Começa projeto para construção do primeiro biocomputador

Redação do Site Inovação Tecnológica 

O projeto Bio4Comp vai usar unidades biocomputacionais impulsionadas por motores moleculares dentro de nanocanais.[Imagem: Till Korten/Cornelia Kowol]

Biocomputação

A União Europeia incluiu em seu programa EU-Horizon 2020 um projeto para construir um novo tipo de computador baseado em biomoléculas.

Os pesquisadores já receberam a parte inicial dos €6,1 milhões e já começaram a trabalhar.

"Praticamente todos os problemas matemáticos realmente interessantes do nosso tempo não podem ser computados de forma eficiente com a nossa atual tecnologia de computadores," disse o professor Dan Nicolau, que acredita que os biocomputadores serão muito superiores à atual computação eletrônica.

A ideia é usar máquinas biomoleculares, também conhecidas como motores moleculares, cada uma medindo alguns poucos nanômetros, para resolver problemas por meio de uma abordagem que a equipe chama de "biocomputação baseada em redes": as máquinas moleculares serão postas para se mover por uma rede de microcanais projetados para representar um algoritmo matemático.

Sempre que as biomoléculas atingirem uma junção na rede, elas ou adicionam um número à soma que estão calculando ou seguem adiante. Dessa forma, cada biomolécula atua como um pequeno computador, com processador e memória, já que fazem o cálculo e guardam consigo e resultado.

Computação paralela e eficiente

Embora cada biomolécula individual seja muito mais lenta do que um transístor, elas se automontam, de forma que podem ser usadas em grande número, acrescendo rapidamente seu poder de computação - e gastando muito pouca energia.

"Nós estamos usando motores moleculares das células que foram otimizados por um bilhão de anos de evolução para serem nanomáquinas altamente eficientes energeticamente. E as unidades de computação biológica podem se multiplicar para se adaptarem à dificuldade do problema matemático," disse Stefan Diez, membro da equipe.

Outra vantagem é que o biocomputador não funcionará de forma sequencial, como os atuais, fazendo cálculos verdadeiramente paralelos, já que uma biomolécula não precisa se importar com o que a outra está fazendo para fazer o seu próprio trabalho.

Imagens por microscópio eletrônico dos primeiros protótipos das redes que serão utilizadas, cada uma projetada para um tipo diferente de cálculo. [Imagem: Till Korten/Cornelia Kowol]

Múltiplos objetivos

O objetivo da equipe é chegar até o fim do projeto, em 2021, com a biocomputação em um nível de desenvolvimento que a torne competitiva com outras abordagens alternativas de computação, como a computação de DNA e a computação quântica.

Para isso, eles pretendem fazer um trabalho intenso no campo da biotecnologia, modificando as propriedades dos motores de proteínas, como a quinesina, a fim de otimizá-la para a biocomputação e permitir sua integração em dispositivos microfluídicos.

"Otimizar os motores moleculares não só nos dará ferramentas ideais para a nanotecnologia mas, ao mesmo tempo, aprenderemos muito sobre como eles funcionam e o que fazem dentro da célula. Esses insights serão úteis, além dos objetivos específicos do projeto, por exemplo para elucidar os papéis dessas proteínas em doenças graves, como câncer e demência," disse o professor Diez.

Bibliografia:

Parallel computation with molecular-motor-propelled agents in nanofabricated networks
Dan V. Nicolau Jr, Mercy Lard, Till Korten, Falco C. M. J. M. van Delft, Malin Persson, Elina Bengtsson, Alf Mansson, Stefan Diez, Heiner Linke, Dan V. Nicolau
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: 113 no. 10, 2591-2596
DOI: 10.1073/pnas.1510825113

Material híbrido pode dobrar eficiência de células solares

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Esta é a estrutura da perovskita híbrida orgânico-inorgânica - CH₃NH₃PbI₃[Imagem: Libai Huang]

Perovskita híbrida

Este material, com o enigmático nome de "perovskita híbrida", pode se tornar a base de uma nova família de células solares com nada menos do que o dobro da eficiência obtida pelas mais modernas células de silício cristalino.

Sua base é um cristal da já conhecida família das perovskitas, que produzem naturalmente células solares de alta eficiência, embora ainda não muito duráveis.

Ao cristal, tipicamente inorgânico, foram adicionados elementos orgânicos - moléculas de metil-amônia - que podem tornar uma célula solar capaz de capturar até dois terços (66%) da energia do Sol, sem perder quase nada em aquecimento.

Isso é nada menos do que o dobro do que se pode conseguir com uma célula solar de silício.

"Meus estudantes de graduação aprenderam como fabricá-la em uns poucos dias," vangloria-se a professora Libai Huang, da Universidade Purdue, nos EUA.

Limites das células solares

As células solares de silício conseguem transformar apenas um terço da energia do Sol em eletricidade por causa de seu hiato de energia, ou intervalo de banda (bandgap), que é a quantidade de energia necessária para fazer um elétron sair de seu estado fundamental e passar para um estado condutor, criando a eletricidade - esse limite de eficiência é conhecido como Limite de Shockley-Queisser (33,7%).

Contudo, os fótons que chegam do Sol podem ter mais energia do que o intervalo de banda, e por um tempo muito curto - na faixa de 10^-12 segundo - os elétrons ficam com uma energia extra. Esses elétrons são chamados de "portadores quentes", e no silício eles existem por apenas um picossegundo, tempo no qual eles viajam uma distância máxima de apenas 10 nanômetros antes de dissipar sua energia como calor. Esta é uma das principais razões para a baixa eficiência das células solares.

A equipe então projetou um material que oferece as condições para que os elétrons quentes vivam por pelo menos 100 picossegundos, tempo no qual eles viajam até 200 nanômetros, permitindo o aproveitamento de toda a sua energia.

Imagens com microscópios ultrarrápidos, como estas, mostram que os elétrons movem-se mais de 200 nanômetros pelo novo material, com uma perda de energia mínima como calor. [Imagem: Libai Huang]

Eletrodos e chumbo

Mas nem tudo está pronto para que o novo material transforme-se em uma célula solar revolucionária.

Primeiro os pesquisadores terão que sintetizar eletrodos com os níveis de energia necessários para arrancar a energia extra e fazê-la fluir para fora da célula solar.

A equipe afirma que também pretende testar outros compostos para tentar substituir o chumbo presente em seu material por outros elementos menos tóxicos.

Bibliografia:

Long-range hot-carrier transport in hybrid perovskites visualized by ultrafast microscopy
Zhi Guo, Yan Wan, Mengjin Yang, Jordan Snaider, Kai Zhu, Libai Huang
Science
Vol.: 356, Issue 6333, pp. 59-62
DOI: 10.1126/science.aam7744

Furnas vai gerar energia a partir de resíduos sólidos sem incineração

Pelo site Pensamentoverde

Projeto utilizará tecnologia 100% nacional e poderá gerar cerca de 

8.000 megawatts hora por ano de energia

Criação da usina contará com um investimento de R$ 32 milhões.

Aproximadamente 80 mil toneladas de resíduos sólidos urbanos são descartadas incorretamente no Brasil, equivalente a 41,6% do lixo recolhido. Esse grave problema que só vem aumentando nos últimos anos, traz consequências como enchentes e muita poluição.

Para tentar reverter esse problema, a empresa Furnas Centrais Elétricas, em parceria com a Carbogás Energia Ltda., concluiu no mês passado a primeira fase de um projeto que tem como objetivo gerar energia elétrica a partir de resíduos sólidos sem incineração.

O projeto utilizará tecnologia 100% nacional, através da gaseificação a leito fluidizado, e busca uma alternativa menos poluente para o mercado nacional e internacional de produção de energia elétrica. Nélson Araújo dos Santos, gerente de pesquisa e desenvolvimento de Furnas, explicou o site G1 Sul de Minas que esse é um projeto que usa a tecnologia de gaseificação, que é bastante diferente da incineração.

Usina vai gerar energia elétrica a partir de resíduos sólidos.

“A taxa de poluentes é muito baixa, é uma tecnologia que a gente entende que consegue dar destino para todos os resíduos sólidos de uma maneira geral e através do gás produzido, gerar a energia elétrica. O lixo é um combustível para o nosso processo a partir de agora”. Nélson acrescentou que o processo já foi validado em uma primeira fase em uma planta reduzida de um parceiro e agora vai partir para uma escala maior, com volumes maiores, se aproximando de um modelo real, com toda a dinâmica de coleta e catação de resíduos.

Os testes aconteceram na planta experimental da Carbogás, em Mauá, região metropolitana de São Paulo, e possibilitou que os responsáveis comprovassem a viabilidade dessa nova tecnologia e que as taxas de emissões estão de acordo com padrões estabelecidos na Europa.

Entretanto, para que isso fosse possível, a iniciativa usou um processo termoquímico para a produção de gases combustíveis que será aplicado em caldeiras e turbinas a vapor, para que assim possa ser gerada energia elétrica sem a emissão de gases poluentes e prejudiciais ao meio ambiente.

Segunda etapa do projeto

O projeto de geração de energia a partir do lixo iniciou sua segunda etapa com a construção de uma usina térmica, em Boa Esperança (MG), localizada em volta do reservatório da Usina de Furnas. O local terá uma área de 7.800m² e capacidade de processar 47 toneladas de lixo por dia e gerar 1MW de energia (cerca de 8 mil megawatts hora por ano).

A criação dessa usina terá um investimento de R$ 32 milhões, que está incluído no programa de pesquisa e desenvolvimento da Furnas Centrais Elétricas, regulada pela Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel). O objetivo é entregar o projeto ainda este ano e começar a operar em até 18 meses.

Ricardo Marques, gerente de Pesquisa, Serviços e Inovação Tecnológica de Furnas explicou que mesmo a usina tendo capacidade para abastecer uma cidade de 40 mil habitantes, nada impede que ela seja implantada em locais mais populosos. E ele ainda ressaltou: “Trata-se de um novo nicho de mercado que contribui para a solução do problema socioambiental de descarte de resíduos sólidos, que hoje as prefeituras possuem. Estimativas iniciais mostram que até 25% da energia elétrica para a faixa residencial pode ser atendida pela energia produzida com os resíduos sólidos urbanos”.

Pesquisadora brasileira cria plástico 100% biodegradável com resíduos da agroindústria

Com informações do Governo de São Paulo


Matéria-prima é oriunda do cúrcuma, babaçu e urucum.



Produto tem qualidades técnicas e econômicas promissoras.

Pesquisas da Universidade de São Paulo (USP) em Ribeirão Preto avançam e busca plástico 100% biodegradável e competitivo com o plástico comum. O resultado inicial é animador. Os testes, que reúne na fórmula resíduos agroindustriais, resultaram em um produto com qualidades técnicas e econômicas promissoras, que se degrada em no máximo 120 dias.

A química Bianca Chieregato Maniglia desenvolveu filmes plásticos biodegradáveis a partir de resíduos agroindustriais de cúrcuma, babaçu e urucum. E o fato do novo material ser totalmente desenvolvido a partir de descartes da agroindústria faz toda diferença. Ao mesmo tempo, recicla resíduos e é biodegradável.

A matéria-prima é oriunda de material produzido com fontes renováveis e, por isso, não se esgotam. Outra novidade é que a substância pode ser cultivada em qualquer lugar do mundo. Ao contrário, o plástico comum é feito do petróleo.

Bianca Maniglia adiciona outras qualidades ao produto: matéria- prima barata, que não compete com o mercado alimentício e ainda “contém composição interessante com a presença de ativos antioxidantes”.

Essa fórmula com compostos antioxidantes pode ser ainda mais interessante no desenvolvimento de “embalagens ativas”. Embalagem que interage com o produto, capaz de melhorar a qualidade de armazenamento para acondicionamento de frutas e legumes frescos.

Os estudos confirmam caminho certo para a obtenção de um plástico, ou pelo menos um filme plástico, totalmente biodegradável.

Agora, busca-se aplicação de aditivos como a palha de soja tratada, outro resíduo agroindustrial, para melhorar as propriedades destes filmes. A meta é o ganho de maior resistência mecânica e menor capacidade de absorver e reter água.

O mais novo reator de fusão do Reino Unido acaba de gerar seu primeiro plasma

Pelo site Engenharia é

OReino Unido ligou seu mais novo reator de fusão, e o equipamento já atingiu um marco. O reator tokamak já gerou plasma dentro de seu núcleo.

 O reator, criado pela Tokamak Energy, deve aquecer o plasma a 100 milhões de graus Celsius até 2018. Isso é quase sete vezes mais quente do que a temperatura do núcleo do Sol. É a essa temperatura que a fusão pode ocorrer – onde o hidrogênio pode se fundir em hélio e produzir energia limpa ilimitada.

“Hoje é um dia importante para o desenvolvimento da energia de fusão no Reino Unido e no mundo”, disse David Kingham , CEO da Tokamak Energy, a empresa por trás do reator. “Estamos revelando o primeiro dispositivo de fusão controlada de classe mundial para ter sido projetado, construído e operado por uma empresa privada. A ST40 é uma máquina que irá mostrar temperaturas de fusão – 100 milhões de graus – são possíveis em reatores compactos e econômicos. Isso permitirá que o poder de fusão seja alcançado em anos e não décadas. ”

 A fusão nuclear é o processo pelo qual dois núcleos se unem e formam um elemento de maior número atômico. A energia liberada é o que poderia fornecer ao mundo um novo recurso energético.

As promessas de fusão nuclear têm feito cientistas de todo o mundo investirem em seu potencial. Em outubro do ano passado, o MIT estabeleceu um registro para a pressão do plasma. Em dezembro passado, uma equipe sul-coreana estabeleceu o recorde de sustentação do plasma de “alto desempenho” – 300 milhões de graus Celsius – por 70 segundos . A alemã Wendelstein 7-X stellerator conseguiu controlar o plasma. Todos os sinais globais estão levando a saltos em frente em vez de avançar como a tecnologia tem por décadas.

No entanto, ainda existem desafios. Um dos maiores problemas no que diz respeito à manutenção da energia nuclear é o custo da manutenção. Empresas como a Tokamak Energy continuam a procurar metas de curto e longo prazos para produzir comercialmente energia de fusão. Kingham expôs sobre mais desses desafios em um comunicado:

“Ainda precisamos de investimentos significativos, muitas colaborações acadêmicas e industriais, engenheiros e cientistas dedicados e criativos, e uma excelente cadeia de suprimentos. Nossa abordagem continua a ser para quebrar esses desafios de engenharia, aumentando o investimento adicional em alcançar cada novo marco. Já estamos a meio caminho do objetivo da energia de fusão; Com trabalho duro, vamos entregar energia de fusão em escala comercial em 2030. ”

Moradora de Ponta Grossa faz “cãodomínios” para proteger animais do frio

Pelo site Ciclovivo


A estrutura possui janela, telhado e cobertor.



Qualquer pessoa pode construir um cãodomínio para instalar os cachorros.

Os termômetros caíram no Brasil inteiro. O frio pode ser bem cruel, principalmente entre animais e pessoas que já vivem na rua e ficam ainda mais vulneráveis. Pensando nisso, uma morada de Ponta Grossa, no Paraná, que já se dedica a causa animal criou casinhas coletivas para que os cachorros possam se abrigar das rigorosas temperaturas da região sul do país.

Batizado de “cãodomínio”, a estrutura foi construída por Joaninha Nabozny Jonsson e possui janela, telhado, cobertor e uma placa lembrando que eles estão (ou deveriam estar) protegidos pela lei N. 17.422/2012. Sorriso, Branca, Grandão e Preta são os atuais moradores da residência animal.

Desde que divulgou o trabalho, em seu perfil no Facebook, Joaninha já recebeu mais de duzentos comentários elogiando a atitude. O post já obteve mais de seis mil compartilhamentos, viralizando nas redes sociais e portais de notícia. Ela ressalta que qualquer pessoa pode construir um cãodomínio para instalar os cachorros.

Apaixonada por animais, a voluntária também explica que os cãodomínios são feitos para cães comunitários. “Os cães precisam estar castrados (macho e fêmea), vacinados (com carteirinha) e vermifugados, também precisam de pessoas que se responsabilizem com os cuidados necessários (alimentação e medicação quando necessário). É importante proteger os cães e o cãodomínio”, afirma.

Empresa suíça irá aspirar o CO2 do ar e usá-lo para produzir hortaliças

Por ONE2030


A primeira planta comercial do mundo a sugar dióxido de carbono do ar será inaugurada em 31 de maio.

A empresa suíça Climeworks vai ligar a primeira planta comercial do mundo que irá sugar dióxido de carbono do ar e reutilizá-lo para produzir legumes e hortaliças em uma estufa vizinha. A fábrica, que fica localizada em Hinwil, na Suíça, será inaugurada em 31 de maio.

Este será o primeiro negócio a vender dióxido de carbono extraído de seus arredores, usando uma tecnologia chamada captura direta de ar, que é a captura do tipo de carbono emitido por carros, aviões e trens. A empresa pretende mostrar que não apenas a tecnologia funciona, mas que o carbono capturado também pode ser revendido como fertilizante vegetal, combustível ou até mesmo para bebidas gasosas.

A usina está projetada para capturar 900 toneladas métricas do gás de efeito estufa, o equivalente as emissões de 200 carros por ano. Ela captura o dióxido de carbono ambiente com filtros absorventes dentro do coletor de ar da planta. Para libertar o dióxido de carbono, os filtros são aquecidos a 100 °C com o calor residual de uma unidade de incinerador de resíduos de uma empresa vizinha. O dióxido de carbono libertado é então bombeado para a estufa operada por outra empresa para “aumentar o crescimento de legumes e alface em até 20 por cento”, de acordo com um comunicado de imprensa.

Segundo os cientistas do clima, as chamadas tecnologias de emissões negativas – que removem os poluentes do ar – serão cruciais para manter o aumento da temperatura global para não mais de 2 graus Celsius. Um estudo estima que, para evitar este aumento até o final do século, este novo tipo de tecnologia devem aumentar até capturar 5 bilhões de toneladas de CO2 anualmente até 2050. Isso é aproximadamente o dobro da quantidade absorvida por todos os oceanos do planeta.

“Se quisermos fazer isso em meados do século, precisamos não só começar a desenvolver essas tecnologias, mas implementar e ampliar essas tecnologias. Isso é o que nós vemos como nosso papel principal,” disse Jan Wurzbacher, co-fundador da empresa, em entrevista a Vice. A empresa foi criada em parceria com Christoph Gebald em 2009 na universidade ETH Zurique. Eles desenvolveram seu processo em colaboração com os Laboratórios Federais Suíços de Ciência e Tecnologia de Materiais; A startup recebeu mais de US $ 7 milhões em fundos de capital de risco da Venture Kick, Gebert Ruf Stiftung, da Vigier Stiftung e ClimateKIC, investidores privados e também do governo suíço para vários projetos, incluindo sua nova fábrica.

Ilustração/Climeworks

A Climeworks tem um objetivo ambicioso de capturar 1 por cento das emissões globais de CO2 até 2025. Isso exigiria mais 750.000 plantas modulares em operação, disse Wurzbacher. Para chegar lá, eles precisariam cortar os custos da fabricação e conseguir alcançar muito mais clientes.

Segundo a empresa, o CO2 capturado está sendo vendido para a estufa pelo preço de mercado, o que não deve cobrir o preço da fábrica, pois houveram custos de pesquisa e desenvolvimento. A empresa estima que sua próxima fábrica custará cerca de US $ 2 milhões.

Embora a captura de ar direta mostre algumas promessas, especialistas da indústria e do clima igualmente enfatizaram que a redução de emissões permanece um obstáculo principal que deve ser dado prioridade à frente destas tecnologias. É muito cedo para saber se a remoção de carbono estará pronta a tempo de causar impacto nas mudanças climáticas.

Esquina em um dos lugares mais áridos de SP será transformada em minifloresta

Pelo site Pensamentoverde

Através de um plantio coletivo, a pequena praça em Pinheiros se tornará uma Floresta de Bolso da Mata Atlântica.

O plantio será realizado neste domingo (07/05) e é aberto e gratuito para quem quiser participar.

Todo mundo sabe da necessidade urgente de termos mais verde nas nossas cidades. São Paulo, principalmente, sofre bastante o impacto da impermeabilização de seu solo e da falta de árvores em ruas, praças e parques. Pensando nisso, diversos defensores do verde se uniram para que uma pequena praça se torne um reduto da Mata Atlântica.

Serão plantadas pelo menos 300 árvores em um plantio coletivo que será realizado no próximo domingo (07/05). O plantio é aberto e gratuito para quem quiser participar, basta aparecer querendo plantar.

O canteiro fica localizado em uma esquina próxima ao Largo da Batata em Pinheiros, conhecido por ser um dos locais mais áridos da cidade onde pessoas sofrem com o calor excessivo e também com altos índices de poluição.

Este será um plantio cheio de significado pois as mudas plantadas serão dedicadas a 300 crianças nascidas em abril na maternidade Leonor Mendes de Barros, em São Paulo. Um dos parceiros do plantio é a iniciativa Árvore Generosa, cuja o objetivo é plantar uma árvore para cada criança que nasce na cidade. O evento foi organizado em conjunto com o coletivo Novas Árvores por Aí, pelo ambientalista Sergio Reis e pelo botânico Ricardo Cardim, que desenvolveu o sistema “Floresta de Bolso” no Brasil.

“Não dá pra olhar pra um lugar que passou tanto sendo um pedaço de terra seco, sem sombra e quase sem vida e não ficar incomodado. É muito gratificante pensar que podemos participar da transformação dessa área. É muito recompensador imaginar como um lugar tão cinza pode ficar tão verde,” diz Nik Sabey, do Novas Árvores por Aí.

O evento contará com diversas oficinas e atividades para toda a família e também terá o apoio do Feira Viva, da Fábrica de Árvores, Prefeitura de Pinheiros, Cades Pinheiros, Sociedade Amigos do Alto de Pinheiros e do coletivo Flores no Cimento.

Seca prolongada no Nordeste desperta interesse por dessalinização

Pelo site Engenharia é

Aescassez de água, em decorrência da seca que já dura cinco anos no Nordeste, despertou o interesse de empresas e governos para soluções de tecnologia que promovam a dessalinização da água do mar.

No último dia 13, o governo do Ceará lançou edital para contratar empresa responsável pela elaboração de uma planta de dessalinização na região metropolitana de Fortaleza, com capacidade para gerar 1 metro cúbico por segundo (m³/s) de água potável para a rede de abastecimento. Esse volume equivale a cerca de 15% do consumo de Fortaleza.

Desde 2016, os 17 municípios da região, nos quais moram quase metade da população cearense, são submetidos a uma tarifa de contingência para economizar água.

De acordo com o diretor da Região Nordeste, da Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental (Abes), Francisco Vieira Paiva, “a dessalinização faz parte de um contexto mundial. A indústria usa a dessalinização para processos industriais. Com relação ao consumo humano, países semelhantes ao Brasil, com regiões [climáticas parecidas com as do] Nordeste, têm experimentado essa tecnologia, porque é uma forma de minimizar o impacto às populações. No Ceará, isso salvaguardaria nossos açudes”, explicou.

O assunto foi tema de simpósio da Abes, na última semana, em Fortaleza. Oportunidade em que alguns especialistas nacionais falaram sobre os impactos das tecnologias de dessalinização na matriz hídrica do país e também sobre reúso das águas.

Embora seja uma realidade em outros países, como Israel e Arábia Saudita, a dessalinização ainda está em seus primeiros passos no Brasil. Fernando de Noronha (PE) é o exemplo pioneiro de alcance público: possui uma usina de dessalinização para consumo humano que apoia o sistema de abastecimento da ilha, especialmente nos períodos de estiagem. O distrito estadual possui apenas um açude, o Xaréu, além de poços.

Outras experiências são de iniciativa privada, especialmente industrial. Sérgio Hilsdorf, gerente de aplicações e processos da empresa Veolia, dá o exemplo de uma usina termelétrica que será implantada em Sergipe, que vai utilizar água dessalinizada em seus processos. Ele considera prioritário o uso das tecnologias de dessalinização para atender o consumo humano.

Ele afirmou que “a água dessalinizada pode ser utilizada na indústria, mas grandes plantas foram construídas com o objetivo de fornecer água potável para a população das cidades litorâneas com problemas crônicos de falta de chuva. Considero que lançar mão de uma técnica que não é barata, deveria ser para uso nobre, que é o uso potável”.

Segundo o diretor da Abes no Nordeste, o uso de água dessalinizada para abastecimento de cidades já era debatido no Ceará 15 anos atrás. Mas, à época, não havia políticas públicas para abranger a inovação. Apesar de a ideia apenas agora começar a tomar contornos reais, Paiva considera que o momento é ideal.

“Acredita-se, sempre, que até dia 19 de março [dia de São José, padroeiro do Ceará] vai chover, mas vemos que a realidade não é mais essa. A população, as indústrias e o consumo aumentam. De alguma forma, à adesão a esta nova tendência está atrasada, mas sempre é o momento para começar”, lembrou ele.

Fábrica do futuro terá linha de produção real e virtual

Com informações do Instituto Fraunhofer IPK 

A equipe já está preparando os primeiros gêmeos virtuais para processos produtivos específicos. [Imagem: Fraunhofer IPK]

Indústria 4.0

Engenheiros do Instituto Fraunhofer, na Alemanha, estão se preparando para a "Indústria 4.0" construindo um gêmeo digital capaz de modelar todo um processo de produção fabril, permitindo ou a intervenção direta na fabricação a qualquer momento, ou o autogerenciamento, em que a própria fábrica corrige eventuais problemas.

As linhas de produção real e virtual irão se fundir em um sistema global inteligente.

Para isso, a fábrica real é totalmente modelada no nível digital, criando um gêmeo virtual que não apenas permite visualizar o sistema de produção com todas as suas máquinas, mas também reproduz os processos dinâmicos e o comportamento dos componentes do sistema durante a produção - tudo em tempo real.

Na linha virtual, é possível observar o processo de fabricação em detalhes. Sensores espalhados pela linha real alimentam continuamente o estado de funcionamento das diversas estações de trabalho individuais.

Isso abre novas possibilidades para o controle da produção. Os gerentes de produção podem analisar o processo de fabricação na simulação virtual, inclusive otimizando ou reorganizando etapas individuais.

Produção real e produção digital

O conceito de gêmeo digital, contudo, vai além da mera simulação do sistema de produção real. O sistema é realmente bidirecional. No nível virtual é possível intervir e fazer mudanças que podem ser simuladas imediatamente.

Inversamente, é possível implementar mudanças do sistema real para o gêmeo digital. Por exemplo, um gerente de produção pode ativar máquinas adicionais para processar uma peça ou incorporar uma etapa de trabalho adicional quando uma personalização for necessária. Para fazer isso, a produção não precisa ser interrompida e reconfigurada, já que o sistema reage inteligentemente a cada mudança e se reorganiza.

Há também projetos para usar formigas biônicas nas fábricas do futuro. [Imagem: Festo/Divulgação]

A fusão da produção real e da digital cria um sistema capaz de monitorar, controlar e se corrigir enquanto a produção continua a todo vapor. Sempre que necessário, as máquinas e o software comunicam-se autonomamente e mantêm a produção em movimento. Se, por exemplo, ocorrer uma falha - como um subsistema que falha ou uma máquina que quebra - o sistema pode decidir de forma independente como resolver o problema. O gerente de supervisão vê a mudança na produção, mas não necessariamente precisa intervir.

Além disso, como o sistema alimenta o gêmeo digital continuamente com dados, é possível controlar permanentemente a qualidade das peças e do produto final. O conceito também pode ser usado para fabricar rapidamente séries de pequena escala com peças individualizadas de modo a minimizar ao máximo as interrupções na produção global. Mesmo a fabricação de peças individuais é concebível.

Simulação de projeto

Outra vantagem é que a linha virtual de produção poderá ser usada durante a etapa de projeto e construção de um sistema de produção real - da construção da fábrica.

Antes que a primeira peça real seja processada, a fábrica poderá simular o fluxo de produção antecipadamente, identificar fraquezas e otimizar os processos. Desta forma, o sistema será virtualmente colocado em operação e testado antes da produção real. Isso deverá acelerar o planejamento e facilitar a colocação em funcionamento de um novo sistema de produção.

"Nosso objetivo é não apenas descrever tecnologias, processos e métodos-chave da Indústria 4.0, mas realmente torná-los tangíveis," disse o professor Rainer Stark, gerente do projeto.

Juntamente com os parceiros industriais, a equipe do Instituto Fraunhofer está agora trabalhando na implementação dos projetos-piloto iniciais, para linhas de produção específicas, preparando-se para colocar o sistema virtual no mercado no futuro próximo.

"Queremos fazer tudo sem nenhum componente proprietário e que todas as interfaces sejam 100% compatíveis com padrões industriais," explicou Stark. "Ao mesmo tempo, o sistema não deve ser muito caro. Afinal, a empresa deve ser capaz de recuperar seu investimento rapidamente."

Prata transparente abre caminhos para luz dentro dos chips

Redação do Site Inovação Tecnológica 

A equipe testou a resistência das nanocamadas de prata por até seis meses, verificando sua resiliência. [Imagem: Joseph Xu/Michigan Engineering]

Nanocamada de prata

Químicos acreditam ter sintetizado a mais fina e mais perfeita camada de prata que pode sobreviver à exposição ao ar ambiente.

E, como ela é altamente transparente, a equipe espera que essa nanocamada mude a forma como as telas sensíveis ao toque são fabricadas e ajude a viabilizar a fabricação de telas flexíveis.

E o material também tem potencial para acelerar a velocidade da computação, otimizando a transferência de informações dentro dos processadores e permitindo a construção de vias transmissoras de luz, baseadas em metamateriais, para uso em processadores fotônicos.

"O mercado de condutores transparentes tem sido dominado até hoje por um único material," disse o professor Jay Guo, da Universidade de Michigan, nos EUA, referindo-se ao ITO, ou óxido de índio e estanho, usado em todas as telas sensíveis ao toque atualmente no mercado. "Antes ele era barato. Agora, seu preço está subindo velozmente."

E subindo tanto que, mesmo sendo tipicamente cara, a prata tornou-se um concorrente viável - sem contar que a quantidade de prata em cada nanocamada é minúscula.

Liga de prata e alumínio

Normalmente, é impraticável fabricar uma camada contínua de prata com menos de 15 nanômetros de espessura - cerca de 100 átomos de prata - porque o metal tem uma tendência a se agrupar em pequenas ilhas, em vez de se estender como um revestimento uniforme, explicou Guo.

A equipe resolveu o problema adicionando alumínio, criando uma liga com 6% de alumínio e 94% de prata.

A liga foi depositada na forma de um filme com apenas 7 nanômetros de espessura. Além disso, ela ficou firmemente presa ao substrato de óxido de silício, enquanto a camada de prata pura pode ser retirada do vidro com uma simples fita adesiva.

Chips de luz

Além do seu potencial para servir como condutores transparentes para telas sensíveis ao toque, os filmes finos de prata oferecem mais duas vantagens importantes, ambas relacionadas com a capacidade incomparável da prata de transportar ondas visíveis e infravermelhas ao longo de sua superfície.

As ondas de luz "encolhem" ao atingir a superfície do metal, viajando na forma de polaritons, ou plásmons de superfície, que são a estrela do emergente campo da plasmônica.

Essas oscilações conjuntas dos elétrons superficiais codificam a frequência da luz, preservando-a de modo que ela possa emergir do outro lado. Enquanto as fibras ópticas não podem ser miniaturizadas até o tamanho dos fios de cobre nos chips de computador de hoje, guias de ondas plasmônicas poderiam permitir que as informações viajassem em forma óptica, em vez de eletrônica, permitindo uma transferência de dados muito mais rápida.

A capacidade plasmônica da película de prata também pode ser aproveitada nos metamateriais, que manipulam a luz de maneiras que quebram as regras usuais da óptica. Como a luz viaja com um comprimento de onda muito mais curto quando se move ao longo da superfície de metal, o filme sozinho já funciona como uma superlente, capaz de fotografar objetos menores do que o comprimento de onda da luz.

Bibliografia:

High-Performance Doped Silver Films: Overcoming Fundamental Material Limits for Nanophotonic Applications
Cheng Zhang, Nathaniel Kinsey, Long Chen, Chengang Ji, Mingjie Xu, Marcello Ferrera, Xiaoqing Pan, Vladimir M. Shalaev, Alexandra Boltasseva, L. Jay Guo
Advanced Materials
DOI: 10.1002/adma.201605177

Cientista transforma CO2 em combustível e desencadeia fotossíntese artificial para limpar o ar

Pelo site Engenharia é

Um professor da Universidade da Flórida, Fernando Uribe-Romo, desenvolveu uma forma de desencadear artificialmente o processo de fotossíntese em um material sintético, transformando gases do efeito estufa em ar limpo, e produzindo energia ao mesmo tempo.

Durante anos, os cientistas têm procurado uma maneira de fazer a luz visível desencadear a fotossíntese. Enquanto os raios UV são a melhor opção, eles só formam cerca de 4 por cento da luz que a Terra recebe do sol. A faixa de luz visível compõe a maior parte dos raios solares. No entanto, os materiais que podem efetivamente pegar essas ondas são caros. A platina, o rênio e o irídio são ótimas opções, mas Uribe-Romo observou que eles são muito caros.

Ele optou por titânio composto com moléculas orgânicas que atuam como antenas para “colher” a luz. As moléculas da antena, chamadas N-alquil-2-aminotereftalatos, podem ser projetadas para absorver cores específicas de luz quando incorporadas no MOF. Neste caso, os pesquisadores as projetaram para a cor azul.

“A adaptação de materiais que absorvem uma cor específica de luz é muito difícil do ponto de vista científico, mas estamos contribuindo para o desenvolvimento de uma tecnologia que pode ajudar a reduzir os gases de efeito estufa”, disse Uribe-Romo.

O objetivo final seria aumentar a tecnologia. Os proprietários poderiam um dia ter telhas feitas do material. Essas telhas poderiam produzir ar limpo para a vizinhança e produzir a energia necessária para alimentar casas. Poderia até funcionar em um ambiente corporativo.

“A idéia seria montar estações que capturam grandes quantidades de CO2, como se fosse uma usina”, disse Uribe-Romo. “O gás seria sugado para a estação, passando pelo processo e reciclando os gases de efeito estufa enquanto produz energia que seria colocada de volta na usina”.

A equipe montou um fotorreator LED (imitando o comprimento de onda azul do sol) para testar sua hipótese. Quando a máquina é alimentada com dióxido de carbono, os cientistas observaram uma reação química ocorrer, transformando-o em duas formas reduzidas de carbono, formiato e formamidas (dois tipos de combustível solar).

Caso a ideia funcione mesmo, isso poderia reduzir os gases de efeito estufa em grande escala.

Descoberta de cristal líquido quântico pode mudar futuro dos computadores

Redação do Site Inovação Tecnológica

O cristal líquido quântico tem um comportamento bizarro - tudo depende de como seus elétrons estão fluindo. [Imagem: J. W. Harter et al. - 10.1126/science.aad1188]

Cristais líquidos

Físicos descobriram o primeiro cristal líquido quântico tridimensional - um novo estado da matéria que pode ter aplicações nos computadores quânticos e nas tecnologias vistas como sucessoras da eletrônica.

"Nós detectamos a existência de um estado fundamentalmente novo da matéria, que pode ser considerado como um análogo quântico de um cristal líquido. Em princípio, podem existir numerosas classes desses cristais quânticos líquidos; portanto, nossa descoberta é provavelmente a ponta de um iceberg," disse o professor David Hsieh, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, nos EUA.

Os cristais líquidos tradicionais, ou clássicos, estão em algum lugar entre um líquido e um sólido: eles são compostos por moléculas que fluem livremente, como se fossem um líquido, mas todas orientadas na mesma direção, como em um sólido.

Eles podem ser encontrados na natureza, como nas membranas celulares biológicas, ou podem ser fabricados artificialmente, como os utilizados em todas as telas de TV, computador, celulares e demais aparelhos eletrônicos.

Cristal líquido quântico

Já em um cristal líquido quântico os elétrons se comportam como as moléculas dos cristais líquidos clássicos. Ou seja, os elétrons se movem livremente, mas têm uma direção preferencial. O primeiro cristal líquido quântico foi descoberto por Jim Eisenstein em 1999, mas é bidimensional, o que significa que ele está confinado a um único plano dentro do material hospedeiro - uma substância metálica artificial baseada no arseneto de gálio.

Agora foi descoberto o primeiro cristal líquido quântico 3-D, um composto metálico de fórmula Cd₂Re₂O₇ (cádmio, rênio e oxigênio).

Em comparação com um cristal líquido quântico 2-D, a versão 3-D é ainda mais bizarra - os elétrons não apenas fazem uma distinção entre os eixos x, y e z, mas também possuem propriedades magnéticas diferentes dependendo se eles estão fluindo para frente ou para trás em um determinado eixo.

"Induzir uma corrente elétrica através destes materiais os transforma de não-magnéticos em magnéticos, o que é altamente incomum," comentou Hsieh. "Mais do que isso, em cada direção que você pode fazer a corrente fluir, a força magnética e a orientação magnética mudam. Os físicos dizem que esses elétrons 'quebram a simetria' da rede."

O material deverá ter uso na spintrônica e na computação quântica. [Imagem: J. W. Harter et al. - 10.1126/science.aad1188]

Computação quântica e spintrônica

Os pesquisadores afirmam que os cristais líquidos quânticos 3-D poderão desempenhar um papel no emergente campo da spintrônica, que explora a direção em que os elétrons giram, para criar chips de computador mais eficientes.

A descoberta também poderá ajudar com alguns dos desafios para a construção de um computador quântico. Uma das dificuldades na construção desses computadores é que as propriedades quânticas são extremamente frágeis e podem ser facilmente destruídas através de interações com o ambiente circundante. Uma das técnicas para lidar com isso é a chamada computação quântica topológica, que usa um tipo especial de material supercondutor que apresenta propriedades diferentes no seu interior e na sua superfície.

"Da mesma forma que os cristais líquidos quânticos 2-D foram propostos como precursores dos supercondutores de alta temperatura, os cristais líquidos quânticos 3-D poderiam ser os precursores dos supercondutores topológicos que estávamos procurando", disse Hsieh.

"Em vez de confiar na sorte para encontrar supercondutores topológicos, podemos agora ter uma rota para criá-los racionalmente usando cristais líquidos quânticos 3-D. Esse é o próximo passo na nossa agenda," disse John Harter, principal autor da descoberta.

Bibliografia:

A parity-breaking electronic nematic phase transition in the spin-orbit coupled metal Cd_2Re_2O_7
John W. Harter, Z. Y. Zhao, J.-Q. Yan, D. G. Mandrus, D. Hsieh
Science
Vol.: 356 (6335). pp. 295-299
DOI: 10.1126/science.aad1188

NASA investe em concreto para construir em Marte

Pelo Departamento de engenharia da Northwestern University (via departamento de comunicação)

Material desenvolvido na Northwestern University usa como agregados elementos presentes no planeta. Entre eles, enxofre e solo vulcânico

Bloco de concreto marciano desenvolvido na Northwestern University: resistência de 15 MPa

Levar uma missão a Marte até 2030 é o objetivo da NASA. Para chegar ao planeta, tem sido feito maciço investimento em tecnologia. O objetivo é adaptar equipamentos e materiais ao ambiente marciano, onde inexiste água em estado líquido, a atmosfera é altamente rarefeita e o solo carregado de elementos ferrosos. Uma das pesquisas neste sentido está em desenvolvimento na Northwestern University, em Chicago. Trata-se da combinação de agregados que permitirá produzir concreto naquele planeta.

Chegou-se a um material que usa o enxofre em estado líquido para substituir a água, além de cinzas vulcânicas da região do Havaí, nos Estados Unidos, que a NASA diz terem características semelhantes às do solo marciano. São agregados que existem fartamente no planeta, de acordo com constatações feitas pelos robôs já enviados a Marte. Só o cimento é o mesmo produzido na Terra, e que terá que ser transportado pela missão Mars One, como foi batizado o programa lançado em 2011.

Os cientistas Lin Wan, Gianluca Cusatis e Roman Wendnerda, da Northwestern University, estão à frente da pesquisa. Em laboratório, eles conseguiram criar as condições de pressão atmosférica, temperatura e gravidade de Marte, o que melhorou a resistência do “concreto marciano”. No clima da Terra, o enxofre em estado líquido gera um material com muitas cavidades e baixa resistência para ser usado estruturalmente. “O que buscamos agora é reduzir o volume de enxofre líquido na mistura. Por enquanto, o concreto que obtivemos precisa de 50% de enxofre e de 50% de solo vulcânico”, afirma Lin Wan.

Mais 10 anos de pesquisa

Imagem microscópica do “concreto marciano” exposto às condições climáticas da Terra (esq.) e de Marte (dir.)

Segundo Gianluca Cusatis, as amostras coletadas do solo de Marte revelam que há elementos que podem tornar o “concreto marciano” ainda mais resistente. “Projetamos um concreto com resistência de 15 MPa, suficientemente forte para suportar as chuvas de meteoritos que atingem o planeta”, prevê o pesquisador. De acordo com Cusatis, a única vulnerabilidade do material desenvolvido nos laboratórios da Northwestern University é que ele tem baixa resistência ao fogo. “Existem pesquisas paralelas para o desenvolvimento de aditivos que possam minimizar esse problema”, diz.

Os cientistas afirmam que o “concreto marciano” é reciclável e o tempo de cura é muito mais rápido. Enquanto o material convencional precisa de 28 dias para atingir a resistência máxima, o produto desenvolvido pela equipe de Cusatis alcança seu desempenho em duas horas. Por esta razão, os pesquisadores avaliam que o “concreto marciano” é ideal para ser usado em impressoras 3D. “O plano é que a missão Mars One use impressoras 3D e os recursos naturais do planeta para imprimir as áreas que vão usar como habitação, centros de pesquisa e de armazenamento”, finaliza Gianluca Cusatis.

Cena do filme Perdido em Marte: ficção não está longe de virar realidade

O grupo da Northwestern University avalia que nos próximos dez anos pode chegar a um material muito mais confiável para ser usado na missão. “Alimento e abrigo são dois fatores essenciais para que a viagem a Marte seja bem-sucedida. Nosso empenho, agora, é garantir performance de longo prazo ao concreto marciano”, explica Lin Wan.