Turbina que explora energia das marés pronta para ser instalada

Redação do Site Inovação Tecnológica 

A turbina de demonstração mede 16 metros de comprimento por 20 metros de altura.[Imagem: Tidal Energy Ltd]

Energia das marés

Um novo gerador de energia a partir do movimento das marés está pronto para ser instalado no País de Gales.

Embora esteja sendo considerado um protótipo, o equipamento está na escala total prevista no projeto da empresa Tidal Energy Ltd.

O conceito de exploração da energia das marés é diferente da exploração da energia das ondas, embora ambas sejam formas de geração hidroelétrica.

Como as marés são geradas pela influência gravitacional do Sol e da Lua sobre a Terra, o movimento cíclico dos oceanos que produz as marés é mais previsível e constante.

Pesando 150 toneladas, o equipamento tem a altura de um prédio de sete andares e pode gerar 400 kW girando lentamente conforme o deslocamento das marés.

A baixa velocidade é um dos principais argumentos da empresa, que afirma que isto diminui o risco de impacto ambiental.

Além disso, a energia das marés é considerada verde e totalmente renovável.

Projeto para geração hidroelétrica a partir das marés. [Imagem: Tidal Energy Ltd]

Fazenda marinha

A turbina subaquática deverá funcionar por um período de testes de 12 meses, com a energia gerada já interligada à rede de distribuição.

Se o teste for bem-sucedido e o equipamento se mostrar confiável, a empresa pretende instalar uma fazenda submarina de geradores com uma capacidade de 10 MW, suficiente para abastecer 10.000 residências.

O projeto da fazenda marinha é baseado na colocação de bases triangulares que se assentam por gravidade no fundo marinho, evitando a necessidade de perfurações.

Isto reduz os custos de instalação e de manutenção.

Segundo a empresa, a colocação de três turbinas em uma única estrutura maximiza a energia média gerada, garantindo um fornecimento mais uniforme à rede.

Outra empresa está testando a exploração da energia das marés para geração de eletricidade desde 2007 na Irlanda do Norte, mas usando turbinas individuais fixadas no solo oceânico.

Viagens da física: do laboratório ao mercado

Com informações do IFSC/USP 

Muitas vezes é difícil saber como uma descoberta feita nos laboratórios poderá se traduzir em benefícios práticos.

O problema é consistente, já que poucos sabem quais os fenômenos, materiais ou propriedades de materiais são os responsáveis pela tecnologia que já é prática, mas cujo funcionamento não se compreende.

Veja abaixo alguns exemplos de processos e produtos que resultaram diretamente de pesquisas de laboratórios - mais especificamente de física.

Parte de uma infinidade de inventos que ajudou a moldar aquilo de chamamos de "Era da Tecnologia", esses exemplos ajudam a alinhavar a conexão entre a pesquisa científica e a utilidade tecnológica, talvez desmistificando um pouco a descrição muitas vezes árida das descobertas relatadas nos artigos científicos.

A magnetorresistência gigante também deu origem ao campo da spintrônica e suas conexões com a eletrônica molecular - hoje já se conhecem novas conexões entre eletricidade e magnetismo que ainda não foram exploradas de forma prática. [Imagem: CFN]

Magnetorresistência gigante

Talvez você nunca tenha ouvido falar de magnetorresistência gigante (MRG), mas certamente já ouviu falar de computadores melhores.

Esse estudo fenômeno, resultado de trabalhos independentes dos físicos Albert Fert (França) e Peter Gruenberg (Alemanha), aprimorou significativamente o hardware dos computadores que utilizamos.

A magnetorresistência gigante ocorre em um sistema de camadas magnéticas e não magnéticas, no qual a alteração da direção da magnetização em uma das camadas magnéticas altera a resistência elétrica do sistema como um todo.

Graças a isso é que os discos rígidos dos computadores puderam ser miniaturizados, aumentando a capacidade de armazenamento de dados dos computadores atuais.

"A empresa responsável por isso foi a IBM. Quando os HDs ultrapassaram a capacidade de 1Gb, a MRG foi o fenômeno que permitiu a redução desse componente", conta o professor Guilherme Sipahi, do Instituto de Física da USP em São Carlos (IFSC).

Por esse trabalho, Fert e Gruenberg ganharam o Nobel de Física de 2007.

A ressonância magnética nuclear tem estreitas conexões com pesquisas na área dacomputação quântica. [Imagem: Ag.FAPESP]

Ressonância Magnética Nuclear

Em 1937, quando o físico norte-americano Isidor Isaac Rabi apresentou um artigo naPhysical Review 51 falando sobre uma nova técnica para medir momentos magnéticos nucleares, certamente não imaginou que a Ressonância Magnética Nuclear (RMN) faria tanto sucesso e teria uma aplicação tão ampla. Pois foi o que aconteceu.

Dos primeiros estudos da técnica até sua aplicação no diagnóstico de doenças, passaram-se cerca de quatro décadas. Atualmente, a aplicação mais conhecida é na área médica, para a detecção das mais variadas enfermidades, como tumores cancerígenos, acidente vascular cerebral (AVC), esclerose múltipla etc.

Porém, a RMN também pode ser utilizada na química, física, biologia, agricultura, sondagem de petróleo e até mesmo em informação quântica, para o desenvolvimento e aprimoramento dos computadores quânticos.

Hoje já existem transistores de silício com um átomo de espessura. [Imagem: Nature Nanotechnology - 10.1038/nnano.2015.10]

Elétron, semicondutor, transístor

Se hoje você tem um televisor muito mais fino e mais leve do que os primeiros que foram inventados, agradeça aos estudiosos de física da matéria condensada. Tudo começou nos laboratórios Bell, pouco depois da Segunda Guerra Mundial, quando seus pesquisadores buscavam uma solução para substituir as válvulas termoiônicas usadas nos sistemas telefônicos da época.

Em 1947 foi então criado o transístor, dispositivo eletrônico que controla a passagem de corrente elétrica. "O desenvolvimento do transístor dependeu do entendimento de como os elétrons se comportam dentro de um material semicondutor, e foi o físico teórico John Bardeen quem entendeu os mecanismos fundamentais que os elétrons precisavam realizar dentro dessas estruturas para controlar sua passagem", explica o professor Rodrigo Gonçalves Pereira, também do IFSC.

Se não fossem os semicondutores, o transístor, e o entendimento de como os elétrons se comportam neles, a eletrônica jamais teria chegado onde chegou - a eletrônica portátil seria virtualmente impossível.

Além dos superLEDs, com até 150 Watts, agora já existem também os LECs. [Imagem: Sinano/Chinese Academy of Sciences]

LED

Considerada a maior revolução na iluminação desde a invenção da lâmpada elétrica, o LED azul foi o resultado de estudos realizados pelos japoneses Isamu Akasaki e Hiroshi Amano e Shuji Nakamura e já está por todos os lados - oLED original na verdade foi inventado há mais de 50 anos.

O estudo se baseou no fenômeno da emissão de luz pela passagem de corrente elétrica por um material semicondutor, processo bem diferente das lâmpadas tradicionais, que utilizam filamentos metálicos aquecidos, descargas de gases e outros expedientes para produção de luz.

"O Nobel de 2014 foi dado aos inventores dos LEDs azuis, apresentados em 1994. Esses LEDs deram origem a uma nova geração de LEDs com frequências mais altas [azul a ultravioleta] e, em particular, ao LED branco, que só é dessa cor porque alia um LED azul a uma camada de fósforo que emite luz na região do amarelo e faz com que o efeito final seja uma luz branca," explica Guilherme Sipahi.

Dentre as vantagens da luz de LED estão maior vida útil, mais iluminação com menos consumo, além de ser ecologicamente correta, já que não possui mercúrio ou qualquer elemento danoso à natureza.

A física estatística é tão apaixonante que alguns pesquisadores mais entusiasmados falam até emprever o futuro e as necessidades humanas. [Imagem: Alessandro Vespignani]

Estatística da física

Mas nem tudo são experimentos e "dispositivos". Há também a física estatística, que, basicamente, descreve o funcionamento do mundo macrofísico tendo como base o que acontece no micro.

"Não sabemos combinar informações de cada um dos elementos [moléculas e átomos] que formam um material para entender o todo, portanto tentamos descobrir leis de comportamentos médios," explica o professor Leonardo Paulo Maia.

Uma das aplicações da física estatística é na instalação de torres para cobertura de telefonia móvel. A parte estratégica desse trabalho, desenvolvida na maioria das vezes por engenheiros, é a distribuição dessas torres de tal maneira que não se necessite de grande quantidade delas - já que o gasto financeiro seria muito grande - e que a cobertura do sinal não seja comprometida.

"Na engenharia e matemática aplicadas, são formuladas as chamadas técnicas de otimização estocástica, e os físicos estatísticos poderiam atuar nessa direção, pois cotidianamente utilizam técnicas análogas, embora com outras finalidades", explica Leonardo.

Transistores que funcionam como sensoresprometem novas formas de realizar exames médicos. [Imagem: EPFL/Jamani Caillet]

Sensores

Quando se fala em sensores, a primeira coisa que vem à nossa mente são aqueles aparelhos que ficam nos tetos e paredes das casas e que, com a nossa presença, acendem luzes ou disparam alarmes. No mundo científico, contudo, a utilidade dos sensores vai muito além da segurança doméstica ou iluminação automática de ambientes.

Capazes de responder a diversos estímulos físico-químicos, os sensores são utilizados para detectar, entre outras coisas, moléculas de gases.

"A grande quantidade de carros que temos hoje nas grandes cidades tornou necessário o monitoramento intensivo de gases tóxicos, para que as pessoas tenham conhecimento da toxicidade que pode estar presente no ambiente onde estão inseridas," explica o professor Valmor Roberto Mastelaro.

Os primeiros sensores construídos tinham um tamanho muito grande ou usavam uma tecnologia complexa, o que comprometia sua praticidade e funcionalidade. Após vários anos de estudos, os sensores estão-se tornando cada vez mais compactos e eficientes.

"Atualmente, os pesquisadores já são capazes de produzir microssensores, feitos com os mais diversos tipos de materiais. Isso, além de tornar o sensor muito pequeno, menor do que uma moeda de 1 Real, tornou-o mais eficiente e seletivo. Ou seja, ele é capaz de detectar vários tipos de gases ou um único gás, separadamente", conta o pesquisador.

Alivie a dor e fique rico

Se tudo isso está ameaçando lhe dar dor de cabeça, talvez você se lembre da aspirina.

No final século XIX, "a Bayer começou a comercializar heroína como analgésico, que foi muito bem recebida, uma vez que uma dose pequena já trazia um grande alívio da dor. Por isso o nome 'heroína'. Porém, os fabricantes perceberam que ela causava grande dependência nos usuários, o que, além de prejudicial à saúde, não trazia uma boa imagem à empresa", explica o professor Rafael Carvalho Guido.

Depois de retirar a heroína do mercado, a própria Bayer começou a se interessar pelo ácido salicílico. "Mas havia um problema: esse ácido reagia com a estrutura da pele humana, causando danos celulares. Foi quando Felix Hoffman sintetizou o ácido acetilsalicílico, popularmente conhecido como AAS ou aspirina, que continha as mesmas propriedades terapêuticas do anterior, mas sem causar danos ao organismo", conta Rafael.

Depois de tantos exemplos, talvez seja melhor, da próxima vez que ouvir ou ler sobre uma descoberta ou novidade um tanto estranha saindo dos laboratórios, tentar imaginar um uso ou aplicação que aquela novidade poderia ter. Ou você achava que seria impossível virar um grande empresário lendo novidades científicas?

Novo paradigma para construção de células solares

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Estrutura atômica do cristal de perovskita, que apresenta efeito fotoelétrico maciço para a luz visível.[Imagem: Felice Macera/University of Pennsylvania]

Efeito fotoelétrico maciço

Você sabia que existe um material que possui um efeito fotovoltaico muito superior ao apresentado pelos semicondutores usados atualmente na construção das células solares?

E não apenas um material, mas uma classe de materiais, uma classe de materiais que apresenta uma propriedade chamada efeito fotovoltaico maciço, ou em bruto.

As células solares atuais são feitas com materiais que apresentam o efeito fotoelétrico na interface entre dois materiais - essa interface é conhecida como junção p-n porque ela é formada por um material com excesso de cargas positivas e outro com excesso de cargas negativas.

Já no efeito fotovoltaico maciço, o fenômeno ocorre em toda a estrutura do material, e não apenas na sua borda ou na interface com outro tipo de material.

É claro que isso abre a possibilidade de construir células solares muito mais eficientes e muito mais compactas.

Ocorre que, até agora, só se conhecia materiais com efeito fotovoltaico em bruto sensíveis à luz ultravioleta, quando a maior parte da energia do Sol está na faixa visível e infravermelha do espectro.

Perovskitas

Agora, Ilya Grinberg e seus colegas das universidades da Pensilvânia e Drexel, ambas nos Estados Unidos, descobriram não o material ideal, mas um composto que mescla os efeitos fotoelétricos em bruto e na interface.

E o efeito fotoelétrico maciço ocorre justamente na porção visível do espectro eletromagnético.

A solução foi encontrada nas perovskitas, que vêm fazendo sucesso no campo das células solares nos últimos anos:

A equipe conseguiu sintetizar um cristal de perovskita que possui o arranjo atômico necessário para preservar as condições nas quais os dois efeitos fotovoltaicos se manifestam.

O material é uma cerâmica complexa, resultado da combinação de niobato de potássio e niobato de níquel-bário.

Os pesquisadores esperam que a perovskita permita romper com o chamado "limite de Shockley-Queisser", que impede o aumento da eficiência das células solares porque uma parte da energia dos fótons é perdida quando os elétrons têm que esperar sua vez para saltar de um material para outro na interface p-n.

Além de tirar proveito do efeito fotovoltaico maciço, torna-se possível também empilhar várias células solares, uma sensível a cada faixa de comprimento de ondas - isso pode ser obtido mudando a dosagem de cada um dos niobatos usados.

"Esta família de materiais é ainda mais notável porque ela é composta por elementos de baixo custo, não-tóxicos e abundantes na Terra, ao contrário dos compostos semicondutores utilizados atualmente na tecnologia de células solares de película fina," comentou o professor Jonathan Spanier, um dos coordenadores do grupo.

Bibliografia:

Perovskite oxides for visible-light-absorbing ferroelectric and photovoltaic materials
Ilya Grinberg, D. Vincent West, Maria Torres, Gaoyang Gou, David M. Stein, Liyan Wu, Guannan Chen, Eric M. Gallo, Andrew R. Akbashev, Peter K. Davies, Jonathan E. Spanier, Andrew M. Rappe
Nature
Vol.: 503, 509-512
DOI: 10.1038/nature12622

Nova Iorque aposta em telhados brancos contra aquecimento de edifícios

Com informações da BBC

Pintar telhado de branco

Conhecida pela divulgação e promoção de ações de sustentabilidade, a Prefeitura de Nova Iorque criou um programa pelo qual pretende pintar de branco, senão a totalidade, a maior quantidade possível de telhados da cidade.

O objetivo da medida é reduzir o consumo de energia dos moradores e, assim, o impacto que causam no meio ambiente.

Isso porque, com os telhados pintados de branco, a temperatura no interior de um edifício pode cair até 30%, diminuindo os gastos com ar-condicionado e, consequentemente, a emissão de gases do efeito estufa.

O programa, chamado de "Cool Roofs" (ou "Telhados Frios", em tradução literal), faz parte de um conjunto de medidas tomadas por Nova Iorque com o intuito a reduzir em 30% a emissão de gases causadores do efeito estufa até 2030.

Segundo um estudo realizado pelo Centro de Pesquisa de Sistemas Climáticos da Universidade de Colúmbia, nos Estados Unidos, um telhado pintado na cor branca registrou, no dia mais quente deste ano, uma temperatura até seis graus menor do que a verificada em um tradicional, sem a tinta.

A explicação é simples e tem origem nas leis da física: enquanto os telhados pretos ou escuros absorvem a energia do sol quase completamente, os brancos refletem os raios solares, dispersando o calor.

Telhado branco esfria mesmo?

Apesar de tantos indicadores, a medida ainda levanta polêmicas.

Uma pesquisa realizada recentemente na USP, mostrou que as tintas comuns podem ter um efeito cultivador sobre microrganismos capazes de escurecer os telhados, gerando um efeito de aquecimento, em vez de resfriamento.

Os testes em laboratório demonstraram que os biocidas (fungicidas) presentes na formulação das tintas para conferir proteção do produto à ação dos fungos são lixiviados (removidos) pela água.

Para a pesquisadora Márcia Aiko Shirakawa, "é preciso realizar mais pesquisas sobre a durabilidade das tintas desenvolvidas para aplicação em telhados antes de implementar qualquer lei. Porque, com o tempo, sabemos que haverá crescimento microbiano e o escurecimento dos telhados, e isso acarretará mais gastos de repintura e o aumento de lixiviação do biocida das tintas."

Voluntários nos telhados

Em Nova Iorque, contudo, o apelo da medida é grande, levando até mesmo à formação de grupos de voluntários para ajudar a pintar principalmente prédios e edifícios públicos.

"Aqui em cima faz muito calor, mas o esforço vale a pena, porque conhecemos pessoas e ajudamos nossa comunidade com um projeto sustentável maravilhoso", disse James Allison, da ONG Inroads, que seleciona voluntários para participar no programa.

"Estamos trabalhando lentamente e não será possível pintar todos os telhados da cidade, ora pelo material, ora pelas condições de segurança necessárias para pintá-lo. Mas vamos fazer tudo o que pudermos", disse Tori Edmiston, vice-diretor de Relações Exteriores Comunitárias do Conselho da Cidade de Nova Iorque, a agência da Prefeitura responsável pelo programa.

Por enquanto, os tetos mais pintados são os de universidades, bibliotecas e edifícios públicos, além de blocos de apartamentos de moradores de baixa renda.

Papel mineral feito com garrafas PET

Redação do Site Inovação Tecnológica

São necessários 235 quilogramas de PET moído para produzir 1 t do papel mineral.[Imagem: INVDES/Divulgação]

Papel ecológico

Uma dupla de estudantes mexicanos desenvolveu um processo para produzir o que eles chamam de "papel mineral" a partir de garrafas PET usadas.

"Fabricamos papel ecológico com garrafas recicladas de plástico, carbonato de cálcio e areia. Não usamos água e nem produtos químicos, como o cloro," anunciou Ever Adrián Nava, que desenvolveu o processo juntamente com seu colega Érick Zamudio.

Embora já existam empresas que fabriquem papel a partir de fibras de garrafas PET recicladas, a simplicidade da técnica e dos materiais torna o processo dos estudantes mexicanos quatro vezes mais barato.

E o papel de plástico resultante - a dupla também se refere a ele como o nome de "PETapel" - apresenta grande resistência.

"O papel mineral é mais resistente que o normal, não se consegue rasgá-lo com as mãos, é impermeável, além de ter a propriedade de ser fotodegradável e somente absorve a quantidade necessária de tinta durante a impressão," acrescentou Nava.

Árvores e água

Segundo cálculos dos pesquisadores, além de dar destinação às garrafas PET usadas, a técnica pode salvar 20 árvores e 56.000 litros de água a cada tonelada de papel mineral produzido.

São necessários 235 quilogramas de PET moído para produzir 1 t do papel. O PET moído é triturado com calcário e areia para produzir uma massa, que é então fundida a pouco mais de 100ºC. A massa fundida é finalmente laminada para a produção do papel.

Os dois pesquisadores fundaram uma empresa e estão recebendo ajuda da Agência Mexicana de Pesquisa e Desenvolvimento (INVDES) para tentar viabilizar o processo em escala comercial.

Videogame ensina física preparando Marte para colonização

Com informações da Agência FAPESP 

Sprace Game 2.0, desenvolvido na Unesp com apoio da FAPESP, apresenta conceitos de física de partículas em missão virtual para colonizar Marte. Game pode ser baixado de graça[Imagem: Divulgação]

Partículas subatômicas

Enquanto o Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês) tenta recriar as condições surgidas logo após o Big Bang, crianças e adolescentes podem aprender no computador a capturar partículas subatômicas e utilizá-las para construir prótons, nêutrons e as bases atômicas de todo o universo.

Esta é a proposta do jogoSprace Game 2.0, criado por pesquisadores da Universidade Estadual Paulista (Unesp).

"O visual, os desafios propostos e especialmente o conteúdo por trás das missões fazem com que o jogador se divirta enquanto entra em contato com conceitos importantes da física das partículas subatômicas, grande objetivo da iniciativa," explica o professor Sérgio Ferraz Novaes.

Reduzido na tela à escala subatômica, o jogador comanda uma nave miniaturizada e utiliza um campo de energia para capturar quarks, as partículas subatômicas que formam prótons e nêutrons - que, por sua vez, compõem o núcleo atômico.

É uma jornada que leva os mais curiosos a entrar em contato com a complexidade da estrutura da matéria, que vai muito além dos famosos prótons e nêutrons.

"Os aceleradores de partículas permitem ampliar nosso conhecimento sobre as estruturas da matéria e conhecer as partículas subatômicas: os quarks up, down, strange, charm, bottom e top, os léptons elétron, múon, tau e seus três respectivos neutrinos, e as partículas glúon, W, Z e fóton, responsáveis pelas interações forte, fraca e eletromagnética", explicou Novaes.

Colonizar Marte

Esses componentes subatômicos são os alvos do jogador. De posse das partículas encontradas, ele precisa levá-las ao laboratório para que sejam identificadas e ajudem a calibrar os sensores da nave, que adquire a capacidade de identificar novas partículas à distância.

Nas fases seguintes, a missão ganha mais complexidade: é preciso aprender a recombinar as partículas para construir prótons e nêutrons que, por sua vez, deverão ser utilizados para construir os núcleos atômicos, necessários à sustentação da vida.

As missões são apresentadas como etapas intermediárias para preparar o planeta Marte para uma futura colonização humana. O objetivo final é coletar as partículas e recombinar seus quarks na produção de novos prótons e nêutrons nas quantidades corretas para produzir os núcleos dos átomos necessários à colonização - entre eles o hidrogênio e o oxigênio, indispensáveis para a sustentação da vida.

Durante o processo, o jogador aprende a consultar a Tabela Periódica para determinar a quantidade de prótons e nêutrons a serem gerados em cada caso e repete algumas vezes o processo de selecionar quarks para compor prótons e nêutrons de forma a memorizar a composição dessas duas partículas.

A nave é equipada com dois tipos de disparo - o primeiro, utilizado para lançar uma espécie de campo de força que prende a partícula, permitindo o transporte para o laboratório de análises miniaturizado; o segundo, para impulsionar uma partícula capturada em determinada direção. Todo o jogo é controlado pelo mouse e o visual e a mecânica de controle são semelhantes aos dos jogos 2D modernos.

Exatidão científica

De acordo com Novaes, o planejamento do jogo obedeceu critérios para garantir a exatidão científica sem prejudicar a diversão.

"Apesar de certa liberdade criativa, zelamos pelo rigor científico dos conceitos tratados. Claro que, na realidade, é impossível a observação direta das partículas, mas esse tipo de restrição foi contornado pelo elemento da fantasia. Ao mesmo tempo misturamos o conteúdo didático com as regras do jogo, para tornar o aprendizado mais divertido", disse.

O jogo foi projetado para funcionar em qualquer computador com sistema operacional Windows, Linux ou do Macintosh, exigindo apenas a instalação da versão mais recente da plataforma Java, que pode ser obtida gratuitamente na Internet.

Como alimentar o mundo e ainda produzir biocombustíveis

Com informações da NSF 

Turbinando as plantas

Um organismo fotossintetizante utiliza a luz solar e o dióxido de carbono para produzir açúcares que alimentam o organismo, liberando oxigênio para a atmosfera.

Mas a fotossíntese é um processo relativamente ineficaz, geralmente capturando apenas cerca de 5% da energia disponível, dependendo de como a eficiência é medida.

No entanto, algumas espécies de plantas, algas e bactérias evoluíram para se tornar mais eficientes, otimizando mecanismos que reduzem as perdas de energia ou melhorando a disponibilização do dióxido de carbono para as células durante a fotossíntese.

Existem inúmeros projetos de pesquisas tentando dar uma mãozinha à evolução, desenvolvendo técnicas para otimizar ainda mais a fotossíntese - sem contar as tentativas reproduzi-la sinteticamente por meio da fotossíntese artificial.

Três dessas equipes acabam de ganhar a confiança - e o dinheiro - da Fundação Nacional de Ciências dos Estados Unidos (NSF) e do Conselho de Pesquisas em Ciências Biológicas e Biotecnológicas do Reino Unido (BBSRC) para prosseguirem em suas abordagens para aumentar a eficiência da fotossíntese.

O objetivo de longo prazo é desenvolver métodos para aumentar a produtividade de culturas importantes, plantadas para a produção de alimentos e biocombustíveis sustentáveis.

Fotossíntese plug-and-play

Diagrama do conceito da fotossíntese plug-and-play. [Imagem: Zina Deretsky/NSF]

Alguns micróbios unicelulares captam a energia solar e a convertem em combustível para sua autorreplicação.

O conceito de fotossíntese plug-and-play (conectar e funcionar, em tradução livre) visa distribuir a captura e a conversão de energia para dois ambientes diferentes, de modo que cada ambiente possa ser otimizado para máxima eficiência em seu respectivo papel.

O objetivo da equipe da Dra. Anne Jones, da Universidade Estadual do Arizona, é captar a energia não utilizada, que é dissipada, usando para isso uma célula fotossintética, que transferirá a energia gerada para uma segunda célula para a produção de combustível.

Para fazer essa transferência de energia, a equipe pretende dar um novo uso aos nanofios bacterianos, pequenos fios condutores de eletricidade encontrados em algumas bactérias, com funções que não são ainda completamente compreendidas.

Esses fios serão manipulados por bioengenharia para formar uma ponte elétrica entre as células solares e as células produtoras de combustível - os fios vão conduzir a energia de uma para a outra.

MAGIC - Abordagem Multi-Nível para Geração de Dióxido de Carbono

O projeto Magic está criando uma bomba de dióxido de carbono alimentada por luz. [Imagem: John H. Golbeck/Universidade da Pensilvânia]

O objetivo é projetar uma bomba de dióxido de carbono alimentada por luz que irá aumentar a disponibilidade de dióxido de carbono para a enzima que promove a fotossíntese e, assim, aumentar a eficiência fotossintética.

Através da engenharia genética, a equipe já reprojetou uma proteína sensível à luz, chamada halorodopsina, encontrada em um micróbio unicelular chamadoNatronomonas pharaonis, que ajuda o micróbio a manter o equilíbrio químico correto bombeando cloreto.

A forma geneticamente modificada da proteína, em vez de bombear cloreto, bombeia dióxido de carbono, que está presente como bicarbonato nas células.

Para avaliar a eficácia da sua bomba alimentada por luz, a equipe implantou-a em uma vesícula artificial. Essa vesícula contém um corante cujo brilho é proporcional aos níveis de dióxido de carbono no interior da vesícula.

A equipe pretende usar o novo financiamento para incorporar a bomba em células de plantas para determinar se o aumento na disponibilidade de dióxido de carbono irá aumentar o crescimento das plantas.

O projeto MAGIC (Multi-Level Approaches for Generating Carbon Dioxide) é coordenado pelo professor John Golbeck, da Universidade do Estado da Pensilvânia.

CAPP - Combinando Algas e Fotossíntese Vegetal

O projeto CAPP quer transplantar componentes das algas para as plantas. [Imagem: Moritz Meyer/Howard Griffiths]

A Chlamydomonas, uma alga unicelular, tem seu próprio pirenoide, uma estrutura esférica que ajuda a alga a assimilar carbono para melhorar sua eficiência fotossintética.

O objetivo da equipe é transplantar o pirenoide e seus componentes associados da alga para plantas superiores, com a esperança de melhorar a eficiência fotossintética dessas plantas e, assim, sua produtividade.

Até agora, a equipe identificou novos componentes do pirenoide e fez progressos no desenvolvimento de um sensor à base de proteínas que será usado para comparar os níveis de bicarbonato em vários compartimentos celulares nas algas.

Esse sensor será usado para ajudar a explicar o mecanismo de concentração de carbono da alga e ajudar a avaliar a eficácia do pirenoide depois de ele ter sido transplantado para as plantas.

O projeto CAPP (Combining Algal and Plant Photosynthesis) é coordenado pelo professor Martin Jonikas, da Universidade de Stanford.

Tecnologias do futuro: Domótica e Internet das Coisas

Com informações do ICT Results 

A plataforma foi pensada para não sufocar a inovação tecnológica, não impondo restrições sobre as tecnologias do futuro, que ainda não foram sequer imaginadas. [Imagem: Hydra]

Casas inteligentes pressupõem equipamentos eletrônicos e eletrodomésticos que, mesmo não sendo um primor em termos de QI, sejam capazes pelo menos de conversar uns com os outros.

Isto começa a se tornar possível, graças ao trabalho de um consórcio de empresas e instituições de pesquisas da Europa.

Eles construíram uma camada intermediária de software e hardware - um middleware - que permite que sensores e equipamentos de diversos fabricantes troquem dados e funcionem de forma cooperativa.

Tecnologias do futuro

A maioria das propostas de casas e edifícios inteligentes pressupõe a existência de capacidades embutidas nos aparelhos domésticos - da TV e da geladeira até os sistemas de aquecimento, iluminação e ar condicionado - que os tornem capazes de se comunicar uns com os outros, de preferência por meio de redes sem fio.

Essa interconexão permitirá uma operação em conjunto que aumente o conforto e o bem-estar dos moradores e, sobretudo, economize energia ao máximo.

Mas como aparelhos diferentes, utilizando diferentes tecnologias, fabricados por empresas diferentes, em momentos diferentes, poderiam comunicar-se uns com os outros?

Uma forma seria a de insistir em que todos os dispositivos sejam fabricados em conformidade com algum padrão acordado, nacional ou internacionalmente. Mas isso seria complexo e demorado demais, além de se aplicar somente aos aparelhos novos.

Isso também poderia sufocar a inovação tecnológica, ao impor restrições sobre tecnologias do futuro, que ainda não foram sequer imaginadas.

Internet das coisas

Uma forma muito melhor, afirmam os pesquisadores do projeto Hydra, é desenvolver uma camada de middleware, orientada para o serviço a ser prestado, e que possa ser utilizada de forma flexível pelos fabricantes.

"Isso vai ajudar os fabricantes, desenvolvedores de software e integradores de sistemas a construir aparelhos e equipamentos que possam ser ligados em rede com facilidade e flexibilidade através de serviços web, criando soluções de alto desempenho e com ótimas relações entre custo e eficiência," explica Markus Eisenhauer, gerente do projeto.

Com a camada Hydra, todos os tipos de aparelhos, incluindo os medidores de eletricidade, água ou gás, e não apenas os aparelhos de uso interno da casa inteligente, poderão ser interconectados sem que se necessite saber o que acontece dentro deles.

Em princípio, qualquer dispositivo Hydra pode se conectar a qualquer outro, trazendo tão propalada "internet das coisas" um pouco mais próximo da realidade.

Assistência técnica remota

O middleware fornece acesso a todos os sensores e dispositivos embarcados. Com isto, um desenvolvedor de software não precisa se preocupar com os tipos de sensores que estão instalados na casa.

"Se você deseja obter um valor de temperatura, você pode simplesmente pedir ao middleware semanticamente - 'Eu quero a temperatura desta sala' - e a camada Hydra irá interpretar o pedido e fornecer acesso aos sensores correspondentes," explica ele.

Os aparelhos atuais podem ser adaptados para funcionar com o mesmo sistema. "Estamos distribuindo um kit de desenvolvimento onde você poderá integrar o middleware nos aparelhos," diz Eisenhauer, "mas você pode utilizá-lo com os aparelhos já existentes e habilitá-los para o padrão Hydra, desde que eles tenham algum poder de processamento."

A tecnologia não facilitará apenas o uso e controle dos aparelhos, mas também sua manutenção e assistência técnica. Colocando sensores dentro dos seus produtos, como máquinas de lavar ou qualquer outro eletrodoméstico, os fabricantes poderão acessá-los e diagnosticar os problemas remotamente, sem precisar de fazer uma visita ao local.

Qualquer dispositivo Hydra pode se conectar a qualquer outro, trazendo tão propalada "internet das coisas" um pouco mais próximo da realidade. [Imagem: Hydra]

Saúde em casa

E a automação doméstica - ou domótica - é apenas um exemplo do que se pode fazer com a plataforma Hydra.

Outra aplicação importante será na área da saúde, especialmente no acompanhamento de pacientes em suas próprias casas. Os parceiros do projeto criaram uma demonstração utilizando sensores de rede de medição de peso corporal, pressão arterial, glicemia e saturação de oxigênio. Um sensor muscular é capaz até mesmo de emitir avisos de um ataque epiléptico.

"Nós temos alguns protótipos e demonstradores já em funcionamento, onde temos usado um Playstation 3 comum funcionando como uma central de controle de uma casa", diz Eisenhauer.

"Então nós temos diferentes tipos de tecnologias - ZigBee, Bluetooth e outras - tudo coberto por nosso gerenciamento de rede dentro da plataforma Hidra,", diz Eisenhauer. "E então, só para mostrar que também podemos usar aparelhos de prateleira, nós usamos um acessório do Wii como balança e o ligamos ao nosso PlayStation 3."

O console PlayStation 3, que já está em muitas casas, pode facilmente executar o middleware Hydra e, segundo os engenheiros, proporcionando total privacidade aos dados dos pacientes.

"Não é um sistema de telemedicina completo, mas tem todos os ingredientes necessários de um sistema desse tipo e, nesse momento, está funcionando com hardware diverso e heterogêneo," diz Eisenhauer.

Tecnologia agropecuária

A agropecuária também poderá se beneficiar da plataforma Hydra.

Em um experimento, porcos foram equipados com etiquetas RFID para que seus movimentos pudessem ser monitorados. "Nós podemos localizar cada porco no barracão ou fora dele, e podemos usar isso para controlar o sistema de aquecimento e ventilação. Se o galpão ficar muito lotado, a temperatura sobe e então o sistema de aquecimento reage de acordo," explica o engenheiro.

Em outro experimento, sensores sem fio ZigBee monitoram a umidade do solo em um campo, ajudando os agricultores a decidir o melhor momento para semear as suas culturas.

Inteligência ambiente

Para Eisenhauer, a plataforma Hydra traz para mais perto da realidade um mundo de inteligência ambiente, ou computação ubíqua, onde a inteligência artificial se torna parte do nosso ambiente cotidiano.

"É um viabilizador da visão que Mark Weiser, o fundador da computação ubíqua, tinha do 'computador que desaparece'. A plataforma Hydra é uma tecnologia que poderá fazer este sonho se tornar uma realidade," diz ele.

Toda a plataforma Hydra está sendo desenvolvida como código aberto (open source) e está disponível no repositório SourceForge.