Descoberto método mais barato para criar combustíveis a partir de plantas

Redação do Site Inovação Tecnológica 

O segredo está em um material à base de níquel e cobre.
[Imagem: 10.1038/s41598-020-79761-6]

Biocombustíveis mais baratos

Cientistas afirmam ter descoberto uma maneira mais barata e mais eficiente e produzir biocombustíveis a partir de plantas.

"O processo de conversão do açúcar em álcool tem que ser muito eficiente se você quer que o produto final seja competitivo com os combustíveis fósseis. O processo de como fazer isso está bem estabelecido, mas o custo o torna pouco competitivo, mesmo com significativos subsídios do governo. Este novo desenvolvimento pode ajudar a reduzir os custos," disse o professor Venkat Gopalan, da Universidade Estadual de Ohio, nos EUA.

A descoberta consiste em um método mais simples e mais barato para criar as chamadas "moléculas auxiliares", que permitem que o carbono nas células seja transformado em energia.

Essas moléculas ajudantes - que os químicos chamam de cofatores - são o dinucleotídeo de nicotinamida e adenina (NADH) e seu derivado NADPH (fosfato de dinucleotídeo de adenina e nicotinamida). Esses cofatores, em suas formas reduzidas (perda de oxigênio, ou o inverso da oxidação), são parte fundamental na transformação do açúcar das plantas em butanol ou etanol para combustíveis.

O problema é que tanto o NADH quanto o NADPH são caros quando produzidos em escala industrial.

Níquel e cobre

Para baratear o processo, a equipe criou um eletrodo com camadas superpostas de níquel e cobre, que são elementos muito mais baratos do que os materiais comumente usados. Esse eletrodo permitiu recriar NADH e NADPH a partir de suas formas oxidadas.

A equipe conseguiu usar o NADPH como cofator na produção de um álcool a partir de outra molécula, um teste que fizeram intencionalmente para mostrar que o eletrodo que construíram pode ajudar a converter biomassa - células vegetais - em biocombustíveis.

E, como o NADH e o NADPH estão no centro de muitos processos de conversão de energia dentro das células, essa descoberta pode ajudar em outras aplicações. Por exemplo, ambos os cofatores desempenham um papel importante na desaceleração do metabolismo das células cancerosas e têm sido alvo de tratamento para alguns tipos de câncer.

Mas a equipe acredita que a aplicação mais imediata de sua descoberta será no campo dos biocombustíveis.

Bibliografia:

Artigo: Copper oxide-based cathode for direct NADPH regeneration
Autores: J. T. Kadowaki, T. H. Jones, A. Sengupta, V. Gopalan, V. V. Subramaniam
Revista: Nature Scientific Reports
Vol.: 11, Article number: 180
DOI: 10.1038/s41598-020-79761-6

Cimento inspirado em madeira fica mais forte e multifuncional

 Com informações da Phys.org

Depois de curar, o cimento lembra as fibras da madeira.
[Imagem: Faheng Wang et al. - 10.1002/advs.202000096]

Cimento com estrutura de madeira

A natureza sempre foi a fonte básica de inspiração para as criações humanas.

As rochas sedimentares consolidadas, por exemplo, serviram de inspiração para a criação do cimento e do concreto com que nossa civilização pôde deixar de usar diretamente rochas, que precisam ser cortadas e carregadas, além de ser muito difícil fazê-las assumir as formas que queremos.

Agora, uma equipe da Universidade de Ciência e Tecnologia da China descobriu que é possível melhorar muito o concreto buscando inspiração em outro material natural: a madeira.

Para isso, eles desenvolveram um processo simples para fabricar cimento que apresenta uma estrutura que imita a arquitetura unidirecional dos poros da madeira. O material resultante é cimento puro, diferente de outra técnica recente, que recicla concreto junto com madeira - só que um cimento muito melhor.

Há muito tempo os engenheiros sabem que cimentos porosos são melhores, apresentando um elevado índice de isolamento térmico, alta eficiência na absorção de sons e excelente permeabilidade para o ar e a água, além de ser simultaneamente mais leve e mais resistente ao fogo. No entanto, ninguém havia conseguido até hoje desenvolver um método fabril que conseguisse produzir cimentos com todas essas características de forma economicamente viável.

Mas parece que Faheng Wang e seus colegas conseguiram cruzar essa linha de chegada em primeiro lugar.

O processo de resfriamento e cura é crucial para que o cimento adquira suas multifuncionalidades.
[Imagem: Faheng Wang et al. - 10.1002/advs.202000096]

Cimento multifuncional

Wang e seus colegas produziram um cimento semelhante à madeira - com arquiteturas unidirecionalmente porosas - usando uma técnica de tratamento por congelamento bidirecional. O congelamento permitiu que se formassem "pontes" entre os constituintes da estrutura, criando os poros que surgem quando o material é descongelado e o cimento endurece.

O processo de hidratação subsequente produziu novos minerais e géis dentro do cimento, incluindo hidróxido de cálcio hexagonal, etringita e géis de hidrato de silicato de cálcio. Essas fases se originaram principalmente nas lamelas de cimento e cresceram em seu espaçamento durante o processo de descongelamento e cura, dando uma melhor integridade estrutural ao material poroso.

Em comparação com o cimento comum, o cimento que imita a madeira apresentou maior resistência, isolamento térmico mais eficaz e fácil ajuste para repulsão de água.

E, segundo a equipe, além de produzir um novo material de construção promissor para projetos arquitetônicos biomiméticos e construções civis mais leves e mais resistentes, a técnica de fabricação por congelamento pode ser aplicada a outros materiais, como cerâmicas, metais, polímeros e seus compósitos.

Bibliografia:

Artigo: Wood-Inspired Cement with High Strength and Multifunctionality
Autores: Faheng Wang, Yuanbo Du, Da Jiao, Jian Zhang, Yuan Zhang, Zengqian Liu, Zhefeng Zhang
Revista: Advanced Science
DOI: 10.1002/advs.202000096

Os discos solares que podem garantir energia à Terra a partir do espaço

Pela BBC - Brasil 

Parece ficção científica: usinas solares gigantescas flutuando no espaço que enviam enormes quantidades de energia para a Terra. E por muito tempo, o conceito — desenvolvido pela primeira vez pelo cientista russo Konstantin Tsiolkovsky, na década de 1920 — foi sobretudo uma inspiração para escritores.

Um século depois, no entanto, os cientistas estão fazendo grandes avanços para transformar o conceito em realidade.

A Agência Espacial Europeia percebeu o potencial desses esforços e agora está buscando financiar projetos nesta área, prevendo que o primeiro recurso industrial que obteremos do espaço será "energia irradiada".

A mudança climática é o maior desafio do nosso tempo, então há muita coisa em jogo. Do aumento das temperaturas globais até as alterações nos padrões climáticos, os impactos das mudanças climáticas já estão sendo sentidos em todo o mundo. Superar esse desafio exigirá mudanças radicais na forma como geramos e consumimos energia.

As tecnologias de energia renovável se desenvolveram drasticamente nos últimos anos, com maior eficiência e menor custo. Mas uma grande barreira para sua adoção é o fato de que não fornecem um abastecimento constante de energia. As fazendas eólicas e solares produzem energia apenas quando o vento sopra ou o sol brilha — mas precisamos de eletricidade 24 horas por dia, todos os dias.

Em última análise, precisamos de uma forma de armazenar energia em grande escala antes de fazer a troca para fontes renováveis.

Benefícios do espaço

Uma possível maneira de contornar isso seria gerar energia solar no espaço. Há muitas vantagens nisso. Uma estação de energia solar baseada no espaço poderia orbitar a face do Sol 24 horas por dia. A atmosfera da Terra também absorve e reflete parte da luz do Sol, de modo que as células fotovoltaicas acima da atmosfera vão receber mais luz solar e produzir mais energia.

Mas um dos principais desafios a serem vencidos é como montar, lançar e implantar estruturas tão grandes. Uma única estação de energia solar pode ter que cobrir 10 km2 — o equivalente a 1,4 mil campos de futebol. Usar materiais leves também será fundamental, já que a maior despesa será o custo de lançar a estação ao espaço em um foguete.

Uma solução proposta é desenvolver uma série de milhares de satélites menores que vão se unir e se configurar para formar um único grande gerador solar. Em 2017, pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) esboçaram designs para uma estação de energia modular, consistindo de milhares de telhas de células fotovoltaicas ultraleves. Eles também apresentaram um protótipo de telha que pesa apenas 280g por metro quadrado, semelhante ao peso de um cartão.

Recentemente, avanços nos processos de fabricação, como a impressão 3D, também estão sendo analisados no que se refere ao seu potencial para energia espacial. Na Universidade de Liverpool, no Reino Unido, estamos explorando novas técnicas para imprimir células fotovoltaicas ultraleves em velas solares.

Uma vela solar é uma membrana dobrável, leve e altamente refletora, capaz de aproveitar o efeito da pressão da radiação do Sol para impulsionar uma espaçonave sem combustível. Estamos explorando como incorporar células fotovoltaicas em estruturas de velas para criar grandes estações de energia sem combustível.

Esses métodos nos permitiriam construir as usinas de energia no espaço. Na verdade, um dia poderá ser possível fabricar e implantar unidades no espaço a partir da Estação Espacial Internacional ou da futura estação lunar, chamada Gateway, que orbitará a Lua. Esses dispositivos poderiam, na verdade, ajudar a fornecer energia à Lua.

As possibilidades não param por aí. Embora atualmente dependamos de materiais da Terra para construir usinas de energia, os cientistas também estão considerando o uso de recursos do espaço para a fabricação das mesmas, como materiais encontrados na Lua.

Mas um dos maiores desafios pela frente será fazer com que a energia seja transmitida de volta à Terra. O plano é converter a eletricidade das células fotovoltaicas em ondas de energia e usar campos eletromagnéticos para transferi-los para uma antena na superfície da Terra. A antena converteria então as ondas de volta em eletricidade.

Pesquisadores liderados pela Agência de Exploração Aeroespacial do Japão já desenvolveram designs e apresentaram um sistema orbital que deve ser capaz de fazer isso.

Ainda há muito trabalho a ser feito nessa área, mas o objetivo é que as usinas solares no espaço se tornem uma realidade nas próximas décadas.

Pesquisadores na China desenvolveram um sistema chamado Omega, que eles pretendem que esteja operacional em 2050. Esse sistema deve ser capaz de fornecer 2 GW de energia à rede da Terra em seu pico de desempenho, o que é uma quantidade enorme. Para produzir tanta energia com painéis solares na Terra, você precisaria de mais de seis milhões deles.

Satélites de energia solar menores, como aqueles projetados para abastecer os rovers (veículos robóticos) lunares, podem estar operacionais mais cedo ainda.

Em todo o mundo, a comunidade científica está dedicando tempo e esforço ao desenvolvimento de usinas solares no espaço. Nossa esperança é que um dia elas possam ser uma ferramenta vital em nossa luta contra as mudanças climáticas.

Humanidade poderá extrair energia de buracos negros

Redação do Site Inovação Tecnológica

"Daqui a milhares ou milhões de anos, a humanidade poderá sobreviver ao redor de um buraco negro, sem precisar da energia das estrelas. É um problema essencialmente tecnológico. Se olharmos para a física, não há nada que impeça isso."
[Imagem: ParallelVision/Pixabay]

Extrair energia de um buraco negro

Físicos descobriram uma nova maneira de extrair energia dos buracos negros.

Luca Comisso (Universidade de Colúmbia, nos EUA) e Felipe Asenjo (Universidade Adolfo Ibañez, no Chile) propõem quebrar e reconectar as linhas do campo magnético perto do horizonte de eventos, o ponto de onde nada, nem mesmo a luz, pode escapar da atração gravitacional do buraco negro.

"Os buracos negros são comumente cercados por uma 'sopa' quente de partículas de plasma que carregam um campo magnético," explica Comisso. "Nossa teoria mostra que, quando as linhas do campo magnético se desconectam e se reconectam, da maneira certa, elas podem acelerar as partículas de plasma para energias negativas, e grandes quantidades de energia do buraco negro podem ser extraídas. "

Isso pode fornecer uma fonte de energia virtualmente inesgotável para uma civilização suficientemente avançada. Para nós, por enquanto, poderá permitir aos astrônomos estimar melhor a rotação dos buracos negros e medir suas emissões de energia.

Energia negativa

Comisso e Asenjo construíram sua teoria com base na premissa de que a reconexão de campos magnéticos acelera as partículas de plasma em duas direções diferentes.

Um fluxo de plasma é empurrado contra o giro do buraco negro, enquanto o outro é impulsionado na direção da rotação e pode escapar das garras do buraco negro, o que irá liberar energia se o plasma engolido pelo buraco negro tiver energia negativa.

Essencialmente, um buraco negro libera energia ao engolir partículas de energia negativa - tudo o que precisamos fazer é recolher essa energia liberada.

"É como se uma pessoa pudesse perder peso comendo doces com calorias negativas. Isso pode parecer estranho, mas pode acontecer em uma região chamada ergosfera, onde o contínuo do espaço-tempo gira tão rápido que todos os objetos giram na mesma direção que o buraco negro," explica Comisso.

Dentro da ergosfera, a reconexão magnética é tão extrema que as partículas de plasma são aceleradas a velocidades próximas da velocidade da luz.

É a alta velocidade relativa entre os fluxos de plasma capturados e em fuga que permite extrair grandes quantidades de energia do buraco negro.

"Nós calculamos que o processo de energização do plasma pode atingir uma eficiência de 150%, muito maior do que qualquer usina em operação na Terra," estima Asenjo. "Alcançar uma eficiência superior a 100% é possível porque vaza energia dos buracos negros, que é distribuída gratuitamente para o plasma que escapa do buraco negro."

Ilustração esquemática do mecanismo de extração de energia de um buraco negro em rotação por reconexão magnética na ergosfera.
[Imagem: 10.1103/PhysRevD.103.023014]

Ficção realística

Embora possa parecer coisa de ficção científica, a mineração da energia de buracos negros pode ser a resposta para nossas necessidades futuras de energia.

"Daqui a milhares ou milhões de anos, a humanidade poderá sobreviver ao redor de um buraco negro, sem precisar da energia das estrelas," disse Comisso. "É um problema essencialmente tecnológico. Se olharmos para a física, não há nada que impeça isso."

Mas o processo de extração de energia imaginado por Comisso e Asenjo pode já estar operando naturalmente em um grande número de buracos negros. Pode ser ele que está causando as erupções de buracos negros, explosões poderosas de radiação que podem ser detectadas da Terra.

"Nosso conhecimento crescente de como a reconexão magnética ocorre nas vizinhanças de um buraco negro pode ser crucial para guiar nossa interpretação das observações atuais e futuras dos buracos negros, como as feitas pelo Telescópio Horizonte de Eventos," disse Asenjo.

Extrair energia de buracos negros

Na verdade, esta não é a primeira proposta para extrair energia de buracos negros. Nos últimos 50 anos, vários físicos têm tentado encontrar métodos para tirar proveito desses monstros cósmicos.

O físico Roger Penrose teorizou que a desintegração de uma partícula poderia extrair energia de um buraco negro; Stephen Hawking propôs que os buracos negros poderiam liberar energia por meio de emissões quânticas; e Roger Blandford e Roman Znajek sugeriram o torque eletromagnético como o principal agente de extração de energia.

Bibliografia:

Artigo: Magnetic reconnection as a mechanism for energy extraction from rotating black holes
Autores: Luca Comisso, Felipe A. Asenjo
Revista: Physical Review D
Vol.: 103, 023014
DOI: 10.1103/PhysRevD.103.023014

Bateria com água do mar pode revolucionar armazenamento de energia

Redação do Site Inovação Tecnológica

Em vez dos solventes comumente usados, a nova bateria funciona até com água do mar.
[Imagem: Zhenxing Feng Lab]

Bateria aquosa

Pesquisadores desenvolveram um novo componente para baterias que pode revolucionar a maneira como os dispositivos de armazenamento de energia são projetados e fabricados.

A liga à base de zinco e manganês permite substituir os solventes comumente usados como eletrólitos nas baterias por algo muito mais seguro e barato, além de abundante: Água do mar.

Embora as baterias de estado sólido sejam as mais promissoras para substituir as baterias de aparelhos portáteis, há demandas por formas de armazenamento de energia de grande porte, onde um eletrólito líquido não representa problemas.

Por exemplo, a energia renovável - como eólica e solar - pode ser guardada na forma de energia química, em tanques que podem ser ampliados conforme a necessidade; posteriormente, reações químicas adequadas convertem o composto de volta na energia elétrica necessária para alimentar veículos, celulares, laptops e muitos outros dispositivos e máquinas, sem as restrições de intermitência dos ventos e do Sol.

Positivo, negativo e meio de transporte

Uma bateria consiste em dois terminais - o anodo (negativo) e o catodo (positivo), normalmente feitos de materiais diferentes - e um eletrólito, um meio químico que permite o fluxo de carga elétrica - há também separadores adequados entre esses materiais.

Nas conhecidas baterias de íons de lítio, como seu nome sugere, uma carga elétrica é transportada por meio de íons de lítio conforme eles se movem através do eletrólito, indo do anodo para o catodo durante o uso, e de volta durante a recarga.

"Os eletrólitos nas baterias de íons de lítio são normalmente dissolvidos em solventes orgânicos, que são inflamáveis e muitas vezes se decompõem em altas tensões de operação. Portanto, há obviamente preocupações de segurança, incluindo o crescimento de dendritos de lítio na interface eletrodo-eletrólito, que podem causar um curto entre os eletrodos," explica o professor Zhenxing Feng, da Universidade Estadual do Oregon, nos EUA.

Embora a água do mar chame a atenção, o segredo da inovação está em uma liga nanoestrutura de zinco e manganês.
[Imagem: Huajun Tian et al. - 10.1038/s41467-020-20334-6]

Liga nanoestruturada mais água do mar

É por isso que Feng e sua equipe estão propondo uma solução aquosa para a sua bateria, justificando que os eletrólitos aquosos são competitivos em termos de custos, ambientalmente benignos, permitem carregamento rápido e suportam altas densidades de energia.

A solução consiste em uma liga nanoestruturada de zinco e manganês, que forma uma espécie de cerâmica porosa.

"O uso de zinco permite transferir duas vezes mais cargas [elétricas] do que o lítio, melhorando assim a densidade de energia da bateria. O uso da liga com sua nanoestrutura especial não apenas suprime a formação de dendritos, ao controlar a termodinâmica da reação de superfície e a cinética da reação, mas também demonstra uma estabilidade superelevada ao longo de milhares de ciclos sob condições eletroquímicas severas.

"Nós também testamos nossa bateria aquosa usando água do mar, em vez de água desionizada de alta pureza, como eletrólito. Nosso trabalho demonstrou o potencial comercial para a fabricação em larga escala dessas baterias," finalizou Feng.

Bibliografia:

Artigo: Stable, high-performance, dendrite-free, seawater-based aqueous batteries
Autores: Huajun Tian, Zhao Li, Guangxia Feng, Zhenzhong Yang, David Fox, Maoyu Wang, Hua Zhou, Lei Zhai, Akihiro Kushima, Yingge Du, Zhenxing Feng, Xiaonan Shan, Yang Yang
Revista: Nature Communications
Vol.: 12, Article number: 237
DOI: 10.1038/s41467-020-20334-6

Gerador flexível tira eletricidade da temperatura da pele

 Redação do Site Inovação Tecnológica

Ilustração conceitual do nanogerador termoelétrico, com eletrodos macios e condutores flexíveis.
[Imagem: KIST]

Eletricidade pelo calor da pele

Usar o próprio calor do seu corpo para alimentar seus eletrônicos portáteis está mais perto da realidade.

Engenheiros coreanos criaram um gerador termoelétrico - que converte diferenças de temperatura em eletricidade - que funciona de forma eficiente usando apenas o calor da pele humana.

Quando conectado à pele humana, o nanogerador forneceu 7 μW/cm2 de eletricidade usando apenas o calor corporal.

Outro fator importante é que a equipe conseguiu manter todo o processo de fabricação compatível com técnicas usadas industrialmente - é basicamente impressão, embora as "tintas" sejam diferentes materiais em solução. Mesmo o circuito eletrônico a ser alimentado foi construído com uma placa de circuito impressor flexível.

"Os resultados da nossa pesquisa são significativos porque o material composto funcional, a plataforma do dispositivo termoelétrico e o processo automatizado de alto rendimento desenvolvido neste estudo poderão contribuir para a comercialização de dispositivos vestíveis sem bateria no futuro," disse o professor Seungjun Chung, do Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia.

A equipe cuidou para que tudo pudesse ser fabricado em escala industrial.
[Imagem: Byeongmoon Lee et al. - 10.1038/s41467-020-19756-z]

Eficiência e produção industrial

O rendimento excepcionalmente elevado do gerador de vestir foi possível porque a equipe conseguiu melhorar a flexibilidade, ao mesmo tempo em que reduzia a resistência do dispositivo termoelétrico.

Isto foi feito conectando o material termoelétrico propriamente dito, de natureza inorgânica - telureto de bismuto (Bi2Te3) -, a um substrato de nanofios de prata que pode ser esticado.

O gerador termoelétrico resultante apresentou excelente flexibilidade, permitindo um funcionamento estável mesmo quando dobrado ou esticado.

Além disso, partículas de metal com alta condutividade térmica foram inseridas dentro do substrato extensível para aumentar a capacidade de transferência de calor em 800% (1,4 W/mK) e a geração de energia por um fator acima de três.

Simultaneamente, os pesquisadores automatizaram todo o processo, desde a criação da plataforma macia flexível até o desenvolvimento do dispositivo termoelétrico, o que viabiliza a produção em massa do dispositivo.

Bibliografia:

Artigo: High-performance compliant thermoelectric generators with magnetically self-assembled soft heat conductors for self-powered wearable electronics
Autores: Byeongmoon Lee, Hyeon Cho, Kyung Tae Park, Jin-Sang Kim, Min Park, Heesuk Kim, Yongtaek Hong, Seungjun Chung
Revista: Nature Communications
Vol.: 11, Article number: 5948
DOI: 10.1038/s41467-020-19756-z

Bateria para carros elétricos recarrega em 10 minutos

Redação do Site Inovação Tecnológica

A nova bateria é menor, mais barata e recarrega em apenas 10 minutos.
[Imagem: Chao-Yang Wang Lab/PSU]

Bateria que recarrega em 10 minutos

Pesquisadores da Universidade do Estado da Pensilvânia, nos EUA, afirmam ter criado a bateria que vai acabar com a chamada "ansiedade de autonomia" dos carros elétricos.

A ansiedade de autonomia se refere ao medo de rodar até o limite das baterias e ficar sem energia antes de poder recarregar um veículo elétrico.

"Nós desenvolvemos uma bateria muito inteligente para o mercado de massa dos veículos elétricos com paridade de custo em relação aos veículos com motor a combustão," disse o professor Chao-Yang Wang. "Acabou a ansiedade de autonomia, e esta bateria é viável."

A grande promessa da nova bateria, baseada em uma mistura de lítio e fosfato de ferro, é que ela pode ser recarregada em 10 minutos. Mas ela também é menor e pode fornecer até 40 kW/h.

Bateria com autoaquecimento

Os ganhos foram possíveis garantindo que a bateria possa chegar rapidamente, e com segurança, a uma temperatura operacional de 60 ºC, seja no uso, seja na recarga.

A bateria usa um mecanismo de autoaquecimento feito com uma fina folha de níquel. Uma das extremidades da folha é conectada ao terminal negativo e a outra estende-se para fora da célula de energia, criando um terceiro terminal.

Conforme os elétrons fluem, eles aquecem rapidamente a folha de níquel, que funciona como uma resistência elétrica, que então aquece o interior da bateria. Quando a temperatura interna da bateria atinge 60 ºC, um interruptor se abre, desligando a resistência, e a bateria está pronta para carga ou descarga rápidas.

Sem cobalto

O principal ganho desse autoaquecimento é se livrar da deposição irregular de lítio no polo negativo, o que pode gerar os chamados dendritos, que causam curtos-circuitos e podem fazer a bateria se incendiar.

Além disso, a equipe afirma que o uso deste método de autoaquecimento permite usar materiais de baixo custo para o catodo e o anodo da bateria, além de um eletrólito de baixa voltagem, mais seguro.

O catodo (positivo) é composto de fosfato de ferro-lítio, que é termicamente estável e não contém nenhum dos materiais caros e críticos, como o cobalto, usados nas baterias atuais. O anodo (negativo) é feito de grafite de partículas muito grandes, um material seguro, leve e barato.

"Esta bateria tem peso, volume e custo reduzidos," disse Wang. "Estou muito feliz que finalmente encontramos uma bateria que beneficiará o mercado de massa de consumo [de veículos elétricos]."

Bibliografia:

Artigo: Thermally modulated lithium iron phosphate batteries for mass-market electric vehicles
Autores: Xiao-Guang Yang, Teng Liu, Chao-Yang Wang
Revista: Nature Energy
DOI: 10.1038/s41560-020-00757-7

Humanidade não conseguirá controlar computadores superinteligentes

Com informações do MPIB

Há tempos se discute os perigos que a Inteligência Artificial trará à humanidade.
[Imagem: Manuel Alfonseca et al. - 10.1613/jair.1.12202]

Inteligência que supera os criadores

Suponha que alguém programe um sistema de inteligência artificial (IA) com uma inteligência superior à dos humanos, para que ele possa aprender de forma independente.

Conectada à internet, a IA poderia ter acesso a todos os dados da humanidade e então tentaria otimizar tudo; ela poderia substituir todos os programas existentes e assumir o controle de todas as máquinas online em todo o mundo, para que tudo funcionasse da forma mais eficiente possível.

Isso produziria uma utopia ou uma distopia? A IA encontraria a cura para o câncer, promoveria a paz mundial e evitaria um desastre climático? Ou ela iria concluir que a forma mais eficiente de resolver todos os problemas seria destruir a humanidade?

Nosso mundo é fascinado por máquinas e computadores que podem controlar carros, compor sinfonias ou derrotar pessoas no xadrez, Go e outros desafios, mas os cientistas da computação e os filósofos têm-se perguntado se sequer seríamos capazes de controlar uma IA superinteligente, para garantir que ela não representaria uma ameaça à humanidade.

"Uma máquina [computador] superinteligente que controla o mundo parece ficção científica. Mas já existem máquinas que realizam certas tarefas importantes de forma independente, sem que os programadores entendam totalmente como elas aprenderam a fazer o que fazem. Portanto, surge a questão de saber se isso poderia em algum momento se tornar incontrolável e perigoso para humanidade," justifica o professor Manuel Cebrian, do Instituto Max Planck para o Desenvolvimento Humano, na Alemanha.

E as conclusões dos estudiosos nem sempre são animadoras: A equipe internacional liderada por Cebrian fez os melhores cálculos teóricos que o saber científico atual permite para demonstrar que seria fundamentalmente impossível para a humanidade controlar uma IA superinteligente.

Superinteligência artificial

Os cientistas exploraram duas ideias diferentes de como uma superinteligência artificial poderia ser controlada.

Por um lado, as capacidades da IA superinteligente poderiam ser especificamente limitadas, por exemplo, isolando-a da internet e de todos os outros dispositivos técnicos, para que ela não pudesse ter contato com o mundo exterior. Mas isso tornaria a "IA superinteligente" significativamente menos poderosa, menos capaz de responder às missões e às questões para as quais a humanidade a projetou.

Sem essa opção, a IA poderia ser motivada desde o início a perseguir somente objetivos que atendam aos melhores interesses da humanidade, por exemplo, programando princípios éticos nela. No entanto, os pesquisadores também demonstraram que essas e outras ideias contemporâneas e históricas para controlar a IA superinteligente têm seus limites.

Máquinas que controlam máquinas estão entre os riscos existenciais para a humanidade.
[Imagem: Iyad Rahwan]

Problema incomputável

A equipe então concebeu um algoritmo teórico de contenção, que garante que uma IA superinteligente não possa prejudicar as pessoas em nenhuma circunstância, simulando o comportamento da IA primeiro e então interrompendo-a se ela for considerada prejudicial.

Mas uma análise cuidadosa mostra que, em nosso paradigma atual de computação, esse algoritmo não pode ser construído.

"Se você dividir o problema em regras básicas da ciência da computação teórica, verá que um algoritmo que comandaria uma IA para não destruir o mundo poderia inadvertidamente interromper suas próprias operações. Se isso acontecesse, você não saberia se o algoritmo de contenção ainda está analisando a ameaça, ou se ele parou para conter a IA prejudicial. Na verdade, isso torna o algoritmo de contenção inutilizável," disse Iyad Rahwan, membro da equipe.

Com base nesses cálculos, o problema de contenção é incomputável, ou seja, nenhum algoritmo único pode encontrar uma solução para determinar se uma IA produziria danos ao mundo.

Além disso, os pesquisadores demonstraram que podemos nem saber quando as máquinas superinteligentes foram criadas, porque decidir se uma máquina apresenta inteligência superior aos humanos está no mesmo reino do problema de contenção: insolúvel.

Bibliografia:

Artigo: Superintelligence Cannot be Contained: Lessons from Computability Theory
Autores: Manuel Alfonseca, Manuel Cebrian, Antonio Fernandez Anta, Lorenzo Coviello, Andrés Abeliuk, Iyad Rahwan
Revista: JAIR - Journal of Artificial Intelligence Research
DOI: 10.1613/jair.1.12202

Os perigos que a Inteligência Artificial trará à humanidade

 Com informações da Agência Fapesp 

Inteligência do bem ou do mal

Hoje estamos publicando dois artigos com diferentes abordagens sobre a Inteligência Artificial: um otimista e entusiasmado, quase ufanista, e outro mais cauteloso, preocupado, quase pessimista. É comum que os apaixonados por tecnologia identifiquem-se quase naturalmente com o primeiro enfoque, mas é importante não perder de vista as responsabilidades e os novos desafios que todos os progressos trazem. O ideal é que a abordagem responsável não iniba os sonhos da visão apaixonada e que o ideal de um futuro mais promissor não se esqueça de que, para deixarem de ser meras fantasias, os sonhos precisam firmar resolutamente os pés no solo da realidade.

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"Fico hesitante em dizer que devemos acelerar nosso desenvolvimento tecnológico," ponderou o professor Frank Allgöwer.
[Imagem: Cortesia Stuttgarter-Zeitung/Reiner Pfisterer]

Perdendo o controle da tecnologia

De veículos autônomos a fábricas e cidades inteligentes, a humanidade está construindo sistemas computacionais dinâmicos cada vez mais complexos, que trabalham em rede com alto grau de automação e de autonomia.

O grande medo é que, nesse grande mundo interconectado que se avizinha, os humanos tornem-se meros usuários desses sistemas dinâmicos complexos, e não mais a força que os controla.

Para o professor Frank Allgöwer, da Universidade de Stuttgart, na Alemanha, somente com um grande esforço em pesquisa básica, particularmente na área de engenharia cibernética, será possível desenvolver mecanismos de controle para garantir que tudo funcione de maneira adequada - e, sobretudo, que nada saia do controle humano.

"Ainda não entendemos muito bem como esses sistemas funcionam, como interagem e se organizam, mas ainda assim os estamos construindo. Embora pense que os efeitos positivos devem superar os negativos, fico hesitante em dizer que devemos acelerar nosso desenvolvimento tecnológico. Creio que este seria o momento de fazer a pesquisa básica alcançar as inovações tecnológicas que estão surgindo para que possamos realmente entender o que está acontecendo", ponderou Allgöwer durante uma palestra em São Paulo, promovida pela Fapesp.

Engenharia cibernética

De acordo com o pesquisador alemão, a autonomia crescente e a estrutura em rede são as características-chave das inovações tecnológicas atuais. E a engenharia cibernética é a ciência básica que está no centro desse processo, possibilitando, por meio de métodos matemáticos e teoremas, prever o funcionamento desses sistemas complexos e influenciar seu comportamento.

"Controlar um sistema dinâmico - como por exemplo um carro autônomo - é uma tarefa difícil, nada trivial. Requer, portanto, uma boa base teórica. Mas esse não é o fim da linha. No futuro, haverá muitos carros autônomos e eles terão de se organizar e conversar entre si, de modo a otimizar o trânsito, poupar energia, tempo e evitar acidentes. Essa rede terá de ser operada por controladores cibernéticos, pois nenhum humano consegue reagir rápido o suficiente para gerir uma rede tão complexa e da qual muitas vidas dependem," exemplificou Allgöwer.

O sonho da inteligência artificial continua cada vez mais vivo, mas um número cada vez maior de especialistas teme uma revolução das máquinas.
[Imagem: Jared C. Benedict/MIT Media Lab]

Do mesmo modo, nesse futuro a geração de energia não será mais concentrada em grandes usinas, e sim distribuída em pequenas unidades individuais e até domésticas, formadas por geradores eólicos ou solares interconectados. Essas unidades terão de se organizar de modo a enviar energia onde há demanda, evitando falhas e interrupções no fornecimento.

Já nas fábricas, as linhas de montagem introduzidas na segunda revolução industrial estão dando lugar a estações de manufatura estruturadas em redes. "Na indústria 4.0, se o robô de uma determinada estação quebrar ou estiver sobrecarregado, outro assume sua função e, nesse sistema interconectado, é possível produzir mercadorias de forma mais barata e eficiente," disse.

Papel das ciências humanas

Para Allgöwer, a crescente autonomia dos sistemas dinâmicos é, em princípio, algo positivo, devendo beneficiar a economia, os meios de trabalho, aumentar a qualidade de vida e a eficiência no uso de recursos, tornando as atividades humanas mais sustentáveis.

Porém, pode haver perigos associados.

"Esses sistemas são tão complexos que os seres humanos não têm como acompanhar tudo o que está acontecendo. Os robôs terão todo o conhecimento sobre nós e vão influenciar tudo o que fazemos. Poderiam essas máquinas assumir o controle da sociedade?", indagou.

Para responder a questões como essa, segundo Allgöwer, além de pesquisas em engenharia cibernética também serão necessários estudos em áreas como filosofia e ciências sociais.

"É preciso que pesquisadores da área de humanas supervisionem o que os engenheiros estão construindo", recomendou ele.

Primeira usina elétrica com emissão negativa de dióxido de carbono é inaugurada na Islândia

Pelo site Engenharia É

Cogita-se muito sobre a redução da emissão de CO2, bem como a sua remoção. Uma usina elétrica localizada na Islândia tem por objetivo cumprir isso: trata-se da primeira com emissão negativa de gases de efeito estufa.

Por “emissão negativa”, entende-se que a usina remove mais dióxido de carbono da atmosfera do que a mesma emite. A usina geotérmica que estamos nos referindo possui um módulo que coleta o CO2 diretamente do ar por meio de filtros, liga as partículas à água e as envia para o subsolo, que por sua vez se mineralizam, tornando-se pedras inofensivas.

Veja abaixo:

A usina geotérmica é basicamente uma árvore, só que milhares de vezes mais poderosa no objetivo de sugar o dióxido de carbono da atmosfera. E com a vantagem de gerar energia elétrica com a ajuda do calor natural das atividades vulcânicas daquela região.

É possível coletar uma tonelada de dióxido de carbono por cerca US$ 100, o que infelizmente ainda inviabiliza a instalação de mais usinas como essa pelo mundo. No futuro, a expectativa é que esse valor caia para US$ 50. Ainda assim, se precisarmos capturar 10 bilhões de toneladas de CO2 em 2050, gastaríamos cerca de US$ 500 bilhões por ano, como diz a nota do Quartz. Pra quem vai a conta?

Além do mais, a usina islandesa ainda é um projeto em fase experimental: por enquanto, ela só consegue capturar 50 toneladas de CO2 por ano, o que ainda é insuficiente para recuperar o estrago que já foi feito. Como a tecnologia é modular, é possível escalá-la para coletar mais dióxido de carbono em uma usina maior.

Pra se ter ideia, o custo para coletar uma tonelada de CO2 em 2011 era de várias centenas de dólares e caiu drasticamente em pouco tempo, tornando-se mais “viável” — a prova disso é o funcionamento dessa usina.

Esperamos ver a tecnologia sendo mais adotada em um futuro não muito distante, não é mesmo?