Lente de contato com vídeo feita em impressora 3D

Por Inovação Tecnológica

Com informações da New Scientist - 28/11/2014

A tela é construída em diversas camadas de polímero, impressas uma de cada vez. [Imagem: Yong Lin Kong et al. - 10.1021/nl5033292]

Tela na lente de contato

Será que alguém preferiria os óculos se pudesse contar com lentes de contato que exibem vídeos e ainda detectam problemas de saúde?

Mais do que isso, lentes de contato que poderiam ser fabricadas usando uma impressora 3D.

A maioria das impressoras 3D atuais trabalha com plástico ou metal para criar objetos simples. Mas Michael McAlpine e seus colegas da Universidade de Princeton, nos Estados Unidos, desenvolveram uma impressora 3D que fabrica uma lente de contato de cinco camadas, incorporando os LEDs para criar uma tela.

A lente de contato é feita com múltiplas camadas de polímero, com os componentes eletrônicos incorporados entre elas: diodos emissores de luz (LEDs) em nanoescala, com a fiação feita com nanopartículas de prata e polímeros orgânicos.

A parte mais complicada, segundo McAlpine, foi selecionar os solventes químicos capazes de depositar adequadamente cada camada, deixando cada uma secar o suficiente para a próxima camada aderir.

Outro desafio foi o fato de que cada pessoa tem globos oculares únicos. Isto exige a fabricação de "lentes-telas" personalizadas, escaneando a lente constantemente durante a fabricação com duas câmeras, para assegurar que a forma final se encaixe precisamente no olho do usuário.

Só no laboratório

McAlpine, que já havia construído uma orelha biônica impressa em 3D capaz de ouvir rádio, afirma que a lente de contato não precisa ter apenas uma tela: os LEDs podem ser substituídos por sensores para detectar marcadores químicos de fadiga nos fluidos do olho, por exemplo.

Levar essas lentes para fora do laboratório, contudo, ainda exigirá um bocado de trabalho: a tensão de funcionamento dos nanoLEDs ainda é muito alta e os pontos quânticos com os quais eles são feitos são de seleneto de cádmio, um material tóxico com riscos para a saúde.

Além disso, há outras versões de lentes de contato biônicas e lentes de contato com telas LCD que, embora não sejam fabricadas em impressoras 3D, não possuem desafios tão drásticos - já existe até mesmo uma lente de contato com visão infravermelha.

De qualquer forma, a equipe conseguiu demonstrar que, dispondo dos componentes mais adequados, é possível fabricar as lentes de contato de forma muito simples e barata.

Bibliografia:

3D Printed Quantum Dot Light-Emitting Diodes

Yong Lin Kong, Ian A. Tamargo, Hyoungsoo Kim, Blake N. Johnson, Maneesh K. Gupta, Tae-Wook Koh, Huai-An Chin, Daniel A. Steingart, Barry P. Rand, Michael C. McAlpine

Nano Letters

Vol.: Article ASAP

DOI: 10.1021/nl5033292

Terra tem "escudo invisível" contra radiação cósmica

Por Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/11/2014

Em busca de uma explicação para o escudo antirradiação, a equipe está centrando as atenções na plasmafera (em roxo), uma nuvem de gás carregado que circunda a Terra. [Imagem: NASA/Goddard]

Radiação cósmica

Cientistas de uma missão da NASA se dizem perplexos com o que acabam de descobrir: um escudo antirradiação em torno da Terra que é uma verdadeira "barreira impenetrável no espaço" - ao menos para partículas cósmicas de alta energia.

Os cinturões de Van Allen, anéis de partículas carregadas mantidos pelo campo magnético da Terra, são conhecidos há décadas. Mais recentemente, as duas sondas gêmeas Van Allen (a missão originalmente se chamava RBSP (Radiation Belt Storm Probes) descobriram um novo cinturão de radiação ao redor da Terra.

Mas o que estas mesmas sondas descobriram agora é diferente.

Embora os cinturões de Van Allen protejam a Terra de grande parte da radiação espacial, os cientistas acreditavam que a radiação mais forte, consistindo de elétrons de energia muito alta, só era barrada aos poucos, conforme as partículas se aproximavam e colidiam com os átomos da atmosfera.

Escudo protetor da Terra

O que os instrumentos das duas sondas revelaram é algo bem diferente: há um verdadeiro "escudo invisível" nas imediações dos cinturões de Van Allen que simplesmente não permite a penetração dos elétrons de alta energia - a radiação mais perigosa não apenas para os satélites de comunicação e para os astronautas em órbita da Terra, mas também para a própria vida na superfície.

"Esta barreira contra elétrons ultrarrápidos é uma característica surpreendente dos anéis. Nós fomos capazes de estudá-la pela primeira vez porque nós nunca havíamos feito uma medição precisa desses elétrons de alta energia," disse Daniel Baker, da Universidade do Colorado, que chamou a nova barreira protetora de "escudo invisível tipo Jornada nas Estrelas".

Os elétrons de alta energia são bruscamente contidos pelo escudo protetor. [Imagem: D. N. Baker et al. - 10.1038/nature13956]

"É quase como se esses elétrons estivessem batendo em uma parede de vidro no espaço. Mais ou menos como os escudos criados por campos de força em Jornada nas Estrelas eram usados para repelir armas alienígenas, estamos vendo um escudo invisível bloqueando esses elétrons. É um fenômeno extremamente intrigante," disse Baker.

Partículas espaciais

Ainda não há uma explicação sobre o que e como se forma essa barreira protetora.

A equipe já descartou a ação do campo magnético terrestre que mantém os anéis antirradiação já conhecidos - os elétrons de alta energia são bloqueados à mesma altitude mesmo em pontos onde o campo magnético da Terra é mais fraco -, bem como as ondas eletromagnéticas das transmissões de dados feitas pelo homem e o formato muito pronunciado dos anéis de radiação, que também foi descoberto pelas sondas Van Allen.

Segundo nota emitida pela NASA sobre a descoberta, a explicação mais provável para a constituição do "escudo invisível" são outras "partículas espaciais" ainda desconhecidas ou não detectadas.

Bibliografia:

An impenetrable barrier to ultrarelativistic electrons in the Van Allen radiation belts

D. N. Baker, A. N. Jaynes, V. C. Hoxie, R. M. Thorne, J. C. Foster, X. Li, J. F. Fennell, J. R. Wygant, S. G. Kanekal, P. J. Erickson, W. Kurth, W. Li, Q. Ma, Q. Schiller, L. Blum, D. M. Malaspina, A. Gerrard, L. J. Lanzerotti

Nature

Vol.: 515, 531-534

DOI: 10.1038/nature13956

Músculo artificial lembra e repete movimentos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/11/2014

Esta é a primeira vez que controle de movimento e memória foram combinados em um material sintético, imitando a memória muscular biológica.[Imagem: Stoyan Smoukov]

Memória de movimento

Pesquisadores da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, desenvolveram músculos artificiais que podem aprender e lembrar movimentos específicos.

Esta é a primeira vez que controle de movimento e memória foram combinados em um material sintético.

O movimento do músculo artificial pode ser manipulado, armazenado, lido, e restaurado de forma independente. Isto significa que o material pode aprender e se lembrar mais tarde de uma variedade de movimentos diferentes.

Isto é comparável à memória muscular biológica. Lembre-se, por exemplo, de quando você aprendia a andar de bicicleta ou quando dava os primeiros acordes em um instrumento musical: depois de dominada a técnica, você desenvolve uma "memória motora" e passa a fazer aquelas ações sem precisar estar consciente delas.

Devido à sua capacidade de mimetizar o movimento dos músculos naturais, os músculos artificiais, feitos de um tipo especial de plástico, poderão ser utilizados em uma ampla gama de aplicações, incluindo a robótica, aplicações aeroespaciais e exoesqueletos biomédicos.

Memória polimérica eletromecânica

Embora já existam músculos artificiais (atuadores) metálicos e poliméricos capazes de se lembrar de seus formatos anteriores - são os chamados materiais com memória de forma -, movimento e memória ainda não haviam sido incorporados no mesmo material.

Os movimentos podem ser repetidos milhares de vezes usando uma baixa tensão, entre 1 e 2 volts. [Imagem: Alexandre Khaldi et al. - 10.1039/C4TC00904E]

O novo material foi batizado por Alexandre Khaldi e seus colegas de "memória polimérica eletromecânica".

Depois de modificar quimicamente tiras finas do plástico flexível - disponível comercialmente e utilizado em baterias e células de combustível - a equipe programou uma variedade de formas em diferentes temperaturas, ensinando o músculo artificial a lembrar o movimento associado com cada forma.

Os movimentos podem ser recuperados mais tarde um por um simplesmente fazendo o material retornar à temperatura usada para programar cada um dos movimentos.

A forma e o movimento são reversíveis: os estados restaurados podem ser repetidos milhares de vezes usando uma baixa tensão, entre 1 e 2 volts.

Estas baixas tensões e a biocompatibilidade dos músculos artificiais poderão viabilizar a criação de dispositivos bioimplantáveis, segundo a equipe.

Bibliografia:

Electro-mechanical actuator with muscle memory
Alexandre Khaldi, James A. Elliott, Stoyan K. Smoukov
Materials Chemistry C
Vol.: 2, 8029-8034
DOI: 10.1039/C4TC00904E

Pneus velhos ganham carga nova como baterias

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/11/2014

O material é adequado para as baterias de veículos elétricos e para baterias estacionárias usadas em fazendas eólicas e solares. [Imagem: ORNL]

Negro de fumo

Pneus reciclados poderão ganhar vida nova como eletrodos nas baterias de íons de lítio que alimentam os veículos elétricos e armazenam a energia produzida por fazendas eólicas e solares.

Modificando as características microestruturais do negro de fumo, uma substância recuperada a partir de pneus descartados, uma equipe chefiada por Parans Paranthaman e Amit Naskar, do Laboratório Nacional Oak Ridge, nos Estados Unidos, está desenvolvendo o que eles garantem ser o melhor anodo para baterias de íons de lítio já feito.

O anodo é o eletrodo negativo, usado como receptor para o armazenamento de lítio durante o carregamento das baterias.

"Usar pneus velhos para o armazenamento de energia é muito atraente não só do ponto de vista da reciclagem dos materiais de carbono, mas também para controlar os riscos ambientais causados por pilhas de resíduos de pneus," disse Paranthaman.

Negro de fumo pirolítico

A técnica usa um pré-tratamento para recuperar o negro de fumo pirolítico, que é semelhante ao grafite, só que sintético. Quando utilizado nos anodos das baterias de lítio, a bateria ganha uma capacidade de recarregamento - retenção de carga e número de ciclos - que é maior do que o que é possível com o uso do grafite natural.

Depois de 100 ciclos, O protótipo de bateria fabricado com o material apresenta 390 miliamperes/hora por grama de anodo de carbono derivado dos pneus, o que excede as melhores propriedades do grafite comercial. Os pesquisadores atribuem isto à microestrutura única do carbono derivado dos pneus reciclados.

Os anodos são um dos componentes principais das baterias, respondendo por algo entre 11 e 15% do seu custo, de acordo com Naskar, que observou ainda que o novo método poderia eliminar uma série de outros obstáculos à melhoria das baterias.

"Esta tecnologia resolve o desafio de criar um material para anodos que é ambientalmente benigno e barato, com uma elevada área superficial, grande capacidade e estabilidade a longo prazo," concluiu Naskar.

O laboratório está negociando parcerias com empresas para a construção de protótipos das baterias em maior escala.

Bibliografia:

Tailored Recovery of Carbons from Waste Tires for Enhanced Performance as Anodes in Lithium-Ion Batteries
Amit K. Naskar, Zhonghe Bi, Yunchao Li, Sam K. Akato, Dipendu Saha, Miaofang Chi, Craig A. Bridges, M. Parans Paranthaman
RSC Advances
Vol.: 4, 38213-38221
DOI: 10.1039/C4RA03888F

Romeu Chap Chap é Eminente Engenheiro do Ano 2014

POR INSTITUTO DE ENGENHARIA

Publicado em 12 de novembro de 2014

Romeu Chap Chap, que presidiu por seis vezes o Secovi-SP e atualmente coordena o Núcleo de Altos Temas do Sindicato, o NAT (que reúne lideranças de diversos segmentos econômicos, sociais e culturais), é o Eminente Engenheiro do Ano 2014 eleito pelo Instituto de Engenharia. 

O título será outorgado no dia 10 de dezembro, durante cerimônia das 19h30 às 21h (seguida de coquetel), na sede do Instituto de Engenharia, na Vila Mariana. 

Na mesma data, haverá a premiação dos trabalhos das Divisões Técnicas 2014. 

Concedido desde 1963, o Instituto de Engenharia atribui o título de “Eminente Engenheiro do Ano” em reconhecimento aos profissionais de destacada atuação no meio e/ou que tenham uma carreira marcada por contínuas contribuições para a elevação e para o aprimoramento da engenharia. 

Clique e veja a galeria das personalidades que já foram contempladas com o título de Eminente Engenheiro do Ano 

Sobre o Eminente Engenheiro do Ano 2014

Engenheiro civil, Romeu Chap Chap, presidiu por seis vezes o Secovi-SP, Sindicato que, desde 1946, representa os condomínios e o setor imobiliário no Estado de São Paulo, e tem como principal bandeira o fortalecimento da indústria imobiliária, a geração de empregos e o combate ao déficit habitacional, notadamente no segmento das famílias de baixa renda. 

Sua atuação institucional está registrada em diversas entidades de classe. Iniciou-se em 1970 no Centro e na Federação do Comércio do Estado de São Paulo (Fecomércio), onde foi diretor até 1978 e acompanhou discussões relativas à questão urbana. 

Chap Chap começou a participar do Secovi-SP em 1970. Em 1981, foi eleito presidente. Cumpriu duas gestões consecutivas (81 a 87). Na seqüência, presidiu o Conselho Consultivo da entidade (1987 a 1993). 

Voltou a liderar a entidade na gestão 2000/2002, sendo reeleito sucessivamente para mais três mandatos (2002/2003, 2003/2005 e 2005/2007). Sua administração se caracterizou por um objetivo muito claro: exercer uma atuação essencialmente política, centrada no corpo a corpo com autoridades governamentais e imprensa, projeto consubstanciado na política “Olho no Olho”, que totalizou centenas de audiências com autoridades governamentais, nos níveis federal, estadual e municipal e inúmeras visitas de personalidades à sede do Sindicato. 

Além disso, ocupou as seguintes funções: presidente da Fiabci/Brasil - Capítulo Brasileiro da Federação Internacional das Profissões Imobiliárias (1988 a 1994); presidente do Comitê da América Latina da Fiabci Mundial (1987 a 1989); presidente mundial da Fiabci para as Américas (1994 a 1995); vice-presidente da Abrasce – Associação Brasileira de Shopping Centers (1992 a 1997). Também foi vice-presidente da CBIC (Câmara Brasileira da Indústria da Construção) até 2014. 

Em 2003, foi nomeado representante da indústria imobiliária no Conselho do Fórum Legislativo de Desenvolvimento Econômico Sustentado do Estado de São Paulo. Também integrou Conselho que, também em âmbito estadual, se dedica à desburocratização. 

Como convidado especial, passou a participar das reuniões do Conselho de Desenvolvimento Econômico e Social (CDES) – então coordenado pelo ministro Tarso Genro –, no qual conseguiu aprovar, pela unanimidade dos conselheiros, moção para que a redução do déficit de mais de sete milhões moradias (80% dele concentrado na baixíssima renda) fosse tratada como prioridade pelo governo federal. 

  

Desde 1980, Chap Chap frequenta os congressos mundiais da Fiabci. Foi dos primeiros brasileiros a proferir palestra no Exterior sobre a potencialidade e as oportunidades do mercado imobiliário nacional, fato que se repete regularmente, também a convite de outras organizações internacionais. 

O conjunto dessas atuações justifica as 16 premiações como “Líder Empresarial”, conferidas pelo extinto Jornal Gazeta Mercantil, entre outros importantes reconhecimentos concedidos por diferentes organismos públicos e privados, os quais o legitimam como uma das mais expressivas personalidades da construção civil e imobiliária do País. 

Atualmente, coordena o Núcleo de Altos Temas do Sindicato, o NAT (que reúne lideranças de diversos segmentos econômicos, sociais e culturais), é diretor conselheiro da Fiabci/Brasil e da ADVB (Associação Brasileira de Dirigentes de Vendas e Marketing do Brasil), dentre outras funções em diferentes entidades. 

Em 2007, por intermédio da editora Campus/Elsevier, lançou o livro “Romeu Chap Chap – uma vida em construção”, no qual faz um relato sobre suas experiências pessoais, profissionais e institucionais. 

Por sua liderança e militância em prol da indústria imobiliária, Romeu Chap Chap é chamado por muitos de “O Senhor Habitação”. 

Controle seus genes com o pensamento

Por Inovação Tecnológica

Com informações do ETHZ - 14/11/2014

O implante optogenético, que reage à luz infravermelha, talvez seja o maior avanço de todo o sistema. [Imagem: Marc Folcher et al. - 10.1038/ncomms6392]

Cura de doenças com o pensamento

A coisa toda soa como a cena de Star Wars, quando o Mestre Yoda instrui o jovem Luke Skywalker a usar a força para retirar o velho X-Wing do pântano.

Marc Folcher e seus colegas do Instituto Federal de Tecnologia da Suíça desenvolveram um método de regulação genética que usa ondas cerebrais específicas para controlar a conversão de genes em proteínas - a chamada expressão genética.

O sistema, controlado por ondas cerebrais humanas, foi testado e funcionou em culturas de células humanas e em camundongos.

"Pela primeira vez conseguimos captar ondas cerebrais humanas, transferi-las sem fios para uma rede de genes e regular a expressão de um gene dependendo do tipo de pensamento. Ser capaz de controlar a expressão genética através do poder do pensamento é um sonho que estamos perseguindo há mais de uma década," disse o professor Martin Fussenegger.

Fussenegger espera que um implante controlado pelo pensamento possa um dia ajudar a combater doenças neurológicas, como síndrome do encarceramento, dores de cabeça crônicas, dores nas costas e epilepsia, através da detecção de ondas cerebrais específicas em um estágio inicial, usando o pensamento para desencadear e controlar a produção de determinados agentes no momento certo e no local certo do corpo.

Produção de proteínas controlada pelo pensamento

O sistema usa um capacete com sensores para captar ondas cerebrais, como em um eletroencefalograma. As ondas cerebrais são analisadas, gravadas e transmitidas sem fio via Bluetooth para um dispositivo que controla um gerador de campo eletromagnético. Esta bobina fornece uma corrente de indução para o dispositivo principal, o implante que foi testado em culturas de células humanas e em camundongos.

A corrente induzida acende uma luz no implante: um LED integrado emite luz na faixa do infravermelho próximo e ilumina uma câmara de cultura contendo células geneticamente modificadas. Quando a luz infravermelha ilumina as células, elas começam a produzir a proteína desejada.

Este diagrama mostra como o implante recebe as ondas cerebrais, interpreta-as e transforma-as em eletricidade para acender o LED e disparar a produção da proteína. [Imagem: Marc Folcher et al. - 10.1038/ncomms6392]

Concentração, meditação e biofeedback

O sistema foi controlado pelos pensamentos de vários voluntários. Durante os testes, os pesquisadores usaram SEAP, uma proteína humana fácil de detectar que se difunde a partir da câmara de cultura do implante na corrente sanguínea do animal de laboratório.

Para regular a quantidade de proteína produzida, os voluntários foram classificados de acordo com três estados mentais: concentração, meditação e biofeedback.

Os voluntários em concentração - eles se concentravam jogando Minecraft - induziram a produção de valores médios de SEAP na corrente sanguínea dos camundongos. Aqueles completamente relaxados - em meditação - induziram valores SEAP muito elevados nos animais de laboratório.

Para o biofeedback, os voluntários observavam o LED do implante no corpo do camundongo e então conseguiam conscientemente ligar e desligar a luz do LED, o que gerou a produção de quantidades variáveis de SEAP na circulação sanguínea dos animais, de acordo com a vontade de cada um.

"Controlar genes dessa forma é algo completamente novo e é único em sua simplicidade," explicou Fussenegger.

Implante optogenético

O implante optogenético, que reage à luz infravermelha, talvez seja o maior avanço de todo o sistema, uma vez que o controle de equipamentos pelas ondas cerebrais tem sido demonstrado em uma variedade de situações, e acender um LED está entre as mais simples delas.

No implante, a luz incide sobre uma proteína geneticamente modificada para se tornar sensível à luz, controlando a produção de SEAP no interior das células dos animais.

A luz na faixa do infravermelho próximo foi usada porque esse comprimento de onda geralmente não é prejudicial às células humanas, pode penetrar profundamente no tecido e permite que o funcionamento do implante seja monitorado visualmente.

Bibliografia:

Mind-controlled transgene expression by a wireless-powered optogenetic designer cell implant.

Marc Folcher, Sabine Oesterle, Katharina Zwicky, Thushara Thekkottil, Julie Heymoz, Muriel Hohmann, Matthias Christen, Marie Daoud El-Baba, Peter Buchmann, Martin Fussenegger

Nature Communications

Vol.: 5, Article number: 5392

DOI: 10.1038/ncomms6392

Descoberta nova conexão entre eletricidade e magnetismo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/11/2014

A magnitude da eletricidade gerada e a dependência de um campo magnético externo permitirão o uso do fenômeno para detectar informações armazenadas magneticamente. [Imagem: Chiara Ciccarelli et al. - 10.1038/nnano.2014.252]

Bombeamento de carga

Uma equipe internacional de pesquisadores descobriu um novo elo entre o magnetismo e a eletricidade que pode ter aplicações em eletrônica.

Eles demonstraram que é possível gerar uma corrente elétrica em um material magnético simplesmente rotacionando sua magnetização.

O fenômeno, chamado "bombeamento de carga", produz uma corrente alternada de alta frequência.

A geração e a modulação de correntes de alta frequência são elementos centrais nos aparelhos de comunicações via rádio, como telefones celulares, redes Wi-Fi, Bluetooth, e também estão sendo incluídas nos radares desenvolvidos para os carros sem motoristas.

O novo comportamento é um espelho da magnetoeletricidade, descoberta em 2010, na qual as propriedades magnéticas de um material podem ser controladas por um campo elétrico externo.

Spintrônica

Segundo a equipe, a magnitude da eletricidade gerada e a dependência de um campo magnético externo permitirão o uso do fenômeno para detectar informações armazenadas magneticamente.

O fenômeno poderá ser útil na transferência e manipulação de dados na spintrônica, uma tecnologia que armazena e processa dados usando o spin de elétrons individuais como bits.

A spintrônica vem sendo explorada no armazenamento de dados desde a descoberta da magnetorresistência gigante, em 1988, premiada com o Nobel de Física em 2007.

Ligação direta entre a eletricidade e o magnetismo

"O fenômeno é um resultado de uma ligação direta entre a eletricidade e o magnetismo," diz o professor Arne Brataas. [Imagem: Cortesia Arne Brataas/Gemini]

Já se sabe há algum tempo que rotacionar a magnetização em um material magnético pode gerar correntes de spin puras em condutores colocados juntos ao magneto - correntes de spin puras são correntes em direções opostas formadas por elétrons com spins para cima e para baixo, respectivamente.

Entretanto, não é possível detectar essas correntes de spin com um voltímetro comum porque elas são canceladas pelo fluxo de carga associado - a corrente comum de cargas elétricas - seguindo na mesma direção.

Por isso é necessário um elemento adicional, como um outro ímã ou uma forte interação spin-órbita, o que gera um efeito Hall de spin.

O que a equipe descobriu agora é que, em uma classe especial de materiais ferromagnéticos, a conversão spin-carga ocorre dentro do mesmo material, eliminando a necessidade do elemento secundário e viabilizando o aproveitamento prático do fenômeno.

Em termos simples, o material ferromagnético funciona como gerador de corrente alternada induzida pela rotação da magnetização - em termos menos simples, o material converte diretamente a corrente de spin em corrente de carga por meio da interação spin-órbita.

"O fenômeno é um resultado de uma ligação direta entre a eletricidade e o magnetismo. Ele abre a possibilidade de técnicas de detecção em nanoescala de informações magnéticas e a geração de correntes alternadas de frequências muito altas," disse Arne Brataas, da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia.

Bibliografia:

Magnonic charge pumping via spin–orbit coupling

Chiara Ciccarelli, Kjetil M. D. Hals, Andrew Irvine, Vit Novak, Yaroslav Tserkovnyak, Hidekazu Kurebayashi, Arne Brataas Andrew Ferguson

Nature Nanotechnology

Published online

DOI: 10.1038/nnano.2014.252

Colheita de energia fica comercialmente viável

Por Inovação Tecnológica - 20/11/2014

O processo de "pulverização catódica reativa magnetrônica" agora deverá ser miniaturizado para viabilizar a fabricação industrial dos nanogeradores.[Imagem: Fraunhofer FEP]

Autogeradores

A colheita de energia é uma das abordagens mais promissoras para alimentar equipamentos eletroeletrônicos à medida que a miniaturização permite que eles consumam quantidades cada vez menores de eletricidade.

A produção local de energia elimina a necessidade de uso e constante substituição de baterias, podendo ser feita através de células solares, de materiais termoelétricos -aproveitando calor residual - ou por materiais piezoelétricos - aproveitando vibrações do ambiente.

Os materiais piezoelétricos têm sido os preferidos na construção dos chamados nanogeradores, que podem ser usados em locais onde existam vibrações, como em equipamentos industriais, motores ou até mesmo no corpo humano, onde a pressão arterial, a respiração ou os batimentos cardíacos estão constantemente criando momento.

O material piezoelétrico preferido tem sido o compósito de chumbo-titânio-zircônio (PZT). O nitreto de alumínio (AlN) é outra opção. Em comparação com o PZT, o AlN possui propriedades mecânicas melhores, é livre de chumbo, é mais estável e biocompatível. Além disso, é fácil integrar camadas de nitreto de alumínio nos processos de fabricação convencionais da microeletrônica, permitindo que o gerador de energia seja fabricado juntamente com o equipamento.

Nem pequeno demais, nem grande demais

Mas havia um dilema: para integrar materiais piezoelétricos em dispositivos cada vez menores, esses materiais também têm que ter as menores dimensões possíveis. Por outro lado, eles precisam de um certo volume a fim de produzir energia suficiente.

Até agora, era impraticável fabricar esses materiais de uma forma que fosse economicamente viável - as taxas de deposição, homogeneidade e áreas de revestimento eram muito pequenas.

O desafio foi vencido por uma equipe do Instituto Fraunhofer de Eletrônica Orgânica (FEP), na Alemanha.

Eles desenvolveram um processo pelo qual é possível precipitar camadas altamente homogêneas do material piezoelétrico em diâmetros de até 20 centímetros com altas taxas de deposição. Assim, o processo é substancialmente mais produtivo e rentável do que os processos anteriores.

Pulverização catódica

O processo de deposição das camadas piezoelétricas foi chamado de "pulverização catódica reativa magnetrônica" (reactive magnetron sputtering).

Neste procedimento físico, os átomos de corpos sólidos são descarregados para a fase gasosa bombardeando o material com íons de gases nobres altamente energéticos. O material em fase gasosa então se deposita sobre a pastilha-alvo na forma de um revestimento, uma camada muito fina.

Usando alumínio-escândio-nitreto, a equipe conseguiu revestimentos que produzem de três a quatro vezes mais energia do que as camadas apenas de AlN.

O objetivo agora é reduzir o tamanho do equipamento e elevar ainda mais a capacidade produtiva, de forma a viabilizar industrialmente a integração dos nanogeradores com os equipamentos eletrônicos que eles devem alimentar.

Homem-lagartixa sobe pela parede

Por Inovação Tecnológica - 19/11/2014

Homem-lagartixa

Ele não é tão ágil quanto o Homem-Aranha, e até poderia ser chamado de Homem-Bicho-Preguiça se não fosse a técnica usada por Elliot Hawkes, da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos.

Hawkes tornou-se o primeiro Homem-Lagartixa porque subir por uma parede utilizando um sistema de adesão inspirado nas cerdas existentes nos pés das lagartixas.

A equipe construiu duas placas circulares de 140 centímetros quadrados revestidas por cerdas artificiais e pendurou em cada uma uma espécie de degrau, onde o pesquisador apoia os pés para subir pela parede.

As duas placas conseguiram sustentar o peso do pesquisador, de 70 kg. Para comparação, o pé de uma lagartixa, com alguns milímetros quadrados, pode sustentar até 2 kg.

Adesivo eletrostático

As cerdas dos pés das lagartixas têm uma adesão tão forte que os cálculos teóricos indicam que os quatro pés do animal poderiam sustentar até 130 kg de peso. O problema é que nem todas as cerdas estão em contato com a superfície ao mesmo tempo, o que reduz sensivelmente o peso suportado.

Mas aplicações mais comportadas, como fixar materiais que não deverão ficar se movendo rapidamente, são bastante promissoras com o adesivo eletrostático, que funciona com base nas forças de Van der Waals.

Outra grande vantagem do adesivo eletrostático é a sua reversibilidade, soltando-se sem deixar marcas, assim como as lagartixas quando caminham pelas paredes ou pelo teto.

Várias equipes ao redor do mundo estão trabalhando na fabricação de adesivos inspirados nos pés das lagartixas, Este mesmo grupo já havia construído um robô que sobe pelas paredes usando a mesma técnica de adesão.

Bibliografia:

Human climbing with efficiently scaled gecko-inspired dry adhesives

Elliot W. Hawkes, Eric V. Eason, David L. Christensen, Mark R. Cutkosky

Interface

Vol.: 12 Issue: 102

DOI: 10.1098/rsif.2014.0675

Computação e população podem enfrentar grandes catástrofes

Por Inovação Tecnológica

Com informações do ICMC - 17/11/2014

O projeto conta com a participação de grandes pólos industriais e organizadores de eventos. [Imagem: Thiago Zanetti e Yasmim Reis - ICMC/USP]

Um grupo de mais de 40 pesquisadores brasileiros, alemães, austríacos e espanhóis está desenvolvendo uma solução inovadora empregando dispositivos móveis, técnicas de aprendizado de máquina e processamento de imagens para auxiliar no enfrentamento de situações de emergência.

A plataforma computacional inteligente, chamada RESCUER, é capaz de aliar informações provenientes da população, via dispositivos móveis, como tablets e smartphones, com dados obtidos da defesa civil e bombeiros, construindo um mapa da situação e possibilitando a tomada de decisões.

A pesquisa também inclui a elaboração de estratégias para instruir a população que está em risco e direcionar corretamente as forças de resgate e combate.

Clique aqui

As informações provenientes da população (crowdsourcing) podem ser captadas em tempo real por meio dos sensores disponíveis nos celulares inteligentes ou por meio de um aplicativo, que está sendo desenvolvido especialmente para ser usado em situações de emergência.

O aplicativo, ainda em desenvolvimento, possibilita ao usuário selecionar uma das quatro opções disponíveis - fogo, explosão, pânico de massa ou outro - e emitir um alerta. Automaticamente, um mapa é exibido indicando a localização. Nesse mesmo mapa, o usuário pode usar uma seta para especificar o local exato onde está acontecendo a emergência.

Depois, é hora de informar a gravidade da situação clicando em ícones. Por exemplo, no caso de um incêndio, pode ser escolhido um extintor (para uma situação menos grave), uma mangueira (situação um pouco mais grave) ou um carro de bombeiros (situação grave).

A seguir, solicita-se ao usuário que informe se há pessoas feridas e descreva o fogo (informando a cor e a direção da fumaça). Por último, há a opção de enviar uma foto ou vídeo.

Multidão de informações

Mas o que acontecerá se dezenas de milhares de pessoas usarem esse aplicativo ao mesmo tempo? Para isso, o grupo de pesquisadores do projeto RESCUER está mesclando conhecimentos de diferentes áreas da ciência da computação: processamento de imagens, aprendizado de máquina e banco de dados.

"Um dos problemas que enfrentaremos é a variação da qualidade do material enviado. Na multidão, teremos pessoas correndo, sendo empurradas, em lugares muito escuros ou muito claros, e até mesmo com o celular de cabeça para baixo enquanto filma", conta o professor José Rodrigues Júnior, do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação da USP em São Carlos.

"A tecnologia disponível para a análise de imagens estáticas já existe, mas quando se fala em vídeos, o desafio é maior", acrescenta Karina Villela do Instituto de Engenharia de Software Experimental (IESE), da Alemanha.

Tempo de resposta

Outro obstáculo a ser enfrentado é o tempo de resposta, pois é preciso avaliar uma grande quantidade de dados o mais rápido possível.

"Ainda não existe uma tecnologia de aprendizado de máquina suficientemente capaz de avaliar as informações com 100% de precisão. A melhor máquina para fazer isso ainda é o ser humano. No entanto, o computador é capaz de selecionar as melhores informações a serem apresentadas e também de aprender com o ser humano, nesse caso, com os especialistas da central de comando", diz José Rodrigues.

Por isso, entre as soluções de análise de dados propostas pela equipe está a atuação da central de comando, que receberá as informações extraídas da multidão. O kit de ferramentas que o RESCUER pretende fornecer à central de comando engloba ainda uma tela com um mapa apresentando de forma simples e em tempo real a situação de emergência.

Estudos na área de visualização de informações estão sendo realizados para verificar qual a melhor maneira de mostrar as ocorrências nessa tela.

A previsão é de que o projeto seja finalizado no primeiro semestre de 2016.

Eletricidade na lataria dos carros tem novo impulso

Por Inovação Tecnológica - 13/11/2014

Os supercapacitores são criados usando grafeno e nanotubos de carbono, formando revestimentos muito fortes. [Imagem: Marco Notarianni et al. - 10.1088/0957-4484/25/43/435405]

"Lateria"

A ideia de armazenar energia na lataria dos carros vem sendo testada na prática em vários protótipos.

A ideia é aumentar a autonomia dos veículos elétricos sem acrescentar peso significativo com o acréscimo de baterias comuns ou armazenar eletricidade para auxiliar o impulso de veículos híbridos.

Pesquisadores australianos apresentaram agora uma inovação na área que é tanto eficiente, quanto compatível com técnicas já utilizadas para fabricar peças para automóveis, incluindo peças de fibras especiais, como as fibras de carbono.

Supercapacitores

A equipe do professor Nunzio Motta desenvolveu supercapacitores planos e muito leves, feitos inteiramente de carbono - supercapacitores são dispositivos que armazenam energia, podendo liberá-la rapidamente, ao contrário das baterias, que liberam a energia gradativamente.

A nova técnica coloca o eletrólito, o material que armazena a energia nos supercapacitores, entre duas camadas de carbono, uma funcionando como eletrodo positivo e outra como eletrodo negativo.

O resultado é um filme fino mas, a exemplo das fibras de carbono, extremamente forte, que pode ser aplicado na forma de revestimento nos materiais convencionalmente usados para fazer os painéis dos carros - portas, capôs, teto, piso etc.

Os primeiros testes mostraram que a lataria recoberta com esses revestimentos pode fornecer eletricidade para impulsionar um veículo híbrido durante vários minutos, o suficiente para o arranque ou para auxiliar a aceleração em momentos de ultrapassagem ou de subidas mais fortes.

"Os veículos precisam de um surto de energia extra para a aceleração, e é aí que os supercapacitores entram. Eles armazenam uma quantidade limitada de carga, mas são capazes de liberá-la muito rapidamente, tornando-se o complemento perfeito para as baterias de armazenamento em massa," disse o professor Motta.

Superando as baterias

O pesquisador acrescenta estar confiante de que é possível levar a tecnologia dos supercapacitores a um nível no qual ela supere as baterias de íons de lítio para aplicações automotivas.

Teoricamente pode-se construir várias camadas de supercapacitores umas sobre as outras, criando chapas que possam também desempenhar uma função estrutural, permitindo assim criar peças inteiras com capacidade de armazenamento de energia.

A tecnologia também é promissora por causa de seu potencial baixo custo, uma vez que não se espera uma queda significativa do preço das baterias de lítio em um futuro próximo.

Bibliografia:

High performance all-carbon thin film supercapacitors

Jinzhang Liu, Francesca Mirri, Marco Notarianni, Matteo Pasquali, Nunzio Motta

Journal of Power Sources

Vol.: 274, 15 January 2015, Pages 823-830

DOI: 10.1016/j.jpowsour.2014.10.104

NASA testa asa de avião que muda de formato

Por Inovação Tecnológica - 10/11/2014

Durante o taxiamento, o novo flap adaptativo é estendido com uma deflexão de 20 graus. Os resultados dos voos de teste mostrarão se o design sem emendas com os materiais leves avançados poderão reduzir o peso estrutural da asa, melhorar a economia de combustível e reduzir os impactos ambientais.[Imagem: NASA/Ken Ulbrich]

Asas metamórficas

A NASA apresentou resultados do seu Projeto Aviação Verde, que pretende desenvolver tecnologias para tornar os aviões do futuro mais silenciosos e mais econômicos em termos de consumo de combustível.

Os resultados envolveram os primeiros testes reais de uma asa cuja superfície pode mudar de forma durante o voo de forma contínua, sem peças separadas - uma asa metamórfica.

Os engenheiros substituíram os flaps de alumínio convencionais por uma montagem avançada que forma uma superfície dobrável sem emendas, chamada ACTE (Adaptive Compliant Trailing Edge, bordo de fuga adaptativo, em tradução livre).

Os ensaios de voo servirão para determinar se as asas metamórficas são realmente uma abordagem viável para melhorar a eficiência aerodinâmica e reduzir o ruído gerado durante pousos e decolagens.

A agência espacial alemã já vem utilizando testes com asas morfológicas que alteram sua parte anterior, os chamados slats. Engenheiros chineses estão trabalhando em uma asa totalmente ativa, mas que ainda não foi testada em voo.

Teste de posições

Durante o voo de estreia da tecnologia, as superfícies flexíveis experimentais foram travadas em uma posição específica.

Configurações diferentes serão empregadas nos voos subsequentes para coletar uma variedade de dados que demonstrem a capacidade das asas flexíveis para suportar um ambiente de voo real. Só então serão realizados testes em que a asa mudará de formato durante as diversas etapas do voo.

"Nós progredimos partindo de uma ideia inovadora, amadurecemos o conceito por meio de vários projetos e testes em túnel de vento, até chegarmos a uma demonstração final que deverá provar à indústria aeroespacial que esta tecnologia está pronta para melhorar drasticamente a eficiência das aeronaves", disse o engenheiro Pete Flick, um dos responsáveis pelos testes.

Uma das vantagens da abordagem utilizada é a possibilidade de sua aplicação nos aviões atuais, que poderão ser modernizados caso a tecnologia se mostre vantajosa e seja aprovada pelas autoridades responsáveis.