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Semáforos inteligentes auto-organizam-se para evitar congestionamentos
O gráfico compara o rendimento do sistema mais moderno disponível hoje (estado da arte) com o novo sistema de adaptação flexível dos semáforos inteligentes.[Imagem: Lammer/Helbing]
Um grupo de engenheiros alemães e suíços criou um sistema de semáforos inteligentes que promete diminuir engarrafamentos e economizar combustível sem limitar a mobilidade dos motoristas.
Segundo Stefan Lämmer, da Universidade de Dresden, na Alemanha, e Dirk Helbing, do Instituto ETH de Zurique, na Suíça, seu sistema de controle de tráfego é realmente “verde” e permitirá que os motoristas parem menos e que as cidades melhorem seu meio ambiente.
Temporização aleatória
Os pesquisadores afirmam que é possível reduzir os congestionamentos alterando radicalmente a forma como os semáforos são controlados.
O paradigma atual estabelece que os semáforos devem alternar ciclicamente entre verde e vermelho de forma regular e absolutamente previsível. “Mas esta ideia é desnecessariamente restritiva,” afirmam os engenheiros.
Semáforos que sigam padrões cíclicos menos ordenados serão muito mais eficientes, segundo eles, reduzindo o tempo das viagens e tornando os congestionamentos muito menos frequentes.
Hoje, os engenheiros de tráfego ajustam a temporização dos semáforos seguindo os padrões do tráfego verificados no passado recentes – nos últimos meses ou nas últimas semanas. Isto implica, por exemplo, que as luzes verdes ficam acesas mais tempo nas vias principais durante os horários de pico.
Contudo, esses ajustes estão sendo feitos cada vez mais espaçadamente porque o recálculo dos tempos dos semáforos de uma cidade média já exige o trabalho de um supercomputador.
Semáforo inteligente
A solução encontrada por Lämmer e Helbing é passar a responsabilidade da temporização para o próprio semáforo.
Apesar de serem semáforos inteligentes, os pesquisadores apontam que a capacidade de processamento exigida para cada um deles é mínima, bastando serem capazes de seguir algumas regras operacionais simples e contarem com mecanismos para ajustar automaticamente seu tempo de funcionamento – além dos sensores para detectar o fluxo de veículos.
Para evitar que uma via receba um tráfego acima de sua capacidade, uma causa primária de congestionamento, os semáforos usam seus sensores para alimentar um sistema de controle de tráfego que é um meio-termo entre um sistema centralizado e um sistema totalmente descentralizado, com os semáforos formando uma rede para tomar decisões para o tráfego em escala regional.
Essa topologia permite que o sistema calcule o fluxo de veículos esperado para cada via nos próximos minutos, alterando automaticamente, e de forma coordenada, a temporização do verde e do vermelho para aliviar a pressão esperada.
“Com um chip simples”, segundo os pesquisadores, pode-se dispensar os sistemas de cálculo central – cada semáforo, recebendo as informações que lhes são afetas, pode decidir sozinho o que fazer.
Auto-organização e caos
Em suas simulações, os pesquisadores verificaram que a regra simples de alterar o tempo entre o verde o vermelho não é suficiente – muitas vezes, as luzes se adaptam demais. Ao permanecer verde por muito tempo quando recebem um aumento de tráfego, os semáforos acabam atrapalhando o trânsito mais à frente.
A solução não é um supercomputador: basta dar a cada semáforo as informações daqueles que lhe são mais próximos, tanto a montante quanto a jusante.
Trabalhando juntos e monitorando as filas de veículos ao longo de segmentos significativos das vias, os semáforos atingem um estágio de auto-organização e de fato minimizam a ocorrência de engarrafamentos.
Apesar da simplicidade tanto do hardware quanto das regras a serem seguidas, o sistema funciona incrivelmente bem. As simulações feitas em computador demonstraram que esse sistema possibilita tanto uma redução no tempo de espera em cada semáforo, como uma redução geral no tempo das viagens.
Uma das maiores surpresas, contudo, é que toda essa melhoria emerge com os verdes e os vermelhos dos semáforos operando de forma aparentemente caótica, sem seguir nenhum padrão regular.
Aproveitando os vazios
A chave do sucesso do sistema de semáforos inteligentes, segundo os pesquisadores, é que o controle não tenta responder às flutuações naturais no fluxo de tráfego impondo um ritmo definido.
Em vez de se concentrar no excesso de veículos em alguns momentos – o item a que mais se presta atenção quando o assunto são engarrafamentos – o novo sistema organizou-se para usar os vazios surgidos aleatoriamente no tráfego.
Essa estratégia permitiu uma redução no tempo de espera nos semáforos entre 10 e 30 por cento, assim como uma variação, embora menos previsível, no tempo total das viagens.
Outro detalhe nada desprezível para os motoristas: os semáforos inteligentes eliminam o irritante problema da espera excessiva nos cruzamentos sem que nenhum carro passe na outra direção porque os semáforos estão ajustados para os momentos de grande tráfego.
Nas vias de menor tráfego, o sistema é capaz de mudar para verde para atender veículos individuais vindos em direções diferentes.
Os primeiros testes do novo sistema serão feitos na cidade de Dresden.
Fonte: Inovação Tecnológica
Pernas robóticas começam a ser testadas por deficientes
Robô para deficientes
O médico japonês Eiichi Saito afirma que o primeiro par de pernas robóticas capaz de fazer pessoas paralisadas da cintura para baixo voltarem a andar deve ficar pronto em dezembro.
A fase de testes do equipamento está sendo concluída. Com ele, deficientes físicos podem andar com as pernas mecânicas, controlando os movimentos por meio de botões.
As pernas têm seis motores: nos tornozelos, nos joelhos e na cintura. Depois que ele é acoplado ao corpo, o usuário pode escolher o tamanho da passada e a velocidade.
Tecnologia automotiva
Saito trabalha na máquina há dez anos. O mais difícil, segundo ele, foi obter o equilíbrio, de forma que a pessoa pudesse andar sem tropeços.
Para resolver o problema, Saito trabalhou com uma empresa de autopeças.
O arquiteto Takanori Kato participa dos testes há três anos. Paralisado da cintura para baixo por causa de um acidente de snowboard, Kato já consegue andar 500 metros.
A expectativa da equipe é começar a alugar o equipamento para hospitais do Japão dentro de um ano.
O protótipo permitirá, inclusive, a realização de movimentos complexos como subir e descer escadas.
Fonte: Inovação Tecnológica
Próteses biônicas serão ligadas ao cérebro com luz
Os cientistas desenvolveram sensores fotônicos que poderão melhorar as conexões entre os nervos e os membros biônicos ao substituir os eletrodos metálicos por luz. [Imagem: DARPA/JHUAPL/HDT Engineering Services]
Imagine um braço ou uma perna biônicos que possam ser plugados diretamente no sistema nervoso humano.
Isso poderá permitir que o cérebro controle o movimento da prótese e que seu portador receba sensações detectados por ela, como o calor de uma chama ou a pressão de um aperto de mão.
Próteses robóticas
Quase todas as atuais interfaces neurais são eletrônicas, usando componentes metálicos que geralmente são rejeitados pelo organismo – para uma alternativa, veja Eletrodos plásticos tornam chips neurais compatíveis com cérebro.
Mas a equipe de Marc Christensen, da Universidade Metodista Meridional de Dallas, nos Estados Unidos, está desbravando o caminho rumo a essas próteses plug & play futuristas.
O grupo desenvolveu sensores fotônicos que poderão melhorar as conexões entre os nervos e os membros biônicos ao substituir os eletrodos metálicos por luz.
As fibras ópticas e os plásticos utilizados nesses sensores fotônicos são menos propensos a gerar respostas imunológicas, que acabam em rejeição. E não sofrem qualquer tipo de corrosão.
Por enquanto os sensores estão em fase de protótipos, e ainda são muito grandes para serem implantados no corpo. Mas a equipe afirma que a miniaturização é um passo natural.
Sensores fotônicos
Os sensores fotônicos são baseados em capas plásticas esféricas que mudam de formato sob a ação de um campo elétrico. As capas são acopladas a fibras ópticas, que transmitem a luz.
A maneira como a luz viaja no interior da esfera é chamado “modo de galeria sussurrante”, um nome inspirado na Catedral de São Paulo, em Londres, onde o som viaja mais longe do que o normal porque as ondas refletem ao longo de uma parede côncava.
O princípio de funcionamento dos sensores fotônicos é que o campo elétrico associado com um impulso nervoso pode afetar o formato da esfera, o que irá mudar a ressonância da luz no interior do dispositivo – ou seja, o nervo efetivamente se torna parte do circuito fotônico.
Em teoria, a alteração na ressonância da luz que passa pela fibra óptica pode informar ao braço robótico que o cérebro está querendo mover um dedo, por exemplo.
Os sinais podem ser transmitidos no sentido inverso disparando um laser infravermelho diretamente sobre o nervo, que pode ser guiado por um refletor instalado na extremidade da fibra óptica.
Cão robótico
Os cientistas planejam testar o primeiro protótipo em um cão ou em um gato nos próximos dois anos. Para isso eles já contam com um financiamento de US$5,6 milhões.
Vários pesquisadores se mostraram entusiasmados com o trabalho. Mas Marc Gasson, da Universidade de Reading, no Reino Unido, afirma que ainda haverá problemas de rejeição.
“Certamente esses materiais são largamente biocompatíveis. Entretanto, eu duvido que você possa descartar totalmente alguma forma de resposta imunológica,” disse Garson, que recentemente afirmou ter infectado a si próprio com um vírus de computador.
Fonte: Inovação Tecnológica
Robô-operário sorri para seus colegas de fábrica
Como está sendo proposto para ser colocado ao lado de trabalhadores humanos, os engenheiros acharam que seria interessante dar expressões faciais ao robô. Se o trabalho estiver indo bem, ele pode sorrir amigavelmente para os colegas.[Imagem: Fraunhofer]
O jeitão antiquado e truculento dos robôs industriais pode estar perto do fim.
Cientistas alemães apresentaram na semana passada o seu Pi4-workerbot, um robô operário do tamanho de um ser humano, dotado de dois braços, três câmeras, sensibilidade nas pontas dos dedos e expressões faciais.
O objetivo é dar uma “delicadeza” aos robôs industriais que os torne mais flexíveis, capazes de montar peças pequenas, feitas de vários materiais, e operar com instrumentos mais sensíveis.
Aluguel de robôs
Imagine por exemplo, o caso simples de rosquear um parafuso em um equipamento. Instalar uma parafusadeira na extremidade do braço de um robô industrial parece algo simples. Mas basta que o parafuso se desloque uma fração de milímetro para não se enroscar perfeitamente.
Um trabalhador humano sente a resistência e pára o trabalho imediatamente, ajeita o parafuso, ou gira-o um pouco para trás e tenta novamente. O robô industrial tentará apertar o parafuso mesmo muito depois que a rosca já estiver irremediavelmente danificada.
A ideia da construção do robô operário é disponibilizar um equipamento que, tendo o mesmo tamanho de um ser humano, possa ser encaixado em qualquer célula de trabalho. E tendo flexibilidade, possa ser adaptado a qualquer tarefa.
A possibilidade de fabricar robôs multitarefa deverá diminuir o seu custo e abrir o campo para o aluguel de robôs industriais, permitindo que as empresas lidem com picos de produção sem pesados investimentos em ativos fixos.
Robô operário
O robô operário é equipado com três câmeras, sendo uma delas um moderno sistema de imagens 3D, que captura todas as imediações da área de trabalho. As outras duas são câmeras normais, usadas para inspeção e aferição.
“Com duas câmeras, ele pode inspecionar um aspecto do trabalho com o olho direito e outro aspecto com seu olho esquerdo. Ele pode medir os objetos ou inspecionar as superfícies ao mesmo tempo,” diz o Dr. Matthias Krinke, responsável por colocar o robô operário no mercado.
“Os braços robóticos convencionais geralmente têm apenas uma junta giratória no ombro; todas as outras juntas são articuladas. Em outras palavras, eles têm seis graus de liberdade, e não sete como um braço humano,” disse Dragoljub Surdilovic, responsável pelo desenvolvimento do robô.
Já o novo robô operário possui um sistema giratório que corresponde ao punho humano, o que permite que ele gire uma peça para analisá-la sob todos os ângulos, inclusive trocando-a de mão.
“Programar o robô para que os dois braços trabalhassem em conjunto – por exemplo, para pegar duas peças e encaixar uma na outra – foi um grande desafio. Isso exigiu a instalação de sistemas de sensores adicionais,” disse Surdilovic.
A agência espacial alemã também enfrentou o mesmo problema ao construir o Justin, um robô espacial, que também usa braços robóticos com sete graus de liberdade.
Robô feliz
E, como está sendo proposto para ser colocado ao lado de trabalhadores humanos, os engenheiros acharam que seria interessante dar expressões faciais ao robô. As expressões são mostradas na forma de imagens em uma tela que faz as vezes de rosto do robô.
Se o trabalho estiver indo bem, ele pode sorrir amigavelmente para os colegas.
“Se ele mostrar uma expressão entediada, então o gerente de produção saberá que o robô operário está esperando serviço e poderá aumentar o ritmo de produção,” afirmam seus projetistas.
Resta saber como ficará a expressão facial dos colegas humanos que estiverem trabalhando ao seu lado.
Fonte: Inovação Tecnológica
IBM anuncia processadores com comunicação por luz
A nova tecnologia CMOS Integrated Silicon Nanophotonics integra componentes elétricos e ópticos na mesma pastilha de silício, permitindo processadores de computador que se comunicam usando pulsos de luz em vez de sinais elétricos. [Imagem: IBM]
A IBM anunciou o desenvolvimento de uma nova tecnologia para a construção de processadores que integra componentes elétricos e ópticos na mesma pastilha de silício.
A tecnologia permite que os chips de computador comuniquem-se usando pulsos de luz em vez de sinais elétricos.
Processamento cerebral
Os novos processadores permitirão que se alcance a faixa dos exaflops – 1018 (1 milhão de trilhões) cálculos de ponto flutuante por segundo – uma velocidade mil vezes maior do que a alcançada pelos supercomputadores mais poderosos da atualidade, que acabam de superar a faixa dos petaflops.
Segundo os pesquisadores da empresa, supercomputadores na faixa dos exaflops terão a mesma capacidade de “processamento” que o cérebro humano.
Fora do âmbito especulativo, o fato é que os novos processadores nanofotônicos poderão ser construídos em pastilhas de silício 10 vezes menores do que os atuais e consumirão muito menos energia ao trocar a eletricidade pela luz, permitindo que eles funcionem em clocks mais elevados.
A nova tecnologia é chamada CMOS Integrated Silicon Nanophotonics, o que significa que os chips que se comunicam por luz poderão ser fabricados usando os processos industriais atuais (CMOS) – os transistores de silício e os componentes nanofotônicos ficam na mesma pastilha.
“Nossa nanofotônica integrada CMOS promete um aumento sem precedentes na funcionalidade e no desempenho dos chips por meio de comunicações ópticas de baixa potência entre bastidores, módulos, processadores ou mesmo dentro de um único chip,” disse o Dr. Yurii Vlasov, responsável pelo desenvolvimento, juntamente com seus colegas William Green e Solomon Assefa.
“O próximo passo nesse avanço é o desenvolvimento da manufatura deste processo em uma fábrica comercial, usando os processos CMOS,” disse ele.
Integração de alta densidade
A densidade de integração alcançada nos chips fotônicos é muito superior a qualquer outro já anunciado em tecnologias similares – um canal transceptor, com todos os circuitos elétricos e ópticos, ocupa 0,5 milímetro quadrado (mm2).
Segundo os pesquisadores, isso permitirá construir chips de 4 x 4 mm2, que poderão receber e transmitir dados na faixa dos terabits por segundo.
O anúncio agora feito é o coroamento de uma série de realizações da empresa no campo da fotônica ao longo dos últimos anos:
- Março/2010 – IBM usa avalanche de luz para trocar dados entre chips
- Março/2008 – Componente permite troca de informações por luz em chip multicore
- Dezembro/2007 – Troca de informações por luz permitirá supercomputadores em um único chip
- Novembro/2005 – Cientistas da IBM “freiam a luz” no interior de um chip
Fonte: Inovação Tecnológica
Biossensor brasileiro inova no diagnóstico de doenças infecciosas
Com o novo sensor, o tempo estimado de diagnóstico da doença será de 10 a 20 minutos. [Imagem: Valtencir Zucolotto]
Um grupo de pesquisadores brasileiros desenvolveu um sensor elétrico simples que pode inovar o diagnóstico da leishmaniose, doença infecciosa causada pelo parasita Leishamania amazonensis, muito comum no Brasil.
Atualmente, em todo o mundo, cerca de 12 milhões de pessoas sofrem desta enfermidade, que causa lesões na pele e pode ser fatal se não for tratada.
Geralmente, o diagnóstico da leishmaniose é difícil, pois além de custar caro e resultar frequentemente em falsos positivos, como a doença de Chagas, a quantidade de anticorpos que o organismo produz para combatê-la é muito baixa.
A ação do sensor desenvolvido pelo grupo de brasileiros é justamente detectar estes anticorpos específicos que agem no combate da infecção.
Biossensor nanotecnológico
O professor Valtencir Zucolotto, do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP, explica como o sensor funciona.
Segundo ele, ao colocar o circuito elétrico em contato com a amostra sanguínea, aplica-se um sinal elétrico sobre este eletrodo.
“Dependendo do sinal de resposta, ou seja, da corrente que se mede no eletrodo, podemos dizer se os antígenos imobilizados no eletrodo reagiram com anticorpos anti-Leishmania. Se reagiram, é porque tinha havia anticorpos na amostra, e se havia anticorpos significa que o paciente estava infectado”, explica.
A simplicidade deste funcionamento também é presente na produção do biossensor: são proteínas antigênicas da Leishmania amazonensis, incorporadas a nanoesferas que são imobilizadas sobre circuitos elétricos. “Com isso, o sistema está pronto para detectar anticorpos de material infectado – sangue, plasma, etc,” conta Zucolotto.
Com o novo sensor, o tempo estimado de diagnóstico da doença será de 10 a 20 minutos.
O custo também será drasticamente reduzido, já que os eletrodos descartáveis devem custar menos de um dólar, e o sistema de medida, que é reutilizável, deve custar algumas centenas de reais. Isso é barato, já que, segundo Zucolotto, os equipamentos convencionais custam cerca de R$ 20 mil.
Nanomedicina
Ainda não há uma previsão exata de quando este método estará disponível para uso dos profissionais da saúde. Os testes foram realizados apenas em ratos, mas os pesquisadores já estão planejando os testes em humanos. “Já estamos começando os testes neste mês,” afirma Zucolotto.
Este trabalho é pioneiro no mundo e coroa os esforços de pesquisadores do Brasil na área de Nanomedicina.
Os sistemas nanoestruturados significam um grande avanço no diagnóstico das chamadas doenças negligenciadas, e podem ser adaptados para várias outras doenças, como a Doença de Chagas, que também pode ser fatal.
Estas adaptações já estão sendo testadas no Laboratório de Nanomedicina e Nanotoxicidade do IFSC. “Essa realização representa as vantagens de se usar a nanotecnologia em Medicina”, finaliza Zucolotto.
Doenças negligenciadas
As doenças negligenciadas são doenças tropicais infecciosas que assolam populações menos favorecidas na América Latina, na Ásia e na África.
Entre estas doenças, estão as conhecidas esquistossomose, elefantíase, hanseníase, leishmaniose e doença de Chagas. Segundo dados da Organização Mundial da Saúde (OMS), essas doenças, juntas, causam quase um milhão de óbitos por ano.
Sendo doenças que se alastram em áreas remotas, sabidamente as mais pobres do mundo, tanto medidas preventivas quanto diagnósticos e tratamentos não são difundidos com facilidade.
É importante, para estas áreas em desenvolvimento, que sejam disponibilizados métodos baratos, rápidos e fáceis de aplicar na detecção e no tratamento destas doenças.
Bibliografia:
Biosensors for Efficient Diagnosis of Leishmaniasis: Innovations in Bioanalytics for a Neglected Disease
Angelo C. Perinoto, Rafael M. Maki, Marcelle C. Colhone, Fabiana R. Santos, Vanessa Migliaccio, Katia R. Daghastanli, Rodrigo G. Stabeli, Pietro Ciancaglini, Fernando V. Paulovich, Maria C. F. de Oliveira, Osvaldo N. Oliveira Jr., Valtencir Zucolotto
Analytical Chemistry
November, 2010
Vol.: Article ASAP
DOI: 10.1021/ac101920t
Fonte: Inovação Tecnológica
Nova tecnologia de baterias armazenará energia na lataria dos carros
O material compósito é feito com uma mistura de fibras de carbono e uma resina polimérica e é capaz de armazenar eletricidade e liberar grandes quantidades de energia mais rapidamente do que as baterias convencionais. [Imagem: Greenhalgh Lab]
Se o estágio tecnológico atual das baterias não é suficiente para fazer deslanchar a indústria dos carros elétricos, talvez a solução esteja em transformar a carroceria dos automóveis em uma gigantesca bateria.
Esta é a proposta de um grupo de engenheiros europeus que está investindo € 3,4 milhões para construir os primeiros protótipos de uma tecnologia que poderá revolucionar a concepção e a fabricação de carros híbridos e elétricos.
Bateria estrutural
Reunidos no Imperial College, de Londres, e apoiados pela fabricante Volvo, os pesquisadores estão desenvolvendo as primeiras amostras de um material capaz de armazenar e liberar energia elétrica e que também é forte e leve o suficiente para ser usado para a fabricação de peças estruturais de automóveis.
Além dos automóveis, os pesquisadores acreditam que seu material inovador, ainda cercado de mistério, mas já patenteado, poderá ser usado na fabricação dos gabinetes da maioria dos equipamentos eletroeletrônicos, como telefones celulares e computadores, que não precisariam mais de uma bateria separada. Isso tornaria esses equipamentos menores, mais leves e mais portáteis.
Pneu de estepe
Na primeira etapa, os cientistas estão usando o novo material compósito para construir o piso do porta-malas do carro, onde é normalmente colocado o pneu de estepe e que hoje é feito de aço.
O local foi escolhido por exigir rigidez do material mas sem comprometer qualquer aspecto de segurança. A Volvo irá usar a peça em carros de testes para avaliação. Somente depois de aprovado o material será usado em outras partes dos carros.
Bateria sem reação química
O material compósito é feito com uma mistura de fibras de carbono e uma resina polimérica e, segundo os pesquisadores, é capaz de armazenar a eletricidade e liberar grandes quantidades de energia muito mais rapidamente do que as baterias convencionais, aproximando-se do rendimento dos supercapacitores.
Além disso, o material não utiliza processos químicos para armazenar a energia, o que o torna mais rápido de recarregar do que as baterias convencionais. A ausência de reações químicas reduz drasticamente a degradação do material pelos constantes ciclos de carga e descarga, o que hoje é o maior responsável pela curta vida útil das baterias.
Carros mais leves
Os carros híbridos atuais possuem um motor de combustão interna, usado principalmente quando o motorista acelera o carro, e um motor elétrico alimentado por baterias, que é acionado quando o carro está em velocidade constante ou de cruzeiro.
O grande número de baterias exigido para dar uma autonomia razoável a esses carros também os torna mais pesados, o que significa que o carro consome mais energia e as baterias precisam ser recarregadas em intervalos menores.
Ao formar também a parte estrutural do carro, o novo material compósito capaz de armazenar energia ajudará a reduzir o peso do veículo. Os pesquisadores calculam que seu uso permitirá uma redução de 15 por cento no peso total do carro, o que deverá melhorar significativamente a autonomia dos futuros carros híbridos.
Celular fino como um cartão de crédito
Na primeira fase do projeto, os cientistas estão planejando aprimorar seu material compósito para aumentar sua densidade de energia, ou seja, sua capacidade de armazenar mais energia.
As propriedades mecânicas do material serão aprimoradas através do crescimento de nanotubos de carbono na superfície das fibras de carbono, o que também aumentará a área superficial do material, com um ganho adicional na sua capacidade de armazenar energia.
“Estamos realmente animados com o potencial desta nova tecnologia. Acreditamos que o carro do futuro poderá extrair energia do seu teto, do capô ou até mesmo das portas, graças ao nosso novo material compósito,” diz o Dr. Emile Greenhalgh, coordenador do projeto.
“As aplicações futuristas para este material não param por aí – você poderá ter um celular tão fino quanto um cartão de crédito, porque ele já não precisará de uma bateria volumosa, ou um laptop que poderá extrair energia de seu próprio gabinete, podendo funcionar por mais tempo sem recarga. Estamos na primeira fase deste projeto e há um longo caminho a percorrer, mas acreditamos que o nosso material compósito é de fato promissor,” conclui Greenhalgh.
Fonte: Inovação Tecnológica
Além do silício: diodo quântico pode criar nova eletrônica
Pesquisadores da Universidade do Estado de Oregon, nos Estados Unidos, construíram um novo componente eletrônico que vinha desafiando a ciência há quase 
50anos.
Douglas Keszler e seus colegas construíram um diodo MIM (metal-isolante-metal), que poderá se tornar a base para uma nova abordagem na construção de circuitos eletrônicos.
“Diodos fabricados até agora com outras técnicas sempre tiveram um rendimento e um desempenho fracos,” explica Keszler. “Esta é uma forma básica de eliminar as atuais limitações de velocidade dos elétrons que têm que se mover através dos materiais.”
Diodo quântico
Os circuitos eletrônicos são feitos com materiais à base de silício, usando transistores que funcionam controlando o fluxo dos elétrons.
Apesar de rápidos e relativamente baratos, esses componentes eletrônicos são limitados pela velocidade com que os elétrons podem mover-se através do silício e de outros materiais que entram em sua composição
Em contrapartida, um diodo MIM pode ser usado para executar algumas das funções dos componentes atuais, mas de uma forma fundamentalmente diferente.
O novo componente se parece com um sanduíche, com uma camada de material isolante no meio de duas camadas de metal.
A grande vantagem é que os elétrons não têm que se mover através dos materiais – eles simplesmente tunelam através do isolante, aparecendo quase que instantaneamente do outro lado.
O tunelamento quântico é um efeito quântico que permite que um elétron – ou outra partícula – atravesse diretamente uma barreira. Isso é possível porque os elétrons apresentam comportamento tanto de partícula quanto de onda.
Metal amorfo
Os cientistas utilizaram um contato metálico amorfo para resolver os problemas que até hoje impediam a realização dos diodos MIM.
Até agora os cientistas vinham usando principalmente o alumínio, que produz uma superfície relativamente rugosa em nanoescala. A equipe de Keszler optou por uma liga metálica (ZrCuAlNi) que produz filmes finos extremamente lisos, que permite o controle muito mais preciso do fluxo de elétrons.
O material isolante é o tradicional óxido de silício (SiO2).
Segundo os pesquisadores, os diodos foram fabricados “a temperaturas relativamente baixas”, usando técnicas que podem ser ampliadas para uso em uma grande variedade de substratos e em pastilhas de grandes dimensões.
Além do silício
“Quando começou o desenvolvimento de materiais mais sofisticados para a fabricação de telas e monitores, [a indústria] sabia que um diodo MIM era tudo o que eles precisavam, mas ninguém havia conseguido fazê-lo funcionar,” diz Keszler.
“Agora nós podemos, e ele poderá ser usado com uma grande gama de metais baratos e largamente disponíveis, como cobre, níquel ou alumínio. Ele é também muito mais simples, mais barato e mais fácil de fabricar,” comemora o pesquisador, que já requereu uma patente para a fabricação do diodo MIM.
“Há muito tempo todo o mundo procura algo que nos possa levar além do silício. Esta poderá ser uma forma de imprimir componentes eletrônicos em escalas gigantescas, a um custo mais baixo do que é feito hoje. E quando esses produtos começarem a emergir, os ganhos na velocidade de operação dos circuitos será enorme,” antevê ele.
Bibliografia:
Advancing MIM Electronics: Amorphous Metal Electrodes
E. William Cowell III, Nasir Alimardani, Christopher C. Knutson, John F. Conley Jr., Douglas A. Keszler, Brady J. Gibbons, John F. Wager
Advanced Materials
Vol.: Early View
DOI: 10.1002/adma.201002678
Fonte: Inovação Tecnologica
Bactérias ganham lógica e são programadas como computadores
Cientistas usaram a engenharia genética para criar linhagens da bactéria E. coli com circuitos moleculares que permitem que elas sejam programadas como se fossem pequenos computadores biológicos.
A técnica permite que as bactérias, interconectadas pelo que os cientistas chamam de “fios químicos”, sejam programadas para se comunicar e para realizar cálculos.
Portas lógicas
As bactérias receberam portas lógicas que funcionam de forma similar às encontradas nos computadores eletrônicos.
Uma porta lógica é um circuito elementar que recebe duas entradas e fornece um resultado que depende da combinação de valores daquelas duas entradas.
“Nós sempre pensamos na computação como o uso de correntes eletrônicas para fazer cálculos, mas qualquer substrato pode funcionar como um computador, incluindo engrenagens, tubulações de água e… células,” explica o Dr. Christopher Voigt, da Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos.
“Aqui nós temos uma colônia de bactérias que está recebendo dois sinais químicos de seus vizinhos e agindo como as portas lógicas que formam a base da computação de silício,” complementa ele.
Biologia programável
O objetivo desse ramo da chamada biologia sintética não é criar “computadores de DNA” para substituir os computadores de silício, mas levar a precisão da computação para as interações biológicas.
“O objetivo de programar células não é fazê-las ultrapassar os computadores eletrônicos,” diz Voigt. “É o inverso, é sermos capaz de acessar tudo o que a biologia pode fazer de uma maneira confiável e programável.”
Isto permitirá que as células sejam programadas com funções específicas para uma variedade de objetivos, incluindo a agricultura e a produção de fármacos, materiais e produtos químicos industriais e biocombustíveis, entre outros – veja Bactérias viram minifábricas de vacinas e biocombustíveis.
Circuitos lógicos biológicos
Os computadores trabalham executando operações lógicas sobre uma enxurrada de 0s e 1s, que é como os processadores entendem as palavras do nosso editor de textos, os números das nossas planilhas ou os dados de uma complicada simulação atmosférica para a previsão do tempo.
A equipe do Dr. Voigt construiu os circuitos biológicos capazes de executar essas mesmas operações lógicas usando genes. A seguir, esses circuitos foram inseridos em cepas da bactéria E. coli.
Em vez de ler 0s e 1s da memória, a porta “bio-lógica” controla a liberação e a detecção de um sinal químico, que permite que as portas sejam conectadas entre as diversas bactérias de forma muito similar à conexão das portas eletrônicas em uma placa de circuito impresso.
Bactérias programáveis
Os pesquisadores agora estão desenvolvendo os algoritmos que permitirão que os engenheiros genéticos programem as bactérias para que elas executem as funções que eles desejem.
Voigt afirma que, no futuro, o objetivo é ser capaz de programar as células usando uma linguagem formal semelhante às linguagens de programação atualmente usadas para escrever programas de computador.
O Dr. Voigt ganhou renome mundial no campo da biologia sintética em 2005, quando usou bactérias geneticamente modificadas para tirar fotografias em alta resolução.
Bibliografia:
Robust multicellular computing using genetically encoded NOR gates and chemical ‘wires’
Alvin Tamsir,, Jeffrey J. Tabor, Christopher A. Voigt
Nature
08 December 2010
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nature09565
Fonte: Inovação Tecnológica
Inventor japonês cria pilha recarregável que funciona com água
Susumu Suzuki, um inventor japonês independente, apresentou uma nova invenção que poderá revolucionar o mercado mundial de pilhas e baterias. Susumu criou uma pilha que funciona à base de água.
Segundo ele, a bateria utiliza “praticamente os mesmos elementos químicos” que as pilhas comuns, de dióxido de manganês. Mas, ao contrário de eletrólitos químicos, a pilh
a funciona com a adição de pouco mais do que uma gota de água.
A capacidade de tensão e carga da pilha é a mesma de uma pilha comum. Com a vantagem de que, quando ele se descarrega, basta acrescentar mais água. Sussumu não declar
ou quantos ciclos de recarga sua nova pilha consegue suportar.
Para comercializar sua pilha a água, o inventor criou uma empresa, a TSC – Total System Conductor. A notícia foi veiculada por meio de um vídeo da agência Reuters.
Fonte: Inovação Tecnológica
Divulgação Científica - Engenharia de IAR 