Como funciona o sistema de pedágio ponto a ponto?

Por Indústria Hoje em: 14, out, 2014

Como funciona o sistema de pedágio ponto a ponto no Brasil e como saber quanto você vai pagar em cada trecho

Você já sabe como funciona o sistema de pedágio ponto a ponto? Esse sistema está em funcionamento nas estradas do estado de São Paulo desde julho de 2014. O sistema eletrônico de arrecadação, também conhecido como Ponto a Ponto, foi inaugurado na rodovia Governador Adhemar Pereira de Barros (SP-340), que liga Campinas a outras cidades do interior paulista.

Esse sistema de pedágio está instalado em diferentes pórticos, distribuídos ao longo da rodovia, para a detecção dos veículos. Assim, quando o motorista chega a um dos pórticos com o sistema, as suas antenas leem os tags instalados dentro do carro. Dessa forma, é possível cobrar do motorista o valor do trecho percorrido, porém, para que se torne possível, ele deve aderir ao sistema.

Na hora em que o motorista chega ao pedágio, ele deve se dirigir à cabine de cobrança automática, para que a antena faça a leitura do sistema e libere automaticamente a cancela. Além de pagar apenas o trecho efetivamente percorrido na via, outra vantagem do sistema é a agilidade que dá ao trânsito, pois o carro não precisa parar no pedágio, apenas reduzir a velocidade.

Inicialmente, a Rodovia SP-340 ganhou apenas um pórtico, no km 147, incluindo também a pista de cobrança automática na praça de pedágio do km 123 em Jaguariúna.

Valores do pedágio ponto a ponto

O pedágio funciona em rádio frequência e os motoristas que aderirem a ele devem adquirir um tag com chip transmissor de ondas de rádio, que não precisa de bateria. Ao comprar o aparelho, o motorista precisa realizar a carga inicial em dinheiro, sendo o valor mínimo de R$ 20,00 para carros de passeio e R$ 40,00 para veículos comerciais.

A cada nova carga, também é cobrada uma taxa de R$ 1,00, independente do valor creditado no aparelho. Embora em um primeiro momento entrar no sistema seja opcional a ideia é que em pouco tempo todos façam uso dele, uma vez que a partir de 2014 os veículos fabricados no país, ainda na fábrica, terão o aparelho instalado.

Quem não quer perder tempo, pode aderir ao sistema se tornando um cliente da Auto Expresso. A partir de então basta solicitar a ativação do tag por meio da central de relacionamento pelo telefone 4003-0377 (capitais e região metropolitana) ou pelo número 0800 880 2010, para as demais localidades.

Outra vantagem é que os motoristas que entrarem para o sistema vão pagar o pedágio com descontos. Ou seja, quem tem carro de passeio, em vez de pagar a tarifa normal de R$ 9,50 na praça de pedágio do km 123, em Jaguariúna, por exemplo, vai desembolsar apenas R$ 4,75.

Com a entrada em operação do pórtico no km 147, em Santo Antônio de Posse, a cobrança teve o mesmo desconto, com valor de R$ 4,75. Já a Rodovia Zeferino Vaz (SP-332), na altura do km 119, no limite entre as cidades de Campinas e Paulínia, recebeu recentemente a cobrança de pedágio por trecho percorrido.

Força eletrostática transforma fitas em garra robótica

Por Inovação Tecnológica - 30/10/2014

Atração eletrostática

Agarrar e levar coisas de um lado para o outro, soltando-as de forma suave e com precisão, é uma das principais tarefas dos robôs industriais.

Para serem mais versáteis, é necessário projetar robôs que consigam agarrar objetos diferentes, dispensando a troca de ferramentas e garras.

Para isto já existem pinças robóticas feitas com pó de café e estão sendo testados tentáculos robóticos feitos com bexigas.

Pesquisadores do Laboratório SRI, nos Estados Unidos, decidiram apostar em uma versão de garra robótica igualmente suave, feita com fitas flexíveis que se amoldam à superfície de objetos de qualquer formato.

O segredo do agarramento é a atração eletrostática, a mesma exemplificada pelos professores de ciências em experimentos com pentes que atraem pedaços de papel ou bexigas que fazem os pêlos dos braços eriçarem.

Eletrodos energizados transferem a eletricidade estática para as fitas, que grudam nos objetos e, pela grande área de contato, permitem que esses objetos sejam erguidos.

Para soltar o objeto - e para evitar o acúmulo de carga ou a atração de pó para as pinças plásticas - o sistema usa uma corrente alternada.

A equipe do Dr. Harsha Prahlad já havia usado a eletroadesão para fazer um robô que sobe em qualquer superfície, mas agora ele pretende comercializar seu mecanismo robótico, o que fará através de sua empresa emergente, a Grabit.

Geólogos estudam uso do Aquífero Guarani para aliviar crise em SP

Postado por: Indústria Hoje em: 27, out, 2014

A análise será apresentada, em aproximadamente um mês, ao comitê criado pelo governo estadual para administrar a crise hídrica no Cantareira.

 SÃO PAULO – Geólogos da Universidade de São Paulo (USP) elaboram um estudo para saber se é possível retirar água do Aquífero Guarani para abastecer a região de Piracicaba, aliviando o sistema Cantareira. A proposta é analisar a viabilidade da construção de 24 poços artesianos no município de Itirapina, região centro-oeste do Estado, onde o aquífero pode ser acessado de forma rasa. As informações são da Agência Brasil.

A análise será apresentada, em aproximadamente um mês, ao comitê criado pelo governo estadual para administrar a crise hídrica no Cantareira. Nesta segunda-feira (27), o sistema chegou a 13% da capacidade de armazenamento, após o início da utilização da segunda cota do volume morto.

O professor Reginaldo Bertolo, do Instituto de Geologia, explica que o estudo inclui a simulação, por meio de um modelo matemático, da extração de 150 mil litros de água por hora. “Queremos avaliar se o aquífero suporta essas vazões em longo prazo”, apontou.

A análise baseia-se em um artigo publicado em 2004 por um grupo da Universidade Estadual Paulista (Unesp). De acordo com o trabalho, a região de Piracicaba fica distante cerca de 60 km em linha reta, o que diminui os custos de um transporte da água direta para a capital. Outra vantagem é que o desnível geográfico entre as regiões de captação e consumo favorece o deslocamento.

Mesmo em fase de pré-viabilidade técnica, Bertolo acredita que essa pode ser uma alternativa interessante para o abastecimento de parte da região que deveria receber água do Cantareira. Ele destaca, no entanto, que é preciso fazer o uso sustentável dessa água para evitar novas crises. “A gente precisa ter a recarga no aquífero para que ele continue dando água”.

“Se a gente tiver em longo prazo a certeza de que a chuva vai continuar caindo e o aquífero recarregado, uma vazão de 1 metro cúbico por segundo é uma vazão segura”, apontou. O Aquífero Guarani é a maior reserva estratégica de água doce da América Latina.

Atualmente, o aquífero abastece a maior parte das cidades do oeste paulista. “Observe que a crise de abastecimento de água está mais crítica nos municípios do centro-leste do Estado”, avaliou. Isso ocorre, segundo Bertolo, porque eles têm maior segurança hídrica com a água oriunda dos aquíferos Bauru e Guarani.

Entre os municípios abastecidos dessa forma, o professor destaca Ribeirão Preto, São José do Rio Preto, Araçatuba, Presidente Prudente, Marília, Bauru, entre outros. Ele explica que a profundidade das águas subterrâneas exige tecnologia complexa de engenharia, similar à utilizada para encontrar petróleo, para cavar os poços profundos.

Invisibilidade esconde antenas para evitar interferências

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/10/2014

O "manto da ilusão" consiste de uma série de padrões geométricos de cobre aplicados sobre um substrato flexível, utilizando métodos convencionais de litografia usados para criar placas de circuito impresso.[Imagem: Zhihao Jiang/Penn State]

Invisibilidade ilusória

Estrelas da ficção há poucos anos, hoje já existem versões de mantos da invisibilidade do tipo "faça você mesmo".

E as coisas podem ser ainda mais simples, de acordo com Zhi Jiang e Douglas Werner, da Universidade da Pensilvânia, nos Estados Unidos, especialistas no campo dos metamateriais aplicados a antenas e em sistemas miniaturizados de controle da luz.

Segundo a dupla, para que uma boa técnica de invisibilidade funcione não é necessário fazer as coisas desaparecem, basta fazer com que elas se pareçam com outras coisas - eletromagneticamente falando.

Eles demonstraram essa possibilidade criando um metamaterial muito fino, que batizaram de "manto da ilusão", que pode ser fabricado na forma de um revestimento para recobrir os objetos que se pretende esconder.

O metamaterial é formado por minúsculas antenas de cobre para captar e manipular as ondas eletromagnéticas.

Isto significa que o novo metamaterial ainda não faz as coisas sumirem ante os olhos, uma vez que ele funciona na faixa das transmissões de rádio. Contudo, isto significa que a tecnologia tem múltiplas aplicações imediatas.

Uma das grandes vantagens é que essa "ilusão de camuflagem" permite esconder antenas e aparelhos eletrônicos sem tirar sua capacidade de se comunicar com o mundo exterior.

Proteção contra interferências eletromagnéticas

Ajustando as antenas, é possível fazer com que um objeto metálico, como uma antena, se comporte como se fosse um isolante, e vice-versa, com um material isolante refletindo as ondas eletromagnéticas como se fosse um objeto metálico.

Nesta primeira versão, cada camuflagem deve ser projetada para cada comprimento de onda, devido à necessária conformação das antenas que formam o metamaterial.

"Nós não tentamos ainda expandir a largura de banda, mas a teoria sugere que isto pode ser possível e provavelmente exigirá múltiplas camadas com diferentes padrões," disse o professor Werner.

Uma das aplicações possíveis da técnica é na proteção contra interferências eletromagnéticas, protegendo equipamentos sensíveis de outras fontes emissoras de radiação eletromagnética nas proximidades.

Em um conjunto de antenas, com as que normalmente se aglomeram no alto dos prédios, a camuflagem poderá evitar que cada antena interfira ou sofra interferência das demais.

Isto não era possível com base nos mantos de invisibilidade feitos até agora com base na óptica transformacional porque o mecanismo de camuflagem bloqueia eletromagneticamente o objeto camuflado do exterior. O novo revestimento permite que o objeto continue funcionando, transmitindo e recebendo dados, mesmo quando camuflado.

Bibliografia:

Quasi-Three-Dimensional Angle-Tolerant Electromagnetic Illusion Using Ultrathin Metasurface Coatings

Zhi Hao Jiang, Douglas H. Werner

Advanced Functional Materials

Vol.: Article first published online

DOI: 10.1002/adfm.201401561

Espelho magnético reflete outras faces da luz

Por Inovação Tecnológica - 27/10/2014

Comparação entre o funcionamento de um espelho magnético (esquerda), com seus ressonadores em formato de cubo, e um espelho comum (direita), destacando as alterações no campo elétrico da luz (mostrado na forma de faixas brancas e vermelhas).[Imagem: S. Liu et al.]

Nanoantenas

Acaba de nascer um novo tipo de espelho - em lugar de uma superfície metálica lisa, ele reflete a luz usando campos magnéticos.

Os campos magnéticos são criados por minúsculas antenas - nanoantenas - criadas na superfície de um material isolante.

A estrutura inteira forma um metamaterial, a mesma classe de materiais artificiais usados nos mantos de invisibilidade.

O espelho magnético permite capturar e dirigir a radiação eletromagnética de uma forma tal que os pesquisadores afirmam ser agora possível criar novas classes de células solares, sensores químicos, lasers e vários outros dispositivos optoeletrônicos.

Espelho magnético

Os espelhos comuns refletem a luz interagindo com o componente elétrico da radiação eletromagnética. Por isto, além de inverter a imagem, eles invertem o campo elétrico da luz.

Embora isto não faça diferença para o olho humano, há um grande impacto na física dos componentes optoeletrônicos, especialmente no ponto de reflexão, onde os campos elétricos do feixe que chega e do feixe que sai se cancelam. Isto impede, por exemplo, o funcionamento de estruturas muito pequenas, que não conseguem interagir com a luz na superfície do material.

Já um espelho magnético reflete a luz interagindo com seu componente magnético, preservando suas propriedades elétricas originais.

"Assim, um espelho magnético produz um campo elétrico muito forte na superfície do espelho, permitindo uma absorção máxima da energia da onda eletromagnética e abrindo o caminho para várias novas aplicações," disse o professor Igal Brener, do Laboratório Nacional Sandia, nos Estados Unidos.

Telúrio

O problema é que não existem materiais naturais que reflitam a luz magneticamente. Campos magnéticos comuns podem refletir partículas carregadas, como elétrons e prótons, mas os fótons, que não têm carga, passam incólumes por eles.

Por isso a equipe teve que construir um metamaterial, um material artificial, formado por "ressonadores dielétricos não-metálicos", estruturas em nanoescala em formato de cubo feitas de telúrio, um elemento que possui uma perda de sinal significativamente menor que a dos metais - os nanocubos funcionam como se fossem átomos artificiais, absorvendo e reemitindo os fótons.

Isto tornou o metamaterial altamente reflexivo no comprimento de onda infravermelho, criando um forte campo elétrico na superfície do espelho.

Agora a equipe pretende testar outros materiais na construção dos ressonadores, na tentativa de criar espelhos magnéticos que funcionem em comprimentos de onda menores, como na luz visível, quando então uma gama ainda maior de aplicações se tornará possível.

Bibliografia:

Optical Magnetic Mirrors without Metals

Sheng Liu, Michael B. Sinclair, Thomas S. Mahony, Young Chul Jun, Salvatore Campione, James Ginn, Daniel A. Bender, Joel R. Wendt, Jon F. Ihlefeld, Paul G. Clem, Jeremy B. Wright, Igal Brener

Optica

Vol.: 1, Issue 4, pp. 250-256

DOI: 10.1364/OPTICA.1.000250

Sistema elétrico pode migrar para corrente contínua?

Por Inovação Tecnológica - 24/10/2014

Os pesquisadores querem ver o ocaso das redes de distribuição de corrente alternada.[Imagem: Cortesia CUNY]

Tesla versus Edison

No final do século XIX, travou-se uma batalha que definiria toda a atual infraestrutura elétrica mundial.

De um lado, Thomas Edison propunha a adoção da corrente contínua (CC); do outro, Nikola Tesla propunha a adoção da corrente alternada (CA).

Tesla venceu. Contudo, apesar de sua genialidade, ele nunca foi bem-sucedido nos negócios, e coube a George Westinghouse, entre outros, transformar suas ideias em projetos práticos e lucros.

Agora, três pesquisadores da Universidade de Pittsburgh, nos Estados Unidos, acreditam que é hora de refazer esse trajeto e lançar um novo projeto, voltado não apenas para a renovação da economia e a geração de lucros, mas também para garantir o bem-estar das populações e gerar menos impacto para o meio ambiente.

Para isso, eles defendem a conversão de toda a rede de distribuição elétrica para corrente contínua - o tipo de energia disponibilizado pelas pilhas e baterias.

Conversão para corrente contínua

"Seu laptop roda com alguns poucos volts de corrente contínua, que precisam ser convertidos de corrente alternada," afirma Gregory Reed, que está propondo a ideia juntamente com seus colegas Bopaya Bidanda e John Camillus.

Mas não são só os computadores: praticamente todos os aparelhos eletrônicos, em casa e no escritório, possuem uma "fonte de alimentação" necessária para receber a corrente alternada da rede elétrica e transformá-la na corrente contínua necessária para alimentar seus circuitos.

"Pouquíssimos itens de hoje exigem corrente alternada trifásica. O uso e o desenvolvimento do mix energético de hoje torna a transição para a corrente contínua mais sensata e viável para a disponibilização de energia no futuro," acrescenta Reed.

Para isso, ele e seus colegas estão trabalhando em sistemas de corrente contínua de alta tensão, e planejam testá-los em microrredes de distribuição de alcance residencial e industrial. Os testes iniciais serão feitos em condomínios nos EUA e na Índia.

Corrente contínua é verde

"A corrente contínua é verde. A corrente contínua beneficia o meio ambiente. A geração local de energia renovável é naturalmente CC, não CA." [Imagem: Cortesia UC3M]

O trio defende o potencial de uma rede de distribuição de corrente contínua para melhorar o nível de vida das populações mais pobres, afirmando que essa tecnologia permite combinar melhor o crescimento econômico com os benefícios sociais.

Isto porque, como a maior parte do nosso consumo é de corrente contínua, é muito mais fácil e barato desenvolver sistemas de armazenamento de energia fora da rede, em nível local, para beneficiar pequenas comunidades e romper com a tradição das grandes usinas.

Por exemplo, painéis de energia solar podem armazenar parte da energia em baterias e fornecê-las diretamente às casas, sobretudo em comunidades de baixa renda.

Segundo Bopaya Bidanda, isto pode "realmente mudar a vida de uma aldeia. Pode ser transformador. E mesmo olhando para a transmissão de longa distância, ela está começando a se tornar uma alternativa mais atraente do que a corrente alternada."

"A corrente contínua é verde. A corrente contínua beneficia o meio ambiente. A geração local de energia renovável é naturalmente CC, não CA. E a iluminação e os motores CC são muito mais eficientes. Há um enorme potencial para as empresas que se aproveitarem das economias e incentivos governamentais oferecidos pela CC," acrescentou John Camillus.

Os três pesquisadores planejam demonstrar suas ideias na prática instalando uma microrrede autossuficiente, contando com painéis solares, turbinas eólicas de pequeno porte, células a combustível e geradores a gás.

"Nós não estamos necessariamente dizendo que Edison estava certo. Ele não estava no seu tempo. Mas ele estaria hoje," conclui Reed.

Calor desobedece teorias em escala nano

Por Inovação Tecnológica - 24/10/2014

Da microescala para baixo, o transporte do calor é feito balisticamente, e não por difusão.[Imagem: Richard Wilson/University of Illinois]

Que as coisas ficam diferentes quando nos aproximamos da escala atômica não é novidade para ninguém que já tenha ouvido falar em mecânica quântica.

Mas parece que até o bem-comportado calor assume outros ares em escalas menores.

Transporte balístico do calor

Richard Wilson e David Cahill, da Universidade de Illinois, nos Estados Unidos, descobriram que o calor não se dissipa em nanoescala como acontece em macroescala, e que as teorias tradicionais não conseguem explicar o que está acontecendo.

Os testes mostraram que a difusão do calor muda quando as dimensões do elemento a partir do qual o calor se dissipa têm um micrômetro (0,001 milímetro) ou menos.

Os experimentos com cristais semicondutores mostraram que, em escala submicrométrica, o calor não se espalha por difusão, mas balisticamente, de forma similar a partículas como fótons e elétrons.

Em outras palavras, as ondas vibracionais - os fônons - que viajam paralelamente à superfície do material não ajudam a esfriar as regiões quentes porque elas atravessam essas regiões sem interagir com elas.

"As interfaces entre os materiais complicam ainda mais o problema da transferência de calor ao adicionar resistências termais adicionais," acrescenta Wilson.

A descoberta, que agora exigirá a elaboração de novas teorias para compreensão precisa do fenômeno, tem impacto direto na microeletrônica, onde o calor é um problema crescente conforme os componentes se tornam menores.

Teoria de Fourier

"Descobrimos diferenças fundamentais na forma como o calor é transportado através de distâncias curtas ou longas. A teoria de Fourier, que assume que o calor é transportado por difusão, prevê que um cristal cúbico como o silício vai conduzir o calor igualmente bem em todas as direções. Demonstramos que em escalas muito curtas o calor não se dissipa igualmente bem em todas as direções," resume Wilson.

"Conforme o material se reduz, as leis que governam a transferência de calor também mudam," completa o professor David Cahill. "Nosso entendimento atual do transporte termal em nanoescala não tem as nuances suficientes para predizer quantitativamente quando a teoria padrão não irá funcionar."

Isto significa que, quando projetam componentes em nanoescala, os engenheiros não estão prevendo adequadamente como o calor irá se dissipar no interior dos processadores e demais circuitos integrados.

Bibliografia:

Anisotropic failure of Fourier theory in time-domain thermoreflectance experiments

R. B. Wilson, David G. Cahill

Nature Communications

Vol.: 5, Article number: 5075

DOI: 10.1038/ncomms6075

Texto e imagem extraídos do site Inovação Tecnológica

Os 10 melhores países para energias renováveis; Brasil é 9º

POR EXAME.COM
Publicado em 23 de outubro de 2014

Painéis de energia solar: fonte ganha espaço no planejamento energético do país

Com ambições de expandir a participação da energia solar em sua matriz energética, o Brasil tornou-se o 9º país mais atraente para receber investimentos em fontes renováveis, segundo estudo da EY. 

Atualizado trimestralmente, o Renewable Energy Country Attractiveness Index (RECAI) avalia as barreiras e oportunidades para os investidores externos acessarem o mercado de fontes limpas em 40 países. 

O Brasil está às vésperas de realizar seu primeiro leilão exclusivo para a fonte solar. Isso significa que ela não vai concorrer com outras fontes mais baratas, como a energia eólica, o que promete dar um gás na expansão dos projetos de usinas e atrair fabricantes a se instalarem por aqui. 

Participam do leilão de reserva, previsto para o dia 31, cerca de 400 projetos que somam 10,8 gigawatts (GW) de capacidade. A expectativa do governo é contratar 3,5GW entre 2014 e 2018, ante meros 11 megawatts (MW) de capacidade instalada atualmente. 

Segundo os analistas da EY, os recentes anúncios de que o Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES) vai oferecer financiamento mais barato para projetos de energia solar que busquem equipamentos produzidos localmente também reforça a ambição do país para criar uma forte cadeia produtiva interna para essa fonte. 

Veja a seguir o desempenho das nações que ocupam os 10 primeiros lugares e o desempenho por fontes de energia, segundo a última edição do RECAI.

1. China

Pontuação total 75,2 

Ranking geral 1º 

Eólica em terra 1º 

Eólica em mar 2º 

Solar fotovoltaica (PV) 1º 

Solar concentrada (CSP) 4º 

Biomassa 1º 

2. Estados Unidos 

Pontuação total 73,8 

Ranking geral 2º 

Eólica em terra 2º 

Eólica em mar 3º 

Solar fotovoltaica (PV) 2º 

Solar concentrada (CSP) 1º 

Biomassa 3º 

Geotérmica 1º 

Hidrelétrica 3º 

Marinha 9º

3. Alemanha

Pontuação total 67,0 

Ranking geral 3º 

Eólica em terra 3º 

Eólica em mar 4º 

Solar fotovoltaica (PV) 5º 

Solar concentrada (CSP) 26º 

Biomassa 8º 

Geotérmica 9º 

Hidrelétrica 10º 

Marinha 27º

Geotérmica 12º 

Hidrelétrica 1º 

Marinha 19º 

4. Japão 

Pontuação total 64,4 

Ranking geral 4º 

Eólica em terra 10º 

Eólica em mar 9º 

Solar fotovoltaica (PV) 3º 

Solar concentrada (CSP) 27º 

Biomassa 2º 

Geotérmica 3º 

Hidrelétrica 4º 

Marinha 12º

5. Canadá 

 Pontuação total 60,3 

Ranking geral 5º 

Eólica em terra 4º 

Eólica em mar 11º 

Solar fotovoltaica (PV) 7º 

Solar concentrada (CSP) 24º 

Biomassa 12º 

Geotérmica 19º 

Hidrelétrica 5º 

Marinha 4º

6. Índia 

Pontuação total 60,2 

Ranking geral 6º 

Eólica em terra 8º 

Eólica em mar 19º 

Solar fotovoltaica (PV) 4º 

Solar concentrada (CSP) 3º 

Biomassa 15º 

Geotérmica 13º 

Hidrelétrica 7º 

Marinha 11º

7. Reino Unido 

Pontuação total 59,2 

Ranking geral 7º 

Eólica em terra 7º 

Eólica em mar 1º 

Solar fotovoltaica (PV) 11º 

Solar concentrada (CSP) 27º 

Biomassa 5º 

Geotérmica 18º 

Hidrelétrica 26º 

Marinha 1º

8. França

Pontuação total 58,5 

Ranking geral 8º 

Eólica em terra 12º 

Eólica em mar 8º 

Solar fotovoltaica (PV) 8º 

Solar concentrada (CSP) 17º 

Biomassa 10º 

Geotérmica 15º 

Hidrelétrica 16º 

Marinha 5º

9. Brasil

Pontuação total 57,0 

Ranking geral 9º 

Eólica em terra 6º 

Eólica em mar 26º 

Solar fotovoltaica (PV) 14º 

Solar concentrada (CSP) 9º 

Biomassa 4º 

Geotérmica 32º 

Hidrelétrica 2º 

Marinha 24º

10. Austrália

Pontuação total 56,7 

Ranking geral 10º 

Eólica em terra 16º 

Eólica em mar 17º 

Solar fotovoltaica (PV) 6º 

Solar concentrada (CSP) 6º 

Biomassa 22º 

Geotérmica 11º 

Hidrelétrica 18º 

Marinha 10º

Texto e imagens extraídos do site Exame.com.

Estudos de efeitos optomecânicos podem revolucionar telecomunicação

22 de outubro de 2014

Por Karina Toledo, de Munique

 

Pesquisadores da Unicamp realizam experimentos com microcavidades ópticas para tentar manipular efeitos físicos não lineares. Resultados foram apresentados durante a FAPESP Week Munich (gráfico representativo de uma microcavidade óptica/imagem: Thiago Alegre)

Agência FAPESP – No campo das telecomunicações por fibra óptica, um dos fatores que limitam a quantidade de informações possíveis de serem transmitidas por um determinado canal é um efeito físico não linear conhecido como espalhamento Brillouin.

O fenômeno ocorre à medida que se aumenta a potência luminosa. O campo elétrico da luz incidente cria uma espécie de onda acústica que se propaga no material e espalha a luz. Esse efeito é especialmente danoso em links de comunicação de longa distância (aproximadamente 20 quilômetros), onde alguns miliwatts (mW) de potência são suficientes para que os fótons comecem a retornar à fonte emissora em vez de seguirem até o receptor.

Por meio de experimentos realizados com apoio da FAPESP no Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW), da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), um grupo formado pelos pesquisadores Thiago Alegre e Gustavo Wiederhecker tenta compreender como exatamente ocorre esse e outros efeitos optomecânicos, resultantes da interação da luz com movimentos mecânicos, em microcavidades ópticas com o objetivo de, no futuro, conseguir manipulá-los.

O tema foi abordado por Alegre na quinta-feira (16/10), na Alemanha, durante a programação da FAPESP Week Munich.

“Entre as implicações práticas dos sistemas optomecânicos estão a criação de diminutos dispositivos como moduladores de luz, chaves, memórias ópticas e lasers Brillouin, que podem ser usados em sistemas de telecomunicação de forma integrada. Seria uma revolução comparável à que ocorreu na eletrônica ao longo das últimas décadas. Com a redução dos transistores, que são os dispositivos básicos, foi possível aumentar e agregar funcionalidades em um mesmo chip”, afirmou Alegre em entrevista à Agência FAPESP.

O grupo da Unicamp, que também conta com o pesquisador Newton Frateschi, tem se dedicado a estudar esses efeitos optomecânicos, como o espalhamento Brillouin, em microcavidades feitas com discos de silício de aproximadamente 10 mícrons (μ) de diâmetro – o equivalente a um décimo da espessura de um fio de cabelo. Os discos são suportados por um pedestal de apenas 1 μ de diâmetro.

“Nós desenhamos e fabricamos cavidades ópticas nas quais fosse possível observar o espalhamento Brillouin para frequências entre 10 e 20 gigahertz, valores próximos da frequência de modulação em sistemas de telecomunicação. As cavidades ópticas se assemelham a um frisbee. Nós acoplamos a luz nesse sistema com a ajuda de uma fibra óptica de aproximadamente 2 µm de diâmetro e, graças à reflexão que a luz sofre na borda, ela dá centenas de voltas no disco durante alguns nanossegundos até se dissipar. Isso cria os chamados modos de galeria de sussurros (whispering gallery mode). Graças a esse efeito, a luz fica um tempo muito maior na cavidade, interage mais vezes com a matéria e os efeitos optomecânicos são aumentados”, contou o pesquisador.

Na avaliação de Alegre, o espalhamento Brillouin é um efeito optomecânico particularmente interessante porque permite gerar cópias do laser e mudar sua cor. "Você incide a luz em uma determinada frequência e ela é espalhada em uma frequência adjacente (uma cor próxima no espectro luminoso). É possível mudar a cor do laser com uma cavidade passiva e transparente, apenas pela interação do movimento mecânico com a luz”, contou Alegre.

Ao colocar uma cavidade ao lado da outra, explicou o pesquisador, é possível intensificar ou diminuir o efeito de espalhamento. Isso acontece porque a luz incidente e a luz espalhada estarão ambas em modos de galeria de sussurros, aumentando ainda mais o seu tempo de permanência no sistema e, portanto, a interação optomecânica.

O objetivo final, acrescentou o pesquisador, é poder escolher a priori qual será a frequência em que ocorrerá o espalhamento. “Em fibras ópticas esta frequência é praticamente fixa e depende apenas do material (vidro, no caso da fibra óptica). A ideia é que, tendo como base o design da cavidade, já se saiba ou se possa determinar qual será a frequência resultante”, explicou Alegre.

Aplicações

A telecomunicação óptica é feita atualmente por um sistema conhecido como multiplexação por divisão de comprimento de onda (do inglês Wavelength-division Multiplex, ou WDM). O protocolo permite que em uma rede se utilizem sinais ópticos com diferentes frequências, diretamente relacionadas com o comprimento de onda, no mesmo canal físico.

"Quando simultaneamente ocorrem nesses sistemas diferentes conversas, ou troca de informação, cada uma é transmitida em uma frequência (cor) distinta. Mas há momentos em que as centrais de telecomunicações precisam trocar a frequência de uma das conversas porque, em um determinado pedaço do canal físico, aquela frequência já está ocupada”, afirmou Alegre.

Para fazer a troca da frequência atualmente, é preciso transformar o pulso óptico em informação elétrica e gerar novamente um pulso óptico em outra frequência. Os efeitos optomecânicos, como o espalhamento Brillouin, se bem controlados, permitiriam tornar esse sistema totalmente óptico. Dessa forma, seria possível reduzir o tamanho e o consumo dos roteadores e de dispositivos que fazem a troca de comprimento de onda.

O controle do espalhamento Brillouin, segundo o pesquisador, possibilitaria também avanços importantes sob o ponto de vista da física fundamental.

Poderia ser usado, por exemplo, para resfriar modos mecânicos (o que não tem a ver com temperatura e sim com a redução da vibração de determinados movimentos mecânicos de um objeto) até o seu estado de mais baixa energia possível – a chamada energia de ponto zero –, no qual eles se comportam de acordo com as leis da mecânica quântica.

“Isso permitiria estudar o que acontece com o movimento mecânico quando você resfria até perto de zero grau na escala Kelvin. Nessa situação as cavidades praticamente param de vibrar e se comportam como um sistema quântico. Isso traz novos efeitos, que vão além do que vemos na física clássica”, afirmou o pesquisador.

No mesmo painel dedicado à Nanotecnologia e Fotônica, o pesquisador Sven Höfling, da Escola de Física e Astronomia da University of St. Andrews, no Reino Unido, apresentou dados de um estudo para desenvolver um novo tipo de laser formado por éxcitons (estado da matéria no qual uma partícula positiva e negativa se combinam). 

Texto e imagens extraídos do site Agência FAPESP.