Vírus vira operário da nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica

Imagem por microscópio eletrônico do trabalho de um grupo de vírus (esquerda) e uma ilustração gráfica da mesma formação (direita). [Imagem: Haberer Lab/UC Riverside]

Vírus fabricante de nanopartículas

Um vírus pode ser o operário ideal da nanotecnologia. E não é um operário qualquer - está mais para um vírus ourives, um artesão que fabrica fios e gotas de ouro.

As nanopartículas de ouro estão entre os materiais mais utilizados pela nanotecnologia e pela biotecnologia devido às suas propriedades elétricas, fotônicas, catalíticas etc, sem contar sua resistência à corrosão e sua biocompatibilidade.

E não se preocupe com o preço: a quantidade de ouro nas nanopartículas é tão pequena que o processo produtivo é muito mais caro do que o material utilizado.

O problema é que não é fácil fabricar nanopartículas de forma consistente - sempre com o mesmo diâmetro ou com formatos precisos, por exemplo.

Por isso, Tam Triet Ngo-Duc, da Universidade da Califórnia em Riverside, resolveu encontrar um operário que pudesse manipulá-las em igualdade de dimensões - um vírus.

Vírus operário

O "treinamento" do nano-operário consistiu em modificações genéticas que tornaram o vírus bacteriófago M13 interessado em capturar átomos de ouro e organizá-los em esferoides, cada um deles medindo poucos nanômetros de diâmetro.

Os resultados foram tão bons - a qualidade e a consistência das nanopartículas de ouro produzidas - que a equipe já fala em usar o mecanismo para fabricar componentes eletrônicos.

"A natureza vem montando nanoestruturas complexas e altamente organizadas há milênios, com precisão e especificidade muito superiores às abordagens tecnológicas mais avançadas. Ao entender e tirar proveito desses recursos, essa extraordinária precisão em nanoescala pode ser usada para adaptar e construir materiais altamente avançados com desempenho anteriormente inatingível," disse a professora Elaine Haberer, coordenadora da equipe.

Braços dos vírus

Os "braços" desses vírus artesãos são seus receptores, moléculas em sua superfície que apresentam afinidade com outras moléculas, permitindo que o vírus ligue-se a um hospedeiro grudando em moléculas compatíveis em suas células - nesse caso às bactérias que ele caça.

Modificando geneticamente os receptores para torná-los afeitos aos íons de metais usados na eletrônica, a equipe define quais íons eles desejam que "grudem" no vírus, que acabam por envolvê-lo e criar um objeto do mesmo tamanho e forma que o vírus.

A vantagem do bacteriófago M13 é que, no processo de infecção, ele se transforma em um esferoide quando em contato com água e clorofórmio, permitindo criar estruturas com formato muito preciso - outros vírus são mais "maleáveis" e não muito afeitos a assumir formatos específicos.

"A novidade do nosso trabalho está na otimização e demonstração de um molde viral que supera as restrições geométricas associadas à maioria dos outros vírus," disse Haberer. "Usamos um processo de conversão simples para fazer o vírus M13 sintetizar nanocélulas esféricas inorgânicas com dezenas de nanômetros de diâmetro, além de nanofios com quase 1 micrômetro de comprimento".

A técnica deverá ser usada para produzir nanoestruturas usadas em eletrodos de bateria, supercapacitores, sensores, ferramentas biomédicas, materiais fotocatalíticos e fotovoltaicos.

Bibliografia:

M13 bacteriophage spheroids as scaffolds for directed synthesis of spiky gold nanostructures
Tam-Triet Ngo-Duc, Joshua M. Plank, Gongde Chen, Reed E. S. Harrison, Dimitrios Morikis, Haizhou Liu, Elaine D. Haberer
Nanoscale
Vol.: 10, 13055-13063
DOI: 10.1039/C8NR03229G

Superlubrificante reproduz-se continuamente para evitar o atrito

Redação do Site Inovação Tecnológica 

a-d: Instantâneos atômicos das simulações em momentos selecionados durante a amorfização induzida por enxofre (S-) das nanopartículas de diamante.
e-h: Instantâneos atômicos durante a formação das estruturas de carbono semelhantes a cebolas.[Imagem: Badri Narayanan and Subramanian Sankaranarayanan/ANL]

Superlubricidade

Em 2015, uma equipe do Laboratório Nacional Argonne, nos EUA, criou um material lubrificante com um atrito próximo de zero.

Eles se aproximaram da chamada "superlubricidade" - uma fricção quase zero - em escala macro usando uma mistura de grafeno e cristais microscópicos de diamante industrial.

Agora, ao substituir o grafeno por molibdenita em seu material lubrificante, a equipe percebeu que esse dissulfeto de molibdênio causa uma reação que transforma os nanodiamantes em uma estrutura parecida com a de uma cebola.

O resultado não poderia ser melhor para o efeito lubrificante porque as camadas tipo cebola escorregam umas sobre as outras, aumentando ainda mais a superlubricidade.

A molibdenita tem estado à frente do grafeno nas aplicações eletrônicas, mas parece que ela se dá bem também em outras áreas.

Lubrificante que se renova

O que ocorre é uma reação triboquímica - uma reação química induzida pelas forças do atrito - na qual o dissulfeto de molibdênio se quebra em enxofre e molibdênio, que reagem com os nanodiamantes, quebrando sua estrutura cristalina típica, o que resulta em folhas unidimensionais de carbono, mas com uma estrutura em camadas esféricas, e não planas como o grafite.

Isso significa que o material é um lubrificante auto-gerável - que se reajusta continuamente - o que faz com que ele dure mais do que os lubrificantes secos tradicionais.

O produto final é um lubrificante híbrido seco de alta resistência que poderá ser usado em turbinas eólicas, nos mecanismos dos discos rígidos de computador e virtualmente em qualquer rolamento selado usado em equipamentos que devem funcionar continuamente sem manutenção.

Bibliografia:

Operando tribochemical formation of onion-like-carbon leads to macroscale superlubricity
Diana Berman, Badri Narayanan, Mathew J. Cherukara, Subramanian K. R. S. Sankaranarayanan, Ali Erdemir, Alexander Zinovev, Anirudha V. Sumant
Nature Communications
Vol.: 9, Article number 1164
DOI: 10.1038/s41467-018-03549-6

Optimizing the performance of reactive molecular dynamics simulations for many-core architectures
Hasan Metin Aktulga, Chris Knight, Paul Coffman, Kurt A O’Hearn, Tzu-Ray Shan, Wei Jiang
Nature Communications
DOI: 10.1177/1094342017746221

Criada liga metálica mais resistente do mundo

Redação do Site Inovação Tecnológica

Os pesquisadores usaram simulações em computador para calcular a melhor receita para a liga metálica mais resistente do mundo, antes de fabricá-la em um equipamento de última geração.[Imagem: Randy Montoya/Sandia]

Resistência ao desgaste

Engenheiros do Laboratório Nacional Sandia, nos EUA, fabricaram uma liga metálica que eles acreditam ser o metal mais resistente ao desgaste do mundo - e isto apesar de ser feita de dois metais considerados "macios".

A liga é 100 vezes mais durável do que o aço de alta resistência, tornando-se a primeira liga metálica - ou combinação de metais - na mesma classe do diamante e da safira, os materiais mais resistentes ao desgaste da natureza.

John Curry, criador da liga, fez um cálculo interessante para demonstrar essa resistência ao desgaste. Segundo ele, se você tiver o azar de ter um carro com pneus de metal, a nova liga é a opção: Você poderia derrapar - não rodar, derrapar - ao redor do equador da Terra 500 vezes antes de desgastar o pneu.

Isto se você achar que vale a pena pagar por isso: a nova liga é feita de platina e ouro.

Mas não se preocupe com o preço porque a liga superresistente já tem uso garantido e um mercado gigantesco: o de contatos metálicos em equipamentos eletrônicos, hoje tipicamente revestidos com ouro. Ocorre que esses revestimentos são caros e, eventualmente, também se desgastam, conforme as conexões são pressionadas ou deslizam umas sobre as outras dia após dia, ano após ano, às vezes milhões, até bilhões de vezes.

Segundo Curry, um contato feito com a nova liga - ou o hipotético pneu metálico - precisa ser arrastado no asfalto por 1.600 metros para perder apenas uma única camada de átomos.

Uma nova teoria para uma liga melhor

Você pode estar se perguntando como os metalurgistas não se depararam com essa possibilidade depois de milhares de anos fazendo ligas metálicas?

De fato, a combinação de 90% de platina com 10% de ouro não é nada nova - mas a engenharia de preparação dos dois metais é.

Os livros-texto de metalurgia dizem que a capacidade de um metal para resistir ao atrito é baseada em sua dureza. Curry propôs uma nova teoria que diz que o desgaste está relacionado ao modo como os metais reagem ao calor, não à sua dureza. Ele então selecionou os metais, calculou as proporções e desenvolveu um processo de fabricação para testar sua teoria.

Deu muito certo.

"Muitas ligas tradicionais foram desenvolvidas para aumentar a resistência de um material reduzindo o tamanho dos grânulos," explicou Curry. "Mesmo assim, na presença de tensões e temperaturas extremas, muitas ligas ficam grosseiras ou amolecem, especialmente sob fadiga. Vimos que, com a nossa liga de platina-ouro, a estabilidade mecânica e térmica é excelente, e não vimos muita mudança na microestrutura durante períodos imensamente longos de estresse cíclico durante o deslizamento."

A nova liga se parece com a platina comum, branco-prateada, e um pouco mais pesada do que ouro puro. Curiosamente, ela não é muito mais dura do que outras ligas de platina e ouro, mas resiste muito melhor ao calor e é 100 vezes mais resistente ao desgaste.

Bibliografia:

Achieving Ultralow Wear with Stable Nanocrystalline Metals
John F. Curry, Tomas F. Babuska, Timothy A. Furnish, Ping Lu, David P. Adams, Andrew B. Kustas, Brendan L. Nation, Michael T. Dugger, Michael Chandross, Blythe G. Clark, Brad L. Boyce, Christopher A. Schuh, Nicolas Argibay
Advanced Materials
Vol.: 30 (32): 1802026
DOI: 10.1002/adma.201802026

Sinal de Wi-Fi descobre o que você tem dentro da bolsa

Redação do Site Inovação Tecnológica 

A técnica tem excelente taxa de identificação mesmo usando objetos embrulhados em papel alumínio.[Imagem: DAISY Lab/Yingying Chen]

Vigilância com Wi-Fi

Muitos vão considerar mais uma ameaça à privacidade - e talvez essa técnica possa ser usada para isso.

Seus criadores, porém, preferem ver uma forma menos invasiva de ver o que há no interior de bagagens e bolsas sem exigir que seus proprietários abram tudo - na entrada de parques, escolas, apresentações artísticas e aeroportos, por exemplo.

Chen Wang e seus colegas da Universidade Rutgers, nos EUA, demonstraram que é possível usar as onipresentes ondas de Wi-Fi para identificar objetos guardados no interior de mochilas, bolsas e malas.

"Em grandes áreas públicas, é difícil instalar infraestruturas de rastreamento caras, como as existentes nos aeroportos. Trabalho humano é sempre necessário para checar as sacolas e queríamos desenvolver um método complementar para tentar reduzir a mão-de-obra," justificou a professora Yingying Chen.

Verificação de bagagens com Wi-Fi

As ondas de Wi-Fi penetram nas sacolas e refletem nos objetos em seu interior, retornando com informações suficientes para determinar as dimensões de objetos metálicos, incluindo latas de alumínio, notebooks, aparelhos eletrônicos e baterias - além de objetos que algum mal-intencionado resolva levar, é claro.

Os sinais de Wi-Fi também permitiram estimar com boa precisão o volume de líquidos, como água, ácido, álcool e outros produtos químicos, de acordo com os pesquisadores.

Experimentos com 15 tipos de objetos e seis tipos de bolsas demonstraram taxas de precisão de detecção de 99% para objetos perigosos, 98% para metais e 95% para líquidos. Para mochilas, a taxa de precisão excede 95% e cai para cerca de 90% quando os objetos são embrulhados.

Como os sinais de redes sem fios estão por todo canto, tudo o que é necessário para implantar esse sistema de vigilância de baixo custo é um roteador Wi-Fi com duas ou três antenas, disse Wang, garantindo que o rastreamento não atrapalha em nada a funcionalidade da rede.

Apesar dos bons resultados, a equipe afirma que vai continuar trabalhando para aumentar a precisão e identificar os objetos pelas suas formas, além de melhorar as estimativas dos volumes de líquidos.

Bibliografia:

Towards In-baggage Suspicious Object Detection Using Commodity WiFi
Chen Wang, Jian Liu, Yingying Chen, Hongbo Liu, Yan Wang
2018 IEEE Conference on Communications and Network Security

Músculos artificiais de papel podem ser feitos até à mão

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Garra robótica construída para demonstrar o potencial dos músculos artificiais de papel.[Imagem: Carnegie Mellon University]

Músculo artificial de papel

Um dos materiais mais antigos, versáteis e baratos - o papel - aparentemente ganha vida, curvando, dobrando ou mesmo desamarrotando-se, tudo por meio de uma tecnologia de atuação de baixo custo.

Uma fina camada de um termoplástico condutor, aplicada a um papel comum - por uma impressora 3D ou mesmo à mão - transforma o inerte papel em um atuador reversível de baixo custo - essencialmente um músculo artificial de papel.

Quando uma corrente elétrica é aplicada, o termoplástico aquece e se expande, fazendo com que o papel se dobre; quando a corrente é desligada, o papel retorna a uma forma predeterminada.

"A maioria dos robôs - mesmo aqueles que são feitos de papel - exige um motor externo. O nosso não, o que cria novas oportunidades não apenas para robótica, mas para arte interativa, entretenimento e aplicações domésticas," disse Lining Yao, da Universidade Carnegie Mellon, nos EUA.

Para demonstrar toda essa versatilidade, Yao projetou e construiu diversos tipos de atuadores, incluindo alguns baseados em formas de origami e kirigami, o que permitiu a criação de estruturas que podem se transformar em bolas ou cilindros. Mas também é possível construir objetos mais elaborados, como um abajur que muda de forma para alterar sua própria luminosidade, ou uma versão artificial da planta mimosa, cujas folhas se fecham sequencialmente quando uma delas é tocada.

A mesma técnica de criação de atuadores usada sobre o papel poderá ser usada para plásticos e tecidos.

Estes galhos de papel funcionam exatamente como as folhas da mimosa (Mimosa pudica): basta tocar em uma das folhas para que todas se fechem em sequência. [Imagem: Carnegie Mellon University]

Atuador de papel

A fabricação do atuador de papel é um processo relativamente simples. Ele emprega o tipo mais barato de impressora 3D, a chamada impressora FFM (fabricação por fusão de filamento), que lança um filamento contínuo de termoplástico derretido. Yao usou um filamento de impressão disponível no mercado - compósito poliactida de grafeno - que conduz eletricidade.

O atuador termoplástico é impresso sobre um papel comum, em uma camada com apenas meio milímetro de espessura. Depois de aquecido em um forno ou com uma pistola de ar quente, o papel é dobrado na forma desejada e deixado para esfriar. Esta será a forma padrão do objeto.

A seguir, fios são conectados ao atuador, para levar a corrente elétrica que irá aquecer o atuador, fazendo com que o termoplástico se expanda e, assim, endireite o papel. Quando a corrente é desligada, o papel retorna automaticamente à sua forma padrão.

Todos os protótipos são funcionais, mas a atuação ainda é lenta, o que Yao espera resolver com alguma engenharia de materiais - usando papéis com melhor condução térmica e desenvolvendo filamentos de impressão específicos para uso em atuadores.

Bibliografia:

Printed Paper Actuator: A Low-cost Reversible Actuation and Sensing Method for Shape Changing Interfaces
Guanyun Wang, Tingyu Cheng, Youngwook Do, Humphrey Yang, Ye Tao, Jianzhe Gu, Byoungkwon An, Lining Yao
Proceedings of the 2018 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems
Vol.: 1 - Paper No. 569
DOI: 10.1145/3173574.3174143

Fontes renováveis superam 87% da energia gerada no Brasil

Com informações da Agência Brasil 

Energia renovável

As fontes de geração de energia elétrica renováveis representaram 81,9% da capacidade instalada de geração de energia e 87,8% da produção total verificada no país.

Os dados constam do Boletim de Monitoramento do Sistema Elétrico, divulgado pelo Ministério de Minas e Energia, com base em informações compiladas até o mês de Junho.

A capacidade instalada total de geração de energia elétrica do Brasil atingiu 160.381 megawatts (MW), considerando também as informações referentes à geração distribuída, quando a fonte de energia elétrica é conectada diretamente à rede de distribuição ou situada no próprio consumidor.

Em comparação com o mesmo mês do ano anterior houve um crescimento de 7.401 MW e em termos de capacidade instalada.

Desse total, 3.450 MW correspondem a geração hidráulica, 2.219 MW são de fontes de energia eólica, 1.365 MW de energia solar, 524 MW de biomassa, e com redução das fontes térmicas a combustíveis fósseis.

A matriz hidráulica permanece como a maior fonte geradora de energia, respondendo por 63,7% de toda a energia produzida no Brasil.

Em seguida, com 9,1%, vem a energia produzida por usinas de biomassa, que utilizam como combustível material orgânico como bagaço de cana, casca de arroz, resíduos de madeira, entre outros para produzir eletricidade. A fonte segue em constante crescimento e hoje já conta com 561 usinas. Diferentes combustíveis da classe biomassa são utilizados no Brasil para geração de energia elétrica: carvão vegetal, resíduos de madeira, bagaço de cana-de-açúcar, casca de arroz, licor negro, biogás, capim elefante e óleo de palmiste.

Já as usinas eólicas responderam por 8,1% da energia produzida em junho e as usinas solares por 1%.

O boletim aponta ainda que houve uma diminuição de 1,8% da capacidade instalada do total das usinas que utilizam petróleo e 0,4% da capacidade total das usinas movidas a carvão. Já a geração distribuída fechou o mês de junho de 2018 com 378 MW instalados em 31.332 unidades, representando 0,2% da matriz de geração de energia elétrica.

Empresas estão usando navegadores para monitorar internautas

Com informações da Agência Brasil 

Venda de dados pessoais

Os dados pessoais entraram no centro de disputas econômicas e políticas.

Essas informações passaram a ser chamadas de "o novo petróleo" e organizações internacionais classificam como o principal insumo de uma 4ª revolução industrial. Na política, as denúncias de interferências em processos políticos e eleições por grandes plataformas colocou em evidência o poder da coleta desses registros para direcionar anúncios e mensagens.

Neste cenário, emerge uma disputa silenciosa entre as diversas iniciativas de coleta de dados e as tentativas de se proteger dessa prática, seja por meio de legislações seja por condutas cotidianas. Navegadores usados em computadores e celulares são um dos canais por meio dos quais cidadãos têm sido monitorados.

O alerta foi dado por Veridiana Alimonti, representante da entidade internacional Eletronic Frontier Foundation (EFF), durante a nona edição do "Seminário sobre Proteção à Privacidade e aos Dados Pessoais", evento promovido pelo Comitê Gestor da Internet em São Paulo e que reuniu especialistas internacionais no tema.

Navegadores

A especialista em políticas digitais chamou a atenção para as formas de vigilância das pessoas por meio de sistemas como Chrome, Firefox, Safari e Internet Explorer. Por meio de diversos mecanismos, empresas coletam e reúnem informações sobre pessoas sem que elas saibam.

Esses registros permitem que, ao acessar determinado site ou serviço (como uma página de comércio eletrônico), o site identifique de quem se trata, abrindo espaço para formas de segmentação e até mesmo discriminação. Um exemplo desse tipo de prática é a diferenciação de preços pelo CEP do comprador.

Um dos mecanismos utilizados nesse monitoramento são os cookies, instalados em dispositivos ao acessar um site. Os cookies são pequenos "pedaços de código" (ou mini-programas) criados para registrar dados da navegação das pessoas e repassar a empresas com fins de rastreamento.

Esse tipo de recurso é utilizado em geral por agências de marketing digital, cuja adoção ocorre para que os anúncios "sigam" os usuários pelos sites pelos quais navegam. Nesses casos, o usuário pode apagar os cookies instalados. Cada navegador oferece essa funcionalidade em determinado local das suas configurações.

Outra técnica de vigilância é conhecida como "supercookie". Nela, provedores incluem códigos nos cabeçalhos de navegação para cada cliente, mas que não são vistos pelo usuário. Assim, quando uma pessoa faz um acesso, o site pode ler o identificador e saber que se trata de determinado computador ou domicílio.

Impressão digital dos navegadores

Contudo, há um sistema de rastreamento mais perigoso que os cookies, mostrou Veridiana Alimonti, conhecido pelo nome em inglês fingerprinting, termo que designa uma espécie de "impressão digital" formada no navegador de cada pessoa. Quando alguém acessa um site, empresas conseguem atribuir uma identificação a um navegador em um computador por meio da combinação de várias informações, como elementos da configuração do navegador e do computador, fuso horário, entre outros.

"Sites podem fazer isso sem serem detectados. Essa informação não está no seu computador, mas nas empresas. Isso pode ser usado, inclusive, para recriar os cookies. Essa técnica não oferece nenhuma funcionalidade útil aos usuários e na prática cria um potencial identificador global por meio do qual se pode acompanhar a navegação dos usuários e criar perfis de forma mais obscura", analisou a especialista.

Navegadores mais seguros

Internautas têm hoje à disposição diversos navegadores. Entre os mais famosos estão Google Chrome, Internet Explorer, Safari (da Apple) e Mozilla Firefox. Mas há outros menos conhecidos como Tor, Brave e Opera. Segundo ranking realizado pelo site ExpressVPN, especializado em publicidade, o navegador mais seguro é o Tor Browser, seguido pelo Firefox e pelo Brave.

"Ele é um Firefox com vários consertos relacionados à segurança e privacidade. Além de encaminhar todo o tráfego através da rede Tor, ele bloqueia funcionalidades nos sites que podem ser usadas para te identificar. Os sites que tentarem monitorar você não vão conseguir diferenciar seu acesso do das milhões de pessoas que usam Tor diariamente. Alguns sites não carregam bem nele, mas é a melhor alternativa", recomenda o diretor de tecnologia da organização Coding Rights, Lucas Teixeira.

O Mozilla lançou recentemente o Firefox Focus para dispositivos móveis, com alguns mecanismos de proteção contra rastreamento. Ele permite bloquear rastreadores de anúncios, de análise, de redes sociais ou de conteúdos. Além disso, deixa o botão de remoção do histórico de navegação na tela inicial, facilitando a operação.

Ferramentas de proteção

A Eletronic Frontier Foundation criou um projeto para alertar usuários sobre técnicas de rastreamento por meio de navegadores, chamado Panoptclick. Acessando o site (https://panopticlick.eff.org/), é possível fazer um teste para verificar se o seu Chrome, Edge ou Firefox estão protegidos desse tipo de mecanismos.

Além do projeto, a Eletronic Frontier Foundation também disponibiliza um plugin (extensão) que protege navegadores de mecanismos de rastreamento que são instalados por sites. O recurso é chamado "Privacy Badger" (Texugo da Privacidade, na tradução do termo em inglês).

Na avaliação de Lucas Teixeira, esta é uma boa ferramenta. Ela não elimina totalmente a tentativa de inserir impressões digitais nos navegadores, mas evita a instalação de vários rastreadores.

O especialista alerta que, mesmo com um comportamento seguro em relação aos navegadores, é preciso estar atento também com outros programas, especialmente aplicativos em celulares. Os usuários devem desabilitar autorizações para usos diversos, como câmeras e microfones, como forma de evitar coleta maciça de dados por esses sistemas e dispositivos.

Madeira artificial feita de plástico

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Ilustração do processo e fotos de toquinhos de madeira artificial de plástico. [Imagem: Zhi-Long Yu et al. - 10.1126/sciadv.aat7223]

Madeira de plástico

A madeira é um dos materiais mais utilizados pela humanidade não apenas por estar largamente disponível e ser renovável, mas também por apresentar uma grande resistência aliada a uma baixa densidade.

Agora, químicos da Universidade de Ciência e Tecnologia da China desenvolveram uma técnica biomimética para fabricar "madeira de plástico".

Mas se os plásticos representam um grande problema em relação ao meio ambiente, qual seria a vantagem de fabricar madeira artificial de plástico?

Zhi-Long Yu e seus colegas destacam pelo menos quatro: a madeira artificial não apodrece, é mais leve, apresenta melhor isolamento termal e pode ser fabricada com polímeros retardantes de fogo, como os usados nos revestimentos de fios e cabos elétricos.

"As madeiras poliméricas artificiais destacam-se mesmo em relação a outros materiais sintéticos, tais como materiais cerâmicos celulares e aerogéis, em termos de resistência específica e propriedades de isolamento térmico. Como uma espécie de material de engenharia biomimética, esta nova família de madeiras poliméricas bioinspiradas tem potencial para substituir a madeira natural em usos em ambientes agressivos," escreveu a equipe.

Estrutura interna da madeira artificial, imitando a estrutura celular da madeira natural. [Imagem: Zhi-Long Yu et al. - 10.1126/sciadv.aat7223]

Como fabricar madeira artificial

As madeiras poliméricas bioinspiradas foram fabricadas com uma matriz de polifenóis, criando microestruturas celulares semelhantes às da madeira por meio de um processo de automontagem e termocura das resinas.

As resinas termoplásticas líquidas são inicialmente congeladas para preparar um "corpo verde". Nesse processo, as moléculas passam por um processo de automontagem, que produz microestruturas que imitam a estrutura celular da madeira. A seguir, o material passa por uma termopolimerização para endurecer e produzir as madeiras poliméricas artificiais.

As madeiras artificiais têm uma grande semelhança com as madeiras naturais nas estruturas celulares em mesoescala e o processo permite controlar o tamanho dos poros e a espessura da parede para dosar a densidade e a resistência desejadas. De acordo com a equipe, o material apresenta propriedades mecânicas similares às da madeira real, ao contrário de tentativas anteriores, além de ser leve e de alta resistência.

A técnica também poderá ser utilizada partindo de outros nanomateriais, tais como nanofibras de celulose e óxido de grafeno.

Bibliografia:

Bioinspired polymeric woods
Zhi-Long Yu, Ning Yang, Li-Chuan Zhou, Zhi-Yuan Ma, Yin-Bo Zhu, Yu-Yang Lu, Bing Qin, Wei-Yi Xing, Tao Ma, Si-Cheng Li, Huai-Ling Gao, Heng-An Wu, Shu-Hong Yu
Science Advances
Vol.: 4, eaat7223
DOI: 10.1126/sciadv.aat7223

Nanointerruptor de luz acende eletrônica supramolecular

Redação do Site Inovação Tecnológica

O comportamento das moléculas individuais altera o comportamento do componente macroscópico inteiro. [Imagem: Marco Gobbi et al. - 10.1038/s41467-018-04932-z]

Molécula fotossensível

Pesquisadores sintetizaram uma substância que sofre transformações químicas reversíveis quando iluminada com luz visível ou ultravioleta, gerando efeitos em escala macroscópica.

A substância é composta por uma molécula especial que é chaveável, ou seja, ela muda de estrutura quando é iluminada - é um espiropirano fotossensível.

Essas moléculas podem então ser aplicadas sobre a superfície de materiais monoatômicos, como o grafeno, a molibdenita e outros materiais bidimensionais, gerando assim uma superrede macroscópica híbrida com precisão atômica.

As superredes são estruturas formadas por diferentes elementos químicos, diferentemente da rede atômica de um cristal, que é formada por um único elemento - um diamante de ouro, por exemplo. Esses materiais fotônicos têm sido apontados como viabilizadores de uma nova era na eletrônica, baseada nos semicondutores mais finos que é possível fabricar.

Eletrônica supramolecular

Quando iluminada, toda a estrutura supramolecular sofre um rearranjo estrutural coletivo, que pode ser visualizado diretamente com resolução sub-nanométrica por microscopia de varredura.

Mais importante, essa reorganização induzida pela luz em nível molecular induz grandes mudanças nas propriedades elétricas macroscópicas dos componentes.

As moléculas, juntamente com as camadas de grafeno ou outros materiais similares, podem então converter eventos no nível de moléculas individuais em uma ação de chaveamento espacialmente homogênea que gera uma resposta elétrica macroscópica.

A equipe garante que sua técnica inovadora e versátil traz a chamada eletrônica supramolecular para mais próximo da viabilização prática.

"Graças a essa nova abordagem, podemos explorar a capacidade de eventos de comutação coletiva que ocorrem em superredes de moléculas fotocrômicas montadas sobre grafeno ou materiais relacionados para induzir uma modulação reversível em grande escala nas propriedades elétricas de componentes optoeletrônicos de alto desempenho. Esta tecnologia pode encontrar aplicações na próxima geração de eletrônicos inteligentes e portáteis, com propriedades programáveis," disse o professor Paolo Samorì, da Universidade de Estrasburgo, na França.

Bibliografia:

Collective molecular switching in hybrid superlattices for light-modulated two-dimensional electronics
Marco Gobbi, Sara Bonacchi, Jian X. Lian, Alexandre Vercouter, Simone Bertolazzi, Björn Zyska, Melanie Timpel, Roberta Tatti, Yoann Olivier, Stefan Hecht, Marco V. Nardi, David Beljonne, Emanuele Orgiu, Paolo Samorì
Nature Communications
Vol.: 9, Article number: 2661
DOI: 10.1038/s41467-018-04932-z

Acelerador de antimatéria promete deixar LHC no chinelo

Com informações do ICL 

Simulação de um grupo de pósitrons - antimatéria do elétron - sendo produzido e acelerado. [Imagem: Aakash A. Sahai - 10.1103/PhysRevAccelBeams.21.081301]

Mini-acelerador de antimatéria

Aakash Sahai, um físico do Imperial College de Londres, descobriu uma maneira de acelerar a antimatéria em um espaço de centímetros, em lugar dos quilômetros dos aceleradores atuais de matéria, o que promete fomentar não apenas a ciência das partículas exóticas, como também vislumbrar fenômenos de uma "nova física".

A nova técnica poderá ser usada para investigar mistérios como as propriedades do bóson de Higgs, ou a natureza das hipotéticas matéria escura e energia escura, além de fornecer testes mais sensíveis para materiais usados em aviões e chips de computador.

Os aceleradores de partículas como o LHC (Large Hadron Collider), na fronteira entre a Suíça e a França, e o LCLS (Linac Coherent Light Source), nos Estados Unidos, aceleram partículas elementares de matéria, como prótons e elétrons.

Essas partículas aceleradas podem ser postas para colidir, como no LHC, para se quebrarem e produzir partículas mais elementares, como o bóson de Higgs, que dá massa a todas as outras partículas. Elas também podem ser usadas para gerar luz laser de raios X, como no LCLS, luz esta que é usada para fazer imagens de processos extremamente rápidos e pequenos, como a fotossíntese.

No entanto, para chegar às altas velocidades necessárias, os aceleradores precisam usar equipamentos com pelo menos dois quilômetros de extensão - o LHC tem 27 km de circunferência. Por isso tem havido um interesse crescente na construção de mini-aceleradores de partículas, que possam fazer o mesmo trabalho a um custo menor.

Feixes de antimatéria

Agora, Sahai inventou um método de acelerar não partículas de matéria, mas a versão de antimatéria dos elétrons - os pósitrons - em um sistema que teria apenas alguns centímetros de comprimento.

A técnica de aceleração de antimatéria usa lasers e plasma - um gás de partículas carregadas - para produzir, concentrar e acelerar os pósitrons, criando um feixe concentrado de antimatéria. Esse acelerador em escala centimétrica poderia usar os lasers já existentes para acelerar feixes de pósitrons com dezenas de milhões de partículas até a mesma faixa de energia alcançada com o acelerador LCLS, de dois quilômetros.

A colisão de feixes de elétrons e de pósitrons pode ter implicações importantes para a física fundamental. Por exemplo, essas colisões podem eventualmente criar uma taxa mais alta de bósons de Higgs do que o LHC, permitindo que os físicos estudassem melhor suas propriedades. Elas também poderão ser usadas para procurar novas partículas propostas por uma teoria chamada "supersimetria", que preencheria algumas lacunas no Modelo Padrão da física de partículas, mas que não deram as caras no LHC até agora.

Os feixes de pósitrons também teriam aplicações práticas. Atualmente, ao verificar falhas e riscos de fratura em materiais como peças de aeronaves, lâminas de motores a jato e chips de computador, são tipicamente usados raios X ou feixes de elétrons. Os pósitrons interagem de maneira diferente com esses materiais, proporcionando outra dimensão ao processo de controle de qualidade.

A técnica foi modelada usando as propriedades dos lasers já existentes, e agora Sahai está formando uma equipe para testá-la em experimentos reais. Se tudo funcionar como previsto, a tecnologia poderá permitir que muitos laboratórios ao redor do mundo realizem experimentos de aceleração de antimatéria.

Esquema do acelerador de antimatéria, que terá apenas alguns centímetros de comprimento. [Imagem: Aakash A. Sahai - 10.1103/PhysRevAccelBeams.21.081301]

Acelerador de antimatéria

O acelerador vai exigir um tipo de sistema de laser que atualmente cobre cerca de 25 metros quadrados, mas que já está presente em muitos laboratórios de física em todo o mundo.

"As tecnologias usadas em instalações como o LHC ou o LCLS não sofreram avanços significativos desde sua invenção na década de 1950. Eles são caros para serem operados, e pode ser que em breve tenhamos tudo o que é possível conseguir com eles.

"Uma nova geração de aceleradores de partículas elusivas - compactos, de alta energia e baratos - nos permitiria investigar a nova física - e permitir que muitos mais laboratórios ao redor do mundo se unam ao esforço.

"Com este novo método acelerador poderíamos reduzir drasticamente o tamanho e o custo da aceleração de antimatéria. O que hoje só é possível fazer usando grandes instalações de física, a custos de dezenas de milhões de dólares, pode ser possível em laboratórios de física comuns," justificou Sahai.

Bibliografia:

Quasimonoenergetic laser plasma positron accelerator using particle-shower plasma-wave interactions
Aakash A. Sahai
Physical Review Accelerators and Beams
Vol.: 21, 081301
DOI: 10.1103/PhysRevAccelBeams.21.081301

Óptica para satélites tem peso reduzido em 100 vezes

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Esta pequena lente de 5 gramas permitirá que nanossatélites fotografem a superfície da Terra com alta resolução.[Imagem: Universidade de Samara]

Lente de difração

Esta pequena lente, pesando apenas 5 gramas, permite obter imagens de alta resolução que hoje exigem que os satélites levem ao espaço um conjunto de 12 ou mais lentes, pesando pelo menos 500 gramas, com uma distância focal de 30 centímetros.

Todo esse aparato poderá ser agora substituído por esta única lente de difração harmônica de 256 camadas, que trabalha em conjunto com um programa de computador para eliminar as distorções da imagem, um processo que hoje exige as várias lentes usadas.

A lente de difração harmônica é fabricada aplicando uma substância fotossensível - conhecida como resiste - sobre a superfície de um vidro de sílica, formando uma camada de 7 micrômetros - para comparação, um fio de cabelo humano tem tipicamente entre 40 e 90 micrômetros. A seguir, um feixe de laser desenha o relevo de 256 níveis no resiste.

O programa faz a correção de cor da imagem e elimina o desfoque cromático usando algoritmos de inteligência artificial chamados redes neurais convolucionais. Cada imagem é reconstruída em cerca de 1 segundo.

Telescópios para nanossatélites e VANTs

Esta nova óptica permitirá que as câmeras e telescópios usados pelos satélites de observação da Terra sejam usados por nanossatélites, ou cubesats, balões e VANTs (veículos aéreos não tripulados).

"Cinco anos atrás, obter uma imagem colorida de alta resolução usando uma lente de difração parecia um objetivo distante. No entanto, os resultados dos nossos estudos mostraram o quanto é promissor o uso da óptica de difração de luz," disse Artem Nikonorov, da Universidade de Samara, na Rússia.

Usando apenas este protótipo de primeira geração, a equipe de Nikonorov já projetou um sistema capaz de fornecer uma resolução de 18 metros para levantamentos da superfície da Terra a partir de um nanossatélite - os sistemas ópticos disponíveis no mercado fornecem uma resolução de 40 metros.

Bibliografia:

Toward Ultralightweight Remote Sensing With Harmonic Lenses and Convolutional Neural Networks
Artem V. Nikonorov, Maksim V. Petrov, Sergei A. Bibikov
IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing
Vol.: PP, Issue: 99 Pages: 1-11
DOI: 10.1109/JSTARS.2018.2856538

Espuma de cerveja aquece sua casa aqui ou em Marte

Redação do Site Inovação Tecnológica 

O isolante térmico de aerogel transparente é feito com resíduos da produção de cerveja, que normalmente são descartados. [Imagem: CU Boulder]

Aerogel transparente

Isolantes térmicos têm sido tradicionalmente fabricados na forma de espumas - ainda que finas e flexíveis ou mesmo espumas de madeira.

Mas não precisa ser sempre assim, conforme acabam de demonstrar Qingkun Liu e seus colegas da Universidade do Colorado em Boulder, nos EUA.

Liu fabricou um isolante térmico de alta eficiência na forma de um gel que ele pretende colocar no mercado a curto prazo.

O aerogel, que se parece com uma lente de contato achatada, é tão resistente ao calor que você pode colocar uma tira do material na mão e aplicar fogo sobre ela sem sentir nada. Mas, ao contrário de produtos similares no mercado, o material é virtualmente transparente e ainda é totalmente moldável.

Com isso, a equipe afirma que o material pode servir não apenas para melhorar o isolamento térmico de edifícios e automóveis, como também para viabilizar a construção de habitats na Lua ou em Marte.

"A transparência é um recurso valioso porque você pode usar esse gel nas janelas e usá-lo em habitats extraterrestres. Você poderia colher a luz do Sol através desse material termicamente isolante e armazenar a energia lá dentro, protegendo-se das grandes oscilações de temperatura que você tem em Marte ou na Lua," reforçou o professor Ivan Smalyukh.

Aerogel de cerveja

O gel termal também é mais barato de se produzir porque foi fabricado com resíduos da produção de cerveja, que normalmente são descartados.

Aerogéis têm pelo menos 90 por cento do seu peso representado pelo ar preso em seus poros internos - por isso eles também são conhecidos como "fumaça sólida". Mas a maioria dessas substâncias ultraleves é opaca.

Liu fabricou o gel transparente na forma de filmes finos compostos por padrões entrecruzados de nanofibras extraídas do líquido residual produzido durante o processo de fabricação de cerveja. São esses padrões que prendem o ar dentro de bilhões de minúsculos poros, e é essa capacidade de reter o ar com pouco contato sólido entre um lado e o outro do material que torna os aerogéis bons isolantes térmicos.

"Estamos vislumbrando um produto de bricolagem que seria basicamente um filme adesivo que os consumidores poderão comprar em lojas de ferramentas," disse o professor Andrew Hess. "No entanto, também vemos nossa tecnologia sendo utilizada em muitas outras aplicações, incluindo roupas inteligentes, para isolar carros e proteger os bombeiros."

Bibliografia:

Flexible transparent aerogels as window retrofitting films and optical elements with tunable birefringence
Qingkun Liu, Allister W. Frazier, Xinpeng Zhao, Joshua A. De La Cruz, Andrew J.Hess, Ronggui Yang, Ivan I.Smalyukh
Nano Energy
Vol.: 48, June 2018, Pages 266-274
DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.03.029