Robôs espaciais autônomos farão melhor ciência em mundos desconhecidos

Novo paradigma da exploração espacial

Um exército de robôs poderá um dia voar sobre as montanhas de Titã, cruzar suas gigantescas dunas e navegar sobre a superfície dos seus lagos salgados. A lua de Saturno é vista hoje como um dos pontos mais promissores para a exploração espacial, devido às suas condições capazes de abrigar princípios de vida.

Ao falar das possibilidades da exploração de Titã, Wolfgang Fink, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, nos Estados Unidos, afirma que a exploração espacial está para sofrer uma mudança de paradigma. Segundo ele, a próxima geração de exploradores robotizados terá pouco ou nada a ver com os robôs espaciais que vemos hoje.

"Nós estamos deixando a abordagem tradicional de uma única nave espacial robótica, sem nenhuma redundância e comandada a partir da Terra, para outra abordagem, que permitirá ter múltiplos robôs descartáveis de baixo custo, capazes de comandarem a si próprios e se comunicar com vários outros robôs em outros locais," diz Fink.

Geólogos espaciais

Fink e seus colegas estão desenvolvendo softwares autônomos para comandar esses robôs. O objetivo da pesquisa é construir um campo de testes onde vários robôs atuarão em conjunto para reproduzir a forma como um geólogo explora uma região desconhecida, seja ela na Terra, em outros planetas ou luas ou mesmo em um asteroide.

O programa dará aos robôs um comportamento complementar: embora sejam completamente autônomos e capazes de completar sua tarefa individual sem qualquer controle externo, cada robô atuará como membro de uma equipe, podendo ajustar seu comportamento para que o objetivo total da equipe seja atingido.

Esse comportamento em equipe incluirá a identificação de áreas interessantes para a pesquisa e a priorização dentre os alvos a serem estudados, além da identificação de riscos e a tomada de atitudes para contornar esses riscos.

Melhor ciência espacial

Além da independência da equipe de robôs em relação ao centro de comando na Terra e da simplificação da missão, robôs assim poderão enriquecer muito os resultados científicos das missões espaciais.

Por exemplo, os robôs que estão explorando Marte fotografaram redemoinhos de vento na superfície do planeta, cuja existência era desconhecida. Mas o flagrante foi feito por mero acaso - apenas por sorte o redemoinho surgiu no momento em que o robô estava fotografando seus arredores.

Robôs espaciais autônomos poderão agir imediatamente tão logo seus sensores captem algum fenômeno, seja uma tempestade de areia, uma erupção criovulcânica ou um escapamento de metano do solo. E, em vez de uma única foto, uma câmera de alta resolução poderá captar o fenômeno por inteiro, em toda a sua dinâmica.

Operação em camadas

Para a exploração de Titã, os pesquisadores vislumbram uma sonda orbital, circulando ao redor da lua e obtendo uma visão global. Abaixo dela, um balão de grande altitude captará uma visão mais precisa das montanhas, lagos e canais. No solo, um batalhão de jipes robóticos ou robôs aquáticos explorarão os detalhes da superfície.

A sonda em órbita poderá falar diretamente com o balão e fazê-lo voar sobre uma determinada região. O balão, por sua vez, estará em contato com os diversos exploradores robóticos na superfície, comandando-os para explorarem em detalhes as áreas identificadas como mais promissoras.

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Sensores sem baterias vão monitorar de aviões a atletas

Quando um pássaro se choca com um avião, as consequências podem ser fatais não apenas para o pobre pássaro. Na verdade, danos muito mais sutis à fuselagem, provocados pela fadiga dos metais, já foram apontados como a causa de vários acidentes aéreos.

Para prevenir esses problemas, há anos a indústria procura formas de incluir sensores na fuselagem dos aviões. Esses sensores poderiam disparar alarmes tão logo o dano se iniciasse, muito antes que pudesse se transformar em causa de uma tragédia, acionando o serviço de manutenção preventiva.

Sensores sem alimentação externa

Agora, engenheiros do Instituto Fraunhofer, na Alemanha, acreditam ter dado um passo decisivo para a viabilizar a instalação desses sensores estruturais - eles construíram sensores que não precisam de alimentação externa. Sem cabos ou baterias, sua instalação será muito mais simples e barata.

"Nós usamos geradores termoelétricos," conta o Dr. Dirk Ebling. Materiais termoelétricos são semicondutores que geram eletricidade pela influência de um diferencial de temperatura. Neste caso, o material aproveita a temperatura externa (entre -20 e -50º C) e a temperatura da cabine do avião (cerca de 20º C).

Com a conexão de um número suficiente desses geradores é possível produzir energia suficiente para alimentar pequenos sensores, além de uma unidade de rádio para transmitir as leituras para um computador central, localizado no interior do avião.

O sistema completo contém, além dos sensores propriamente ditos, os geradores termoelétricos, dispositivos de armazenamento de energia para emergências e um módulo para transmissão dos dados por radiofrequência.

Carros, prédios e atletas

Segundo os pesquisadores, o sistema de sensores terá utilidade em várias outras aplicações, além dos aviões. Nos carros, por exemplo, eles poderão diminuir peso e custo, substituindo uma parte do chicote elétrico, uma das peças individuais mais caras de um automóvel.

Em pontes e outras construções civis, eles poderão ser utilizados para o monitoramento estrutural e para a emissão de alertas contra terremotos.

Até mesmo no dia-a-dia dos esportistas haverá espaço para os sensores sem baterias - gerando energia pela diferença de temperatura do ambiente e do corpo do atleta, os sensores poderão monitorar o ritmo cardíaco, a respiração, a quantidade de água perdida etc.

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Força mecânica induz diferenciação de célula-tronco embrionária

James E. Kloeppel - 05/11/2009

Força mecânica induz diferenciação de célula-tronco embrionária
Os cientistas olaram uma gota magnética, com cerca de 4 micrômetros de diâmetro, na superfície de uma célula-tronco embrionária viva, usando um campo magnético externo para agitar as duas. [Imagem: Chowdhury et al.]

Um pequeno "empurrãozinho" pode ser tudo o que uma célula-tronco embrionária precisa para diferenciar-se em um tipo específicos de célula.

A descoberta, feita por cientistas da Universidade de Illinois, nos Estados Unidos, terá aplicações na clonagem terapêutica e na medicina regenerativa.

"Nossos resultados sugerem que pequenas forças mecânicas podem de fato desempenhar um papel crítico na direção específica da diferenciação," afirma Ning Wang, um dos autores da pesquisa que será publicado no próximo exemplar da revista Nature.

Expressão genética à força

A "maciez" física é uma propriedade intrínseca das células-tronco embrionárias que determina como elas respondem às forças em seu microambiente físico. Os cientistas já sabiam que as forças mecânicas externas determinam como as células-tronco se ligam a uma superfície e como elas se espalham sobre a superfície.

O que eles não sabiam é que a força mecânica externa também influencia como genes específicos são expressados, determinando a rota que a célula-tronco seguirá, diferenciando-se em um tipo específico de célula.

Sensibilidade celular

Para estudar a sensibilidade celular à força mecânica, Wang e seus colegas primeiro colaram uma gota magnética, com cerca de 4 micrômetros de diâmetro, na superfície de uma célula-tronco embrionária viva.

Um campo magnético oscilante, aplicado externamente, portanto sem nenhum contato direto com a célula ou com a gota magnética, fez com que a dupla oscilasse numa e noutra direção.

A natureza cíclica da força mecânica é muito importante no experimento. Segundo Wang, a oscilação simula as forças naturais que atuam no interior de uma célula viva, como o movimento cíclico da miosina, uma espécie de motor de proteína.

Os pesquisadores descobriram que as células-tronco embrionárias são mais flexíveis e muito mais sensíveis às forças cíclicas que as células mais maduras, já diferenciadas.

Os pesquisadores obtiveram os mesmos resultados quando aplicaram as forças cíclicas a células musculares humanas. As células-tronco embrionárias utilizadas no experimento foram colhidas de embriões de ratos. Eles não fizeram experiências com células-tronco embrionárias humanas.

Expressão genética seletiva

Para estudar os efeitos de longo prazo da aplicação das forças mecânicas, os pesquisadores utilizaram corantes fluorescentes verdes, que permitiram acompanhar a expressão de genes específicos que, em última instância, determinam o caminho de desenvolvimento da célula-tronco, ou seja, em que tipo de célula ela se diferenciará.

"Se nossas descobertas puderem ser estendidas para embriões animais em seus primeiros estágios, poderemos ter uma nova forma de diferenciar localmente uma única célula de uma determinada linhagem, deixando todas as demais intactas," explica Wang.

Bibliografia:

Material properties of the cell dictate stress-induced spreading and differentiation in embryonic stem cells
Farhan Chowdhury, Sungsoo Na, Dong Li, Yeh-Chuin Poh, Tetsuya S. Tanaka, Fei Wang, Ning Wang
Nature Materials
October 2009
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nmat2563

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