segunda-feira, 18 de junho de 2018

Mais rápido, muito mais rápido


Bits viram piscadas de luz para acelerar computadores

Redação do Site Inovação Tecnológica -  18/06/2018






Visualização artística de um circuito integrado comunicando-se por luz, em vez de elétrons, para permitir uma comunicação mais rápida e eficiente em termos energéticos. A chave é o novo interruptor eletro-óptico. Uma fibra óptica (a partir da esquerda) serve de referência de tamanho.[Imagem: ETH Zurich]


Bits fotônicos

Pesquisadores da área de fotônica criaram um microcomponente que traduz os bits 0 e 1 da linguagem digital, que são tipicamente sinais elétricos nos processadores e memórias, em bits de luz, ou fotônicos, que têm velocidades dez vezes maiores do que as tecnologias atuais.

O componente é um modulador eletro-óptico, que converte sinais elétricos em pulsos de luz prontos para viajar pelos cabos de fibras ópticas. Além disso, o processamento de dados com luz promete ser muito mais veloz e consumir uma fração da energia usada pelos processadores atuais, o que significa que eles virtualmente não vão esquentar, permitindo ganhos adicionais de velocidade.

"Tal como aconteceu com avanços anteriores na tecnologia da informação, este pode impactar dramaticamente a maneira como vivemos," antevê o professor Larry Dalton, da Universidade de Washington, nos EUA.

O novo componente eletro-óptico já nasce próximo do tamanho dos atuais componentes dos circuitos eletrônicos, o que é necessário para a integração dos sistemas fotônicos e eletrônicos em um único chip.

Com ele, a largura de banda é aumentada por um fator de 10, enquanto o consumo de energia é reduzido por um fator de 1.000.

Plasmônica

A nova tecnologia foi possível explorando uma quasipartícula chamada plásmon polariton, que possui propriedades intermediárias entre elétrons e fótons. Essa tecnologia de partículas híbridas é conhecida como plasmônica.

As aplicações do componente podem ser divididas em duas categorias com base no comprimento de onda da luz que ele for projetado para gerar: as telecomunicações por fibra óptica e as interconexões ópticas na computação utilizam luz em frequências ópticas (infravermelho), enquanto aplicações como telecomunicações sem fio e radar usam radiação eletromagnética nas regiões de radiofrequência e micro-ondas.

Bibliografia:

Low-loss plasmon-assisted electro-optic modulator
Christian Haffner, Daniel Chelladurai, Yuriy Fedoryshyn, Arne Josten, Benedikt Baeuerle, Wolfgang Heni, Tatsuhiko Watanabe, Tong Cui, Bojun Cheng, Soham Saha, Delwin L. Elder, Larry. R. Dalton, Alexandra Boltasseva, Vladimir M. Shalaev, Nathaniel Kinsey, Juerg Leuthold
Nature
Vol.: 556, pages 483-486
DOI: 10.1038/s41586-018-0031-4


quinta-feira, 31 de maio de 2018

Matéria


Anti-Big Bang cria novo tipo de acelerador de partículas

Redação do Site Inovação Tecnológica -  29/05/2018









Vista esquemática de uma implosão de microbolhas, mostrando a totalidade dos eventos principais integrados, isto é, a iluminação por laser, a dispersão de elétrons quentes, a implosão e a emissão de prótons.[Imagem: M. Murakami]


Acelerador de partículas

Físicos japoneses descobriram um fenômeno físico de altíssima energia que lança as primeiras luzes sobre fenômenos espaciais de grandes escalas de tempo e espaço, até agora inexplicados, e que terá importantes aplicações aqui na Terra, principalmente na área de saúde e ciência dos materiais.

Masakatsu Murakami e seus colegas da Universidade de Osaka afirmam que o fenômeno, batizado de "implosão de microbolhas", se parece com um Big Bang ao contrário e é essencialmente diferente de qualquer princípio de aceleração de partículas previamente descoberto ou proposto.

O mecanismo pode explicar a origem dos até agora inexplicáveis aceleradores naturais de partículas, detectados em 2009 em escala galáctica.

Compressão a laser

Tudo começa com a tecnologia de compressão de pulsos de laser, inventada no final da década de 1980, que consiste em técnicas que liberam o laser em curtos pulsos de alta potência - os chamados lasers pulsados - aumentando a intensidade do laser em até 10 milhões de vezes. Esta técnica está sendo usada, por exemplo, em experimentos de fusão nuclear.

Murakami e seus colegas usaram um laser desse tipo para comprimir a matéria até um nível sem precedentes, atingindo uma densidade comparável à da matéria do tamanho de um cubo de açúcar pesando mais de 100 quilogramas.

Quando pressão induzida pelo laser chegou a esse nível, a equipe detectou a emissão de prótons - íons de hidrogênio - de alta energia a partir de aglomerados em nanoescala positivamente carregados, essencialmente um novo mecanismo de aceleração de partículas nunca antes visto ou teorizado.

Esses íons de hidrogênio de energia super alta - também conhecidos como prótons relativísticos - são emitidos no momento em que o laser incide sobre hidretos com bolhas esféricas, bolhas estas com dimensões na faixa dos micrômetros, fazendo as bolhas encolherem até dimensões atômicas.

Pelo que se sabia até agora, seria necessária uma distância de aceleração de dezenas a centenas de metros para que os aceleradores pudessem gerar uma energia tão grande.

Este é o nanopulsar criado pela equipe - implosões e expansões repetidas criam um acelerador de partículas inédito. [Imagem: M. Murakami]

Oposto do Big Bang e nanopulsar

A implosão de uma microbolha gera um movimento iônico inédito, no qual os íons viajam à metade da velocidade da luz e convergem para um único ponto no espaço - um fenômeno que se parece com o oposto do Big Bang, disse Murakami.

Repetindo o processo, ou seja, emitindo pulsos seguidos de laser sobre o material, a equipe criou o que eles chamam de um "nanopulsar", um aglomerado de matéria de alta densidade, só que em nanoescala, emitindo partículas relativísticas de alta energia - um pulsar é uma estrela de nêutrons giratória que emite pulsos regulares de radiação em dois feixes simétricos, parecida com um farol.

Aplicações científicas e tecnológicas

A equipe destaca que este novo conceito ajudará a esclarecer a física espacial de grandes escalas de tempo e espaço, como as origens dos prótons de alta energia que se movem nas estrelas e no espaço, ou mesmo perto de planetas gigantes - recentemente se descobriu um acelerador de partículas natural ao redor de Saturno.

Além disso, compondo uma fonte compacta de radiação de nêutrons através da fusão nuclear, este conceito será utilizado em uma variedade de aplicações em tratamentos médicos e na indústria, como a radioterapia de prótons para tratar o câncer, o desenvolvimento da geração de energia pela fusão nuclear a laser, o desenvolvimento de novas substâncias e ferramentas de análise para melhoria das células de combustível.


Bibliografia:

Generation of ultrahigh field by micro-bubble implosion
Masakatsu Murakami, A. Arefiev, M. A. Zosa
Nature Scientific Reports
DOI: 10.1038/s41598-018-25594-3


quinta-feira, 17 de maio de 2018

Nova economia crescendo


Energia renovável emprega mais de 10 milhões de pessoas
Com informações da Agência Brasil -  14/05/2018




Empregos em energia renovável
O setor de energia renovável - que inclui as hidrelétricas - emprega mais de 10 milhões de pessoas no mundo, de acordo com o relatório Renewable Energy and Jobs - Annual Review, lançado durante a reunião anual da Agência Internacional de Energia Renovável (Irena, na sigla em inglês), organização intergovernamental global com 156 países membros.

De acordo com o relatório, em 2017 foram criados mais de 500 mil empregos no campo das energias renováveis, um aumento de 5,3% em relação a 2016.

A China, Brasil, Estados Unidos, Índia, Alemanha e o Japão continuam a ser os maiores empregadores do mercado de energia renovável no mundo, representando mais de 70% de todos os empregos no setor globalmente.

"Embora um número crescente de países esteja colhendo os benefícios socioeconômicos das energias renováveis, a maior parte da produção ocorre em relativamente poucos países e os mercados domésticos variam enormemente em tamanho," diz o relatório.

Descarbonização
A agência estima que a economia global poderá criar até 28 milhões de empregos no setor de energia renovável até 2050, com a descarbonização do sistema energético - a descarbonização refere-se ao afastamento do petróleo e gás natural.

Os dados mostram que a produção de energia solar fotovoltaica continua sendo o maior empregador de todas as tecnologias de energia renovável, respondendo por cerca de 3,4 milhões de empregos. A estimativa é que a China responda por dois terços dos empregos fotovoltaicos, equivalente a 2,2 milhões, o que representa uma expansão de 13% em relação a 2016.

No Brasil, o relatório destaca que o número de empregos no segmento de biocombustíveis aumentou 1% em 2017, totalizando 593.400 postos de trabalho. "Os empregos em etanol diminuíram devido à constante automação e ao declínio da produção de etanol," aponta a agência.

Apesar da queda na produção de empregos no setor de etanol, a agência disse que houve compensação com os empregos gerados pelo biodiesel. A Irena estima que o Brasil empregou 202 mil pessoas no setor de biodiesel em 2017, 30 mil a mais em relação ao ano anterior.

Já no que diz respeito à indústria eólica, o levantamento estima que o setor emprega cerca de 33.700 pessoas na fabricação, construção, instalação, operação e manutenção. Em 2017, a indústria eólica fechou o ano com 12,8 GigaWatts (GW) de energia acumulados.

Segundo Adnan Z. Amin, diretor-geral da agência, a energia renovável tornou-se um pilar do crescimento econômico de baixo carbono para governos em todo o mundo, um fato refletido pelo crescente número de empregos criados no setor.

sexta-feira, 30 de março de 2018

Chegando lá

Bateria de hidrogênio: Primeiros protótipos funcionais
Redação do Site Inovação Tecnológica -  21/03/2018






Bateria de hidrogênio
As baterias de hidrogênio, ou baterias de prótons, estão entre os conceitos promissores para a substituição das baterias de lítio ou mesmo das células de combustíveis.
Como em todo novo conceito, o progresso tem sido mais lento do que se desejava. Em apenas uma semana, contudo, duas equipes, trabalhando independentemente, mostraram resultados importantes.
A primeira equipe, formada por pesquisadores de várias universidades dos EUA, desenvolveu um novo eletrodo para a bateria de hidrogênio - o eletrodo é o material por onde a corrente elétrica entra, durante a recarga, ou sai da bateria, quando sua energia é usada. Para ser eficiente, um eletrodo precisa de muita área superficial. Para isso, a equipe cultivou nanotubos de carbono diretamente sobre fibras de carbono, formando um eletrodo não apenas poroso, mas com poros minúsculos.
"Antes do nosso trabalho, as pessoas usavam eletrodos de carbono de papel e tinham que empilhar eletrodos para gerar uma saída de alta potência. Os eletrodos tinham que ser muito mais grossos e mais caros porque você precisava usar múltiplas camadas - eles são mais volumosos e mais resistivos.
"Nós tivemos uma ideia simples, mas inovadora, de crescer pequenos nanotubos de carbono diretamente sobre fibras de carbono dentro dos eletrodos - como minúsculos pêlos - e com isso aumentamos a área superficial em 50 a 70 vezes. Resolvemos a exigência de elevada área superficial para eletrodos de bateria de hidrogênio-bromo," disse Trung Van Nguyen, da Universidade do Kansas, um dos líderes da equipe.
Uma questão fundamental que resta antes que uma bateria de brometo de hidrogênio possa chegar ao estágio comercial é o desenvolvimento de um catalisador eficaz para acelerar as reações no lado do hidrogênio da bateria e fornecer uma saída maior - e um catalisador que sobreviva à extrema corrosividade do sistema. A equipe afirma que já está trabalhando nisso.

O protótipo da equipe australiana é ainda menor, mas tem a vantagem de já ser totalmente funcional. [Imagem: RMIT University]
Bateria de hidrogênio funcional
Pesquisadores da Universidade RMIT, na Austrália, demonstraram por sua vez a primeira bateria recarregável de prótons totalmente funcional.
O protótipo também usa um eletrodo de carbono para armazenar o hidrogênio, juntamente com uma célula de combustível reversível para produzir eletricidade.
Durante o carregamento, o carbono no eletrodo liga-se com os prótons - ou átomos de hidrogênio - gerados pela divisão da água em oxigênio e hidrogênio, o que é feito com a ajuda de elétrons de uma fonte de alimentação externa. Os prótons são liberados novamente e passam de volta através da célula de combustível reversível para formar água com o oxigênio do ar e gerar energia. Ao contrário dos combustíveis fósseis, o carbono não queima, não gerando emissões no processo.
O eletrodo poroso de carbono ativado, feito de resina fenólica, armazena cerca de 1% em peso de hidrogênio. Parece pouco, mas esta é uma energia por unidade de massa comparável com a das baterias de lítio comercialmente disponíveis, lembrando que a bateria de prótons é um protótipo em estágio inicial, ainda longe de ser otimizada. A tensão máxima da célula foi de 1,2 volt para uma área de superfície interna ativa de apenas 5,5 centímetros quadrados.
"O trabalho agora se concentrará em melhorar ainda mais o desempenho e a densidade de energia através do uso de materiais à base de carbono em camadas atômicas e finas, como o grafeno, com o objetivo firme de chegar a uma bateria de prótons verdadeiramente competitiva com as baterias de íons de lítio," disse o professor John Andrews.
Ou, eventualmente, as duas equipes possam se unir, já que a equipe norte-americana já desenvolveu um eletrodo mais eficiente usando os nanotubos, que são essencialmente folhas de grafeno enroladas.
Bibliografia:

Technical feasibility of a proton battery with an activated carbon electrode
Shahin Heidari, Saeed Seif Mohammadi, Amandeep Singh Oberoi, John Andrews
International Journal of Hydrogen Energy
Vol.: 43, Issue 12, 22 March 2018, Pages 6197-6209
DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.01.153

Highly Dispersed RhxSy Catalyst on Carbon Support with High Nafion Affinity for HER/HOR in HBr Solution
Yuanchao Li, Trung Van Nguyen
ECS Meeting Abstracts


quarta-feira, 31 de janeiro de 2018

Nosso futuro chegando



Drones espaciais vão aumentar vida útil de satélites
Redação do Site Inovação Tecnológica -  31/01/2018








O drone espacial - a estrutura do centro para a direita - aproximando-se para agarrar um satélite sem combustível. [Imagem: Effective Space]


Drones espaciais
A empresa aeroespacial britânica Effective Space anunciou ter assinado o primeiro contrato para enviar um drone espacial que deverá capturar e passar a manobrar um satélite de comunicações que está ficando sem combustível.

O cliente está sendo mantido em segredo, mas a empresa adiantou que, "em 2020, [lançaremos] uma frota de drones espaciais" em direção a um satélite em órbita geoestacionária, o que significa que a empresa precisará de um foguete de grosso calibre - satélites geoestacionários orbitam a Terra a 36.000 km de altitude.

Hoje existem mais de 600 satélites de comunicação nessa faixa, conhecida como "Cinturão de Clarke", em homenagem ao escritor de ficção científica Arthur C. Clarke.
A expectativa é que esse tipo de serviço permita aumentar significativamente a vida útil dos satélites artificiais e também abra caminho para manobrar e eliminar lixo espacial.

Motores iônicos
Os satélites são projetados para operar por cerca de 15 anos, em média. Quando seu combustível acaba, eles perdem a capacidade de controlar sua posição e orientação, o que impede que se alinhem com as estações em terra para estabelecer as comunicações. Mesmo que todos os demais equipamentos continuem funcionando, o satélite que fica sem combustível efetivamente se torna um lixo espacial, e fica por lá, desperdiçando uma valiosa posição no Cinturão de Clarke.

Os drones espaciais da Effective Space foram projetados com garras que permitem que eles "abracem" satélites que não foram projetados para atracamento.

Cada drone espacial pesa cerca de 400 kg e é dotado de motores iônicos, que se encarregarão de manobrar, orientar e manter a altitude dos satélites.

Quando o satélite pifar de vez, o drone irá então retirar o lixo espacial do Cinturão Clarke, colocando-o em uma "órbita cemitério", onde não atrapalhará as futuras missões. O drone espacial, por sua vez, poderá ser reutilizado, sendo direcionado para sua próxima missão junto a outro satélite que estiver ficando com o tanque vazio.

Cada drone também está sendo projetado para uma vida útil de 15 anos, quando seus próprios motores iônicos ficarão sem combustível - antes disso, porém, eles serão dirigidos para a órbita adequada ao seu descanso final.