magnético da Terra e sua interação com a radiação solar. [Imagem: CAASTRO]

Magnetosfera e Plasmasfera

Conforme a luz de uma galáxia passa através das camadas na magnetosfera da Terra, o caminho da luz - e, portanto, a posição aparente da galáxia - é alterada por variações na densidade dessas camadas. O efeito é similar a olhar para cima do fundo de uma piscina, vendo as distorções causadas pelas ondas na superfície.

Mapeando as variações nas posições de múltiplas fontes de rádio ao longo de uma noite, foi possível mapear as distorções e decifrar a forma e as dimensões das estruturas tubulares.

Os dutos observados, imediatamente acima do radiotelescópio MWA, estão entre 500 e 700 km acima da superfície, alinhados com o campo magnético da Terra e seguindo a curvatura esperada conforme ascendem ou mergulham a partir do planeta.

As estruturas tubulares estão na plasmasfera, uma camada logo abaixo da ionosfera. Agora que a técnica de observação foi desenvolvida, outros radiotelescópios poderão mapear os tubos magnéticos em outros pontos da Terra, eventualmente chegando a um mapa planetário completo das estruturas.

"As estruturas são extraordinariamente organizadas, aparecendo como tubos regularmente espaçados alternando subdensidades e sobredensidades, fortemente alinhados com o campo magnético da Terra. Estes resultados representam a primeira evidência visual direta da existência de tais estruturas," escreveram os pesquisadores.

Bibliografia:

Real-time imaging of density ducts between the plasmasphere and ionosphere
Shyeh Tjing Loi, Tara Murphy, Iver H. Cairns, Frederick W. Menk, Colin L. Waters, Philip J. Erickson, Cathryn M. Trott, Natasha Hurley-Walker, John Morgan, Emil Lenc, Andre R. Offringa, Martin E. Bell, Ronald D. Ekers, B. M. Gaensler, Colin J. Lonsdale, Lu Feng, Paul J. Hancock, David L. Kaplan, G. Bernardi, J. D. Bowman, F. Briggs, R. J. Cappallo, A. A. Deshpande, L. J. Greenhill, B. J. Hazelton, M. Johnston-Hollitt, S. R. McWhirter, D. A. Mitchell, M. F. Morales, E. Morgan, D. Oberoi, S. M. Ord, T. Prabu, N. Udaya Shankar, K. S. Srivani, R. Subrahmanyan, S. J. Tingay, R. B. Wayth, R. L. Webster, A. Williams, C. L. Williams
Geophysical Research Letters
Vol.: Early View
DOI: 10.1002/2015GL063699
http://arxiv.org/abs/1504.06470

Descoberto novo tipo de silício

2014-11-18T16:32:00.001-02:00

Descoberto novo tipo de silício: O novo silício opera na faixa necessária para a construção de células solares, LEDs e componentes fotônicos.

Banda proibida

O silício é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre - o primeiro é o oxigênio - e está para a tecnologia assim como o carbono está para a biologia.

Assim, não deixa de ser surpreendente que Duck Young Kim e seus colegas da Instituição Carnegie, nos Estados Unidos, tenham conseguido sintetizar uma forma inteiramente nova de silício.

O silício que eles criaram é um chamado alótropo, uma forma física diferente de um mesmo elemento, da mesma maneira que o diamante e o grafite são duas formas alotrópicas do carbono. O novo alótropo do silício, chamado Silício-24 (Si24), possui uma interessante estrutura porosa, similar à das zeólitas, composta por canais com cinco, seis e oito anéis de silício.

O grande diferencial do Si24 é que ele possui um hiato de energia (bandgap) mais direto do que o silício comum. Essa bandgap, ou banda proibida, é a energia necessária para que o semicondutor transicione de isolante a condutor.

O silício normal possui uma banda proibida indireta, o que impede que ele naturalmente absorva ou emita luz. Isto tem feito com que componentes para aplicações futuras - LEDs, células solares e transistores de alto desempenho, além de componentes para processadores fotônicos - estejam sendo desenvolvidos com outros materiais, a maioria mais exóticos e mais caros.

Já existem técnicas para fazer o silício emitir luz, mas usando uma mesclagem com outros materiais.

O novo tipo de silício é estável a temperatura e pressão ambiente, o que abre a possibilidade de sua produção em larga escala. [Imagem: Timothy Strobel]

Materiais energéticos

O Si24 possui uma banda proibida "quase-direta", o que significa que ele opera na faixa necessária para a absorção da luz solar, além de potencialmente poder emitir luz. O novo silício é estável a pressão ambiente até pelo menos 450 graus Celsius.

O próximo passo será testar experimentalmente o novo silício para verificar se suas potencialidades se transformam em dispositivos práticos e eficientes.

A equipe que sintetizou o material, contudo, está mais entusiasmada com seu próprio método de síntese, que poderá ser aplicado para desenvolver outros materiais com propriedades interessantes.

"A síntese de alta pressão representa uma fronteira inteiramente nova em novos materiais energéticos," disse o professor Timothy Strobel. "Nós demonstramos propriedades até então desconhecidas para o silício, mas a nossa metodologia é facilmente extensível a classes de materiais inteiramente diferentes. Estas novas estruturas mantêm-se estáveis a pressão atmosférica, de forma que estratégias de escalonamento para volume maiores são inteiramente possíveis."

Fonte : http://www.inovacaotecnologica.com.br/

Bibliografia:

Synthesis of an open-framework allotrope of silicon
Duck Young Kim, Stevce Stefanoski, Oleksandr O. Kurakevych, Timothy A. Strobel
Nature Materials
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nmat4140

Construa seu próprio manto da invisibilidade

2014-10-01T08:26:00.001-03:00

Construa seu próprio manto da invisibilidade: Reúna seus colegas, peça ajuda a um professor, e construa seu próprio manto da invisibilidade.

Construa seu próprio manto da invisibilidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/09/2014

Finalmente um manto da invisibilidade que você mesmo pode construir. [Imagem: J. Adam Fenster/University of Rochester]

Como construir um manto da invisibilidade

Que tal construir seu próprio "manto da invisibilidade"?

Não é exatamente um manto, mas este é o primeiro experimento de invisibilidade que utiliza apenas materiais comuns - lentes -, o que permite que ele seja reconstruído por qualquer pessoa com um conhecimento básico de óptica - ou com a ajuda de um professor.

Os mantos da invisibilidade desenvolvidos até agora consistem em fazer a luz passar por materiais artificiais, construídos seguindo cálculos matemáticos muito precisos, de forma a forçar a luz a fazer caminhos não usuais, o que permite fazer os objetos desaparecerem.

John Howell e Joseph Choi, da Universidade de Rochester, nos Estados Unidos, surpreenderam toda essa área de pesquisas criando um dispositivo de invisibilidade baseado unicamente em lentes comuns.

A combinação de quatro lentes mantém o objeto por trás delas invisível. Além disso, a invisibilidade se mantém conforme o observador move-se vários graus além do ângulo correspondente à posição ótima de visão - a maioria dos mantos de invisibilidade só funciona de um ângulo muito preciso.

"Este é o primeiro aparelho de nosso conhecimento que consegue gerar uma invisibilidade tridimensional contínua, e que funciona para transmitir luz no espectro visível," disse Choi.

A camuflagem permite que um cirurgião olhe através de suas próprias mãos e veja o corpo do paciente. [Imagem: J. Adam Fenster/University of Rochester]

Camuflagem multidirecional paraxial

A fim de encobrir o objeto e deixar o plano de fundo intocado, os pesquisadores determinaram o tipo de lente e a capacidade de ampliação necessária, bem como a distância precisa separando as quatro lentes.

Segundo eles, o dispositivo é uma "camuflagem multidirecional para-axial" - ou paraxial, a qualidade de algo que fica ao longo de um eixo central - que pode ser escalonada para qualquer dimensão, podendo esconder objetos maiores.

A configuração muito simples da camuflagem produz resultados bem superiores a vários outros dispositivos de invisibilidade, mas ela não é perfeita.

"Este manto da invisibilidade desvia a luz e a envia através do centro do dispositivo, de modo que a região do eixo não pode ser bloqueada ou camuflada," explica Choi.

Isto significa que a região camuflada tem a forma de um pneu. Choi afirma que ele e Howell já têm projetos um pouco mais complicados que resolvem essa deficiência. Além disso, a camuflagem tem problemas nas bordas, mas estes podem ser reduzidos quando são utilizadas lentes suficientemente grandes.

Aplicações práticas

Apesar das deficiências iniciais, os dois pesquisadores garantem que há aplicações potenciais para sua invisibilidade óptica no estado em que ela se encontra.

Entre elas está a possibilidade de usar a camuflagem para efetivamente deixar um cirurgião olhar através de suas mãos para ver a parte do corpo do paciente que está sendo operada.

Os mesmos princípios podem ser aplicados para permitir que motoristas enxerguem os pontos cegos de seus veículos.

Em seu experimento, os pesquisadores usaram lentes acromáticas de 50 mm com distâncias focais f1 = 200 mm e f2 = 75 mm. [Imagem: Joseph S. Choi/John C. Howell]

Peça ajuda ao seu professor

Os dois pesquisadores forneceram uma receita para que pessoas com um conhecimento básico de óptica possam construir seus próprios mantos de invisibilidade óptica.

A receita parece adequada para trabalhos em sala de aula, com o auxílio de um professor para orientar e tirar as dúvidas - o artigo dos pesquisadores, citado abaixo, está disponível apenas em inglês.

Pegue dois conjuntos de duas lentes com diferentes comprimentos focais - 4 lentes no total, duas com distância focal f1 e duas com distância focal f2.
Separe as duas primeiras lentes por uma distância equivalente à soma das suas distâncias focais - f1 será a primeira lente, f2 será a segunda lente, e elas serão separadas por t1 = f1 + f2.
Repita o passo 2 para as outras duas lentes.
Separe os dois conjuntos por t2 = 2 x f2 x (f1 + f2)/(f1 - f2) - as duas lentes f2 devem ficar separadas por t2.

Observações adicionais fornecidas pelos pesquisadores:

Lentes acromáticas proporcionam melhor qualidade de imagem.
Lentes de Fresnel podem ser usadas para reduzir o comprimento total (2t1 + t2).
Um menor comprimento total deve reduzir os efeitos de borda e aumentar a gama de ângulos de visão.
Para um manto da invisibilidade mais simples, mas não tão perfeito, pode-se tentar a camuflagem de 3 lentes descrita no artigo

Bibliografia:

Paraxial Ray Optics Cloaking
Joseph S. Choi, John C. Howell
Optics Express
http://arxiv.org/abs/1409.4705

fonte de origem : inovacaotecnologica.com.br

Impressora 3D faz peças com gradientes de metais

2014-09-12T13:00:00.001-03:00

Impressora 3D faz peças com gradientes de metais: A técnica permite construir uma peça que tenha transições suaves de um metal para outro, ou de uma liga para outra.

Impressora 3D faz peças com gradientes de metais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/09/2014

As camadas de metal são depositadas na forma de pó sobre uma haste rotativa, fazendo a transição entre os metais de dentro para fora.[Imagem: Douglas C. Hofmann et al. - 10.1038/srep05357]

Impressão 3D de metais

A NASA vem usando impressoras 3D para fazer peças metálicas há vários anos.

Mas, na hora de construir uma espaçonave, frequentemente é necessário fabricar peças com especificações tão rigorosas que isso só pode ser obtido mesclando as propriedades de vários metais diferentes.

Não se trata de fazer uma liga metálica, mas de construir uma peça que tenha transições suaves de um metal para outro, ou de uma liga para outra.

Por exemplo, um lado da peça precisa ser resistente a altas temperaturas, enquanto o outro lado precisa ter baixa densidade, ou um lado precisa ser magnético e o outro não.

Agora tudo isso poderá ser feito de forma mais simples e mais rápida por meio da impressão 3D.

Douglas Hofmann e seus colegas do Laboratório de Propulsão a Jato desenvolveram um processo de impressão de metais capaz de fazer transições suaves de um metal ou liga para outro.

Protótipo de suporte de espelho criando com a nova técnica de impressão 3D com gradientes metálicos. [Imagem: NASA-JPL/Caltech]

Impressão radial

As camadas de metal são depositadas na forma de pó sobre uma haste rotativa, fazendo a transição entre os metais de dentro para fora.

Assim, a peça cresce radialmente, e não de baixo para cima, como na técnica de impressão 3D tradicional. As camadas de pó metálico são sucessivamente fundidas por um laser.

"Você pode ter uma transição contínua de uma liga para outra liga, e para outra liga, e você pode estudar uma variedade de ligas diferentes," disse Peter Dillon, membro da equipe.

Esta técnica deverá mudar o panorama das pesquisas de materiais, dando maior flexibilidade na fabricação e permitindo testar inúmeras combinações até se obter o melhor resultado.

Segundo Hofmann, embora gradientes metálicos já tenham sido criados antes em condições de laboratório, esta é a primeira vez que se conseguiu usar a técnica para criar peças reais, como o suporte para o espelho de um telescópio, visto na imagem.

Bibliografia:

Developing Gradient Metal Alloys through Radial Deposition Additive Manufacturing
Douglas C. Hofmann, Scott Roberts, Richard Otis, Joanna Kolodziejska, R. Peter Dillon, Jong-ook Suh, Andrew A. Shapiro, Zi-Kui Liu, John-Paul Borgonia
Nature Scientific Reports
Vol.: 4, Article number: 5357
DOI: 10.1038/srep05357

NASA diz que motor espacial quântico funciona de verdade

2014-08-05T12:01:00.001-03:00

NASA diz que motor espacial quântico funciona de verdade: De acordo com os testes, o novo conceito de motor espacial sem combustível tira sua energia do vácuo quântico.

Motor sem combustível

Um motor espacial capaz de impulsionar uma nave sem consumir combustível, tirando sua energia diretamente do vácuo quântico.

Parece bom demais? Ou esquisito demais?

A comunidade acadêmica vinha marcando a segunda opção, achando esquisito o suficiente para nem olhar para os protótipos, classificados como "invenções malucas".

Mas a coisa repentinamente começou a ganhar ares de seriedade. Um dos inventores do "motor espacial quântico" conseguiu convencer uma equipe da NASA a pelo menos testar seu invento.

Eles testaram e, para surpresa geral, a coisa funcionou.

David Brady e seus colegas do Centro Espacial Johnson testaram o motor quântico em 2013, mas só agora apresentaram um artigo descrevendo os testes durante o evento 50th Joint Propulsion Conference, que terminou na sexta-feira em Cleveland, nos Estados Unidos.

O evento não chamou a atenção de muita gente, exceto de David Hambling, que escreveu um artigo para a revista Wired neste final de semana relatando a apresentação.

Conceito de uma sonda espacial para voos mais longos, explorando o conceito do motor quântico, que não depende de tanques de combustível. [Imagem: Cannae LLC]

Motores quânticos

Tudo começa com o cientista britânico Roger Shawyer, que vem tentando há vários anos chamar a atenção da comunidade científica e das agências espaciais para o seu EmDrive, um motor eletromagnético, que provê empuxo sem disparar massa para o lado oposto.

O conceito é revolucionário, já que transformar diretamente eletricidade em empuxo significa que as naves não precisarão mais levar combustível. O problema é que isso rompe com a lei clássica da conservação de energia, o que tem feito a comunidade científica torcer o nariz para a ideia.

Em 2011, uma equipe da Universidade Politécnica do Noroeste da China testou o conceito, e obteve resultados espantosos. Eles construíram seu próprio motor sem combustível, que alcançou um empuxo de 720 micronewtons, mais do que suficiente para equipar um satélite de verdade.

Mas o que os pesquisadores da NASA testaram agora foi um outro dispositivo, chamado de QDrive, criado por um cientista norte-americano chamado Guido Fetta, que aparentemente teve mais sucesso em convencer a agência espacial em dar crédito à sua invenção.

Nos testes, o motor quântico - o nome completo é Propulsor de Plasma do Vácuo Quântico - gerou entre 30 e 50 micronewtons de força em um equipamento com sensibilidade de 10 micronewtons, ou seja, bem acima da margem de erro.

O propulsor consiste em uma cavidade ressonante, no interior da qual micro-ondas ficam refletindo de um lado para o outro, eventualmente capturando a energia do vácuo.

Shawyer disse que o dispositivo de Fetta que foi testado não é tão eficiente quanto o seu, o que eventualmente poderia explicar porque a equipe chinesa, usando um desenho similar ao seu EmDrive, aferiu um empuxo dezenas de vezes maior.

Este é o EmDrive, construído por Roger Shawyer, que é similar ao modelo testado por uma equipe chinesa, obtendo resultados dezenas de vezes superiores ao agora obtido pela NASA. [Imagem: EmDrive]

Energia do vácuo quântico

Um motor sem propelente é revolucionário em relação aos motores atuais, incluindo os motores iônicos, que também são acionados eletricamente, mas disparam partículas carregadas.

Aparentemente o motor quântico tira sua energia do vácuo quântico, que nada tem de vazio. Em lugar do "nada", o vácuo quântico é um constante "borbulhar" de partículas virtuais que aparecem e decaem constantemente, desaparecendo em frações de tempo tão curtas que são difíceis de medir.

Apesar disso, vários experimentos já mostraram a realidade do vácuo quântico e suas energias, incluindo a geração de luz a partir desse "nada" virtual - hoje já é largamente aceito na comunidade científica que a matéria é resultado de flutuações do vácuo quântico.

Vácuo quântico gera números aleatórios pela internet

Para testar se o vácuo quântico pode ser explorado para gerar trabalho, os pesquisadores da NASA submeteram o motor a um pêndulo de torção muito sensível, procurando tomar o maior número de precauções possíveis para evitar erros de medição.

"Os resultados dos testes indicam que o projeto do propulsor de cavidade ressonante de radiofrequências, que é um dispositivo de propulsão elétrica único, está produzindo uma força que não é atribuível a qualquer fenômeno eletromagnético clássico e, portanto, está potencialmente demonstrando uma interação com o plasma virtual do vácuo quântico," concluiu a equipe.

Agora é só esperar que outras equipes se dignem a testar os motores quânticos para ajudar a eliminar as dúvidas. E então começar a sonhar com viagens espaciais que durem anos ou décadas, e não mais séculos.

Fonte : www.inovacaotecnologica.com.br

Bibliografia:

Anomalous Thrust Production from an RF Test Device Measured on a Low-Thrust Torsion Pendulum
David Brady, Harold G. White, Paul March, James T. Lawrence, Frank J. Davies
50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference Proceedings
http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20140006052

Telas transparentes e enroláveis. Finalmente?

2014-07-11T13:30:00.001-03:00

Telas transparentes e enroláveis. Finalmente?

Fonte : Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/07/2014

Telas transparentes e enroláveis. Finalmente?: Há anos pesquisadores acenam com a possibilidade de telas de enrolar e janelas transparentes que se transformam em telas.

Promessas inflexíveis

Há anos, pesquisadores acenam com a possibilidade de telas que podem ser enroladas e janelas transparentes que se transformam em telas.

As telas curvas já chegaram ao mercado, mas elas são rígidas. Para que aquelas promessas se concretizem é necessário que as telas sejam flexíveis e transparentes.

Um passo concreto nessa direção foi dado agora com a fabricação dos transistores de película fina mais finos já feitos até hoje - segundo os pesquisadores, eles são essencialmente 2D.

Praticamente todas as TVs, smartphones e outros aparelhos contam com telas planas graças aos transistores de película fina.

Mas essa nova versão leva seu nome ao extremo, com o transístor inteiro medindo apenas 10 camadas atômicas de espessura.

"Isso pode tornar uma tela transparente quase invisível," afirma o professor Andreas Roelofs, dos laboratórios ANL, nos Estados Unidos. E ele faz questão de relembrar: "Imagine uma janela normal que funcione como uma tela sempre que você ligá-la, por exemplo."

100 vezes melhor

Para medir a eficiência de um transístor normalmente se usa sua taxa liga/desliga - o quanto ele interrompe a corrente no estado desligado - e uma propriedade chamada "mobilidade de portadores", que mede a rapidez com que os elétrons podem se mover através do material.

"Ficamos felizes ao ver que a relação ligado/desligado é tão boa quanto a dos transistores de película fina comerciais," disse Saptarshi Das, que fabricou os transistores. "Mas a mobilidade é 100 vezes melhor do que o que está no mercado hoje."

As camadas monoatômicas deslizam umas sobre as outras, evitando que o componente se quebre quando enrolado. [Imagem: Saptarshi Das]

A seguir, a equipe flexionou as películas para testar o que acontece com seus transistores sob estresse. Na maioria dos transistores de película fina, o material começa a trincar, afetando o desempenho ou fazendo o circuito deixar de funcionar por inteiro.

"Mas, no nosso, as propriedades não mudaram em nada," disse Roelofs. "As camadas simplesmente deslizam e não quebram."

TMDCs

A chave para a construção desses transistores ultrafinos está no disseleneto de tungstênio (WS2), um material que permite a construção de transistores, LEDs ou células solares, à escolha do projetista.

O WS2 pertence a uma classe de materiais conhecida como TMDC (Transition Metal DiChalcogenides: metais de transição dicalcogenados), que têm uma fórmula química do tipo MX2, onde M é um metal de transição (tungstênio, molibdênio etc) e X é um calcogênio (enxofre, selênio ou telúrio). Sua grande vantagem é que eles podem ser fabricados em monocamadas atômicas, como ografeno, mas, ao contrário deste último, são naturalmente semicondutores.

"Escolhemos o disseleneto de tungstênio porque ele fornece a condução de elétrons e lacunas necessária para fazer transistores com portas lógicas e outros componentes com junções p-n," disse Anirudha Sumant, outro membro da equipe.

Agora, o grupo pretende adicionar lógica e memória aos seus filmes flexíveis, de modo que possam fabricar não apenas telas, mas uma TV ou computador inteiros, totalmente flexíveis e transparentes.

"No entanto, mais trabalho precisa ser feito no desenvolvimento da síntese do disseleneto de tungstênio em grandes formatos para concretizar todo o seu potencial," ressaltou Sumant.

Link da Fonte : inovação tecnologica

Bibliografia:

All Two-Dimensional, Flexible, Transparent, and Thinnest Thin Film Transistor
Saptarshi Das, Richard Gulotty, Anirudha V. Sumant, Andreas Roelofs
Nano Letters
Vol.: 14 (5), pp 2861-2866
DOI: 10.1021/nl5009037

LED-laser emite duas cores ao mesmo tempo

2014-05-30T16:10:00.001-03:00

LED-laser emite duas cores ao mesmo tempo: Um semicondutor híbrido - uma mistura de laser e LED - pode viabilizar a iluminação residencial de estado sólido.

LED-laser emite duas cores ao mesmo tempo

Fonte : Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/05/2013

O "LED-laser" emite luz nas cores verde e vermelho, separadas por uma faixa de comprimento de onda de 97 nanômetros. [Imagem: Fan Fan et al./SST]

Um semicondutor híbrido - uma mistura de laser e LED - capaz de emitir duas cores distintas foi criado por um grupo de cientistas da Universidade do Arizona, nos Estados Unidos.

Como as cores são emitidas como lasers, o dispositivo é muito mais eficiente do que os LEDs tradicionais, emitindo cores muito precisas, ao contrário dos LEDs, que emitem cores muito menos "puras".

Segundo os pesquisadores, esta pode ser a inovação que faltava para que os diodos emissores de luz (LEDs) sejam universalmente aceitos para iluminação residenciale comercial.

Qualidade da luz dos LEDs

Uma das principais propriedades dos semicondutores é que eles emitem luz de um determinado comprimento de onda, ou cor, o que resultou na criação dos LEDs.

Para muitas aplicações, como a iluminação, a gama de comprimentos de onda deve alcançar todo o espectro visível e, assim, apresentar uma largura de banda de cerca de 300 nanômetros.

Ocorre que a faixa de comprimentos de onda na qual um determinado semicondutor pode emitir luz - também conhecida como a sua largura de banda - é normalmente limitada a apenas algumas dezenas de nanômetros.

É por isso que vários semicondutores devem ser colocados juntos para aumentar a qualidade de sua luz, mesclando as cores para produzir uma luz branca.

Apesar dos progressos recentes, a luz dos LEDs ainda não alcançou uma qualidade suficiente para sua adoção na iluminação - a luz não agrada ao olho humano, podendo causar tonturas e outros efeitos em pessoas mais sensíveis.

LED-laser

O que Fan Fan e seus colegas conseguiram foi utilizar uma técnica diferente para a fabricação dos LEDs, a deposição de vapor químico, em lugar do tradicional crescimento epitaxial de cristais.

A deposição de vapor químico normalmente gera muitos defeitos nos semicondutores, mas os recentes avanços nas técnicas de nanofabricaçãoestão permitindo que as nanoestruturas suportem as diferenças na estrutura atômica dos diversos materiais.

Fan criou uma folha com 41 micrômetros de comprimento, feita de sulfeto de cádmio e seleneto de cádmio, ambos depositados sobre um substrato de silício.

O "LED-laser" emite luz nas cores verde e vermelho, separadas por uma faixa de comprimento de onda de 97 nanômetros.

"Além de poder ser usada para a iluminação de estado sólido e telas full-color, esta tecnologia também poderá ser usada como fonte de luz para fluorescência para a detecção bioquímica," disse o professor Cun-Zheng Ning, orientador do estudo.

O próximo passo será integrar um semicondutor que produza luz azul, em busca da tão sonhada luz branca de espectro total emitida por um LED.

Bibliografia:

Simultaneous two-color lasing in a single CdSSe heterostructure nanosheet
F Fan, Z Liu, L Yin, P L Nichols, H Ning, S Turkdogan, Cun-Zheng Ning
Semiconductor Science and Technology
Vol.: Volume 28 Number 6 065005
DOI: 10.1088/0268-1242/28/6/065005

Célula solar ou LED, você escolhe

2014-05-30T15:47:00.001-03:00

Célula solar ou LED, você escolhe: Muito menos conhecida que o grafeno, a molibdenita tem mostrado resultados práticos promissores: como absorver ou emitir luz.

Funcionando em silêncio

A molibdenita avança cada vez mais rumo ao estrelato em uma esperada era pós-silício.

Muito menos conhecido do que ografeno - afamado pela conquista de um Prêmio Nobel - esse dissulfeto de molibdênio (MoS₂) tem mostrado resultados práticos bem mais promissores.

A molibdenita já foi usada para construir uma memória flash, umsensor fotográfico ultrassensível e até um chip completo.

A lista agora fica maior, com a entrada de LEDs (diodos emissores de luz) e células solares.

Pesquisadores da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, demonstraram que a molibdenita possui uma funcionalidade que só havia sido demonstrada até agora por um material bem mais exótico, o disseleneto de tungstênio (WSe₂).

Camadas atômicas

Oriol Lopez-Sanchez e seus colegas construíram vários protótipos de diodos emissores de luz colocando camadas atômicas de molibdenita sobre um substrato de silício.

Na interface entre os dois materiais, cada elétron (carga negativa) emitido pela molibdenita combina-se com uma lacuna (carga positiva) no silício. Os dois materiais perdem energia, que se transforma em fótons que são emitidos, fazendo o componente funcionar como um LED.

"Essa emissão de luz é causada pelas propriedades específicas da molibdenita. Outros semicondutores tenderiam a transformar essa energia em calor," explica o professor Andras Kis, coordenador da equipe.

Ao inverter o componente, Lopez-Sanchez constatou que, em vez de emitir luz, ele passar a capturar os fótons, funcionando como uma célula solar.

"Nossos testes mostraram uma eficiência de mais de 4%. O MoS2 é mais eficiente em comprimentos de onda visíveis do espectro, e o silício funciona melhor na gama do infravermelho, de forma que os dois trabalham juntos para cobrir a maior faixa espectral possível," disse Kis.

Um rendimento de 4% é superior ao obtido pela maioria das células solares flexíveis, ou de filme fino.

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=molibdenita-celula-solar-led&id=010110140522#.U4jQwMVDQkE.blogger

Bibliografia:

Light Generation and Harvesting in a van der Waals Heterostructure
Oriol Lopez-Sanchez, Esther Alarcon Llado, Volodymyr Koman, Anna Fontcuberta i Morral, Aleksandra Radenovic, Andras Kis
ACS Nano
Vol.: 8 (3), pp 3042-3048
DOI: 10.1021/nn500480u

Transístor sináptico vai além da lógica binária

2014-05-21T10:51:00.001-03:00

Transístor sináptico vai além da lógica binária: O transístor sináptico é analógico, não ficando restrito ao sistema binário de 0s e 1s.

Inteligência no hardware

Embora fabricar um computador tão poderoso quanto o cérebro humano tenha ficado mais difícil, os pesquisadores não desistem de tentar.

O último esforço rumo aosprocessadores neuromórficosacaba de ser dado por Jian Shi e seus colegas da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos.

Shi criou um novo tipo de transístor que imita o comportamento de uma sinapse.

Diferentemente dos memristores, o transístor sináptico simultaneamente modula o fluxo de informação em um circuito e se adapta fisicamente à alteração dos sinais nesse fluxo.

Segundo os pesquisadores, o transístor sináptico poderá inaugurar uma nova era no campo da inteligência artificial, quando a inteligência estará incorporada não nos algoritmos codificados nos programas, mas na própria arquitetura do computador.

Transístor sináptico

"Nosso transístor é realmente um análogo das sinapses em nossos cérebros," disse Shi. "Cada vez que um neurônio inicia uma ação e outro neurônio reage, a sinapse entre eles aumenta a força de sua conexão. E quanto mais rápido os neurônios disparam a cada vez, mais forte fica a ligação sináptica. Essencialmente, elas memorizam a ação entre os neurônios."

No cérebro, isso ocorre com uma corrente formada por íons de cálcio.

Shi replicou o mecanismo da corrente iônica usando íons de oxigênio.

Quando uma tensão é aplicada, os íons entram e saem da rede cristalina de um filme de um material chamado niquelato de samário - o filme é muito fino, medindo apenas 80 nanômetros de espessura.

O niquelato de samário funciona como a sinapse entre dois terminais de platina, um deles representando os axônios, e outro os terminais dendríticos.

A variação na quantidade de íons no niquelato aumenta ou diminui sua condutância - ou seja, sua capacidade para transportar informações em uma corrente elétrica - e, assim como na sinapse natural, a força da ligação depende da temporização do sinal elétrico.

O niquelato de samário funciona como a sinapse entre dois terminais de platina, um deles representando os axônios, e outro os terminais dendríticos. [Imagem: Jian Shi/NatComm]

Além da lógica binária

Para funcionar, o transístor sináptico ainda depende de um pequeno reservatório de líquido iônico e de um circuito multiplexador que converte o intervalo entre os sinais em uma magnitude de tensão que é aplicada ao líquido iônico, criando um campo elétrico que leva os íons para o niquelato ou os retira de lá.

Isso significa que, enquanto cada transístor eletrônico tradicional mede entre 20 e 30 nanômetros, o transístor sináptico como um todo mede quase 1 milímetro.

Mas a comparação direta entre as duas tecnologias pode não ser justa. Afinal, o transístor sináptico não está restrito ao sistema binário de 0s e 1s.

"Este sistema muda sua condutância de forma analógica, de forma contínua, conforme a composição do material se altera," explica Shi. "Seria bastante difícil usar CMOS, a tecnologia tradicional da eletrônica, para imitar uma sinapse real porque as sinapses biológicas têm um número praticamente ilimitado de estados possíveis, e não apenas ligado ou desligado."

Outra vantagem é que o transístor sináptico é não-volátil, não perdendo a informação quando a energia é desligada.

Além disso, o novo transistor é energeticamente muito eficiente. O niquelato de samário pertence a uma classe incomum de materiais, chamados sistemas de elétrons correlacionados, que podem sofrer uma transição isolante-metal. Isso significa que uma excitação muito pequena, obtida com uma pequena energia de entrada, gera um sinal forte na saída.

Finalmente, tudo funcionou da temperatura ambiente até 160º C, demonstrando uma grande robustez para o projeto do transístor sináptico.

O protótipo ainda exige um aparato acessório que é difícil de compatibilizar com um chip. [Imagem: Eliza Grinnell/Harvard SEAS]

Dificuldades a vencer

No estágio atual, também há inconvenientes quando se pensa em usar o transístor sináptico para construir um processador neuromórfico.

O principal deles é a presença do líquido iônico, o que exigiria um aparato microfluídico e um sistema de contenção difícil de compatibilizar com um chip.

O protótipo também é muito grande para o padrão dos componentes eletrônicos, o que se traduz em uma menor velocidade de operação.

Por último, há a dificuldade do material exótico usado, o niquelato de samário, que é difícil de sintetizar.

"Você precisará construir novos instrumentos para ser capaz de sintetizar esses novos materiais, mas uma vez que seja capaz de fazer isso, você realmente terá um novo sistema cujas propriedades são praticamente inexploradas," disse o professor Shriram Ramanathan, coordenador do estudo.

"É muito entusiasmante ter esses materiais para trabalhar, onde muito pouco se sabe acerca deles e você tem a oportunidade de construir o conhecimento a partir do zero," concluiu ele.

Bibliografia:

A correlated nickelate synaptic transistor
Jian Shi, Sieu D. Ha, You Zhou, Frank Schoofs, Shriram Ramanathan
Nature Communications
Vol.: 4, Article number: 2676
DOI: 10.1038/ncomms3676

Artigo : http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=transistor-sinaptico&id=010150131105#.U3ysLNJdUSE

Como funciona a TV 3d , Sistema passivo e ativo - Comunidades

2014-05-07T10:30:00.003-03:00

Como funciona a TV 3d , Sistema passivo e ativo - Comunidades

Tecnologia Bluetooth com funciona e suas funções - Eletro - Eletrônicos

2014-05-07T10:30:00.001-03:00

Tecnologia Bluetooth com funciona e suas funções - Eletro - Eletrônicos

Conserto de Adegas,Bebedouros,Máquinas de gelo,Desumidificadores de ar - Serviços

2014-05-07T10:27:00.001-03:00

Conserto de Adegas,Bebedouros,Máquinas de gelo,Desumidificadores de ar - Serviços

Drone brasileiro para monitoramento de águas

2014-05-07T10:26:00.001-03:00

Drone brasileiro para monitoramento de águas: Drone irá capturar imagens difíceis de se obter por satélite e preencher uma lacuna existente no sistema de sensoriamento remoto.

Monitoramento de águas

Com os reservatórios de água nos menores níveis da história em algumas partes do Brasil, cresce a preocupação em monitorar melhor a quantidade de água armazenada, minorando os prejuízos para a população.

A proposta de uma equipe da Universidade de Brasília (UnB) é automatizar a tarefa usando veículos aéreos não tripulados (VANTs) - mais conhecidos como drones ou cópteros.

A ideia é capturar imagens difíceis de obter em campo e por satélite e, assim, preencher uma lacuna existente no sistema de sensoriamento remoto.

"O drone pode voar abaixo das nuvens logo após uma chuva forte, por exemplo, e registrar a movimentação de sedimentos na água, coisa impossível de ser vista das estações terrestres e orbitais," disse o professor Henrique Roig, um dos responsáveis pelo projeto.

Assim, haverá ganhos também na resolução das imagens, já que os cópteros vão "ver" tudo mais de perto, permitindo seu uso também para monitoramento de vazamentos de petróleo e outros produtos químicos.

Batizado de AquaVant, o veículo robótico será desenvolvido em parceria com o Instituto Francês de Pesquisa e Desenvolvimento (IRD) e com as universidades federais do Amazonas (Ufam) e do Ceará (UFC).

Drone das águas

"Drones existem às centenas, mas quase todos estão voltados para segurança, mapeamento territorial e agricultura de precisão," observa o professor.

Assim, a principal parte do trabalho não será exatamente desenvolver um veículo robótico, mas verificar qual tipo de aeronave se adequa melhor para levar o equipamento necessário para o tipo de observação que se tem em mente.

O projeto inicial prevê uma carga útil com cerca de 700 gramas, consistindo principalmente de câmeras multi e hiperespectrais - uma câmera hiperespectral registra 232 pontos em um único disparo.

"Nosso trabalho é descobrir qual das aeronaves servirá melhor para o transporte das câmeras e, assim, obter os resultados desejados", diz Roig.

Os primeiros testes estão sendo feitos com cópteros de seis e oito hélices. Os vários eixos de motor proporcionam mais equilíbrio à aeronave. A expectativa é que aeronaves de asas fixas sejam usadas para sobrevoar áreas maiores no futuro.

O protótipo pesa 2,5kg e tem um metro de diâmetro, podendo voar a altura máxima de 150 metros. A autonomia de voo é de até 30 minutos - o tempo de duração da bateria varia de acordo com o peso dos sensores transportados.

fonte : http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=drone-brasileiro-monitoramento-aguas&id=010180140416#.U2oz_UU4IRI.blogger

Brasileiros criam água eletrizada

2014-04-25T14:46:00.001-03:00

Apesar de sua importância para a compreensão de fenômenos relacionados à eletricidade atmosférica, como os raios, e de ter dado origem a tecnologias como a da fotocópia, a área da eletrostática permanecia praticamente estagnada até a última década.

A principal razão para isso era a falta de novas teorias e técnicas experimentais que permitissem identificar e classificar adequadamente quais entidades, íons ou elétrons conferem carga aos materiais.

As coisas começaram a mudar graças a um grupo de pesquisadores brasileiros reunidos no Instituto Nacional de Ciência, Tecnologia e Inovação em Materiais Complexos Funcionais (Inomat), que tem sua sede na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

"Os novos modelos de distribuição de carga eletrostática têm aberto possibilidades para o desenvolvimento de materiais que não apresentam problemas atribuídos à eletrização, como incêndio espontâneo, por exemplo", disse Fernando Galembeck, coordenador do Inomat. "As descobertas na área ainda poderão contribuir, no futuro, para a geração de energia."

Fenômeno da triboeletrificação demonstrado pelos pesquisadores brasileiros usando esferas de vidro. [Imagem: Thiago Burgo et al./10.1038/srep02384]

Água eletrizada

Os pesquisadores do grupo de Galembeck descobriram que a água na atmosfera pode adquirir cargas elétricas e transferi-las para superfícies e outros materiais sólidos ou líquidos.

Por meio de um experimento em que utilizaram minúsculas partículas de sílica e de fosfato de alumínio, os pesquisadores demonstraram que, quando exposta à alta umidade, a sílica se torna mais negativamente carregada, enquanto o fosfato de alumínio ganha carga positiva.

A descoberta da eletricidade proveniente da umidade - denominada pelos pesquisadores brasileiros de "higroeletricidade" - teve repercussão mundial.

Cientista brasileiro descobre como coletar energia do ar

Segundo Galembeck, a descoberta abriu caminho para o desenvolvimento da "água eletrizada" - água com excesso de cargas elétricas -, em condições bem definidas, que pode ser útil para o desenvolvimento de sistemas hidráulicos.

"Em vez da pressão, o sinal utilizado em um sistema hidráulico com base na água eletrizada poderia ser o potencial elétrico, mas com corrente muito baixa, da própria água", explicou.

Outra possibilidade mais para o futuro seria o desenvolvimento de dispositivos capazes de coletar eletricidade diretamente da atmosfera ou de raios.

"Fizemos algumas tentativas nesse sentido, mas não obtivemos resultados interessantes até agora", contou Galembeck. "Mas essa possibilidade de captar a eletricidade da atmosfera existe e já descrevemos um capacitor carregado espontaneamente quando exposto ao ar úmido."

A teoria da equipe brasileira está chamando a atenção de pesquisadores da área em todo o mundo, sobretudo pelas possibilidades de aplicações práticas. [Imagem: Thiago Burgo et al./10.1021/la301228j]

Triboeletrização

A mais recente contribuição do grupo para o avanço do conhecimento sobre a eletrostática foi desvendar alguns dos mecanismos envolvidos na triboeletrização ou geração de eletricidade por atrito.

Considerada o fenômeno eletrostático mais comum, a triboeletrização era mal compreendida e começou a ser mais bem estudada a partir do fim da década de 1990, contou Galembeck.

Por meio de experimentos com politetrafluoretileno - um tipo de polímero isolante -, os pesquisadores brasileiros demonstraram que o atrito entre as superfícies de materiais condutores (dielétricos) produz padrões fixos e estáveis de cargas elétricas com uma distribuição não uniforme nas duas faces do material.

A descoberta desmistificou a ideia de que materiais como vidro, fibra sintética, lã e alumínio têm tendência a adquirir somente carga positiva ou só negativa quando atritados.

O que gera a eletricidade estática?

O grupo brasileiro demonstrou que, em alguns casos, o principal componente do atrito é justamente a triboeletrização. "A triboeletrização cria interações entre os materiais que aumentam ou até diminuem o atrito", disse Galembeck.

Segundo ele, a descoberta pode contribuir para o desenvolvimento de materiais mais resistentes aos desgastes ocasionados pelo atrito, tais como lonas de freio e pneus de automóveis, ou com menor consumo de energia.

"Estima-se que 30% de toda a energia produzida no mundo seja dissipada ou jogada fora por causa do atrito," afirmou Galembeck. "Se conseguíssemos controlar o atrito dos materiais, seria possível consumir menos energia do que usamos hoje."

Bibliografia:

Charge Partitioning at Gas-Solid Interfaces: Humidity Causes Electricity Buildup on Metals
Telma R. D. Ducati, Luís H. Simões, Fernando Galembeck
Langmuir
Vol.: 26 (17), pp 13763-13766
DOI: 10.1021/la102494k

Triboelectricity: Macroscopic Charge Patterns Formed by Self-Arraying Ions on Polymer Surfaces
Thiago A. L. Burgo, Telma R. D. Ducati, Kelly R. Francisco, Karl J. Clinckspoor, Fernando Galembeck, Sergio E. Galembeck
Langmuir
Vol.: 28 (19), pp 7407-7416
DOI: 10.1021/la301228j

Friction coefficient dependence on electrostatic tribocharging
Thiago A. L. Burgo, Cristiane A. Silva, Lia B. S. Balestrin, Fernando Galembeck
Nature Scientific Reports
Vol.: 3, Article number: 2384
DOI: 10.1038/srep02384

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2014-04-07T22:17:00.000-03:00

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Um novo laser para uma internet mais rápida

2014-02-25T11:26:00.001-03:00

Um novo laser para uma internet mais rápida: O laser usado hoje nas comunicações por fibras ópticas havia sido inventado nos anos 1970.

Um novo tipo de laser promete multiplicar várias vezes a velocidade de transmissão de dados nas redes de fibras ópticas que formam a espinha dorsal da internet.

Christos Santis e seus colegas do Instituto de Tecnologia da Califórnia, nos Estados Unidos, conseguiram otimizar um equipamento já usado hoje, chamado laser semicondutor com retroação distribuída, ou S-DFB (distributed-feedback semiconductor).

Laser S-DFB

A luz pode transportar grandes quantidades de informação, com uma largura de banda cerca de 10.000 vezes maior do que as micro-ondas, que antes eram usadas nas comunicações de longa distância.

Mas, para tirar proveito de todo esse potencial, a luz do laser precisa ser tão espectralmente pura quanto possível - o mais próximo possível de uma cor única, ou de uma única frequência.

Quanto mais pura a cor do laser, mais informações ele pode transportar. É por isso que, há décadas, os engenheiros vêm tentando desenvolver um laser que chegue o mais perto possível de emitir apenas uma frequência.

Os lasers S-DFB são bons, mas eles foram desenvolvidos em meados da década de 1970 - sua pureza espectral, ou coerência, já não satisfaz a demanda crescente por largura de banda.

Originalmente, um laser S-DFB consiste em camadas cristalinas contínuas de materiais chamados semicondutores III-V - tipicamente arseneto de gálio e fosfeto de índio - que convertem em luz a corrente elétrica que flui através da estrutura em camadas.

O problema é que semicondutores III-V também são fortes absorvedores de luz, e esta absorção leva a uma degradação da pureza espectral.

Christos Santis encontrou a salvação onde poucos poderiam suspeitar: no silício, que não é mais afeito às tecnologias ópticas.

O novo laser continua usando os semicondutores III-V para converter a corrente elétrica em luz, mas armazena a luz em uma camada de silício, que não a absorve, gerando uma saída de luz de alta coerência.

Este elevado grau de pureza espectral - uma faixa de frequências 20 vezes mais estreita do que é possível com o laser S-DFB original - poderá ser especialmente importante para as comunicações de fibra óptica do futuro.

O novo laser continua usando os semicondutores III-V para converter a corrente elétrica em luz, mas armazena a luz em uma camada de silício. [Imagem: Christos Santis et al./Pnas]

Dados gravados nos retardos

Originalmente, os feixes de laser nas fibras ópticas transportavam informações em pulsos de luz, o que significa que o laser era ligado e desligado rapidamente para representar os 0s e 1s.

Com a crescente demanda por largura de banda, os engenheiros de sistemas de comunicação estão começando a adotar um novo método de registrar os dados nos raios laser que dispensa esta técnica "liga-desliga" - o novo método é chamado de comunicação por fase coerente.

Nas comunicações de fases coerentes, os dados são registrados em pequenos retardos no tempo de chegada das ondas. Esses atrasos - que duram por volta de 10^-16 segundo - podem transmitir a informação com precisão mesmo ao longo de milhares de quilômetros.

Contudo, o número de possíveis retardos, e, assim, a capacidade de banda do canal, é fundamentalmente limitada pelo grau de pureza espectral do laser.

Esta pureza nunca pode ser absoluta - uma limitação imposta pelas leis da física - mas, com o novo laser, será possível chegar o mais perto possível da pureza absoluta.

Bibliografia:

High-coherence semiconductor lasers based on integral high-Q resonators in hybrid Si/III-V platforms. - See more at: http://www.caltech.edu/content/new-laser-faster-internet#sthash.AbZI0aBt.dpuf
Christos Theodoros Santis, Scott T. Steger, Yaakov Vilenchik, Arseny Vasilyev, Amnon Yariv
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: Published online
DOI: 10.1073/pnas.1400184111

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2014-01-28T11:21:00.001-02:00