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domingo, 20 de dezembro de 2015

Encélado: vida extraterrestre mais próxima da Terra?

Com informações da BBC 



Encélado: vida extraterrestre mais próxima da Terra?
A Cassini mergulhou nos gêiseres de Encélado, mas instrumentos mais modernos poderiam tirar mais informações sobre formas de vida.[Imagem: NASA/JPL-Caltech]
Vida em Encélado?
A sonda Cassini, um projeto conjunto da ESA e da Nasa, além de ter feito a mais bela foto já vista do planeta Saturno, fez descobertas importantes, como um acelerador de partículas natural ao redor do planeta, por exemplo.
Mas nada supera as revelações extraordinárias sobre a lua Encélado.
A Cassini detectou grandes jatos de vapor d'água e outros materiais jorrando de rachaduras no polo sul dessa lua congelada de 500 km de diâmetro. O "encanamento" dos jatos de vapor leva a um amplo reservatório de água que pode atingir até 40 km de profundidade.
Esses gêiseres tornam esse pequeno mundo um dos melhores locais para se buscar vida fora da Terra.
Os instrumentos da Cassini puderam mostrar, sobrevoando e analisando as emissões de materiais, que as condições e a química desse oceano subterrâneo podem dar suporte à vida microbiana. Há fortes indícios de que a água esteja interagindo com rochas no leito do oceano, para produzir o tipo de coquetel de nutrientes que poderia alimentar pequenos organismos.
"Eu me interesso há décadas pela busca por vida no Sistema Solar e ainda estou espantado com o que estamos vendo em Encélado. É um pequeno mundo tão distante da Terra, expelindo uma riqueza de material orgânico, água e indícios de habitabilidade. É surpreendente, e as amostras estão bem ali, livres para coleta", disse Chris McKay, astrobiólogo da Nasa.
Sonda para procurar sinais de vida
Mas mesmo com toda sua capacidade, a Cassini, com sua tecnologia dos anos 1980 e 1990, não pode comprovar em definitivo a presença de micróbios sob a superfície gelada de Encélado. A sonda foi lançada em outubro de 1997 e chegou a Saturno em julho de 2004, depois de enviar sua companheira Huygens para aterrissar em Titã, outra promissora lua de Saturno.
Para isso, seria preciso um outro tipo de sonda espacial, com sensores apropriados para a busca de vida e identificação de material orgânico.
A Cassini irá fazer uma última manobra de aproximação da lua na próxima semana para coletar uma leva final de imagens detalhadas da superfície. Depois irá se deslocar pelo sistema de Saturno em preparação para observações finais do planeta dos anéis.
Assim, estamos quase dando adeus a Encélado, o que já motiva conversas sobre como podermos voltar um dia com equipamentos mais potentes.
Localizador de vida em Encélado
Jonathan Lunine é um cientista interdisciplinar na missão Cassini na Universidade Cornell, nos EUA. Ele desenvolveu um conceito para uma espaçonave que chamou de ELF (Encélado Life Finder, ou localizador de vida em Encélado, em tradução livre).
Seria uma sonda menor do que o satélite gigante que hoje orbita Saturno, mas a perda em tamanho (e custo) seria compensada pela sofisticação. Seus instrumentos seriam voltados à análise do conteúdo dos jatos de vapor para verificar qualquer componente químico associado a processos biológicos.
"Com espectrômetros de massa potentes, poderíamos detectar e identificar aminoácidos (matéria prima das proteínas)", afirma. "Teríamos capacidade de detectar ácidos graxos presentes em membranas de células de bactérias; e seus 'primos', os chamados isoprenóides, que estão na membrana das arqueobactérias, esses micróbios que habitam ambientes extremos da Terra.
"Também poderíamos contar o número de carbono dos jatos para verificar se seguem o padrão de vida. E finalmente mediríamos os isótopos (espécies do mesmo elemento químico, de mesmo número atômico e diferentes números de massa) de todo o carbono, nitrogênio e oxigênio, para ver se a química é parecida com a que ocorre na Terra, onde organismos preferem os isótopos mais leves ao processar esse material em seus sistemas."
Porém, o ELF foi submetido a uma competição recente da Nasa para selecionar missões planetárias futuras, mas não foi escolhido - ele terá que se candidatar novamente em outras rodadas.
Encélado: vida extraterrestre mais próxima da Terra?
Encélado pode ter um oceano global abaixo da superfície - as camadas não estão em escala. [Imagem: NASA/JPL-Caltech]
Plutônio 238
Um dos problemas em missões mais distantes da Terra - no "espaço profundo", como a Nasa as chama - é a disponibilidade de energia em um ponto tão longe do Sol (1,4 bilhão de km).
A sonda Cassini utiliza uma "bateria nuclear", movida a plutônio-238, para todas as suas demandas de energia. Essa fonte é cara e hoje há um estoque reduzido do material - o isótopo não existe naturalmente e parou de ser fabricado após o fim da corrida nuclear no mundo.
Painéis solares são uma opção, porém o desafio é grande: a intensidade da luz do Sol em Encélado é um centésimo da que atinge a Terra.
Vida lançada ao espaço
Apesar disso, a possibilidade de voltar a essa lua branca e brilhante de Saturno é tão instigante que um caminho certamente será descoberto. Não só porque Encélado é um dos melhores lugares para a busca de vida extraterrestre - é também o mais fácil.
Diferentemente de Marte ou de Europa (lua de Júpiter), em Encélado não há necessidade de pouso e perfuração do solo para coleta e análise de amostras. As amostras são permanentemente lançadas no espaço pelos jatos do polo sul.
Peter Tsou, do laboratório de propulsão de foguetes do Instituto de Tecnologia da Califórnia, tem um projeto para trazer essas amostras de volta à Terra para avaliação mais detalhada em laboratórios de ponta. Sua missão se baseia no modelo da sonda Stardust, que em 2006 coletou amostras de poeira de dois cometas.
A sonda usou um arranjo de espuma de dióxido de silício, chamado aerogel, para coletar as amostras enquanto a sonda Stardust voava por nuvens de gás e poeira dos cometas. A sonda possuía 132 cubos aerogel de 2x4x3 cm, mas a equipe conclui que não era necessário tanto.
"Então não precisamos de muitos (cubos de aerogel). Contudo, o desafio é a dimensão reduzida das amostras, e que estamos tratando de vida. Qualquer contaminação da Terra pode arruiná-las, porque poderíamos descobrir (após a análise) 'É a minha saliva!'", afirma.
Tsou calcula que uma missão de coleta de amostras de Encélado poderia levar 14 anos, do lançamento à presença de material lunar em um laboratório na Terra.
Outras formas de vida
"Se descobrirmos vida em um lugar como Encélado obviamente será algo simples, como vida microbiana", afirma Carolyn Porco, que cuida das câmeras da Cassini. "Claro que seria fascinante se descobríssemos lagostas; quem sabe? Talvez. Mas estamos mirando em algo simples, apenas provas de vida microbiana."
"Seria uma mudança de paradigma. Qual o tipo de vida que existe ali? É como a vida na Terra ou não? É baseada no DNA ou não? Seria uma descoberta enorme, provavelmente a maior descoberta científica que possamos fazer. Temos que voltar," entusiasma-se a pesquisadora.
Para Jonathan Lunine, se Encélado revelar sinais de vida, isso trará a certeza de que "a vida teve uma segunda origem" - uma forma de vida como não conhecemos.
"Mas isso também nos permitirá, acredito, mover nossa atenção para a galáxia, e perceber que, se a vida pode começar duas, três ou quatro vezes em nosso próprio Sistema Solar, quantos planetas habitáveis na galáxia devem ter vida hoje?" conclui Lunine.

Rumo ao tricorder: Cartuchos descartáveis para detectar doenças

Redação do Site Inovação Tecnológica 



Rumo ao tricorder: Cartuchos descartáveis para detectar doenças
A inovação mereceu a capa da revista Lab on a Chip. [Imagem: Huang Lab/Penn State]
Pinças acústicas descartáveis
A equipe do professor Tony Huang, da Universidade da Pensilvânia, vem trabalhando com pinças acústicas com o objetivo nada modesto de construir um tricorder, um aparelho de diagnóstico quase mágico, usado pelo Dr. McCoy, da série Jornada nas Estrelas.
Agora eles deram mais um passo importante rumo à viabilização dos seus chips microfluídicos de análises químicas e biológicas.
Embora fossem operacionais, os biochips com tecnologia sônica construídos anteriormente pela equipe eram utilizados inteiros no diagnóstico das amostras.
"Nossos dispositivos anteriores funcionam bem, mas para serem utilizados em diagnósticos todo o dispositivo precisa ser descartado depois de um uso. Descobrimos agora uma maneira de separar a parte contendo o fluido [a ser examinado] da base piezoelétrica que produz os ultra-sons, que é muito mais cara. Isto torna possível fabricar pinças acústicas descartáveis," disse Huang.
Organização das células
No dispositivo anterior, o canal microfluídico ficava permanentemente ligado à base, e o ultra-som era irradiado diretamente para o fluido sendo examinado.
Na nova versão, foi acrescentada uma camada intermediária, mas os ultra-sons têm força suficiente para manipular e organizar as células dentro da parte plástica. Esta organização das células é importante para avaliar a ação de fármacos sobre as células, identificar elementos patogênicos e também para o estudo das comunicação célula a célula nos laboratórios de biologia.
Cartucho de exames
O pesquisador calcula que a parte plástica descartável do biochip possa ser fabricada por cerca de US$0,25 por unidade.
Assim, mesmo com a adição da parte eletrônica para criar um cartucho capaz de fazer o diagnóstico rapidamente, cada exame poderá ser feito a um custo muito baixo, descartando-se a parte utilizada e mantendo a parte principal do aparelho.
"Nós queremos transformar isto em um produto comercial, algo que possa ajudar as pessoas e beneficiar a sociedade," disse o professor - há um prêmio de US$10 milhões para quem inventar um tricorder.

Bibliografia:

Reusable acoustic tweezers for disposable devices
Feng Guo, Yuliang Xie, Sixing Li, James Lata, Liqiang Ren, Zhangming Mao, Baiyang Ren, Mengxi Wu, Adem Ozcelik, Tony Jun Huang
Lab on a Chip
Vol.: 15, 4517-4523
DOI: 10.1039/C5LC01049G

Nanoestrelas detectam radiação

Com informações da Agência Fapesp 



Nanopartículas em forma de estrela detectam radiação
As nanoestrelas têm potencial para melhorar a eficiência de sistemas nos quais seja necessário detectar luz ou radiação com alto grau de sensibilidade. [Imagem: Éder Guidelli]
Nanoestrelas
Pesquisadores brasileiros desenvolveram nanopartículas que vão ajudar a melhorar a eficiência de diversos sistemas nos quais é necessário detectar luz com alto grau de sensibilidade.
As nanopartículas possuem núcleos de ouro e de prata, revestidos por uma casca de óxido de zinco (ZnO).
A seleção desses componentes deve-se às propriedades ópticas incomuns que derivam da junção desses materiais - o óxido de zinco é um material semicondutor, largamente pesquisado para aplicações de fronteira, como células solares transparentes e nanogeradores biomecânicos, capazes de transformar o movimento do corpo em eletricidade para alimentar equipamentos portáteis, além de lasers de nanofios e LEDs de baixo custo.
Diante da emissão de diversas formas de radiação eletromagnética (o que inclui tanto a luz visível como os raios X, por exemplo), os metais preciosos e o óxido de zinco têm características que lhes permitem capturar e amplificar os sinais.
Devido ao formato característico dessas nanopartículas, os pesquisadores costumam chamá-las de "estrelas" - em formatos mais complexos, viram verdadeiros ouriços-do-mar nanotecnológicos.
O trabalho foi realizado por Éder Guidelli e Oswaldo Baffa, da Universidade de São Paulo (USP) em Ribeirão Preto, em parceria com a equipe do professor David Clarke, da Universidade de Harvard, nos EUA.
Detecção de radiação
Os experimentos revelaram de forma precisa como as nanopartículas geram a amplificação dos sinais eletromagnéticos.
Um exemplo envolve a chamada OSL (sigla em inglês para "luminescência opticamente estimulada"), um método de datação óptica que é bastante usado por geólogos e arqueólogos para datar sedimentos e artefatos.
Digamos que as "estrelas" - as nanopartículas - sejam usadas para captar uma emissão radioativa, de raios X, por exemplo. O que ocorre inicialmente é que os elétrons presentes no óxido de zinco são ionizados, ou seja, arrancados da posição que normalmente ocupariam na estrutura molecular do ZnO, a sua camada de valência.
Nanopartículas em forma de estrela detectam radiação
Um mar de estrelas, funcionando como antenas, pode se transformar em um sensor de radiação muito eficiente. [Imagem: Éder Guidelli et al. - 10.1038/srep14004]
Depois desse bombardeio inicial, esses elétrons podem ficar presos em pequenos defeitos microscópicos dos "raios" da estrela, também chamados de armadilhas. "Eles podem ficar lá indefinidamente, mas um pulso de luz é capaz de fazer com que eles voltem para a sua camada de valência. Ao retornar, eles emitem luz," explica Éder.
Nesse processo, os fótons funcionam como uma espécie de "troco" dos fenômenos quânticos: quando um elétron fica temporariamente num estado excitado (ou seja, anormalmente energético), a produção de fótons permite que ele retorne aos seus níveis normais de energia.
Tudo isso poderia ocorrer apenas com a estrutura de óxido de zinco, mas a presença das partículas de ouro e prata faz com que todo o processo de "des-excitação" (ou seja, de retorno dos elétrons ao seu estado menos energético) ocorra de forma mais rápida e mais eficiente. "Uma analogia que gosto de usar é a do celular e a da antena que amplifica o sinal desse celular," disse Éder.
Patente guarda-chuva
A alta sensibilidade das nanopartículas em formato de estrela faz com que elas tenham potencial, por exemplo, para medir com precisão pequenos níveis de radiação no ambiente, minimizando os riscos desse tipo de situação.
Aplicações na datação de objetos em escavações arqueológicas também seriam possíveis - com a sensibilidade do sistema, seria viável datar amostras muito pequenas de material.
Por esses e outros potenciais, a equipe depositou um pedido de "patente guarda-chuva", que protege diversas possíveis aplicações tecnológicas ligadas ao trabalho.

Bibliografia:

Enhanced UV Emission From Silver/ZnO And Gold/ZnO Core-Shell Nanoparticles: Photoluminescence, Radioluminescence, And Optically Stimulated Luminescence
Eder J. Guidelli, Oswaldo Baffa, David R. Clarke
Nature Scientific Reports
Vol.: 5, Article number: 14004
DOI: 10.1038/srep14004

Tesouros submarinos de minérios e metais ainda desconhecidos

Com informações da Agência Fapesp 



Tesouros submarinos de minérios e metais
Pesquisadores vão investigar depósitos de metais na Elevação do Rio Grande e em planícies abissais ao largo da Ilha da Madeira, no Atlântico Norte.[Imagem: Elevação do Rio Grande/CPRM]

Profundezas do mar grande
A formação rochosa submarina conhecida como Elevação do Rio Grande, uma cordilheira de 3 mil km2 no fundo do oceano Atlântico, a 1,5 mil quilômetros de distância da costa brasileira, guarda um verdadeiro tesouro em minerais e elementos químicos cada vez mais escassos na superfície terrestre.
Para desbravar essa fronteira ainda desconhecida, pesquisadores brasileiros e britânicos reuniram-se no projeto Marine E-tech, um esforço multidisciplinar para estudo a formação dos depósitos de metais em águas profundas.
Além da Elevação do Rio Grande, na qual os pesquisadores brasileiros se concentrarão, a iniciativa contará com pesquisas em planícies abissais ao largo da Ilha da Madeira, no Atlântico Norte.
Metais biogênicos
"O Brasil possui 8.500 km de costa com uma série de recursos naturais disponíveis e ainda depende muito de terras raras para desenvolver suas tecnologias. A Elevação do Rio Grande é uma potencial fonte de recursos, mas sobre a qual ainda se sabe muito pouco nas ciências oceanográficas e na mineração, o que inviabiliza o entendimento de suas potencialidades e da sustentabilidade da sua exploração. As pesquisas serão conduzidas para encontrar soluções nesse sentido", destacou o professor Frederico Brandini, do Instituto Oceanográfico da USP.
As perguntas são básicas: como esses depósitos e nódulos minerais se originaram, como se formam e como são mantidos.
"É preciso determinar se a origem desses nódulos é biogênica ou o resultado de reações químicas que induzem a precipitações metálicas. Bactérias litotróficas usam energia da oxirredução de elementos químicos para precipitar esses metais", exemplificou Brandini.
Tesouros submarinos de minérios e metais
Amostra de nódulo polimetálico rico em metais de grande interesse tecnológico. [Imagem: CPRM]
Tesouros submersos
O trabalho na Elevação do Rio Grande também tentará elucidar quais composições minerais estão presentes nos nódulos polimetálicos, rochas de diversos tamanhos que apresentam altas concentrações de diferentes metais.
"Esses nódulos têm em média 10 centímetros e determinadas regiões dos oceanos estão repletas deles, a maior parte de ferro e manganês, mas com outros elementos químicos incorporados e relativamente fáceis de serem extraídos. Porém, todo esse potencial mineral está a mais de mil metros de profundidade, podendo chegar a até 5 mil metros, o que exige amplo conhecimento científico e tecnologias muito específicas", explicou Brandini.
Entre esses metais e minerais estão alguns necessários ao desenvolvimento de tecnologias para produção de energia mais limpa e eficiente, como os elementos de terras raras, que podem ser utilizados em baterias de veículos elétricos, turbinas eólicas e painéis solares, entre outras aplicações. Há ainda os elementos chamados e-tech, como o telúrio, o cobalto e o selênio.
"Alguns desses elementos são altamente concentrados em depósitos no fundo do mar, que constituem o recurso marinho de metal mais importante para exploração e aproveitamentos futuros. Por exemplo, os maiores níveis de enriquecimento de telúrio são encontrados nas profundezas dos oceanos, em crostas de ferro manganês em montanhas submarinas", disse Paul Lutsy, do Serviço Geológico Britânico (BGS).
Telúrio é um componente essencial na produção de células solares, mas o elemento está presente em apenas 0,0000001% da superfície terrestre, o que o torna três vezes mais escasso do que o ouro.
Tesouros submarinos de minérios e metais
Amostra de nódulo polimetálico rico em metais de grande interesse tecnológico. [Imagem: CPRM]
Pedras vivas
Contudo, e apesar do potencial econômico e tecnológico, não há parceiros industriais ou mineradores unidos no esforço de pesquisa, que estará assim primariamente preocupado com os aspectos ambientais.

"Trata-se de estudos oceanográficos para que seja desvendada a história desses nódulos, que crescem e que são organismos com propriedades únicas, como se fossem pedras vivas, com composição química muito particular e sobre os quais ainda pairam perguntas científicas não respondidas. Para isso é preciso um esforço multidisciplinar, caso deste projeto, envolvendo pesquisadores de biologia, geologia, física, além daexpertise em tecnologia e da metodologia dos grupos internacionais a ele associados," conclui o pesquisador.

Tribologia: mais eficiência e menos desgaste nos motores

Com informações da Agência Fapesp 



Estudos do atrito aumentam eficiência e reduzem desgaste de motores
Superfícies de cilindros de motores. Nos veículos 1.0 brasileiros, os mais usados são o Plateau honing e oSmooth Peak.[Imagem: LFS/Poli/USP]
Congresso do atrito
Engenheiros brasileiros apresentaram cinco trabalhos que prometem ajudar aumentar a vida útil dos motores bicombustível.
Além de três trabalhos do Laboratório de Fenômenos de Superfície, da USP, dois trabalhos de engenheiros da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRGN) foram levados ao Leeds-Lyon Symposium on Tribology(LLST), um dos congressos mais tradicionais e respeitados na área.
A tribologia é um ramo da ciência que trata das questões ligadas à interação de dois ou mais materiais sólidos em movimento e contato mútuo - tribos em grego significa atrito.
Usinagem
"O foco do LFS tem sido essencialmente reduzir a perda de eficiência dos motores causada pelo atrito e o desgaste dos componentes. Isso tem a ver com a geometria das peças e também com sua microgeometria, definida pela operação de usinagem chamada brunimento", afirmou o engenheiro Amilton Sinatora, coordenador do projeto.
Não se trata do simples polimento, porque, em certas regiões ao longo do curso do pistão, o polimento excessivo pode prejudicar a ação dos aditivos dos lubrificantes.
O que os pesquisadores brasileiros demonstraram é a necessidade de controlar o processo de usinagem, observando a topografia da peça na escala de tamanho de dois décimos de micrômetro (milésimo de milímetro).
"Para cada região, há uma rugosidade, um acabamento adequado. O polimento não deve ser homogêneo nem do ponto de vista espacial nem do ponto de vista temporal. No início da vida útil do motor, é necessário que haja maior rugosidade. No decurso do funcionamento, a rugosidade diminui naturalmente e sua importância também diminui," acrescentou Sinatora.
Estudos do atrito aumentam eficiência e reduzem desgaste de motores
Os trabalhos no campo da tribologia também são importantes nos reatores de biocombustíveis, nos equipamentos de exploração de petróleo e na geração de eletricidade pelo atrito do pneu com o asfalto. [Imagem: Wikimedia]
Viscosidade dos lubrificantes
Devido à necessidade de reduzir o consumo de energia, há uma tendência mundial de produzir lubrificantes cada vez menos viscosos. Com menor viscosidade, o motor roda mais, consumindo menos combustível.
"Mas é preciso determinar os aditivos apropriados para essa nova geração de lubrificantes. E este é outro subtema que estudamos", prosseguiu Sinatora.
Além disso, no caso dos motores bicombustível, existe uma peculiaridade a ser considerada. Trata-se da água presente no etanol, em um percentual de 5%. Essa água, juntamente com o próprio etanol, "lava" as superfícies dos componentes, carregando os aditivos depositados pelos lubrificantes.
"A película de aditivos, que chamamos de 'tribofilme', é removida pelo etanol ou mesmo pela gasolina consumida no Brasil, que, de acordo com a legislação, pode conter até 27% de etanol. Trabalhando com a geometria e microgeometria dos componentes e com a formulação de lubrificantes, procuramos, por várias vias, minimizar os inconvenientes e melhorar o desempenho dos motores," acrescentou Tiago Cousseau, membro da equipe do LFS.
Montadoras
Por ser desenvolvido em parceria com montadoras concorrentes, o projeto está concentrado no aumento do conhecimento dos fundamentos da mecânica por trás do atrito nesses motores.

Esse conhecimento agora será partilhado por cada empresa parceira, que poderá utilizá-lo no desenvolvimento de seus próprios processos e produtos. Participam do projeto as montadoras Fiat, Renault e Volkswagen, além das empresas de autopeças Mahle e Tupy.

Programa aprende a escrever e passa no Teste de Turing Visual

Redação do Site Inovação Tecnológica 



Programa aprende a escrever e passa no Teste de Turing Visual
O aprendizado de máquina é um dos campos mais florescentes da inteligência artificial.[Imagem: Danqing Wang]
Aprendizado profundo
Um software de inteligência artificial, baseado na técnica de "aprendizado profundo", conseguiu reproduzir com ótima fidelidade o processo usado pelos seres humanos para aprender conceitos novos.
Embora o programa só seja capaz de aprender a desenhar letras de alfabetos, a abordagem usada pode ser ampliada para aplicações em outros sistemas baseados em símbolos, como gestos, movimentos corporais, além das palavras, faladas ou escritas.
As pessoas ainda são muito melhores do que as máquinas para aprender novos conceitos, muitas vezes necessitando de apenas um ou dois exemplos, em comparação com as dezenas ou centenas de milhares de exemplos exigidos como treinamento para os softwares.
Brenden Lake e seus colegas canadenses e norte-americanos querem mais do que isso, e estão criando algoritmos que permitam que os programas de inteligência artificial, depois de aprender um conceito pela primeira vez usem-no de uma forma rica e diversificada, como os humanos, e não para simples repetição.
Aprender a aprender
O trio se concentrou em uma grande classe de conceitos visuais muitos simples - os caracteres manuscritos de diversos alfabetos.
O programa foi submetido a mais de 1.600 letras manuscritas de 50 sistemas de escrita de todo o mundo, incluindo sânscrito, tibetano, grego, russo e até mesmo letras inventadas, como as da série de televisão Futurama.
Usando uma técnica que a equipe chama de "Programa de Aprendizagem Bayesiano", o programa "aprendeu a aprender", a generalizar, utilizando o conhecimento de conceitos anteriores para acelerar a aprendizagem de novos conceitos - por exemplo, usando o conhecimento do alfabeto latino para aprender as letras do alfabeto grego.
Programa aprende a escrever e passa no Teste de Turing Visual
Você consegue indicar a diferença entre humanos e máquinas? Os seres humanos e o novo programa de computador receberam uma imagem de um caractere novo (parte superior) e fizeram cópias dele. As grades de nove caracteres em cada par que foram gerados por uma máquina são (por linha) B, A; A, B; A, B. [Imagem: Branden Lake]
Teste de Turing Visual
A equipe então comparou a capacidade de aprendizagem de seu programa com outros programas que usam algoritmos diferentes e com pessoas reais por meio do que eles chamam de "Testes de Turing Visuais".
Isto envolve juízes humanos que devem decidir se as "provas" foram feitas por humanos ou por máquinas.
Embora os acertos dos juízes tenham variado entre as diversas letras manuscritas, para cada Teste de Turing visual menos de 25% dos juízes saíram-se melhor do que o mero acaso (50% de acerto e 50% de erro) em indicar se a letra havia sido desenhada por uma máquina ou por um ser humano.
Isto é de longe o que de melhor havia sido conseguido com o aprendizado de máquina nesse tipo de abordagem, ainda que a tarefa seja simples. Aprender a juntar os caracteres e atribuir-lhes significados exigirá novos esforços da equipe, mas esta demonstração mostrou que eles parecem ter escolhido um bom caminho.

Bibliografia:

Human-level concept learning through probabilistic program induction
Brenden M. Lake, Ruslan Salakhutdinov, Joshua B. Tenenbaum
Science
Vol.: 350 ISSUE 6266, pp. 1332-1338
DOI: 10.1126/science.aab3050

Seta do tempo é confirmada no reino quântico

Com informações da Agência Fapesp 



Seta do tempo é confirmada no reino quântico
Experimento pioneiro afirma ter detectado a seta do tempo em experimentos quânticos. [Imagem: APS/Alan Stonebraker]
O tempo e a física quântica
Uma equipe internacional, liderada por físicos brasileiros, afirma ter demonstrado pela primeira vez a irreversibilidade da seta do tempo em um sistema quântico microscópico.
As propriedades da seta do tempo - o tempo nunca anda para trás - e do aumento da entropia - a crescente desorganização de um sistema físico - já foram testadas e confirmadas pelos físicos em diversos ambientes e situações, mas sempre em circunstâncias macroscópicas.
Já no mundo microscópico, a emergência da irreversibilidade do tempo intriga os físicos porque as leis da mecânica quântica não têm um sentido preferencial, ou seja, não distinguem ir do passado para o futuro ou retornar do futuro para o passado - por exemplo, no mundo quântico, o futuro afeta o passado.
Ainda que os físicos não tenham nenhuma teoria sobre o que seja fundamentalmente o tempo, essa aparente incompatibilidade entre uma direção preferencial do tempo e a leis microscópicas da Física tem gerado muitos debates ao longo de décadas e promete gerar muitos mais a partir deste novo experimento.
Seta do tempo é confirmada no reino quântico
Esquema do experimento, que foi realizado nos laboratórios do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), no Rio de Janeiro. [Imagem: T. B. Batalhão et al. - 10.1103/PhysRevLett.115.190601]
Seta quântica do tempo
A equipe da Universidade Federal do ABC (UFABC) estudou o comportamento do spin (propriedade similar aos pólos magnéticos de um ímã) do núcleo de um único átomo, um isótopo carbono 13 em uma molécula de clorofórmio.
Depois de resfriados a alguns bilionésimos de grau acima do zero absoluto, os núcleos dos átomos de carbono foram submetidos a um pulso de radiofrequência, cuja intensidade é modulada no tempo a uma frequência de 125 MHz - pouco acima das ondas de rádio FM. "A temperatura do nosso sistema é conhecida como temperatura de spin, e o sistema permanece nesse estado por algumas frações de segundo durante o experimento," explica o professor Roberto Menezes Serra.
Quando os spins dos núcleos interagem com as ondas de rádio - cuja intensidade aumenta no tempo - eles mudam de estado, aumentando sua energia interna. Esse aumento acontece rapidamente, fazendo com que parte da energia absorvida pelos spins se apresente de forma desorganizada, como se os spins "tremessem".
Quando o pulso de radiofrequência é desligado, parte da energia absorvida pelos núcleos de carbono (aquela na forma desorganizada) precisa ser dissipada no meio ambiente na forma de calor. Quando isso acontece, o sistema volta ao estado original, chamado de equilíbrio térmico.
Para revelar a seta do tempo, a estratégia do experimento foi ligar e desligar as ondas de radiofrequência num ritmo alucinante, na ordem dos milésimos de segundo. "Fizemos esse processo tão rápido que não dava tempo para o sistema trocar energia (calor) com o meio ambiente," explica Roberto.
Foi nessas condições que os pesquisadores detectaram a produção de entropia em um sistema quântico, ou seja, observaram a origem do aumento da entropia no nível microscópico.
Seta do tempo é confirmada no reino quântico
Apesar destes resultados, outros experimentos já demonstraram que a Segunda Lei da Termodinâmica falha em sistemas quânticos. [Imagem: Iñaki Gonzalez/Jan Gieseler]
Flutuações quânticas
A seguir, o mesmo processo foi realizado modulando as ondas de rádio de forma reversa, diminuindo a energia das ondas de forma muito rápida e, consequentemente, diminuindo a energia do sistema de spins.
Comparando o que acontecia com os núcleos de carbono durante o processo de aumento e de diminuição da energia das ondas de rádio, foi possível detectar uma diferença sutil, mas mensurável, entre os dois processos.
Ora, se as leis que governam os sistemas quânticos isolados fossem simétricas no tempo, esse processo também deveria ser simétrico - mas não foi isso que o experimento mostrou.
De fato, foi detectada uma leve assimetria durante o processo de aumento e diminuição da energia no núcleo de carbono. "São as flutuações quânticas," explica o professor Roberto.
No mundo microscópico do átomo e das partículas atômicas acontecem coisas bizarras. O vácuo, por exemplo, é tudo menos vazio. Nele podem pipocar a partir do nada partículas subatômicas. Elas surgem e desaparecem sem prévio aviso e como que por encanto. São estas as chamadas flutuações quânticas.
No caso do experimento, o que se detectou foi um fenômeno no qual as flutuações quânticas estão associadas com as chamadas transições entre estados quânticos do spin nuclear.
Seta do tempo é confirmada no reino quântico
Outros experimentos têm questionado a sequência tradicional de causa e efeito quando se passa para o ambiente da mecânica quântica. [Imagem: University of Vienna]
Tecnologia quântica
Em resumo, a equipe constatou a emergência da seta do tempo no ambiente quântico ao detectar uma assimetria entre um processo e seu reverso. Essa assimetria tem origem nas transições entre os estados quânticos. É dessa forma que a entropia do sistema aumenta.
Mas para quê serve tudo isto? "Todo esse esforço é para compreender os fenômenos termodinâmicos em escala microscópica e quântica. Do ponto de vista prático queremos entender os limites da nova tecnologia quântica em microescala," responde o pesquisador.
Esta é uma das fronteiras da ciência atual. Espera-se que dessas pesquisas fundamentais evoluam tecnologias como a dos computadores quânticos, com potencial muitas vezes superior à computação tradicional. Outro dividendo será a criptografia quântica com códigos invioláveis, cuja segurança pode ser garantida pelas leis da mecânica quântica.

Bibliografia:

Irreversibility and the Arrow of Time in a Quenched Quantum System
T. B. Batalhão, A. M. Souza, R. S. Sarthour, I. S. Oliveira, M. Paternostro, E. Lutz, R. M. Serra
Physical Review Letters
Vol.: 115, 190601
DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.190601

Espelhos de telescópios dobram-se para ver melhor

Com informações da Nasa 



Espelhos de telescópios ganham novos formatos
O espelho tradicional, à esquerda, e um exemplo de um espelho de formato livre, à direita. [Imagem: NASA]
Óptica de formas livres
Os espelhos dos telescópios têm sido feitos há séculos com a mesma estrutura básica: eles são redondos e se encaixam dentro de um tubo.
Mas isto está prestes a mudar.
Uma nova tecnologia óptica agora permite projetar esses dispositivos de captação de luz em virtualmente qualquer formato.
Além de proporcionar melhor qualidade de imagem ao longo de um maior campo de visão, esses espelhos de formas livres permitirão construir telescópios muito menores e mais baratos - dois elementos essenciais no caso dos telescópios espaciais.
Chamada de "óptica de formatos livres", esta área emergente de pesquisas está sendo impulsionada pelos avanços na fabricação controlada por computador, que viabiliza a fabricação dos espelhos "deformados".
Telescópios para cubesats
Joseph Howard e Garrett West, do Centro Goddard da NASA, estão tentando usar a óptica de formatos livres para criar telescópios menores.
De acordo com a dupla, a tecnologia é uma grande promessa para desenvolver telescópios compactos para CubeSats e outros pequenos nanossatélites, uma alternativa cada vez mais popular e de baixo custo às missões tradicionais, que são caras de construir e lançar, geralmente envolvendo projetos internacionais que levam mais de uma década para se tornarem realidade.
"Se você quer colocar esses telescópios em uma caixa menor, você precisa fazer os espelhos se dobrarem como uma batata frita," explicou Howard.
Nos telescópios tradicionais são usados dois espelhos, um espelho primário de captação de luz e um espelho secundário menor, que dirige a luz recebida para um detector - o CCD de uma câmera ou o olho do astrônomo. Esses espelhos com simetria de rotação - em outras palavras, redondos - precisam ser alinhados ao longo do eixo de um tubo para reduzir aberrações ópticas, que produzem imagens borradas.
Com a óptica de forma livre, no entanto, os espelhos assimétricos conseguem corrigir melhor as aberrações ópticas e ainda fornecem um maior campo de visão.
Além disso, eles reduzem drasticamente o caminho que a luz precisa percorrer, reduzindo muito o tamanho do telescópio.
Primeiros testes
Como parte de seu projeto, Howard e West começaram incorporando os espelhos de formatos livres em um instrumento de medição costeira, cuja versão original exige nove espelhos simétricos.
Ao substituir os espelhos redondos tradicionais por espelhos de forma livre, foi possível reduzir o tamanho de cada espelho individual, e o número total foi reduzido para seis, encolhendo o tamanho do telescópio original em mais de 10 vezes.

O próximo passo será fabricar um pequeno telescópio que seja adequado para ser lançado a bordo de um cubesat.

Brasileiros participam do Observatório LSST

Com informações do MCTI 



Brasileiros participam do Observatório LSST
Do tamanho de um carro e pesando mais de 3 toneladas, a maior câmera digital do mundo rastreará todo o céu do hemisfério Sul a cada semana.[Imagem: LSST Corporation]
Telescópio LSST
Pesquisadores brasileiros vão participar do projeto LSST (Large Synoptic Survey Telescope).
O LSST é um telescópio em construção em Cerro Pachón, no Chile, com previsão para entrar em operação em 2022. Somando R$ 1 bilhão em investimentos, o LSST terá capacidade para fazer o mapeamento de quase metade do céu em cinco comprimentos de onda em um período de dez anos.
O telescópio, com 8,4m de diâmetro, cobre um campo de quase dez graus quadrados, podendo mapear toda a região do céu ao qual tem acesso em apenas algumas noites.
Para isso ele contará com a maior câmera digital do mundo, formada por um mosaico de CCDs com 3,2 bilhões de píxeis - cada exposição captura imagem de uma área correspondente a 40 vezes o tamanho da Lua cheia.
A cada noite serão acumulados 15 terabytes (TB) de dados, os quais devem ser transmitidos para diferentes centros para redução e análise. E é aí que o Brasil entra.
Como o telescópio varrerá o céu inteiro muito rapidamente, ele fornecerá uma visão dinâmica do Universo, onde variações de posição ou fluxo de objetos celestes serão registrados em intervalos de poucas noites. A estimativa é que o LSST gere 10 milhões de alertas destas variações a cada noite.
Estas variações serão classificadas e os casos mais interessantes serão observados em outros telescópios para análise mais detalhada.
Duas histórias humanas
Ao coletar informações sobre 37 bilhões de estrelas e galáxias, explorando um volume de espaço sem precedentes, o projeto deverá gerar algo em torno de 100 petabytes (PB) de dados - estima-se que tudo que a humanidade escreveu na história em todas as línguas soma cerca de 50 petabytes.
O Memorando de Entendimento, que envolve o estabelecimento de conexões de fibra óptica para dar vazão aos dados, foi assinado entre o Laboratório Interinstitucional de e-Astronomia (LIneA), o Laboratório Nacional de Astrofísica (LNA), a Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP) e a Rede Acadêmica de São Paulo (ANSP).
As novas conexões de fibra óptica ampliarão a ligação entre a América do Sul e a América do Norte e envolverá a participação de um grupo de 50 pesquisadores brasileiros.
Essa assim chamada "internet acadêmica" já é 50.000 vezes mais rápida do que a banda larga normal disponível no Brasil.