Uma nova técnica capaz de criar imagens nítidas de objetos escondidos poderá um dia permitir que os pilotos enxerguem além da neblina e os médicos vejam mais precisamente o interior do corpo humano sem a necessidade de uma cirurgia.
Desenvolvido por engenheiros da Universidade de Princeton, nos Estados Unidos, o método baseia-se na surpreendente possibilidade de aumentar a nitidez de uma imagem usando os mesmos raios de luz que normalmente borram a imagem, fazendo-a ficar irreconhecível.
Interação entre ruído e sinal
"Normalmente, o ruído é considerado uma coisa ruim," afirma Jason Fleischer, um dos criadores da nova técnica. "Mas às vezes o ruído e o sinal podem interagir, e a energia do ruído pode ser usada para amplificar o sinal. Para sinais fracos, como imagens distantes ou muito escuras, na verdade a adição de ruído pode melhorar a sua qualidade."
Para demonstrar isto, os pesquisadores restauraram uma imagem obscurecida em um padrão claro de números e linhas. O processo equivale a melhorar a recepção de TV usando a parte do sinal de transmissão que dá o chiado ou a interferência às imagens.
A capacidade de amplificar sinais dessa forma pode ser utilizada para melhorar uma ampla gama de tecnologias baseadas na transmissão de sinais, incluindo os ultrassons que os médicos utilizam para ver imagens dos bebês ainda no útero e os sistemas de radar que os pilotos usam para navegar através das tempestades.
A técnica também abre caminho para tecnologias como óculos de visão noturna, inspeção de estruturas submarinas, como oleodutos ou pilares de pontes, e até na esteganografia, a prática de mascarar sinais para fins de segurança.
Ruído nas imagens
Em seu experimento, Fleischer e seu colega Dmitry Dylov primeiro disparam um feixe de laser através de um pequeno pedaço de vidro gravado com números e linhas, semelhantes aos cartões utilizados pelos oftalmologistas.
O laser "imprimiu" a imagem dos números e das linhas em um receptor conectado a um monitor de vídeo, que exibiu claramente o padrão.
A seguir, eles colocaram um pedaço de plástico translúcido entre o vidro e o receptor.
O plástico dispersou a luz do laser antes que ela chegasse ao receptor, tornando o sinal visual tão cheio de ruído que os números e as linhas do padrão tornaram-se irreconhecíveis no monitor, de maneira parecida com o que acontece quando a fumaça ou a neblina obstruem a visão de uma pessoa.
Substância não-linear
A parte essencial da experiência veio quando Fleischer e Dylov colocaram outro objeto no caminho do feixe de laser.
Exatamente na frente do receptor, eles montaram um cristal de niobato de estrôncio e bário (SBN), um material que pertence a uma classe de substâncias conhecidas como "não-lineares" por sua capacidade de alterar o comportamento da luz de forma estranha - neste caso, o cristal não-linear mistura diferentes partes da imagem, permitindo que o sinal e o ruído interajam.
Ajustando uma tensão elétrica sobre o cristal de SBN, os pesquisadores conseguiram de "sintonizar" uma imagem nítida no monitor.
O SBN reuniu os raios que tinham sido espalhados pelo plástico translúcido e usou sua energia para aumentar a nitidez da tênue imagem de linhas e números.
"Nós usamos o ruído para alimentar os sinais," afirma Dylov. "É como se você tirasse uma foto de uma pessoa no escuro, e nós aumentamos o brilho da pessoa e tornamos o fundo mais escuro para que você possa vê-la. O contraste faz com que a pessoa se destaque."
Ressonância estocástica
A técnica, conhecida como "ressonância estocástica", só funciona com uma quantidade determinada de ruído, já que o excesso pode sobrecarregar o sinal.
Com base nos resultados de sua experiência, Fleischer e Dylov desenvolveram uma nova teoria sobre como os sinais cheios de ruido movem-se através de materiais não-lineares, combinando conceitos das áreas de física estatística, teoria da informação e óptica.
Agora eles planejam incorporar sua técnica de processamento de sinais para melhorar a clareza das imagens no campo do imageamento médico, incluindo os exames que usam o som e o ultrassom em vez da luz.
Bibliografia:
Nonlinear self-filtering of noisy images via dynamical stochastic resonance
Dmitry V. Dylov, Jason W. Fleischer
Nature Photonics
March 2010
Vol.: Advance online publication
DOI: 10.1038/nphoton.2010.31
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=ruido-usado-criar-imagens-mais-nitidas&id=010160100412&ebol=sim
quinta-feira, 15 de abril de 2010
terça-feira, 6 de abril de 2010
Sacos de energia submersos armazenam vento para gerar eletricidade
Os opositores aos investimentos em fontes limpas de energia sabem de cor e salteado os seus argumentos: "Energia solar e energia eólica dependem de fatores naturais, e a economia não pode parar à noite ou quando o vento deixar de soprar," dizem eles.
De fato, as baterias atuais ainda não são boas o suficiente para armazenar a energia solar para seu uso noturno. E, ainda que turbinas eólicas inteligentes possam prever o vento, elas não são muito úteis nos momentos de calmaria.
Armazenar o vento
Mas, embora "armazenar o Sol" seja um problema mais sério, armazenar o vento é muito mais simples - basta guardá-lo na forma de ar comprimido e colocá-lo para soprar as turbinas nos momentos de baixa intensidade do vento.
Esta pelo menos é a solução apresentada pelo professor Seamus Garvey, da Universidade de Nottingham, na Inglaterra. Ele está tão confiante em sua proposta que fundou uma empresa, a Nimrod Energy, para tentar vender a ideia.
A proposta é simples: usar gigantescas turbinas de vento para comprimir e bombear o ar para gigantescos "sacos de energia", que é como o Dr. Garvey chama estruturas flexíveis enormes, que ele pretende colocar no fundo do mar ou em cavernas.
O ar sob alta pressão poderá ser direcionado para conjuntos de turbinas que irão gerar a eletricidade quando necessário.
Fazendas de energia
As "fazendas de energia" a ar comprimido poderão ser conjugadas com as "fazendas de vento", garantindo que a planta supra energia para a rede elétrica continuamente. Ou podem se transformar em empreendimentos independentes, que poderão vender energia para os distribuidores sob demanda.
E ao falar em turbinas gigantescas, o Dr. Garvey não está exagerando. A menor de suas propostas envolve o uso de uma turbina de vento de 230 metros de diâmetro, o que seria necessário acumular ar suficiente para viabilizar economicamente o projeto.
Segundo o pesquisador, a alternativa de geração de energia limpa mais próxima da viabilidade até agora são as hidrelétricas marinhas, que usam água sob pressão para gerar a eletricidade. Contudo, diz ele, seu projeto é capaz de produzir energia até 20% mais barata do que a hidreletricidade marinha.
Sacos de energia
"O fato de que o diâmetro das turbinas de vento tradicional cresceram exponencialmente até 2005, e depois pararam de crescer abruptamente, é uma forte indicação de que os projetos convencionais de energia eólica atingiram seus limites naturais e que o campo precisa urgentemente de novas ideias," diz o pesquisador.
O primeiro protótipo dos "sacos de energia", em escala reduzida, já está sendo construído, devendo gerar seus primeiros watts em 2011.
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=energia-eolica-ar-comprimido&id=010115100329&ebol=sim
De fato, as baterias atuais ainda não são boas o suficiente para armazenar a energia solar para seu uso noturno. E, ainda que turbinas eólicas inteligentes possam prever o vento, elas não são muito úteis nos momentos de calmaria.
Armazenar o vento
Mas, embora "armazenar o Sol" seja um problema mais sério, armazenar o vento é muito mais simples - basta guardá-lo na forma de ar comprimido e colocá-lo para soprar as turbinas nos momentos de baixa intensidade do vento.
Esta pelo menos é a solução apresentada pelo professor Seamus Garvey, da Universidade de Nottingham, na Inglaterra. Ele está tão confiante em sua proposta que fundou uma empresa, a Nimrod Energy, para tentar vender a ideia.
A proposta é simples: usar gigantescas turbinas de vento para comprimir e bombear o ar para gigantescos "sacos de energia", que é como o Dr. Garvey chama estruturas flexíveis enormes, que ele pretende colocar no fundo do mar ou em cavernas.
O ar sob alta pressão poderá ser direcionado para conjuntos de turbinas que irão gerar a eletricidade quando necessário.
Fazendas de energia
As "fazendas de energia" a ar comprimido poderão ser conjugadas com as "fazendas de vento", garantindo que a planta supra energia para a rede elétrica continuamente. Ou podem se transformar em empreendimentos independentes, que poderão vender energia para os distribuidores sob demanda.
E ao falar em turbinas gigantescas, o Dr. Garvey não está exagerando. A menor de suas propostas envolve o uso de uma turbina de vento de 230 metros de diâmetro, o que seria necessário acumular ar suficiente para viabilizar economicamente o projeto.
Segundo o pesquisador, a alternativa de geração de energia limpa mais próxima da viabilidade até agora são as hidrelétricas marinhas, que usam água sob pressão para gerar a eletricidade. Contudo, diz ele, seu projeto é capaz de produzir energia até 20% mais barata do que a hidreletricidade marinha.
Sacos de energia
"O fato de que o diâmetro das turbinas de vento tradicional cresceram exponencialmente até 2005, e depois pararam de crescer abruptamente, é uma forte indicação de que os projetos convencionais de energia eólica atingiram seus limites naturais e que o campo precisa urgentemente de novas ideias," diz o pesquisador.
O primeiro protótipo dos "sacos de energia", em escala reduzida, já está sendo construído, devendo gerar seus primeiros watts em 2011.
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quarta-feira, 24 de março de 2010
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sábado, 20 de março de 2010
Manto da invisibilidade agora é 3D e aproxima-se do olho humano
Um grupo de pesquisadores da Inglaterra e da Alemanha criou um manto da invisibilidade tridimensional capaz de esconder objetos em comprimentos de onda ópticos, próximos da faixa visível do espectro eletromagnético.
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
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
sábado, 6 de fevereiro de 2010
Adesivo desligável poderá permitir andar pelas paredes
Será possível que um dia os humanos andem pelas paredes, como as lagartixas ou o Homem-Aranha?
Um novo aparelho, cujo efeito adesivo pode ser ligado e desligado, acaba de ser construído por engenheiros da Universidade de Cornell, nos Estados Unidos. Ele ainda não é capaz de suportar uma pessoa, mas pode ser uma esperança para quem sonha em trocar a lâmpada sem precisar de uma escada.
Bioinspiração
Segundo os pesquisadores, o mecanismo de adesão rápida e desligável - que funciona com base na tensão superficial da água - poderá levar a aplicações como sapatos ou luvas que grudem e se soltem das paredes ao comando do usuário, ou a adesivos do tipo Post-It capazes de suportar pesos.
O projeto do aparelho de adesão foi inspirado em um besouro endêmico no estado norte-americano da Flórida, que gruda nas folhas com uma força capaz de sustentar 100 vezes o seu próprio peso. E é capaz de soltar-se instantaneamente.
Tensão bem superficial
O dispositivo consiste de uma placa circular plana na qual são feitos furos perfeitamente espaçados, cada um com alguns micrômetros de diâmetro. Embaixo dessa placa é colada uma camada de material poroso. Por fim, na base, vai um reservatório de água.
Um campo elétrico aplicado por uma bateria comum de 9 volts, do tipo usado em brinquedos de controle remoto, bombeia a água através do dispositivo, fazendo com que a água se comprima contra a camada superficial - sem fazê-la jorrar, com uma força suficiente apenas para que formem-se saliências de água nos pequenos furos.
A tensão superficial da parte exposta das gotas de água, que se projetam ligeiramente acima da superfície da placa porosa, é suficiente para que o dispositivo grude em outra superfície - o fenômeno é o mesmo que ocorre se você juntar duas placas de vidro molhadas.
Força de adesão
"Na nossa experiência diária, essas forças são relativamente fracas," diz o professor Paul Steen, um dos idealizadores do invento. "Mas se você construir vários [desses buracos com água] e puder controlá-los, como o besouro faz, você pode obter forças de adesão muito fortes."
Por exemplo, um dos protótipos, contendo cerca de 1.000 furos, com 300 micrômetros cada um, pode suportar 30 gramas - algo como 70 clipes de papel.
Os experimentos demonstram que, quando os buracos ficam mais estreitos, e mais deles são feitos na superfície, a força de adesão se torna mais forte.
Com isto, os cientistas estimam que um dispositivo com 1 centímetro quadrado, dotado de furos com 1 micrômetro de diâmetro cada um, poderá suportar 2,7 quilogramas.
Forças simultâneas
Para desligar a adesão, basta inverter o campo elétrico, fazendo a água fluir de voltar para o reservatório. Quando as gotas salientes desaparecem de volta no interior dos furos, quebram-se as minúsculas "pontes" criadas entre cada uma das gotas e a superfície onde o dispositivo permanecia grudado, e ele se solta.
Os planos agora são de construir protótipos em escala maior e aperfeiçoar o mecanismo de bombeamento - com um maior controle sobre a altura das gotas que se projetam a partir da superfície da placa perfurada será possível obter forças de adesão ainda maiores.
Os pesquisadores planejam também recobrir as gotas com membranas muito finas - finas o suficiente para serem flexionadas pela força do bombeamento, mas grossas o bastante para eliminar o efeito de se molhar a superfície onde o dispositivo adere.
Segundo eles, o líquido encapsulado também poderá exercer forças simultâneas, como se fossem minúsculas punções, uma espécie de furador retrátil.
Robôs
Extrapolando os cálculos dos cientistas, é fácil ver que uma placa com 25 centímetros quadrados seria teoricamente capaz de suportar um homem de 70 quilogramas - desde que a superfície onde ele quisesse aderir fosse lisa como o vidro.
Mas esta certamente não será a única dificuldade, uma vez que os problemas surgem quando se tenta ampliar a escala de qualquer dispositivo. Os candidatos a Homem-Aranha talvez tenham que esperar um pouco mais.
Contudo, a força alcançada já é mais do que suficiente para sustentar pequenos robôs escaladores. O próximo passo da pesquisa, isolando as gotas de água com uma membrana, pode ser o passo que falta para que robôs-aranha ou robôs- lagartixa tornem-se viáveis.
Bibliografia:
Capillarity-based switchable adhesion
Michael J. Vogel, Paul H. Steen
Proceedings of the National Academy of Sciences
February 1, 2010
Vol.: Published online before print
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=adesivo-desligavel-andar-pelas-paredes&id=010180100203
Um novo aparelho, cujo efeito adesivo pode ser ligado e desligado, acaba de ser construído por engenheiros da Universidade de Cornell, nos Estados Unidos. Ele ainda não é capaz de suportar uma pessoa, mas pode ser uma esperança para quem sonha em trocar a lâmpada sem precisar de uma escada.
Bioinspiração
Segundo os pesquisadores, o mecanismo de adesão rápida e desligável - que funciona com base na tensão superficial da água - poderá levar a aplicações como sapatos ou luvas que grudem e se soltem das paredes ao comando do usuário, ou a adesivos do tipo Post-It capazes de suportar pesos.
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Tensão bem superficial
O dispositivo consiste de uma placa circular plana na qual são feitos furos perfeitamente espaçados, cada um com alguns micrômetros de diâmetro. Embaixo dessa placa é colada uma camada de material poroso. Por fim, na base, vai um reservatório de água.
Um campo elétrico aplicado por uma bateria comum de 9 volts, do tipo usado em brinquedos de controle remoto, bombeia a água através do dispositivo, fazendo com que a água se comprima contra a camada superficial - sem fazê-la jorrar, com uma força suficiente apenas para que formem-se saliências de água nos pequenos furos.
A tensão superficial da parte exposta das gotas de água, que se projetam ligeiramente acima da superfície da placa porosa, é suficiente para que o dispositivo grude em outra superfície - o fenômeno é o mesmo que ocorre se você juntar duas placas de vidro molhadas.
Força de adesão
"Na nossa experiência diária, essas forças são relativamente fracas," diz o professor Paul Steen, um dos idealizadores do invento. "Mas se você construir vários [desses buracos com água] e puder controlá-los, como o besouro faz, você pode obter forças de adesão muito fortes."
Por exemplo, um dos protótipos, contendo cerca de 1.000 furos, com 300 micrômetros cada um, pode suportar 30 gramas - algo como 70 clipes de papel.
Os experimentos demonstram que, quando os buracos ficam mais estreitos, e mais deles são feitos na superfície, a força de adesão se torna mais forte.
Com isto, os cientistas estimam que um dispositivo com 1 centímetro quadrado, dotado de furos com 1 micrômetro de diâmetro cada um, poderá suportar 2,7 quilogramas.
Forças simultâneas
Para desligar a adesão, basta inverter o campo elétrico, fazendo a água fluir de voltar para o reservatório. Quando as gotas salientes desaparecem de volta no interior dos furos, quebram-se as minúsculas "pontes" criadas entre cada uma das gotas e a superfície onde o dispositivo permanecia grudado, e ele se solta.
Os planos agora são de construir protótipos em escala maior e aperfeiçoar o mecanismo de bombeamento - com um maior controle sobre a altura das gotas que se projetam a partir da superfície da placa perfurada será possível obter forças de adesão ainda maiores.
Os pesquisadores planejam também recobrir as gotas com membranas muito finas - finas o suficiente para serem flexionadas pela força do bombeamento, mas grossas o bastante para eliminar o efeito de se molhar a superfície onde o dispositivo adere.
Segundo eles, o líquido encapsulado também poderá exercer forças simultâneas, como se fossem minúsculas punções, uma espécie de furador retrátil.
Robôs
Extrapolando os cálculos dos cientistas, é fácil ver que uma placa com 25 centímetros quadrados seria teoricamente capaz de suportar um homem de 70 quilogramas - desde que a superfície onde ele quisesse aderir fosse lisa como o vidro.
Mas esta certamente não será a única dificuldade, uma vez que os problemas surgem quando se tenta ampliar a escala de qualquer dispositivo. Os candidatos a Homem-Aranha talvez tenham que esperar um pouco mais.
Contudo, a força alcançada já é mais do que suficiente para sustentar pequenos robôs escaladores. O próximo passo da pesquisa, isolando as gotas de água com uma membrana, pode ser o passo que falta para que robôs-aranha ou robôs- lagartixa tornem-se viáveis.
Bibliografia:
Capillarity-based switchable adhesion
Michael J. Vogel, Paul H. Steen
Proceedings of the National Academy of Sciences
February 1, 2010
Vol.: Published online before print
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=adesivo-desligavel-andar-pelas-paredes&id=010180100203
Brasil domina tecnologia de usinagem em altas velocidades
Apenas seis países no mundo todo dominavam até hoje uma tecnologia industrial chamada usinagem com altas velocidades, ou HSM (High Speed Machining).
Agora são sete.O Brasil acaba de entrar nesse seleto grupo, graças ao trabalho da equipe do professor Reginaldo Teixeira Coelho, da Escola de Engenharia de São Carlos, ligada à USP.
Precisão dimensional
A capacitação brasileira nesta área do conhecimento é considerada estratégica para a indústria nacional, uma vez que a usinagem em altas velocidades está impondo novos padrões de produtividade e qualidade ao setor industrial.
"A HSM não só economiza tempo de produção como proporciona maior precisão dimensional e melhor acabamento para as peças usinadas", disse Coelho.
O processo HSM consiste em submeter o material a cortes, desbastes ou acabamentos em velocidades de cinco a dez vezes maiores do que as utilizadas em usinagens convencionais.
A técnica foi concebida no início do século 20, mas somente no fim da década de 1980 foi alcançada a tecnologia necessária para que ela fosse colocada em prática.
Máquinas, ferramentas e software
Os desafios para a execução da usinagem com altas velocidades envolvem o desenvolvimento de três áreas distintas: máquinas, ferramentas e software.
"Os atuais programas para usinagem, chamados CNC, são extremamente longos e não é mais possível escrevê-los manualmente como se fazia no passado", explicou Coelho, ressaltando que somente cinco empresas no mundo comercializam softwares adequados para HSM.
"A tecnologia também depende de ferramentas especiais, fabricadas e revestidas de materiais mais duros como aqueles baseados em nitreto de titânio-alumínio (TiAl)N ou nitreto de cromo-alumínio (CrAl)N. Já as máquinas precisam ser especialmente projetadas para o desempenho em alta velocidade. Partes móveis como os 'carros' [contendo sobre si a mesa móvel na qual a peça é presa, no caso de uma fresa)] devem ser extremamente leves ou a inércia impedirá a usinagem em HSM", disse.
Usinagem sem fluido de corte
O projeto coordenado pelo professor Reginaldo iniciou-se em fevereiro 2006 e está se encerrando agora, depois de alcançar avanços importantes em diversas operações de usinagem, como torneamento, fresamento e rosqueamento.
Especificamente no rosqueamento, a equipe obteve resultados superiores aos de países como os Estados Unidos. "Nossos resultados se igualam àqueles obtidos por laboratórios tradicionais na Alemanha, precursores dessa tecnologia", comemora Coelho.
Outra vantagem da usinagem com alta velocidade é a dispensa de um fluido de corte. Nas fabricações convencionais é necessário utilizar óleo ou uma emulsão de óleo com água para proteger a peça fabricada e a ferramenta que a corta do calor gerado pelo atrito e evitar a formação de "cavacos" (lascas de metal).
Com a alta velocidade, no entanto, o tempo de contato da ferramenta com a peça é tão pequeno que as partes pouco se aquecem, proporcionando um processo adiabático (no qual não há troca de calor). Quando muito, é utilizado apenas ar comprimido. Também nesta área o grupo brasileiro inovou, usando ar gelado em alguns processos.
Moldes para plásticos
Por confeccionar peças em muito menos tempo, a HSM representa um considerável ganho de produtividade, além de proporcionar precisão dimensional e rugosidade baixíssima, menor que um micrômetro (0,001 mm), o que significa uma superfície extremamente lisa e adequada para moldes de injeção de plástico.
"O ganho com a tecnologia de alta velocidade pode ser ainda mais impactante no caso de ela ser utilizada na fabricação de peças, moldes e ferramentas de conformação para os setores aeronáutico e de termeletricidade", disse Coelho.
Com a HSM, um molde da indústria de injeção de plásticos, por exemplo, pode ser fabricado na metade do tempo gasto pelo processo convencional. Se o material das peças for de corte fácil, como compósitos à base de resina ou ligas de alumínio, esse tempo cai para um décimo do período de usinagem comum.
"No Brasil, uma empresa espera em média seis meses entre a encomenda do molde e o início de sua utilização. Isso, dentre outros fatores, leva indústrias de grande porte a encomendar moldes no exterior", disse Coelho.
Tecnologia estratégica
Por esse motivo, o pesquisador estima que a HSM será cada vez mais estratégica para o Brasil. Agora sua equipe pretende aprimorar a pesquisa desenvolvendo a chamada usinagem de alto desempenho.
Esse novo conceito envolve aqueles de HSM integrados ao desenvolvimento mecânico e eletrônico das máquinas-ferramentas otimizados por ensaios virtuais, antes mesmo da fabricação, a fim de corrigir erros de projeto sem a necessidade de construir vários protótipos.
"Esse novo campo também inclui a microusinagem, com a confecção de peças ou de seus detalhes, que sejam menores que 1 milímetro. Componentes de celulares, instrumentos médicos e odontológicos e microrreatores, por exemplo, dependem de processos de fabricação nessa escala", disse.
E, quem sabe, aproximar-se no futuro do torno mais preciso do mundo.
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=brasil-domina-tecnologia-usinagem-altas-velocidades&id=010170100203&ebol=sim
Agora são sete.O Brasil acaba de entrar nesse seleto grupo, graças ao trabalho da equipe do professor Reginaldo Teixeira Coelho, da Escola de Engenharia de São Carlos, ligada à USP.
Precisão dimensional
A capacitação brasileira nesta área do conhecimento é considerada estratégica para a indústria nacional, uma vez que a usinagem em altas velocidades está impondo novos padrões de produtividade e qualidade ao setor industrial.
"A HSM não só economiza tempo de produção como proporciona maior precisão dimensional e melhor acabamento para as peças usinadas", disse Coelho.
O processo HSM consiste em submeter o material a cortes, desbastes ou acabamentos em velocidades de cinco a dez vezes maiores do que as utilizadas em usinagens convencionais.
A técnica foi concebida no início do século 20, mas somente no fim da década de 1980 foi alcançada a tecnologia necessária para que ela fosse colocada em prática.
Máquinas, ferramentas e software
Os desafios para a execução da usinagem com altas velocidades envolvem o desenvolvimento de três áreas distintas: máquinas, ferramentas e software.
"Os atuais programas para usinagem, chamados CNC, são extremamente longos e não é mais possível escrevê-los manualmente como se fazia no passado", explicou Coelho, ressaltando que somente cinco empresas no mundo comercializam softwares adequados para HSM.
"A tecnologia também depende de ferramentas especiais, fabricadas e revestidas de materiais mais duros como aqueles baseados em nitreto de titânio-alumínio (TiAl)N ou nitreto de cromo-alumínio (CrAl)N. Já as máquinas precisam ser especialmente projetadas para o desempenho em alta velocidade. Partes móveis como os 'carros' [contendo sobre si a mesa móvel na qual a peça é presa, no caso de uma fresa)] devem ser extremamente leves ou a inércia impedirá a usinagem em HSM", disse.
Usinagem sem fluido de corte
O projeto coordenado pelo professor Reginaldo iniciou-se em fevereiro 2006 e está se encerrando agora, depois de alcançar avanços importantes em diversas operações de usinagem, como torneamento, fresamento e rosqueamento.
Especificamente no rosqueamento, a equipe obteve resultados superiores aos de países como os Estados Unidos. "Nossos resultados se igualam àqueles obtidos por laboratórios tradicionais na Alemanha, precursores dessa tecnologia", comemora Coelho.
Outra vantagem da usinagem com alta velocidade é a dispensa de um fluido de corte. Nas fabricações convencionais é necessário utilizar óleo ou uma emulsão de óleo com água para proteger a peça fabricada e a ferramenta que a corta do calor gerado pelo atrito e evitar a formação de "cavacos" (lascas de metal).
Com a alta velocidade, no entanto, o tempo de contato da ferramenta com a peça é tão pequeno que as partes pouco se aquecem, proporcionando um processo adiabático (no qual não há troca de calor). Quando muito, é utilizado apenas ar comprimido. Também nesta área o grupo brasileiro inovou, usando ar gelado em alguns processos.
Moldes para plásticos
Por confeccionar peças em muito menos tempo, a HSM representa um considerável ganho de produtividade, além de proporcionar precisão dimensional e rugosidade baixíssima, menor que um micrômetro (0,001 mm), o que significa uma superfície extremamente lisa e adequada para moldes de injeção de plástico.
"O ganho com a tecnologia de alta velocidade pode ser ainda mais impactante no caso de ela ser utilizada na fabricação de peças, moldes e ferramentas de conformação para os setores aeronáutico e de termeletricidade", disse Coelho.
Com a HSM, um molde da indústria de injeção de plásticos, por exemplo, pode ser fabricado na metade do tempo gasto pelo processo convencional. Se o material das peças for de corte fácil, como compósitos à base de resina ou ligas de alumínio, esse tempo cai para um décimo do período de usinagem comum.
"No Brasil, uma empresa espera em média seis meses entre a encomenda do molde e o início de sua utilização. Isso, dentre outros fatores, leva indústrias de grande porte a encomendar moldes no exterior", disse Coelho.
Tecnologia estratégica
Por esse motivo, o pesquisador estima que a HSM será cada vez mais estratégica para o Brasil. Agora sua equipe pretende aprimorar a pesquisa desenvolvendo a chamada usinagem de alto desempenho.
Esse novo conceito envolve aqueles de HSM integrados ao desenvolvimento mecânico e eletrônico das máquinas-ferramentas otimizados por ensaios virtuais, antes mesmo da fabricação, a fim de corrigir erros de projeto sem a necessidade de construir vários protótipos.
"Esse novo campo também inclui a microusinagem, com a confecção de peças ou de seus detalhes, que sejam menores que 1 milímetro. Componentes de celulares, instrumentos médicos e odontológicos e microrreatores, por exemplo, dependem de processos de fabricação nessa escala", disse.
E, quem sabe, aproximar-se no futuro do torno mais preciso do mundo.
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=brasil-domina-tecnologia-usinagem-altas-velocidades&id=010170100203&ebol=sim
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