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quarta-feira, 24 de março de 2010
sábado, 20 de março de 2010
Manto da invisibilidade agora é 3D e aproxima-se do olho humano
O estudo representa um avanço no campo da óptica de transformação, que utiliza uma nova classe de materiais conhecidos como metamateriais, capazes de guiar e controlar a luz com propriedades que não são encontradas em materiais naturais.
Capa da invisibilidade
O grupo, coordenado por Tolga Ergin, do Instituto de Física Aplicada do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (Alemanha), utilizou cristais fotônicos com estrutura semelhante à de estacas de madeira para desenvolver uma capa da invisibilidade.
Os cientistas utilizaram o manto para ocultar uma pequena saliência em uma superfície de ouro. A operação funcionou como se um pequeno objeto fosse escondido sob um tapete.
No entanto, nesse caso, o tapete também desapareceu. O "manto" é composto por lentes especiais que funcionam curvando as ondas luminosas para suprimir o espalhamento da luz da saliência.
"Nosso modelo utilizou um cristal fotônico em estaca com polímeros adaptados para esconder uma saliência em um refletor de ouro. As estruturas e controles foram fabricados pela inscrição direta a laser e caracterizados simultaneamente com espectroscopia e com microscopia óptica de campo distante e alta abertura numérica", destacaram os autores no artigo.
Óptica de transformação
Segundo os pesquisadores, as capacidades atuais de nanofabricação continuam a ser aprimoradas, mas é preciso avançar em relação a definir quais nanoestruturas serão capazes de executar uma funcionalidade desejada.
Nesse contexto, a óptica de transformação tem fornecido uma ferramenta científica inovadora, que permite mapear matematicamente as distorções desejadas do espaço para uma distribuição real das propriedades dos materiais ópticos no espaço cartesiano normal.
"Metamateriais não homogêneos adaptados permitem a aproximação dessas distribuições desejadas. As estruturas de manto de invisibilidade podem servir como um fascinante e exigente exemplo de referência para ideias muito mais amplas de transformação óptica", disseram.
Invisibilidade tridimensional
Até agora, segundo eles, os experimentos com mantos de invisibilidade com micro-ondas e em frequências ópticas têm sido exclusivamente realizados em geometrias bidimensionais.
Ou seja, essas estruturas são imediatamente visíveis na terceira dimensão. A camuflagem funciona apenas em planos, quando o ângulo de visão é igual a zero em uma direção.
No entanto, segundo os cientistas, essas estruturas têm ajudado a validar os conceitos de óptica de transformação e de metamateriais. "Conseguimos desenhar, fabricar e caracterizar estruturas tridimensionais de manto de invisibilidade utilizando cristais fotônicos em estaca", concluíram.
"Invisibilidade invisível"
Do ponto de vista do ser humano, os "mantos da invisibilidade" construídos até agora não tornam os objetos de fato invisíveis, uma vez que esses aparatos funcionam em comprimentos de onda fora da faixa da luz visível.
O dispositivo agora anunciado é o que mais se aproxima de uma invisibilidade prática: ele funciona com comprimentos de onda entre 1,4 e 2,7 micrômetros. O olho humano enxerga comprimentos de onda entre cerca de 0,4 e 0,7 micrômetros (ou 400 e 700 nanômetros).
Para entender melhor os desafios para construir um manto da invisibilidade, veja a reportagem Invisibilidade: o que é fato científico e o que é ficção científica.
Bibliografia:
Three-Dimensional Invisibility Cloak at Optical Wavelengths
Tolga Ergin, Nicolas Stenger, Patrice Brenner, John B. Pendry, Martin Wegener
Science
18 March 2010
Vol.: Science Express Reports
DOI: 10.1126/science.1186351
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=manto-da-invisibilidade-3d&id=010160100319&ebol=sim
terça-feira, 2 de março de 2010
Biocélula usa fotossíntese para gerar eletricidade
Cientistas do instituto de pesquisas CNRS, da França, transformaram a energia química gerada pela fotossíntese de uma planta em energia elétrica.
A pesquisa demonstra uma nova rota para fotossíntese artificial, uma área de pesquisas promissora que pretende desenvolver uma estratégia de conversão da luz solar em eletricidade de forma ainda mais eficiente e mais ambientalmente correta do que as células solares.
Além do campo da energia, a nova biocélula poderá ter aplicações médicas.
O que é fotossíntese
A fotossíntese é o processo pelo qual as plantas convertem a energia do Sol em energia química. Na presença da luz visível, o dióxido de carbono (CO2) e a água (H2O) são transformados em glicose e em oxigênio (O2) por meio de uma complexa série de reações químicas que ainda não são bem compreendidas pelos cientistas.
Em vez de tentar reproduzir toda a fotossíntese de forma artificial, o que é uma meta desejável, mas ainda distante de ser alcançada, os pesquisadores franceses criaram uma célula alimentada por um biocombustível que é justamente o produto da fotossíntese de uma planta viva (glicose e oxigênio).
De desenho aparentemente muito simples, a célula a bicombustível é formada por eletrodos cujas superfícies foram modificadas com a adição de duas enzimas.
Domando a fotossíntese
Os pesquisadores inseriram sua biocélula em uma planta viva - neste experimento eles utilizaram um cacto.
Assim que os eletrodos, que são muito sensíveis tanto à glicose quanto ao O2, foram inseridos na folha do cacto, os cientistas puderam monitorar a fotossíntese em tempo real, in vivo, o que, por si só, já seria um grande feito científico.
Durante os experimentos, os pesquisadores puderam fazer a primeira observação direta dos níveis de glicose durante a fotossíntese, em tempo real.
Ou seja, além das aplicações tecnológicas, a técnica será de grande utilidade para o entendimento pormenorizado da própria fotossíntese, um objetivo longamente perseguido pelos biólogos - "domar" a fotossíntese significaria uma revolução radical na forma de geração de energia e de alimentos para a humanidade.
Diagrama da célula a biocombustível criada pelos pesquisadores franceses queterá aplicações médicas e poderá se tornar uma alternativa às células solares. [Imagem: Mano et al, JACS]Célula a biocombustível
A saída dos eletrodos indica claramente uma elevação da corrente elétrica quando uma lâmpada é acessa nas proximidades do cacto, e um correspondente decréscimo na corrente quando a lâmpada é apagada.
Sob a ação da lâmpada, a biocélula é capaz de gerar 9 Watts por centímetro quadrado de eletrodo. A geração de eletricidade é proporcional à luz que incide sobre a planta, uma vez que, com mais luz, ela pode produzir mais glicose e mais O2, disponibilizando mais combustível para operar a biocélula.
É ainda apenas uma prova de conceito e é ainda difícil visualizar sua aplicação prática em conjunto com as plantas, mas a ideia pode formar a base de uma nova estratégia de geração de energia totalmente renovável e sem produção de gases com efeito estufa ou de qualquer outro resíduo.
Biocélula para aplicações médicas
O objetivo inicial dos pesquisadores não era criar uma competidora para as células solares, mas desenvolver uma biocélula para aplicações médicas.
Ao capturar a energia química de biocombustíveis produzidos pelo corpo humano - a dupla glicose-oxigênio ocorre naturalmente nos fluidos fisiológicos - uma biocélula assim poderá poderá acionar implantes médicos e sensores de monitoramento do estado de saúde dos pacientes, funcionando ininterruptamente, 24 horas por dia.
Além de deixar para o passado a necessidade de troca de baterias desses aparelhos, toda uma gama de novas funcionalidades poderia ser criada, como monitores de glicose para diabéticos, alertas de elevação da pressão sanguínea para hipertensos, dispensadores de medicamentos na dose correta e em horários predeterminados etc.
Bibliografia:
From Dynamic Measurements of Photosynthesis in a Living Plant to Sunlight Transformation into Electricity
Victoria Flexer, Nicolas Mano
Analytical Chemistry
15 February 2010
Vol.: 82 (4), pp 1444-1449
DOI: 10.1021/ac902537h
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=biocelula-usa-fotossintese-eletricidade&id=010115100301&ebol=sim
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