O Jornal Inovação

2012-02-25T07:40:00.000-08:00

Nanopartículas brasileiras: mineração, reciclagem e energia solar

Com informações da Agência USP - 06/02/2012

"As nanopartículas aqui dentro valem mais do que se esse frasco fosse
feito de ouro maciço," exemplifica o professor Toma.[Imagem: USP]

Nanopartículas na mineração

"O estudo de nanopartículas é uma ciência de fronteiras", garante o professor Henrique Eisi Toma, do Instituto de Química da USP.

O especialista trabalha há mais de 10 anos com nanotecnologia e afirma que as nanopartículas podem ser utilizadas pela mineração, indústria petroquímica, metalurgia e até para a geração de energia solar.

Mas o grupo de Toma está especialmente concentrado na utilização das nanopartículas no campo da exploração mineral.

Os pesquisadores estão trabalhando com nanopartículas feitas de magnetita, um material naturalmente magnético, mas que, quando na forma nanométrica, se torna um super-ímã.

"Hoje, quando se extrai cobre, é preciso jogar ácido ou bactérias no minério, para que saia um líquido contendo o cobre. Esse líquido vai para um tanque em que se jogam solventes, reagentes e extrai-se o cobre, que vai em seguida para uma câmara, onde recebe um potencial e torna-se metálico", descreve o professor.

Porém, com o uso de nanopartículas magnéticas, esse processo pode ser reduzido a uma única etapa.

"É possível colocá-las no minério de cobre para que grudem ao material, então se aplica um potencial e o cobre se torna, instantaneamente, metálico," explica.

O processo é chamado "nanohidrometalurgia magnética" e pode, segundo Toma, representar uma economia de milhões de reais anualmente.

Além disso, a preocupação ambiental também pode influenciar a adoção deste novo método na exploração de minerais: "No futuro, os processos envolvendo a queima de minérios será banida. Hoje buscam-se métodos brandos, em temperatura ambiente, que não poluam e que sejam cíclicos - e esse processo é perfeito."

Com as nanopartículas pode ser possível tornar o petróleo magnético e movimentá-lo, aumentando o rendimento dos poços. [Imagem: USP]

Petróleo magnético

Outra aplicação das nanopartículas no campo da mineração, e cujo estudo está se iniciando, é na área petrolífera.

Hoje, apenas uma parte do petróleo existente nas rochas porosas dos depósitos petrolíferos pode ser extraída.

"Mas com as nanopartículas pode ser possível tornar o petróleo magnético e movimentá-lo," prevê o pesquisador, que está estudando formas de literalmente puxar o petróleo para fora das rochas usando magnetismo.

Sabão magnético pode limpar vazamentos de óleo

Além disso, estas nanopartículas podem ser utilizadas para realizar separação de componentes químicos na indústria petrolífera.

"Pode-se separar os gases saturados dos insaturados com uma membrana. Os insaturados interagem com as nanopartículas e passam por ela, os saturados, não", declara o professor, acrescentando que este método é mais limpo e econômico que o atual.

"O processo de separação utilizado hoje necessita de uma torre enorme, gasta uma quantidade absurda de energia e polui muito o ambiente," diz ele. A pesquisa, realizada em conjunto com a Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), está patenteada pela Petrobrás e encontra-se em fase de testes-piloto.

Reciclagem magnética

Também é possível facilitar a reciclagem de materiais, como por exemplo, circuitos eletrônicos.

O grupo também está pesquisando o uso das nanopartículas na área de células solares orgânicas. [Imagem: Pedro Bolle/USP Imagens]

"Eles estão cheios de cobre e outros metais. Então é possível funcionalizar a partícula para atrair cada metal específico e depois retirá-los com um ímã," declara o professor.

Esta pesquisa já foi patenteada, e o professor busca agora empresas ligadas à metalurgia interessadas em financiar os avanços dos estudos.

O mesmo princípio poderá ser adotado na coleta de poluentes em lagos e rios, bastando para isso funcionalizar as moléculas para que elas se liguem aos poluentes que se deseja retirar.

Energia do futuro

O grupo de Toma também está realizando pesquisas na área de células solares orgânicas, utilizando nanopartículas de dióxido de titânio.

Com dois pequenos filetes de vidro pintados e colados, o professor criou uma célula solar que funcionou pelo período de um ano girando um pequeno ventilador.

"É uma conversão química de energia. Nós desenvolvemos o corante que capta a luz e injeta os elétrons, as porfirinas modificadas," conta o professor, que sonha em ter sua pesquisa indo além dos simples testes laboratoriais.

Para tanto, submeteu um grande projeto para buscar financiamento de empresas. "Nós queremos transformar todas as janelas em dispositivos de captação de energia. Essa pode ser a energia do futuro," declara.

Acontecimentos que poderão mudar o futuro de muitas vidas.

2012-02-04T16:57:00.000-08:00

2012 é um ano que promete surpreendentes acontecimentos que poderão mudar o futuro de muitas vidas. Fique Ligado!

US$10 milhões para quem inventar um tricorder

2012-01-23T18:22:00.000-08:00

US$10 milhões para quem inventar um tricorder
Com informações da BBC - 17/01/2012

O primeiro tricorder antecipava, em 1966, os então ultramodernos gravadores de fita cassete. [Imagem: Cortesia CBS Studios Inc.]
Métricas da saúde
Um prêmio de US$ 10 milhões (R$ 18 milhões) está à espera de quem consiga criar um "tricorder" médico, um aparelho de diagnóstico similar ao usado pelo Dr. McCoy, da série Jornada nas Estrelas.
O Qualcomm Tricorder X Prize está desafiando cientistas e engenheiros a construir uma ferramenta capaz de capturar "as métricas-chave da saúde e diagnosticar um conjunto de 15 doenças".
Ele precisa ser leve o suficiente para que os candidatos a Dr. McCoy possam levá-lo a tiracolo - um peso máximo de 2,2 kg.
De acordo com o manual técnico oficial de Jornada nas Estrelas, um tricorder é um "aparelho portátil de sensoriamento, computação e comunicações de dados".
O aparelho capturou a imaginação de milhões de espectadores do filme quando foi usado pela primeira vez na primeira transmissão da série, em 1966.
No episódio, que ocorria no século 23, o médico da equipe usou o tricorder para diagnosticar uma doença simplesmente fazendo uma varredura do corpo de uma pessoa.
Fato científico
Os organizadores do prêmio esperam que o enorme quantia em dinheiro possa inspirar os engenheiros de hoje a descobrir o segredo do gadget sci-fi, e "fazer a ficção científica do século 23 virar uma realidade para os médicos do século 21".
"Eu provavelmente sou o primeiro cara que que ficaria feliz em perder US$ 10 milhões", brincou o presidente da X Prize Foundation, Peter Diamandis.
Enquanto o tricorder ainda é coisa de ficção científica, outros prêmios X Prizes já se tornaram fato científico.
Em 2004, o Ansari X Prize para uma espaçonave reutilizável privada foi concedido à equipe que construiu a nave SpaceShipOne.
Grande parte da tecnologia desenvolvida para ganhar o prêmio foi posteriormente utilizado pela Virgin Galactic, uma das parceiras da NASA na nova era de exploração espacial privada.
Saúde wireless
Ao comentar o prêmio, o professor Jeremy Nicholson, chefe do departamento de cirurgia e câncer no Imperial College de Londres, afirma não acreditar que alguém possa ganhar os US$10 milhões em um futuro próximo.
"Os desafios são: o que você vai detectar, quais são as amostras que você pode colher e como juntar tudo em um único aparelho?", afirmou.
Mesmo se o aparelho puder ser construído, continuou ele, os testes e a obtenção da aprovação para uso médico podem levar muito mais tempo.
Mas o Sr. Diamandis, aquele que ficaria feliz em pagar o prêmio, afirma que o simples fato de o prêmio existir poderia transformar o setor de saúde.
"Não é uma solução pontual. O que estamos procurando é o lançamento de uma nova indústria", disse ele.
"O tricorder que foi usada por Spock e Bones inspira uma visão de como a saúde será no futuro. Ela será sem fio, móvel e minimamente ou não-invasiva," prevê Diamandis.
Se serve como consolo para aqueles que pensam em ganhar o prêmio, pelo menos uma característica do tricorder de Jornada nas Estrelas não precisará estar presente.
"Nós não temos uma exigência de que o aparelhinho faça um zumbido," brincou Diamandis.

Diodo nanofluídico une mundos eletrônico e biológico

2011-12-08T12:04:00.000-08:00

Diodo nanofluídico une mundos eletrônico e biológico
Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/11/2011

O novo componente é um diodo fluídico, capaz de controlar o fluxo de íons dissolvidos em um fluido - como sódio na água. [Imagem: Guan et al./Nature]

Bioeletrônica

Um componente criado por cientistas da Universidade de Yale, nos Estados Unidos, pode fazer a ponte entre os sistemas eletrônicos e o mundo biológico.

Se é verdade que os computadores biológicos vieram mesmo para ficar, é essencial criar formas de interligar os novos computadores orgânicos com os computadores inorgânicos tradicionais.

Este é o campo emergente da bioeletrônica, que já é uma realidade nas interfaces neurais, nas próteses robóticas acionadas pelo pensamento e em vários outros dispositivos biomecatrônicos.

"Em última instância, isto nos dá uma ferramenta para criar interfaces eletrônico-biológicas reais," afirmou Mark Reed, coordenador da pesquisa.

Diodo fluídico

O novo componente é um diodo fluídico, capaz de controlar o fluxo de íons dissolvidos em um fluido - como sódio na água.

Ele poderá servir como elemento para a construção de circuitos em larga escala capazes de gerenciar o fluxo e a concentração de íons e moléculas, de forma parecida com o que ocorre no mundo biológico.

Isto tem aplicações tecnológicas em áreas muito variadas, incluindo baterias de fluxo, sistemas de dessalinização, células a combustível, biochips e várias outras.

Controle de fluxo

O diodo fluídico usa uma corrente elétrica para controlar a direção na qual os íons podem fluir, além da concentração de íons que pode passar pelo componente.

Feito de silício e óxido de silício, o diodo mede 20 nanômetros de altura, o que o torna um nanodiodo.

Seu nome técnico é FERD: field-effect reconfigurable nanofluidic diode, diodo nanofluídico de efeito de campo reconfigurável.

Transistor nanofluídico será base de processadores químicos

Bibliografia:

Field-effect reconfigurable nanofluidic ionic diodes
Weihua Guan, Rong Fan, Mark A. Reed
Nature Communications
Vol.: 2, Article number: 506
DOI: 10.1038/ncomms1514

2011-12-08T12:02:00.000-08:00

Diodo nanofluídico une mundos eletrônico e biológico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/11/2011

O novo componente é um diodo fluídico, capaz de controlar o fluxo de íons dissolvidos em um fluido - como sódio na água. [Imagem: Guan et al./Nature]

Bioeletrônica

Um componente criado por cientistas da Universidade de Yale, nos Estados Unidos, pode fazer a ponte entre os sistemas eletrônicos e o mundo biológico.

Se é verdade que os computadores biológicos vieram mesmo para ficar, é essencial criar formas de interligar os novos computadores orgânicos com os computadores inorgânicos tradicionais.

Este é o campo emergente da bioeletrônica, que já é uma realidade nas interfaces neurais, nas próteses robóticas acionadas pelo pensamento e em vários outros dispositivos biomecatrônicos.

"Em última instância, isto nos dá uma ferramenta para criar interfaces eletrônico-biológicas reais," afirmou Mark Reed, coordenador da pesquisa.

Diodo fluídico

O novo componente é um diodo fluídico, capaz de controlar o fluxo de íons dissolvidos em um fluido - como sódio na água.

Isto tem aplicações tecnológicas em áreas muito variadas, incluindo baterias de fluxo, sistemas de dessalinização, células a combustível, biochips e várias outras.

Controle de fluxo

O diodo fluídico usa uma corrente elétrica para controlar a direção na qual os íons podem fluir, além da concentração de íons que pode passar pelo componente.

Feito de silício e óxido de silício, o diodo mede 20 nanômetros de altura, o que o torna um nanodiodo.

Seu nome técnico é FERD: field-effect reconfigurable nanofluidic diode, diodo nanofluídico de efeito de campo reconfigurável.

Transistor nanofluídico será base de processadores químicos

Bibliografia:

Field-effect reconfigurable nanofluidic ionic diodes
Weihua Guan, Rong Fan, Mark A. Reed
Nature Communications
Vol.: 2, Article number: 506
DOI: 10.1038/ncomms1514

2011-12-08T12:00:00.000-08:00

Diodo nanofluídico une mundos eletrônico e biológico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/11/2011

O novo componente é um diodo fluídico, capaz de controlar o fluxo de íons dissolvidos em um fluido - como sódio na água. [Imagem: Guan et al./Nature]

Bioeletrônica

Um componente criado por cientistas da Universidade de Yale, nos Estados Unidos, pode fazer a ponte entre os sistemas eletrônicos e o mundo biológico.

Se é verdade que os computadores biológicos vieram mesmo para ficar, é essencial criar formas de interligar os novos computadores orgânicos com os computadores inorgânicos tradicionais.

Este é o campo emergente da bioeletrônica, que já é uma realidade nas interfaces neurais, nas próteses robóticas acionadas pelo pensamento e em vários outros dispositivos biomecatrônicos.

"Em última instância, isto nos dá uma ferramenta para criar interfaces eletrônico-biológicas reais," afirmou Mark Reed, coordenador da pesquisa.

Diodo fluídico

O novo componente é um diodo fluídico, capaz de controlar o fluxo de íons dissolvidos em um fluido - como sódio na água.

Isto tem aplicações tecnológicas em áreas muito variadas, incluindo baterias de fluxo, sistemas de dessalinização, células a combustível, biochips e várias outras.

Controle de fluxo

O diodo fluídico usa uma corrente elétrica para controlar a direção na qual os íons podem fluir, além da concentração de íons que pode passar pelo componente.

Feito de silício e óxido de silício, o diodo mede 20 nanômetros de altura, o que o torna um nanodiodo.

Seu nome técnico é FERD: field-effect reconfigurable nanofluidic diode, diodo nanofluídico de efeito de campo reconfigurável.

Transistor nanofluídico será base de processadores químicos

Bibliografia:

Field-effect reconfigurable nanofluidic ionic diodes
Weihua Guan, Rong Fan, Mark A. Reed
Nature Communications
Vol.: 2, Article number: 506
DOI: 10.1038/ncomms1514

2011-11-08T15:39:00.000-08:00

Filtro de ar captura vírus da gripe

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/11/2011

Além do filtro antivírus, o material poderá ter outros usos na biomedicina, incluindo o diagnóstico de doenças e a entrega de medicamentos no interior do organismo. [Imagem: Li et al./ACS]

Filtros antivirais

Ambientes fechados são lugares altamente desaconselhados em épocas de gripe.

Mas essa facilidade de contaminação poderá ser largamente reduzida com filtros de ar capazes de remover os vírus das gripes e resfriados.

Esta é novidade apresentada por Xuebing Li e seus colegas da Academia Chinesa de Ciências Agrícolas, em Lanzhou.

Os pesquisadores criaram um novo material que pode ser incorporado ou substituir as fibras usadas na construção não apenas de filtros de ar-condicionado de edifícios e automóveis, mas também de máscaras de uso pessoal.

O material é capaz de capturar os vírus influenza antes que eles cheguem aos olhos, narizes e bocas das pessoas e comecem a causar infecções.

Um filtro passivo, capaz de capturar vírus, pode se tornar uma ajuda valiosa para a redução do uso de medicamentos, com seus altos custos e efeitos colaterais.

Quitosana biofuncionalizada

O material é feito à base de quitosana, uma substância presente nas carapaças dos camarões.

As fibras antivirais são criadas agregando a proteína hemaglutinina às fibras de quitosana.

"A hemaglutinina na superfície do vírus é responsável por grudar o vírus à superfície da célula hospedeira por meio de glicoligantes, como a sialilactose, sendo portanto um alvo atrativo para os projetos antivirais," explicam os pesquisadores.

Eles afirmam ainda que o processo pode ter usos ainda mais amplos na medicina.

"Mais importante, esses materiais representam uma abordagem interessante para colocar um ligante de proteína em um suporte de quitosana, que é uma plataforma versátil para a biofuncionalização molecular e, portanto, pode ser usada não só para projetos antivirais, mas também para desenvolvimentos como o diagnóstico e a entrega de medicamentos," concluem.

A quitosana já vem sendo utilizada por pesquisadores brasileiros para a fabricação de materiais hospitalares e de filtros para metais pesados.

Bibliografia:

Carbohydrate-Functionalized Chitosan Fiber for Influenza Virus Capture
Xuebing Li, Peixing Wu, George F. Gao, Shuihong Cheng
Biomacromolecules
Vol.: Article ASAP
DOI: 10.1021/bm200970x

2011-11-02T08:38:00.000-07:00

Transistores de algodão abrem caminho para roupas eletrônicas
Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/10/2011

As fibras de algodão (de cor escura) são usadas para controlar o funcionamento de um LED. [Imagem: Cornell University]
Roupas eletrônicas
Há cerca de um ano, uma equipe da Universidade de Cornell, nos Estados Unidos, criou fibras de algodão capazes de conduzir eletricidade.
Isto abriu pela primeira vez a possibilidade de criar roupas inteligentes sem a necessidade de misturar fios metálicos com as fibras durante o processo de tecelagem.
Algodão que conduz eletricidade tece primeiras roupas multifuncionais

Agora, a equipe do Dr. Juan Hinestroza deu um salto rumo não apenas a roupas dotadas de alguma compatibilidade com os equipamentos eletrônicos, mas roupas que verdadeiramente incorporem os circuitos eletrônicos.
Equipamentos eletrônicos de vestir
A equipe de Hinestroza usou seus fios eletrificados de algodão como base para criar transistores totalmente funcionais.
"A criação de transistores de fibras de algodão abre a perspectiva para a integração total dos eletrônicos com os tecidos, permitindo a criação de equipamentos eletrônicos de vestir," afirmou o pesquisador.
Entre as possibilidades para o curto prazo, o pesquisador aponta tecidos capazes de monitorar a temperatura do corpo, aquecendo-se ou resfriando-se automaticamente em resposta a essas variações de temperatura.
Os primeiros circuitos eletrônicos de vestir, segundo ele, deverão ser monitores biomédicos, para acompanhar o ritmo cardíaco e a pressão sanguínea de pacientes, assim como monitores físicos para atletas de ponta.
"Talvez um dia nós possamos até mesmo construir computadores de fibras de algodão de forma similar ao quipu, um instrumento de registro contábil baseado em nós usado pelo império Inca, no Peru," afirma o pesquisador.
Transistores de algodão
A técnica usa uma mistura de nanopartículas de ouro e polímeros condutores e semicondutores para ajustar o comportamento das fibras naturais de algodão.
Esses polímeros, frutos da chamada eletrônica orgânica, são os responsáveis pelo salto em relação aos fios eletrificados de algodão, demonstrados anteriormente, e foram obtidos em colaboração com equipes italianas e francesas.
A nova mistura permitiu a criação de um revestimento perfeito da superfície irregular dos fios naturais de algodão, permitindo ajustar suas propriedades eletrônicas.
As camadas de revestimento são aplicadas umas sobre as outras, mas cada uma delas é tão fina que mesmo o conjunto todo não chega a afetar a flexibilidade do algodão.
Os pesquisadores demonstraram o funcionamento de dois tipos de transistores, o mais tradicional transístor de efeito de campo e um transístor eletroquímico orgânico, também já usado industrialmente.
Bibliografia:

Organic electronics on natural cotton fibres
Giorgio Mattanaa, Piero Cosseddua, Beatrice Frabonib, George G. Malliarasc, Juan P. Hinestrozad, Annalisa Bonfiglio
Organic Electronics
Vol.: 12, Issue 12, December 2011, Pages 2033-2039
DOI: 10.1016/j.orgel.2011.09.001

2011-10-18T18:09:00.000-07:00

Metamateriais ativos: Nanopartículas controlam luz
Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/10/2011

A tensão aplicada pelos dois eletrodos cria um giro nemático nas moléculas de cristal líquido (azuis) ao redor de um nanobastão de ouro (vermelho). Dependendo da orientação do nanobastão, as moléculas interceptam ou deixam passar a luz polarizada.[Imagem: Link Lab/Rice University]
Metamateriais passivos
Os metamateriais permitem essencialmente que se controle as ondas - de luz ou de som - para fazer coisas impossíveis de serem feitas com materiais naturais.
Isso inclui a criação de mantos da invisibilidade, buracos no tempo,expansão do espaço, melhores exames de ultrassom, e uma infinidade de outras artimanhas.
E tudo isso é feito com metamateriais passivos, ou seja, materiais que são construídos de uma forma para fazer determinada tarefa, e só são capazes de fazer aquilo para o que foram projetados.
Isto pode dar a importância da descoberta de uma equipe da Universidade de Rice, nos Estados Unidos.
Metamateriais ativos
Saumyakanti Khatua e seus colegas descobriram uma técnica que vai permitir a construção de metamateriais ativos, que poderão ser configurados em tempo real, ajustando a luz conforme a necessidade.
Isso será possível graças ao uso de cristais líquidos para controlar a luz refletida por nanopartículas de ouro.
Os pesquisadores usam uma variação de tensão para manipular com precisão o alinhamento de moléculas de cristal líquido que, alternadamente, bloqueiam e deixam passar a luz que vem das nanopartículas.
As pequenas partículas de ouro funcionam como antenas ópticas, coletando e refletindo a luz em uma direção específica, que pode ser controlada com precisão com a ajuda do cristal líquido.
Nanoantenas ópticas levam tecnologia do rádio para a luz

Polarizador ajustável
A equipe afirma que a nova técnica abre a possibilidade de controlar a luz de qualquer nanoestrutura que espalhe, absorva ou emita luz, o que inclui os minúsculos pontos quânticos e os nanotubos de carbono.
"Não achamos que este efeito dependa dos nanobastões de ouro," afirma Stephan Link, coordenador da pesquisa. "Nós poderemos ter outros nano-objetos que reajam com a luz polarizada, e então poderemos modular sua intensidade. [O dispositivo] se torna um polarizador ajustável."
Fenômeno bizarro altera as leis da óptica

Bibliografia:

Active Modulation of Nanorod Plasmons
Saumyakanti Khatua, Wei-Shun Chang, Pattanawit Swanglap, Jana Olson, Stephan Link
Nano Letters
Vol.: 11 (9), pp 3797-3802
DOI: 10.1021/nl201876r

2011-10-17T18:07:00.000-07:00

Tapete voador flutua sem usar mágica
Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/10/2011

O tapete voador, no centro inferior, precisa ficar preso aos fios que o alimentam. Mas os cientistas já estão trabalhando em uma versãowireless.[Imagem: Jafferis et al.]

Transporte sem rodas

Cientistas da Universidade de Princeton, nos Estados Unidos, criaram o primeiro tapete voador autêntico.

Por enquanto, ele não seria capaz de levar ninguém em um passeio pelas arábias, já que tem o tamanho aproximado de um envelope.

Mas Noah Jafferis e seus colegas afirmam que sua criação pode ser o princípio de uma nova forma de transporte sem rodas.

Os cientistas estão pensando nos hovercrafts, ou aerodeslizadores, veículos que flutuam sobre um colchão de ar.

Movido por ondulações

O tapete voador tem 10 centímetros, é transparente e é movido por ondulações de alta frequência em sua superfície.

As ondulações são geradas por fitas piezoelétricas que ondulam sob a ação de uma corrente elétrica.

Essas ondulações "aprisionam" o ar embaixo do tapete voador, carregando essas "bolsas de ar" da parte frontal para a parte traseira do tapete, promovendo a sustentação do material.

"Nós usamos atuadores piezoelétricos e sensores para demonstrar a força propulsora produzida por ondas controláveis viajando em uma folha fina de plástico suspensa no ar acima de uma superfície plana," escrevem os pesquisadores.

Isto mostra que o termo "voador" também precisa ser visto com cautela, uma vez que o tapete voador do Dr. Jafferis se parece mais com um aerodeslizador, que usa um colchão de ar para se manter a alguns centímetros acima da superfície.

O princípio de funcionamento do tapete voador é simples, embora o sistema de controle tenha dado bastante trabalho para ser devidamente ajustado. [Imagem: Jafferis et al./APL]

Frequência e velocidade

O controle das ondulações da folha de plástico é feito dosando-se precisamente a corrente que é disparada em pulsos em cada uma das fitas piezoelétricas coladas ao material.

"Nós geramos ondas com amplitudes de até 500 micrômetros e, a 100 Hz, nós medimos forças acima de 100 microNewtons, resultando em velocidades acima de 1 centímetro por segundo," dizem os pesquisadores.

Este primeiro protótipo é alimentado por fios, o que significa que ele não poderia sair flutuando pelo chão do laboratório, devendo ficar ancorado no equipamento que o controla.

Mas os cientistas afirmam que já estão trabalhando em uma versão alimentada por energia solar, o que permitirá eliminar os fios e observar o "tapete flutuante" em condições reais.

"A força aerodinâmica propulsora que nós demonstramos é teoricamente suficiente para fazer a folha 'voar', desde que ela seja liberada das suas amarras," afirmam.

Partes ondulantes

Se o conceito puder ser ampliado para grandes escalas, ele se tornará uma opção a ser levada a sério para motorizar os aerodeslizadores, que hoje empregam grandes motores e hélices para gerar seu colchão de ar.

Um hovercraft motorizado por um tapete voador seria muito mais leve e mais simples, essencialmente com uma motorização sem "partes móveis" - no sentido tradicional de engrenagens, rolamentos e hélices.

Bibliografia:

Traveling wave-induced aerodynamic propulsive forces using piezoelectrically deformed substrates
Noah T. Jafferis, Howard A. Stone, James C. Sturm
Applied Physics Letters
Vol.: 99, 114102 (2011)
DOI: 10.1063/1.3637635

2011-10-12T09:00:00.000-07:00

Chip neural: rumo ao computador neuromórfico
Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/10/2011
Os circuitos neuromórficos têm o potencial para rodar programas de auxílio à tomada de decisões que não são possíveis nos computadores atuais.[Imagem: AFRL]
Computador neuromórfico
O professor Robinson Pino e seus colegas da Universidade de Boise, nos Estados Unidos, deram um passo importante na construção do seu apregoado computador neuromórfico.
O circuito foi construído commemristores, componentes eletrônicos capazes de se "lembrar" das correntes elétricas que passaram por eles, o que faz com que sejam chamados de sinapses artificiais.
Os cientistas acreditam que essas sinapses artificiais poderão ser usadas para construir computadores cujo funcionamento se assemelhe ao funcionamento do cérebro humano.
Sinapses artificiais
O grupo do professor Pino construiu um processador neuromórfico que é basicamente uma rede neural formada por 100 memristores, ou 100 sinapses artificiais.
Os memristores foram construídos pela própria equipe, à base de calcogeneto, contendo Ge₂Se₃, e prata, uma inovação nessa área ainda nascente.
Os resultados demonstram que a rede neural de memristores pode ser programada para cada estado memristivo individual - eles programaram três estados diferentes de cada sinapse artificial.
Embora ainda esteja em seus estágios iniciais de desenvolvimento, essa capacidade de programação em multi-estados é altamente promissora, apontando para uma abordagem potencialmenet muito mais eficiente do que, por exemplo, os primeirosprocessadores cognitivos da IBM, apresentados há pouco mais de um mês.

2011-10-07T10:07:00.000-07:00

Nanocompósitos podem viabilizar avião-Transformer

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/09/2011

Renderização artística do Avião Morfológico, também conhecido como Veículo Aeroespacial do Século XXI, mostrando os avançados conceitos que a NASA vislumbra para uma aeronave do futuro.[Imagem: AFRL]

Os nanocompósitos são materiais desse tipo, mas cuja estrutura é projetada e sintetizada em nanoescala.

Cientistas ligados à NASA estão agora estudando uma nova série de nanocompósitos capazes de "reagir a estímulos".

Materiais reativos

De forma semelhante a um ser vivo, por exemplo, afastando-se rapidamente de uma fonte de calor, esses nanocompósitos reativos alteram suas propriedades mecânicas quando expostos a campos elétricos, campos magnéticos ou a algum tipo de radiação eletromagnética.

A alteração das propriedades desses "materiais mutantes" deriva de interações sinergísticas entre a matriz de polímero e seu material de preenchimento.

Os pesquisadores agora conseguiram desenvolver um novo material com uma capacidade de reação significativa a um campo elétrico, o que significa que ele pode ser usado como atuador - para exercer uma força, por exemplo - ou sofrer uma deformação.

É um passo gigantesco à frente dos músculos artificiais.

Aviões que mudam de forma

Um dos objetivos primários da pesquisa é o desenvolvimento de aviões que possam se adaptar às condições de voo alterando seu próprio formato - eles são chamados de aviões morfológicos (morphing planes).

Por exemplo, um avião precisa de grande sustentação nas baixas velocidades de decolagem e pouso, mas isso compromete sua aerodinâmica para o voo em alta velocidade.

Hoje, esse equilíbrio é obtido cedendo-se dos dois lados, o que significa que os aviões não são ótimos em nenhuma das duas situações.

Alguns sistemas de asas móveis tentam contornar esse compromisso, mas com um custo e uma complexidade elevados demais para serem usados em aplicações úteis - na aviação civil, por exemplo.

Mas esses materiais adaptativos são promissores para inúmeras outras aplicações, de stents e implantes médicos a automóveis e telescópios.

Do nano ao macro

Os maiores entraves ao uso desses materiais inovadores estão nas restrições de temperatura e no fato de que os protótipos até agora desenvolvidos suportam poucos ciclos de funcionamento - o que significa que eles perdem sua capacidade de se "transformar" com o uso.

Os pesquisadores descobriram que a saída pode estar no uso de nanotubos de carbono no meio dos chamados nanocompósitos poliméricos eletrorrestritivos (PNC:Electrostrictive Polymer Nanocomposites).

De forma surpreendente, os pesquisadores descobriram que as nanopartículas são essenciais para a construção dos materiais eletroativos, mas a capacidade final do material para mudar de forma depende das suas características finais em macroescala.

Os resultados mostraram que a atuação eletrotermal do nanocompósito não depende da composição do material que preenche a matriz de polímero, mas apenas da condutividade final do material pronto - daí a importância dos nanotubos de carbono, com sua excepcional condutividade.

O trabalho estabelece um novo patamar para as pesquisas, permitindo que os cientistas selecionem os melhores materiais de preenchimento, calculem sua quantidade ótima e descubram novas técnicas de processamento - tudo para otimizar o comportamento morfológico final do material.

Compósitos são materiais híbridos, resultantes da mistura de polímeros com materiais naturais, metais, fibras ou cerâmicas.

2011-10-05T16:24:00.000-07:00

Infobiologia codifica mensagem secreta usando bactérias
Com informações da Science e Nature - 27/09/2011
As mensagens secretas são escritas colocando as bactérias em linhas em uma estrutura de nitrocelulose e ágar, um meio de cultura para que as bactérias não morram.[Imagem: Manuel A. Palacios/Tufts University]
Infobiologia

Cientistas descobriram uma nova forma de codificar mensagens secretas usando bactérias.
Além de ser útil para os espiões, a nova técnica poderá ser usada por empresas para codificar identificadores em sementes, grãos e outros produtos de origem animal ou vegetal.
Tudo começou com o interesse em desenvolver formas de codificar mensagens secretas sem usar equipamentos eletrônicos.
Em 2010, David Walt e George Whitesides criaram um sistema primário desse tipo, que eles batizaram de infofusíveis, e que permitia também a transmissão do código cifrado:
Infofusíveis: dados são transmitidos quimicamente

Naquela época eles usaram sais. Mas seu colega Manuel Palacios teve a ideia de usar bactérias.
Código binário de bactérias
Os fusíveis foram substituídos por colônias de Escherichia coli, cada uma das quais recebeu um gene para codificar uma proteína fluorescente diferente - elas só emitem as cores quando o gene é ativado.
Os pesquisadores então criaram um código binário baseado em cores, cada "bit" sendo formado por um par de bactérias de cores diferentes.
As 7 colônias de bactérias fluorescentes permitem um total de 49 combinações, o suficiente para representar 26 letras e 23 outros caracteres alfanuméricos. [Imagem: Palacios et al./Pnas]
As 7 colônias lhes deram então um total de 49 combinações, o suficiente para representar 26 letras e 23 outros caracteres alfanuméricos.
As mensagens são escritas colocando as bactérias em linhas em uma estrutura de nitrocelulose e ágar, um meio de cultura para que as bactérias não morram.
Nesse momento, como os genes ainda não estão ativados, as bactérias são invisíveis.
Quando o destinatário recebe sua "mensagem bacteriana", tudo o que ele tem a fazer é pressionar o papel de nitrocelulose em uma placa de ágar contendo o composto químico que ativa a expressão das proteínas fluorescentes.
As bactérias começam a brilhar e a mensagem pode ser lida.
O velho truque do antibiótico
E os pesquisadores ainda acrescentaram uma camada extra de segurança para a mensagem secreta.
Em algumas bactérias, eles inseriram genes que as tornam resistentes a determinados antibióticos. Estas bactérias resistentes são as responsáveis por levar a mensagem.
Contudo, as bactérias resistentes são misturadas no papel de nitrocelulose com outras bactérias igualmente capazes de apresentar a fluorescência, mas suscetíveis ao antibiótico.
Se a mensagem cair em mãos erradas, o espião até poderá ativar os genes da fluorescência, mas não conseguirá compreender a mensagem.
Já o destinatário correto, já de posse do antibiótico adequado, matará as bactérias camufladoras e poderá ler a mensagem.
Os cientistas batizaram sua técnica de SPAM (steganography by printed arrays of microbes: esteganografia por matrizes impressas de micróbios).
Bibliografia:

InfoBiology by printed arrays of microorganism colonies for timed and on-demand release of messages
Manuel A. Palacios, Elena Benito-Peña, Mael Manesse, Aaron D. Mazzeo, Christopher N. LaFratta, George M. Whitesides, David R. Walta
Proceedings of the National Academy of Sciences
September 26, 2011
Vol.: Published online before print
DOI: 10.1073/pnas.1109554108

2011-09-29T16:41:00.000-07:00

"A Coisa" cria novo paradigma no estudo de células vivas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/09/2011

O quadrupolo fluídico é formado injetando-se fluidos por dois furos-fonte (+) e aspirando-os de volta por dois furos-ralo (-). Aqui, gotas fluorescentes foram usadas para traçar a rota do fluxo, da mesma forma que limalha de ferro é usada para mostrar a linhas de um campo magnético.[Imagem: McGill University]

A "coisa"

Cientistas criaram um dispositivo microscópico e flutuante que funciona tanto como um soprador quanto como um aspirador de líquidos.

A "coisa" é tão estranha que nem mesmo há um nome ou uma categoria para descrevê-la.

Mas sua funcionalidade é impressionante: ela pode ser usada para lidar diretamente com células vivas, sem nem mesmo tocar nas células.

Isso torna esse soprador/aspirador microscópico uma ferramenta sem precedentes, uma vez que o estudo de células vivas sempre esbarra no inconveniente de as ferramentas disponíveis interferirem com seu funcionamento normal.

Quadrupolo

Tecnicamente, o dispositivo é um quadrupolo - o resultado da montagem de dois objetos idênticos, dois "positivos" e dois "negativos", dispostos em um quadrado, a fim de criar um campo de força entre eles.

Quadrupolos eletrostáticos são usados em antenas de rádio, enquanto quadrupolos magnéticos servem para focalizar feixes de partículas eletricamente carregadas no interior de aceleradores de partículas.

Mas esta é a primeira vez que alguém consegue demonstrar na prática um quadrupolo em um fluido, ainda que os teóricos venham dizendo que isso é possível há décadas.

Os pesquisadores afirmaram que seu multipolo fluídico deverá se transformar em uma nova ferramenta para todos os tipos de estudosin vitro. [Imagem: Qasaimeh et al.]

Estudo de células vivas

O dispositivo é fabricando fazendo dois furos em uma ponta de silício com cerca de 1 milímetro quadrado.

Quando ele é colocado sobre uma superfície, as duas aberturas "positivas", chamadas fontes, emitem jatos microscópicos de fluido em direção à superfície abaixo.

Ao mesmo tempo, as duas aberturas "negativas", chamadas drenos, começam imediatamente a sugar o jato de fluido de volta para o dispositivo.

Se essa superfície for uma camada de células vivas, ou uma camada de células aderentes, o dispositivo pode flutuar sobre a superfície para chegar a um alvo desejado.

Ele então simplesmente começa a disparar um jato de fluido com os compostos químicos necessários para testar, estimular ou matar as células, dependendo da aplicação.

Gradientes

O quadrupolo fluídico também pode ser usado para criar regiões com concentrações de químicos que variam suavemente - os chamados gradientes.

Esses gradientes são essenciais para o estudo de muitos processos celulares, como o movimento de bactérias e outras células no interior do organismo.

Os pesquisadores afirmaram que sua "coisa" deverá se transformar em uma nova ferramenta para todos os tipos de estudos in vitro.

Bibliografia:

Microfluidic quadrupole and floating concentration gradient
Mohammad A. Qasaimeh, Thomas Gervais, David Juncker
Nature Communications
Vol.: 2, Article number: 464
DOI: 10.1038/ncomms1471

2011-09-17T13:02:00.000-07:00

Fios elétricos de nanotubos de carbono viram realidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/09/2011

O próximo passo dos pesquisadores será aprimorar o processo de "tecelagem" dos nanotubos para criar cabos mais longos e mais grossos. [Imagem: Zhao et al./Nature]

Misto de fio e cabo

Os nanotubos de carbono já foram apresentados como o material que poderia viabilizar os elevadores espaciais e a transmissão ultra-eficiente de eletricidade, sem depender do aparato criogênico dossupercondutores.

Pelo menos esta última promessa agora está mais próxima da realidade.

Yao Zhao e seus colegas da Universidade de Rice, nos Estados Unidos, construíram o primeiro cabo de transmissão de energia feito inteiramente de nanotubos de carbono.

Embora individualmente sua eficiência na condução térmica e elétrica já tenha sido mais do que comprovada, transformar nanotubos em "macrotubos", para viabilizar sua utilização prática, não tem sido uma tarefa fácil.

Nanotubos de carbono são produzidos em grandes dimensões

Os cientistas "teceram" os nanotubos em uma espécie de longa malha, criando um cabo condutor com tamanho suficiente para ser ligado a um circuito elétrico - tecnicamente o condutor é um misto entre um fio e um cabo.

Condutividade específica

Embora longe das possibilidades teóricas de um cabo feito com nanotubos de carbono perfeitos, o protótipo criado pelos cientistas apresenta a mesma eficiência de um cabo de cobre da mesma espessura - mas pesa 6 vezes menos.

A condutividade específica - a proporção condutividade/peso - do cabo supera metais como o cobre e a prata, perdendo apenas para o elemento com condutividade específica mais elevada que existe, o sódio.

Mesmo havendo muito espaço para melhorias, isto torna o cabo de nanotubos adequado para várias aplicações onde o peso é um elemento importante, como no interior de carros, aviões e satélites artificiais.

O protótipo possui apenas alguns centímetros de comprimento e foi usado para alimentar uma lâmpada.

O próximo passo dos pesquisadores será aprimorar o processo de "tecelagem" dos nanotubos para criar cabos mais longos e mais grossos.

Bibliografia:

Iodine doped carbon nanotube cables exceeding specific electrical conductivity of metals
Yao Zhao, Jinquan Wei, Robert Vajtai, Pulickel M. Ajayan, Enrique V. Barrera
Nature Physics
06 September 2011
Vol.: 1, Article number: 83
DOI: 10.1038/srep00083

2011-09-14T15:03:00.000-07:00

Nanotubos funcionam como reatores químicos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/09/2011

O nanotubo de carbono funciona não apenas como o reator, como também fornece um dos ingredientes para a reação. [Imagem: Caltech/Tod Pascal]

Nanorreatores

Nanotubos de carbono são pequenos canos, com diâmetros entre 1 e 2 nanômetros.

Os cientistas já sabem que as propriedades físicas e químicas das moléculas se alteram quando elas são inseridas dentro desses tubos - elas se comportam de forma diferente de uma molécula "livre".

Cientistas da Universidade de Nottingham, no Reino Unido, resolveram tirar proveito dessa alteração de propriedade para transformar os nanotubos de carbono em reatores químicos em nanoescala.

Essa nova técnica para induzir reações químicas e sintetizar novas moléculas tem potencial para ser útil em um grande número de áreas, do desenvolvimento de novos medicamentos e produção de combustíveis renováveis, até a criação de novos mecanismos para armazenamento de dados.

Fitas de grafeno

No experimento, o nanotubo de carbono funcionou não apenas como o reator, mas também forneceu um dos ingredientes para a reação.

Átomos de enxofre se juntaram aos átomos de carbono para formar nanofitas de grafeno - basicamente um nanotubo desenrolado, com as bordas devidamente "alinhavadas" por átomos de enxofre.

"As nanofitas de grafeno têm uma série interessantíssima de propriedades físicas, o que as torna mais adequadas para aplicações na eletrônica e na spintrônica do que o grafeno puro," diz o Dr. Andrei Khlobystov, coordenador da pesquisa.

A aplicação mais imediata das nanofitas seria como chaves, atuadores etransistores, tudo em uma escala nanométrica, menores do que as dimensões obtidas com as técnicas de litografia atuais.

Bibliografia:

Self-assembly of a sulphur-terminated graphene nanoribbon within a single-walled carbon nanotube
A. Chuvilin, E. Bichoutskaia, M. C. Gimenez-Lopez, T. W. Chamberlain, G. A. Rance, N. Kuganathan, J. Biskupek, U. Kaiser, A. N. Khlobystov
Nature Materials
Vol.: 10, Pages: 687-692
DOI: 10.1038/nmat3082

2011-09-11T06:36:00.000-07:00

Geradores de oxigênio implantáveis otimizam tratamento anticâncer

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/09/2011

Diagrama do gerador de oxigênio implantável, que reforça os efeitos da radioterapia e da quimioterapia.[Imagem: Birck Nanotechnology Center/Purdue University]

Radioterapia e quimioterapia

Há poucos dias, pesquisadores apresentaram o primeiro computador biológico capaz de ativar a apoptose - a chamada morte programada de uma célula - em células de câncer.

Agora, um outro grupo anunciou a criação de minúsculos geradores de oxigênio que poderão ser implantados diretamente nos tumores.

Ao gerar oxigênio localizadamente, eles podem otimizar o efeito da radioterapia e da quimioterapia.

Os tumores sólidos costumam ser "hipóxicos" no centro, ou seja, apresentarem um baixo nível de oxigênio. "Isto não é bom porque a radioterapia precisa de oxigênio para ser eficaz," explica o Dr. Babak Ziaie, da Universidade Purdue, nos Estados Unidos.

O Dr. Ziaie já havia criado uma etiqueta inteligente capaz de monitorar um tumor e transmitir informações para o computador do médico.

Gerador de oxigênio

O novo gerador de oxigênio implantável é um pequeno aparelho eletrônico que recebe sinais de ultrassom e usa a energia dessas ondas para gerar uma pequena corrente elétrica.

A eletricidade separa o oxigênio e o hidrogênio da água presente naturalmente no organismo - uma reação química chamada eletrólise - liberando os dois gases.

Os pequenos dispositivos foram testados em tumores pancreáticos em camundongos. Tanto os animais que receberam o implante quanto o grupo de controle receberam as aplicações de ultrassom.

Tratados com a quimioterapia tradicional, os que receberam o implante responderam ao tratamento de forma significativamente melhor, graças ao oxigênio gerado no ponto onde o elemento é mais necessário.

Agora que o conceito se mostrou eficaz, os cientistas querem miniaturizá-lo ainda mais e fabricá-lo em um desenho que facilite seu implante.

Bibliografia:

An Ultrasonically-Powered Implantable Micro Oxygen Generator (IMOG)
Teimour Maleki, Ning Cao, Seung Hyun Song, Song-Chu Ko, Babak Ziaie
Transactions on Biomedical Engineering
Vol.: PP, Issue: 99
DOI: 10.1109/TBME.2011.2163634

2011-09-04T08:02:00.000-07:00

Computador biológico destrói células de câncer
Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/09/2011

As etapas da operação do biocomputador. A célula mais escura é uma célula saudável, e a célula verde é uma célula cancerosa HeLa. Em cima, o DNA (fitas azuis) é injetado nas células. Na linha do meio, o circuito detecta o perfil miRNA e desencadeia a morte celular. Na linha inferior, a célula verde sofre apoptose, enquanto a célula saudável permanece intacta.[Imagem: Yaakov Benenson]
Biocomputador
Cientistas incorporaram um computador biológico em células humanas in vitro.
O processador biológico reconhece determinadas células cancerosas usando combinações lógicas de cinco fatores moleculares específicos do câncer
Ao encontrar as células, o computador biológico à base de DNA dispara o mecanismo de autodestruição das células, a chamada apoptose, destruindo o tumor.
No futuro, processadores biológicos desse tipo poderão ser usados para o estudo de novos medicamentos e para tratar ou prevenir doenças.
Lógica booleana biológica
Zhen Xie e seus colegas do Instituto ETH, da Suíça, projetaram um circuito regulatório que detecta os níveis de um conjunto de microRNAs expressos em uma célula-alvo.
Quando encontra uma correspondência, que só existirá nas células cancerosas, o circuito aciona o processo de autodestruição celular, sem afetar as células normais.
Xie trabalha com o Dr. Yaakov Benenson, um dos pioneiros no campo dos computadores biológicos, "circuitos" à base de moléculas de DNA que operam em células vivas.
"Os fatores miRNA são submetidos a cálculos booleanos em cada célula onde são detectados. O biocomputador combina os fatores usando operações lógicas como AND e NOT, e somente gera o resultado necessário, ou seja, a morte celular, quando o cálculo inteiro com todos os fatores resulta em um valor lógico TRUE," explica o Dr. Benenson.
Os primeiros cálculos de um biocomputador foram demonstrados pela equipe do Dr. Benenson em 2007. [Imagem: Kobi Benenson/Harvard]
Cálculo preciso
O principal objetivo da equipe é construir biocomputadores que detectem moléculas que contenham informações importantes sobre o bem-estar das células e processem essas informações para direcionar a resposta terapêutica apropriada quando a célula encontrada for anormal.
Agora, pela primeira vez eles criaram um "circuito" sintético multi-gene, cuja tarefa é distinguir entre o câncer e as células saudáveis e, posteriormente, induzir as células-alvo a se destruírem - sem a aplicação de nenhuma droga quimioterápica, por exemplo.
Os cientistas testaram a sua "rede genética" em dois tipos de células humanas cultivadas em laboratório: células do câncer cervical, chamadas de células HeLa, e células normais.
O biocomputador genético identificou e causou a destruição das células HeLa, mas não afetou as células saudáveis.
O circuito faz uma identificação positiva apenas quando todos os cinco fatores específicos do câncer estão presentes na célula, resultando em uma detecção do câncer de alta precisão.
Os pesquisadores esperam que o desenvolvimento possa servir de base para tratamentos anti-câncer muito específicos, embora o computador biológico sintético ainda esteja longe de poder ser testado em humanos.
Ficção científica possível
A seguir, a equipe pretende testar essa computação celular - filha de uma área emergente de pesquisas conhecida como biologia sintética - em um modelo animal.
Pode parecer ficção científica, mas Benenson acredita que isto é viável.
Talvez viável, mas não fácil: ainda existem problemas difíceis de resolver como, por exemplo, a inserção de genes estranhos em uma célula de forma eficiente e segura.
"Estamos ainda muito longe de um método de tratamento totalmente funcional para humanos. Este trabalho, entretanto, é um primeiro passo importante que demonstra a viabilidade de um método seletivo de diagnóstico ao nível de uma célula individual," disse Benenson.
Bibliografia:

Multi-Input RNAi-Based Logic Circuit for Identification of Specific Cancer Cells
Zhen Xie, Liliana Wroblewska, Laura Prochazka, Ron Weiss, Yaakov Benenson
Science
2 SEPTEMBER 2011
Vol.: 333 - PP. 1307-1311
DOI: 10.1126/science.1205527

2011-08-31T15:03:00.000-07:00

Futuro do Universo pode estar influenciando o presente

Julie Rehmeyer - FQXi - 30/08/2011

Quando se pensa o Universo a partir das leis da mecânica quântica começam a fazer sentido algumas ideias aparentemente inconcebíveis.[Imagem: Anne Goodsell/Tommi Hakala]

Influências do futuro sobre o passado

Uma reformulação radical da mecânica quântica sugere que o Universo tem um destino definido, e que esse destino já traçado volta no tempo para influenciar o passado, ou o presente.

É uma afirmação alucinante, mas alguns cosmólogos já acreditam que uma reformulação radical da mecânica quântica, na qual o futuro pode afetar o passado, poderia resolver alguns dos maiores mistérios do universo, incluindo a forma como a vida surgiu.

E, além da origem da vida, poderia ainda explicar a fonte da energia escura e resolver outros enigmas cósmicos.

O que é mais impressionante é que os pesquisadores afirmam que recentes experimentos de laboratório confirmam de forma dramática os conceitos que servem de base para esta reformulação.

Recentemente, cientistas descobriram umaconexão surpreendente entre fenômenos quânticos. [Imagem: Adaptado de Chanchicto/Wikimedia]

Ordem oculta na incerteza

O cosmólogo Paul Davies, da Universidade do Arizona, nos Estados Unidos, está iniciando um projeto para investigar que influência o futuro pode estar tendo no presente, com a ajuda do Instituto FQXi, uma entidade sem fins lucrativos cuja proposta é discutir as questões fundamentais da física e doUniverso.

É um projeto que vem sendo acalentado há mais de 30 anos, desde que Davies ouviu falar pela primeira vez das tentativas do físico Yakir Aharonov para chegar à raiz de alguns dos paradoxos da mecânica quântica.

Um desses paradoxos é o aparente indeterminismo da teoria: você não pode prever com precisão o resultado de experimentos com uma partícula quântica; execute exatamente o mesmo experimento em duas partículas idênticas e você vai obter dois resultados diferentes.

Enquanto a maioria dos físicos que se confrontaram com esse problema concluíram que a realidade é, fundamentalmente, profundamente aleatória, Aharonov argumenta que há uma ordem oculta dentro da incerteza. Mas, para entender sua origem, é necessário um salto de imaginação que nos leva além da nossa visão tradicional de tempo e causalidade.

Em sua reinterpretação radical da mecânica quântica, Aharonov argumenta que duas partículas aparentemente idênticas comportam-se de maneiras diferentes sob as mesmas condições porque elas são fundamentalmente diferentes. Nós apenas não detectamos esta diferença no presente porque ela só pode ser revelada por experiências realizadas no futuro.

"É uma ideia muito, muito profunda", diz Davies.

A flecha quântica do tempo aparentemente perde o rumo no mundo quântico. [Imagem: iStockphoto/danesteffes/PRF]

Consequências presentes do futuro

A abordagem de Aharonov sobre a mecânica quântica pode explicar todos os resultados normais que as interpretações convencionais também conseguem, mas tem a vantagem adicional de explicar também o aparente indeterminismo da natureza.

Além do mais, uma teoria na qual o futuro pode influenciar o passado pode ter repercussões enormes e muito necessárias para a nossa compreensão do universo, diz Davies.

Os cosmólogos que estudam as condições do início do universo ficam intrigados sobre o porquê do cosmos parecer tão idealmente talhado para a vida.

Mas há também outros mistérios: Por que é que a expansão do universo está se acelerando? Qual é a origem dos campos magnéticos visto nas galáxias? E por que alguns raios cósmicos parecem ter energias impossivelmente altas?

Estas questões não podem ser respondidas apenas olhando para as condições passadas do universo.

Mas talvez, pondera Davies, se o cosmos já tem definidas algumas condições finais nele próprio - um destino -, então isto, combinado com a influência das condições iniciais estabelecidas no início do universo, pode perfeitamente explicar estes enigmas cósmicos.

Aharonov já teve ideias menos extravagantes, como a aplicação da nanotecnologia à água. [Imagem: Katsir et al.]

Testando a flecha do tempo

É uma ideia muito boa - embora extremamente estranha.

Mas haveria alguma maneira de verificar a sua viabilidade? Dado que ela invoca um futuro ao qual ainda não temos acesso como causa parcial do presente, isto parece ser uma tarefa impossível.

No entanto, testes de laboratório engenhosamente inventados recentemente colocaram o futuro em teste e descobriram que ele poderia realmente estar afetando o passado.

Aharonov e seus colegas previram há muito tempo que, para certos experimentos quânticos muito específicos, realizados em três etapas sucessivas, o modo como a terceira e última etapa é realizada pode mudar dramaticamente as propriedades medidas durante o passo intermediário. Assim, ações realizadas no futuro (na terceira etapa), seriam vistas afetando os resultados das medições efetuadas no passado (na segunda etapa).

Em particular, nos últimos dois anos, equipes experimentalistas realizaram repetidamente experiências com lasers que mostram que, ajustando o passo final do experimento, é possível introduzir amplificações dramáticas no montante pelo qual o feixe de laser é desviado durante as etapas intermediárias do experimento. Em alguns casos, a deflexão observada durante a etapa intermediária pode ser amplificada por um fator de 10.000, dependendo das escolhas feitas na etapa final.

Estes resultados estranhos podem ser explicados de forma simples pelo quadro traçado por Aharonov: a amplificação intermediária é o resultado da combinação de ações realizadas tanto no passado (na primeira etapa) quanto no futuro (na etapa final).

É muito mais complicado explicar esses resultados usando interpretações tradicionais da mecânica quântica, afirma Andrew Jordan, da Universidade de Rochester, nos Estados Unidos, que ajudou a conceber um dos experimentos com laser.

A situação pode ser comparada à forma como o modelo heliocêntrico do Sistema Solar, de Copérnico, e o modelo geocêntrico de Ptolomeu, ambos fornecem interpretações válidas dos mesmos dados planetários, mas o modelo heliocêntrico é muito mais simples e mais elegante.

Uma das ideias "selvagens" mais recentes de Davies foi a de uma viagem sem volta a Marte. [Imagem: NASA/JPL]

Consequências cósmicas

Embora os experimentos com laser estejam dando boas notícias para a equipe, Davies, Aharonov, Tollaksen e seu colega Menas Kefatos, da Universidade Chapman, na Califórnia, estão agora à procura de consequências cósmicas observáveis de informações do futuro influenciando o passado.

Um bom lugar para procurar é a radiação cósmica de fundo (CMB), o "brilho" remanescente do Big Bang. A CMB tem ondulações fracas de calor e frio e, trinta anos atrás, Davies desenvolveu um modelo com seu então aluno Tim Bunch que descreve essas ondas no nível quântico.

Davies e Tollaksen estão agora revisando este modelo no novo arcabouço quântico.

Físicos têm ideias já bem desenvolvidas sobre como era o estado inicial do universo e como pode acabar sendo seu estado final - muito provavelmente um vácuo, o resultado inevitável da contínua expansão.

A equipe está colocando estas ideias junto com seu novo modelo para ver se ele consegue prever assinaturas características da influência do futuro na CMB que possam ser captadas pelo telescópio espacial Planck.

"A cosmologia é um caso ideal para esta abordagem," afirma Bill Unruh, da Universidade da Colúmbia Britânica, no Canadá. "Desde que Aharonov encontrou esses resultados tão estranhos em algumas situações, vale a pena olhar para a cosmologia."

Davies ainda não sabe se essas ideias vão produzir resultados. Mas se o fizerem, seria revolucionário.

"A coisa mais notável sobre Paul," avalia Michael Berry, da Universidade de Bristol, "é que ele tem ideias muito selvagens combinadas com extremo cuidado e sobriedade."

Este pode ser exatamente o caráter necessário para fazer um grande avanço. Pode até ser o destino de Davies, uma mescla de seu futuro e de seu passado.

2011-08-28T14:14:00.000-07:00

Do nano ao super, cheio de energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/08/2011

O pesquisador vislumbra um carro elétrico no qual a bateria estaria distribuída por todo o veículo, incluindo chassi, portas, teto, piso etc. [Imagem: Rice University]

Esta é a promessa feita por Robert Hauge e seus colegas da Universidade Rice, nos Estados Unidos.

Capacitores e supercapacitores

Os pesquisadores criaram um sistema de armazenamento de energia de estado sólido e recarregável, usando supercapacitores feitos à base de nanotubos de carbono.

Os capacitores comuns,que liberam rápidas rajadas de energia, podem ser descarregados e recarregados centenas de milhares de vezes.

Já os capacitores elétricos de dupla camada (EDLCs), mais conhecidos comosupercapacitores, são componentes híbridos que mantêm centenas de vezes mais energia do que um capacitor padrão, como uma bateria, mantendo a capacidade de carga e descarga rápidas.

Mas os supercapacitores até agora dependiam de eletrólitos líquidos ou de tipo gel, que deixam de funcionar em condições muito quentes ou muito frias.

Eletrólito sólido

A equipe do Dr. Hauge desenvolveu um material à base de óxidos que substitui inteiramente o eletrólito líquido.

E eles fizeram isto em nanoescala: a chave para uma elevada capacitância é a área disponível para os elétrons - e poucas estruturas conhecidas disponibilizam tanta área superficial em um espaço tão pequeno quanto os nanotubos de carbono.

Usando uma técnica desenvolvida pela própria equipe para fabricar nanotubos de grandes dimensões, os pesquisadores fizeram os nanotubos de carbono se aglomerarem em grupos com cerca de 15 a 20 nanômetros, com até 50 micrômetros de altura - uma relação altura/largura superior a 500.

Esse carpete de nanotubos é posto sobre um eletrodo de cobre com camadas em escala atômica de ouro e titânio, para ajudar a grudar tudo e manter a estabilidade elétrica.

O conjunto foi coberto com revestimentos muito finos de óxido de alumínio (o dielétrico) e óxido de zinco dopado com alumínio (o contra-eletrodo) por meio de um processo chamado deposição de camada atômica.

Um eletrodo superior de prata completa o circuito.

Carro-bateria

Hauge afirma que esse supercapacitor, nascido em nanoescala, é estável e escalável. Em tese, é possível construir usinas inteiras com eles, acumulando a energia gerada pelos ventos ou pelo Sol e liberando-a quando necessário.

Ele vislumbra um carro elétrico no qual a bateria estaria distribuída por todo o veículo, incluindo chassi, portas, teto, piso etc.

Nova tecnologia de baterias armazenará energia na lataria dos carros

"Todas as soluções de estado sólido para armazenamento de energia poderão ser intimamente integradas nos aparelhos, incluindo telas flexíveis, bio-implantes, muitos tipos de sensores e todos os aparelhos eletrônicos que possam se beneficiar de taxas rápidas de carga e descarga," diz Hauge.

Recentemente, um outro grupo de pesquisadores sugeriu o uso de nanocapacitores eletrostáticos, com o mesmo potencial.

Rápido demais

Antes que qualquer dessas possibilidades ganhe uso prático, contudo, os cientistas terão que lidar com a "mania" dos capacitores de liberarem suas elevadas doses de energia de uma vez só - ao contrário das baterias, que têm menor densidade de energia, mas liberam de forma mais comedida.

Embora isso seja uma característica altamente desejável para sistemas como o KERS, ela não é adequada como única fonte de energia para um veículo elétrico porque o veículo teria altíssima potência, mas ficaria sem carga rápido demais.

Baterias ultra-rápidas poderão ser recarregadas em segundos

Bibliografia:

Three dimensional solid-state supercapacitors from aligned single-walled carbon nanotube array templates
Cary L. Pint, Nolan W. Nicholas, Sheng Xu, Zhengzong Sun, James M. Tour, Howard K. Schmidt, Roy G. Gordon, Robert H. Hauge
Carbon
Vol.: 49, Issue 14, November 2011, Pages 4890-4897
DOI: 10.1016/j.carbon.2011.07.011

Imagine uma tecnologia de armazenamento de energia que permita desde a integração das baterias no próprio chip que irão alimentar, até seu uso em larga escala, formando usinas inteiras.

2011-08-21T16:55:00.000-07:00

Microscópio permite assistir movimento de moléculas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/08/2011

Bioquímica visual

Os cientistas agora já podem assistir as moléculas se movendo no interior de células vivas.

Uma equipe do Laboratório Europeu de Biologia Molecular, na Alemanha, desenvolveu um novo microscópio que consegue filmar processos biológicos a respeito dos quais até agora só se podia teorizar.

Resultado de uma combinação de microscópio óptico e espectroscopia molecular, o novo microscópio consegue registrar a fluorescência de cada molécula e gravar imagens a cada um milissegundo.

A melhor ferramenta na área até agora é o microscópio confocal, que permite a observação de pontos isolados de uma amostra, em momentos igualmente isolados no tempo.

"É de fato uma bioquímica visual," afirma Malte Wachsmuth, coordenador da equipe. "Nós podemos seguir moléculas fluorescentes em toda a célula viva, em 3D, e ver como suas propriedades bioquímicas, como o ritmo de interação e as afinidades de ligação, variam ao longo da célula."

Primeira descoberta

E o novo microscópio estreou em grande estilo: fazendo uma descoberta.

Até agora, a cromatina - a combinação de DNA, RNA e proteínas que formam os cromossomos - tinha sido observada em dois estados "congelados".

O primeiro desses estados é a chamada heterocromatina, densamente aglomerada, com a maior parte de seu DNA inacessível ao mecanismo de leitura de genes da célula. O segundo é a eucromatina, um pacote muito menos apertado, cujos genes podem ser lidos facilmente.

Mas quando usaram o novo microscópio para medir a interação entre a cromatina e uma proteína chamada HP1-α, os cientistas tiveram uma surpresa: um estado intermediário da cromatina, cuja existência era desconhecida.

"Em algumas áreas que se parecem com a eucromatina, a HP1-α se comporta como se estivesse na presença da heterocromatina," afirma Michael Knop, coautor do trabalho. "Isto sugere que a cromatina pode existir em um estado intermediário, que nunca havia sido observado antes em células vivas."

Os cientistas acreditam que a possibilidade de acompanhar o rápido movimento das moléculas vai ajudar em pesquisas desde o papel dos hormônios no câncer até a divisão celular e o desenvolvimento dos tecidos no embrião.

Bibliografia:

Quantitative fluorescence imaging of protein diffusion and interaction in living cells
Jérémie Capoulade, Malte Wachsmuth, Lars Hufnagel, Michael Knop
Nature Biotecnology
07 August 2011
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nbt.1928

2011-08-19T08:27:00.000-07:00

Luz supera velocidade máxima da luz - duas vezes

Com informações da Science - 18/08/2011

Confusões luminosas

Ainda está ecoando no ar os resultados de uma pesquisa recente, mal "traduzida" pela imprensa em geral como uma "prova" da impossibilidade de viagens no tempo.

Para confundir ainda mais as coisas, dois grupos independentes de pesquisadores acabam de demonstrar duas formas diferentes de fazer com que pulsos de luz viajem a uma velocidade superior aos 300.000 km/h estabelecidos pela teoria da relatividade especial de Einstein.

Por incrível que pareça, as conclusões destes novos estudos não contestam aquele trabalho da viagem no tempo e não derrubam a teoria da relatividade, mas podem ter resultados muito práticos, permitindo aumentos reais na velocidade de transmissão de informações por fibras ópticas.

Formas de ver a luz

Superando outros trabalhos que já demonstraram fótons viajando mais rápido do que a luz e partículas superluminais, os físicos agora conseguiram fazer com que "muita luz" pareça viajar mais rápido do que seria permitido.

Nos experimentos, a luz emerge do outro lado material mesmo antes de ter entrado na frente desse material.

Toda a confusão com esses experimentos emerge das muitas formas como a luz pode ser "vista" e interpretada.

Um pulso de luz, por exemplo, pode ser visto como uma espécie de onda de radiação eletromagnética chispando pelo espaço. Assim, se você fizer um gráfico da intensidade desse pulso, ele vai começar em zero, subir suavemente até formar um único pico, e então declinar novamente até zero.

Mas pode-se também imaginar esse pulso como uma coleção de ondas com diversos comprimentos de onda. O que antes era um pico individual de um único pulso de luz, passa a ser o resultado do somatório de uma série de ondas oscilando para baixo e para cima e se sobrepondo umas sobre as outras.

No centro do pulso, as diversas ondas se alinham e se reforçam mutuamente, ao contrário da subida e da descida do pulso, onde as ondas ficam fora de sincronia e acabam se cancelando.

Sanduíche mágico

A equipe das universidades da Califórnia (EUA) e Imperial College London (Grã-Bretanha), autora do primeiro estudo, adotou esse ponto de vista e construiu um material híbrido capaz de reduzir a velocidade de alguns comprimentos de onda da luz mais do que outros.

Isso alterou a forma como as ondas se alinham e deslocou aquele pico - o ponto onde as diversas ondas se reforçam - fazendo o pico saltar adiante a uma velocidade maior do que a velocidade da luz.

O material é um sanduíche contendo uma placa perfurada de cobre posta entre duas camadas de 0,79 milímetro de Teflon. Essas duas camadas mantêm o brilho e a direção das ondas de luz, enquanto o padrão de furos no metal reforça essas ondas.

O resultado foi que o pico do pulso de luz emergiu do outro lado do sanduíche antes de entrar no próprio sanduíche.

Enquanto os experimentos anteriores detectaram menos de 1% dos pulsos de luz quebrando o limite cósmico de velocidade, a interação entre o metal e o teflon permitiu que até 10% da luz chegasse do outro lado 100 picossegundos antes do que o fariam se obedecessem as regras de trânsito cósmicas.

Interpretação da Relatividade

Mas isso não viola a teoria da relatividade porque isto exigiria que as ondas individuais viajassem a uma velocidade superior aos exatos 299.792.458 metros por segundo.

Hoje, os físicos interpretam a relatividade de uma forma ligeiramente mais sutil: eles consideram que a teoria da relatividade estabelece que a informação não pode ser transmitida mais rápido do que a luz.

E é a parte frontal das primeiras ondas que se sobrepõem - e não a posição exata do pico do pulso de luz - que determina a velocidade final na qual a informação pode fluir. É por isto que este experimento não contesta o resultado daquela pesquisa recente que mostrou que o precursor óptico de um fóton não supera a velocidade da luz.

Dois feixes de luz viajando em direções opostas dentro de uma fibra óptica interferem um com o outro, deslocando o pico do pulso de luz. [Imagem: Zhan et al.]

Trombada que acelera

A equipe da Universidade Shanghai Jiao Tong, na China, afirma que pode fazer um pulso de luz superar ainda mais o limite de velocidade estabelecido por Einstein usando fibras ópticas.

O grupo enviou um pulso de luz infravermelha no sentido horário em uma bobina de fibras ópticas e monitoraram esse pulso em dois pontos, um próximo ao ponto onde a luz entra na fibra óptica e outro 10 metros à frente.

Em tese, a luz deveria passar pelo primeiro sensor em um determinado momento 0, e então atingir o segundo sensor 48,6 nanossegundos depois.

Mas então surge o truque: os cientistas dispararam um segundo feixe de luz no sentido anti-horário. Isto modificou o alinhamento das ondas e alterou a velocidade com que os diversos comprimentos de onda viajam através da fibra óptica, causando sobreposições que, como no experimento anterior, deslocaram para frente o pico do pulso de luz.

O resultado foi que a luz chegou ao segundo sensor 211,3 nanossegundos antes do que seria de se esperar.

Velocidade das comunicações ópticas

Mas o mais impressionante ainda está por vir: apesar da informação de fato não viajar mais rápido do que a velocidade da luz, ainda assim estes experimentos podem resultar em ganhos práticos nas telecomunicações por fibras ópticas, tornando-as mais rápidas.

Ou seja, em termos práticos, as informações não vão viajar mais rápido do que a velocidade da luz, mas poderão viajar a uma velocidade maior do que viajam hoje.

Isto acontece porque os receptores de comunicações ópticas reagem aos picos de um pulso de luz, e não à parte frontal do pico - seu "precursor óptico".

Assim, qualquer mecanismo que coloque o pico mais próximo da borda frontal do pulso de luz resultará no ganho de algumas centenas de nanossegundos.

Mande uma ordem de compra para um lote de ações que está à venda em uma bolsa de valores do outro lado do mundo e algumas centenas de nanossegundos podem fazer a diferença entre um bom lucro e perder a oportunidade do negócio.

É por isso que os pesquisadores apostam que suas descobertas, embora "inócuas" para a relatividade e a viagens espaciais, terão uma utilidade prática muito imediata.

Bibliografia:

Negative group delay through subwavelength hole arrays
M. Navarro- Cia, M. Beruete, F. Falcone, M. Sorolla, V. Lomakin
Physical Review B
12 August 2011
Vol.: 84, 075151 (2011)
DOI: 10.1103/PhysRevB.84.075151

Negative group velocity superluminal propagation in optical fibers using stimulated Brillouin scattering
Li Zhan, Liang Zhang, Jinmei Liu, Qishun Shen, Yuxing Xia
9th International Conference on Optical Communications and Networks Proceedings
Vol.: Proceedings p.245-248
DOI: 10.1049/cp.2010.1197

2011-08-15T13:02:00.000-07:00

Raio de partículas virtuais constrói nanoestruturas reais
Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/08/2011
Vários exemplos do controle do feixe de luz e plasma, incluindo a mudança para diferentes direções (a e b) e a passagem por cima de obstáculos (os círculos cinza em c). [Imagem: Optics Letters/Peng Zhang]
Um feixe de partículas virtuais é capaz de manipular partículas reais, construindo estruturas em nanoescala que superam os padrões atuais da eletrônica e da optoeletrônica.
Processadores e chips em geral, mas também células solares, sensores de câmeras digitais e componentes para telecomunicações por fibras ópticas dependem da luz para a sua construção.
O problema é que a miniaturização crescente está superando a capacidade da luz em "escavar" as nanoestruturas que formam esses componentes.
Enquanto a luz visível tem comprimentos de onda na faixa das centenas de nanômetros, os componentes eletrônicos já são medidos na faixa das dezenas de nanômetros. Isto tem exigido truques cada vez mais mirabolantes dos engenheiros.
Feixe híbrido de luz e plasma
Mas uma saída mais definitiva pode estar em partículas virtuais, conhecidas como plásmons de superfície que, se já não fossem estranhas o suficiente por si sós, agora foram dispostas na forma de um feixe curvo.
Desafiando o senso comum e as leis do eletromagnetismo, esse feixe não viaja de forma retilínea, como a luz com que estamos acostumados - ele forma um arco.
"É uma coisa esquisita, com certeza," concorda o Dr. Peng Zhang, da Universidade de Berkeley, nos Estados Unidos. "É por isso que as pessoas ficam tão interessadas nesses tipos de feixes tão interessantes."
Mas a coisa toda parece ainda mais exótica: os cientistas conseguiram pela primeira vez manipular um feixe híbrido de luz e plasma - eles o chamaram de feixe plasmônico de Airy, em homenagem ao astrônomo George Biddell Airy, que estudou o que parecia ser uma trajetória parabólica na luz do arco-íris.
Quando esse feixe híbrido de luz e plasma atinge uma superfície metálica - tipicamente em uma estrutura irregular, conhecida como gradeamento (grating) - ela gera pequenas ondas de elétrons na interface entre o metal e o ar.
Plasmônica: em busca da computação à velocidade da luz

Os cientistas construíram um equipamento óptico controlado por computador que controla em tempo real o feixe de partículas virtuais. [Imagem: Optics Letters/Peng Zhang]
Essas ondas, conhecidas comopolaritons de plásmons de superfície(SPP: surface plasmon polariton), são consideradas quasipartículas, ou partículas virtuais. São elas que formam o padrão em arco.
E, da mesma forma que as ondas do oceano movem objetos que estejam na superfície da água, os polaritons podem ser dirigidos para manipular e criar estruturas ultrafinas na superfície do metal.
Nova nanoferramenta
Os polaritons permitem lidar com objetos com uma dimensão equivalente à metade do comprimento de onda da luz necessária para gerá-los.
Até agora, porém, só se sabia como dirigir os polaritons usando nanoestruturas fixas, uma falta de flexibilidade que vinha limitando seu uso na construção de novos nanocomponentes.
Já o feixe de Airy em arco pode ser guiado em tempo real - e guiar o feixe significa guiar os polaritons que entram em sua composição.
Nasce, portanto, uma nova ferramenta para a criação de sistemas, circuitos e componentes em nanoescala, que dispensa qualquer estrutura-guia para dirigir o feixe de energia que realmente faz o trabalho - até agora era necessário um grande aparato que inclui guias de ondas, lentes, divisores de feixe e refletores.
Usando uma óptica controlada por computador, a equipe desenvolveu uma forma de dirigir e manipular os feixes curvos, dirigindo sua trajetória com precisão para pontos específicos sobre a superfície a ser trabalhada.
Por ser arqueado, o feixe tem a grande vantagem, em relação aos feixes diretos de luz, de superar defeitos e saliências no material.
"A natureza ultrafina dos plásmons de superfície torna-os uma ferramenta promissora para a nanolitografia do futuro e para aplicações em nanoimagem," disse Sheng Wang, outro membro da equipe.
O trabalho foi coordenado pelo Dr. Xiang Zhang, que tem uma longa lista de inovações na área da fotônica e da plasmônica.
Bibliografia:

Plasmonic Airy beams with dynamically controlled trajectories
Peng Zhang, Sheng Wang, Yongmin Liu, Xiaobo Yin, Changgui Lu, Zhigang Chen, Xiang Zhang
Optics Letters
Aug. 15 2011
Vol.: 36, 16, pp. 3191-3193
DOI: 10.1364/OL.36.003191
Virtual que afeta o real

2011-08-13T10:42:00.000-07:00

Antimagneto cria invisibilidade magnética

Com informações da PhysicsWorld - 12/08/2011

Qualquer campo magnético criado dentro da camuflagem - imagine um ímã permanente colocado lá dentro - não "vazaria" para o seu exterior, ou seja, fora da camuflagem seria como se o campo magnético daquele ímã não existisse. [Imagem: Sanchez et al.]

Camuflagem magnética

Pesquisadores espanhóis afirmam ser possível construir um manto da invisibilidade magnético.

Nesse novo tipo de camuflagem, um objeto continuaria tão visível quanto antes, mas seria imune aos campos magnéticos ao seu redor - ou, ao contrário, um campo magnético confinado pela camuflagem magnética não afetaria nada fora da própria camuflagem.

A "invisibilidade" magnética teria inúmeros usos práticos, sobretudo na construção de escudos para evitar a interferência em equipamentos críticos e em processos industriais que exigem ambientes magnéticos específicos.

Antimagneto

Alvaro Sanchez e seus colegas da Universidade Autônoma de Barcelona não chamam seu dispositivo de "camuflagem" ou "escudo", mas sim de antimagneto.

Segundo eles, o antimagneto, que poderia ser "facilmente construído" com metamateriais, teria duas propriedades básicas.

A primeira é que qualquer campo magnético criado dentro da camuflagem - imagine um ímã permanente colocado lá dentro - não "vazaria" para o seu exterior, ou seja, fora da camuflagem seria como se o campo magnético daquele ímã não existisse.

A segunda propriedade é que nem o antimagneto e nem a região coberta por ele seriam detectáveis usando um campo magnético externo.

A receita do antimagneto propõe o uso de camadas repetidas que intercalem metamateriais com resposta isotrópica a um campo magnético e metamateriais como uma resposta anisotrópica.

Receita de antimagneto

Em 2008, John Pendry e seus colegas do Imperial College London propuseram uma camuflagem magnética usando um metamaterial que tivesse uma permeabilidade magnética menor do que um em uma direção, e maior do que um na perpendicular do campo.

Supercondutores têm permeabilidade magnética igual a zero e materiais ferromagnéticos têm permeabilidade maior do que um.

Mas a receita não funcionou conforme o esperado, e a camuflagem só funcionou parcialmente.

A receita espanhola apresenta uma pequena variação, mas que os cientistas afirmam ser crucial para o sucesso.

A primeira camada, a mais interna, continua sendo feita de um material supercondutor, com sua permissividade magnética igual a 0. A camada seguinte será feita de um material ferromagnético isotrópico, com permeabilidade constante.

Segundo os cientistas, esta camada poderá ser fabricada com nanopartículas ferromagnéticas dispersas em um meio não-magnético.

A camada final deverá ser anisotrópica, mas apresentar uma permeabilidade radial constante.

Nessa configuração, o antimagneto será cilíndrico, mas o grupo afirma que ele poderá ser construído em outras geometrias.

Interruptor de campo magnético

O uso de Supercondutores - e suas temperaturas criogênicas - complica um pouco os usos práticos dessa camuflagem magnética, mas os cientistas afirmam que os antimagnetos poderiam ser usados imediatamente em equipamentos de ressonância magnética, que já usam ímãs supercondutores.

Nesse caso, o antimagneto permitiria que pacientes portadores de marca-passos e outros implantes com partes eletroeletrônicas pudessem ter acesso a esses equipamentos e se beneficiar dos exames médicos que eles proporcionam.

Eles afirmam também que a alteração da temperatura de funcionamento do antimagneto, fazendo-a oscilar abaixo e acima da temperatura crítica para a supercondução, permitirá que o magnetismo de uma região seja ligado e desligado conforme a necessidade, abrindo o caminho para outros usos.

Bibliografia:

Antimagnets: Controlling magnetic fields with superconductor-metamaterial hybrids
Alvaro Sanchez, Carles Navau, Jordi Prat, Du-Xing Chen
arXiv
Jul 2011
http://arxiv.org/abs/1107.1647

2011-08-11T18:40:00.000-07:00

Bactéria produz nanofios "quase metálicos"

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/08/2011

Ceticismo

Em 2005, a equipe do Dr.Derek Lovley anunciou a descoberta de uma forma detransmissão bacteriana de eletricidade que poderia revolucionar as células a combustível.

A bactéria forma projeções, minúsculos filamentos que se assemelham aos nanofios artificiais, sendo capaz de capturar os elétrons que o organismo precisa para viver.

A descoberta, contudo, não foi muito bem recebida por seus pares: os tais nanofios bacterianos foram maldosamente chamados de "super tentáculos" e a pesquisa enfrentou um enorme ceticismo.

De fato, é para impressionar: o que a Geobacter sulfurreducens faz com seus nanofios equivale a um mergulhador respirar com um snorkel de 10 quilômetros de comprimento.

Biológico com comportamento metálico

Agora, contudo, a equipe da Universidade de Massachusetts não precisará de um snorkel para respirar aliviada.

Eles finalmente identificaram o mecanismo que permite que a bactéria transfira os elétrons como se fosse um fio.

Caprichosamente, para desespero dos céticos, o achado é ainda mais impressionante: os "tentáculos" da G. sulfurreducens possuem filamentos de proteína que transportam elétrons como se fossem fios metálicos.

"A capacidade dos filamentos de proteína conduzirem elétrons dessa maneira é uma mudança de paradigma na biologia e tem ramificações para o nosso entendimento dos processos microbianos naturais, assim como implicações práticas para a limpeza do meio ambiente e para o desenvolvimento de fontes renováveis de energia," comemora o Dr. Lovley.

Talvez mais do que isso. Fios condutores bacterianos podem representar uma ferramenta de valor inestimável para a nanotecnologia e a bioeletrônica, criando circuitos que façam interfaces com sistemas biológicos e circuitos eletrônicos que dispensem muitos dos nanomateriais tóxicos.

Condução sem saltos

O que os cientistas descobriram agora é que as cadeias de proteínas conduzem os elétrons ao longo do seu comprimento, o que permite que elas sejam tão boas condutoras de eletricidade quanto os polímeros condutores usados pela emergenteeletrônica orgânica.

Até agora se acreditava que a transferência de elétrons nas bactérias se fizesse por meio de outras proteínas, conhecidas como citocromos - os elétrons iriam pulando de citocromo em citocromo.

Os pesquisadores desbancaram essa hipótese eliminando os citocromos do filamento, demonstrando que os elétrons movem-se de forma suave, sem qualquer salto. A geobactéria funciona de fato como um fio metálico biológico.

Na natureza, a geobactéria usa seus nanofios microbianos para transferir elétrons para óxidos ferrosos, materiais naturais semelhantes à ferrugem. Esses óxidos são o oxigênio dessas bactérias.

Transístor biológico

Muitos dos nanomateriais produzidos hoje dependem de metais raros e caros. Os cientistas agora demonstraram que a geobactéria é uma alternativa natural e barata.

Eles demonstraram que é possível ajustar o nível de transmissão elétrica dos nanofios aplicando uma tensão externa - ou seja, em princípio, o biofilme pode funcionar como um transístor biológico.

"Eu vejo os nanofios nesse biofilme como um novo material, apenas com o detalhe de que ele é feito pela natureza," disse o físico Mark Tuominen, que participou da pesquisa.

"É entusiasmante que esse material possa fazer a ponte entre a eletrônica de estado sólido e os sistemas biológicos. Ele é biocompatível de uma forma nunca vista antes," conclui.

Bibliografia:

Tunable metallic-like conductivity in microbial nanowire networks
Nikhil S. Malvankar, Madeline Vargas, Kelly P. Nevin, Ashley E. Franks, Ching Leang, Byoung-Chan Kim, Kengo Inoue, Tünde Mester, Sean F. Covalla, Jessica P. Johnson, Vincent M. Rotello, Mark T. Tuominen, Derek R. Lovley
Nature Nanotechnology
7 August 2011
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2011.119

O Jornal Inovação

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