Palácio Celestial

Segundo laboratório espacial da China é lançado

Redação do Site Inovação Tecnológica -  16/09/2016

 Laboratório espacial Tiangong 2, ainda em fase de montagem. A conformação final conta ainda com o braço robótico externo e os painéis solares. [Imagem: Xinhua]

Palácios celestiais

A China lançou com sucesso seu segundo laboratório espacial experimental.

Com 10,4 metros de comprimento e pesando 8 toneladas, o Tiangong 2 (Palácio Celestial 2) é o passo final rumo à construção de uma estação espacial chinesa definitiva, que deverá começar por volta de 2020.

O esforço começou em 2011, com o lançamento do Tiangong 1. O segundo passo foi dado no mesmo ano, com a acoplagem automática de uma nave não-tripulada ao laboratório. Em 2012, o laboratório Tiangong 1 foi visitado pela primeira vez por astronautas chineses, demonstrando a capacidade definitiva de viagens a uma nave em órbita.

A agência espacial chinesa perdeu contato com o Tiangong 1 no início deste ano, e ele agora está caindo lentamente, devendo reentrar na atmosfera no ano que vem.

Passo a passo

O laboratório Tiangong 2, já orbitando a Terra a uma altitude de 390 km, deverá receber sua primeira missão tripulada já no mês de Novembro, quando dois astronautas deverão passar um mês em órbita realizando experimentos científicos.

Uma missão automática não-tripulada, feita por uma nave cargueira, deverá levar suprimentos e combustíveis e retirar lixo em Abril de 2017, fechando o ciclo de funcionamento similar ao da Estação Espacial Internacional.

Outra similaridade e outro teste importante para a futura estação espacial chinesa é o braço robótico que equipa o Tiangong 2. Com 10 metros de comprimento, o robô será responsável por fazer a manutenção externa da nave, movimentar equipamentos e experimentos científicos e dar apoio aos astronautas durante as planejadas caminhadas espaciais.

A vida útil prevista do Tiangong 2 é de dois anos.

Cooperação

O laboratório Tiangong 2 vem demonstrar também que a China não pretende continuar isolada em sua exploração espacial.

Um dos instrumentos a bordo, chamado POLAR, foi construído com apoio da Agência Espacial Europeia (ESA) por pesquisadores da Suíça, Polônia e China.

Trata-se de um observatório de explosões estelares, conhecidas como explosões de raios gama, ou GRB (gamma ray bursts). A expectativa é que o instrumento possa captar até 10 GRBs por ano, ajudando a esclarecer o mecanismo destas que parecem ser as mais fortes explosões cósmicas.

Outro destaque científico da missão é um relógio atômico, este totalmente chinês, que será testado em conjunto com um experimento de transmissão quântica de dados.

Octobô!

Primeiro robô totalmente mole e autônomo

Redação do Site Inovação Tecnológica -  25/08/2016

O octobô foi criado com uma mistura de impressão 3D, engenharia mecânica e microfluídica. [Imagem: Lori Sanders]

Robô flexível

Enquanto os robôs de metal líquido não chegam, que tal um robô mole, totalmente mole, sem qualquer parte rígida?

Dispensando as engrenagens, as baterias e mesmo a eletrônica convencional, o Octobô é o primeiro de uma nova classe de robôs autônomos mais parecidos com coisas vivas.

Em vez de motores, o robô usa reações químicas que geram gases e movem suas pernas pneumaticamente. Por decorrência, em vez de baterias, são usados tanques com produtos químicos. E seu corpo é feito com géis aplicados cuidadosamente para apresentarem diferenciais de densidade.

Uma reação interna transforma uma pequena quantidade de combustível líquido - o peróxido de hidrogênio - em um volume muito maior de gás, que flui até os tentáculos, inflando-os como um balão. Com a diferença na densidade do gel, cada tentáculo se distende de forma precisa, fazendo com que o robô se mova.

"As fontes de combustível para os robôs moles sempre se basearam em algum tipo de componente rígido. O que é legal com o peróxido de hidrogênio é que uma única reação química entre o composto e um catalisador - neste caso a platina - nos permitiu substituir as fontes de energia rígidas," disse Michael Wehner, criador do robô.

Cérebro microfluídico

Esquema do chip microfluídico que faz as vezes de "cérebro" do robô mole autônomo. Em vez de circuitos elétricos, ele é formado por uma sequência de pequenos canos. [Imagem: Lori Sanders]

O mais interessante, porém, é o "cérebro" do robô, uma espécie de biochip que usa a tecnologia microfluídica para tomar decisões de quando e qual tentáculo encher, e desta forma coordenar o movimento.

O circuito lógico microfluídico é um análogo de um oscilador eletrônico, controlando quando o peróxido de hidrogênio se decompõe e dirigindo o fluxo de gás para a perna adequada.

A seguir, a equipe planeja fazer um cérebro microfluídico mais complexo, que permita que o octobô nade, suba obstáculos e interaja com o ambiente.

"Esta foi uma prova de conceito. Esperamos que nossa abordagem para a criação de robôs autônomos moles inspire roboticistas, cientistas de materiais e pesquisadores focados em sistemas avançados de manufatura," disse Ryan Truby, membro da equipe.

Bibliografia:

An integrated design and fabrication strategy for entirely soft, autonomous robots
Michael Wehner, Ryan L. Truby, Daniel J. Fitzgerald, Bobak Mosadegh, George M. Whitesides, Jennifer A. Lewis, Robert J. Wood
Nature
Vol.: 536, 451-455
DOI: 10.1038/nature19100

Nosso futuro já

Menor HD do mundo realiza sonho da nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica -  19/07/2016

Há realmente muito espaço aqui embaixo: a memória atômica de 1 kb tem 96 nanômetros de largura e 126 nanômetros de altura.[Imagem: TUDelft]

Sonho de Feynman

Pesquisadores holandeses conseguiram uma façanha histórica, levando ao limite a tecnologia de armazenamento de dados: eles construíram uma memória de 1 kilobyte (8.000 bits) onde cada bit é representado pela posição de um único átomo de cloro.

Em 1959, o físico Richard Feynman desafiou a comunidade científica a abrir caminho para as hoje conhecidas nanociências e nanotecnologias. Em sua famosa palestra "Há muito espaço lá embaixo", ele especulou que, se tivéssemos uma plataforma que nos permitisse organizar átomos individuais em um padrão ordenado exato, seria possível armazenar um bit de informação por átomo.

Floris Kalff e seus colegas da Universidade de Delft acabam de transformar em realidade essa previsão visionária. E, para homenagear Feynman, eles codificaram uma seção de sua palestra em uma área de 100 nanômetros de largura.

O dispositivo alcançou uma densidade de armazenamento de 500 terabits por polegada quadrada, 500 vezes mais do que o melhor disco rígido atualmente disponível.

"Em teoria, esta densidade de armazenamento permitiria que todos os livros já criados pelo homem sejam escritos em um único selo postal," disse o professor Sander Otte.

Dados gravados em átomos

A memória consiste em linhas traçadas sobre uma superfície de cobre, na qual existem "buracos" onde os átomos de cloro podem ser deslizados para lá e para cá usando a ponta de um microscópio de tunelamento.

"Você pode compará-la com um quebra-cabeças de deslizar," explica Otte. "Cada bit é constituído por duas posições sobre a superfície de átomos de cobre e um átomo de cloro, que pode deslizar para trás e para a frente entre as duas posições. Se o átomo de cloro está na posição de cima, existe um buraco abaixo dele - chamamos isto de 1. Se o buraco está na posição superior e o átomo de cloro está, por conseguinte, na parte inferior, então o bit é um 0."

Como os átomos de cloro são cercados por outros átomos de cloro, exceto perto dos buracos, eles se mantêm mutuamente no lugar. É por isso que este método é muito mais estável do que as técnicas com átomos soltos já demonstradas anteriormente, e mais adequado para o armazenamento de dados.

Mas não espere encontrar um "HD atômico" para comprar tão já: embora seja uma demonstração histórica e tecnicamente muito interessante, o processo de escrita é muito lento, com cada bit exigindo vários minutos para ser gravado. E o HD só mantém os dados estáveis enquanto estiver resfriado por nitrogênio líquido, a -196º C.

Bibliografia:

A kilobyte rewritable atomic memory
F. E. Kalff, M. P. Rebergen, E. Fahrenfort, J. Girovsky, R. Toskovic, J. L. Lado, J. Fernández-Rossier, A. F. Otte
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/nnano.2016.131

O pensamento quântico se impondo

Flutuações quânticas ajudam a resolver quebra-cabeça de 10 anos

Com informações da Agência Fapesp -  17/07/2016

 A energia decai do centro (vermelho) para a borda (verde). À direita, foram incorporadas flutuações quânticas: a energia define uma paisagem composta por cumes e vales. [Imagem: Jacquelyn Noronha-Hostler et al.]

Líquido primordial

Um problema que há 10 anos permanecia sem solução no campo da física nuclear de altas energias acaba de ser resolvido por meio de simulação computacional.

Trata-se do padrão de distribuição dos jatos produzidos nas colisões de núcleos pesados no interior dos dois maiores colisores de partículas da atualidade, o LHC (Large Hadron Collider), na Europa, e o RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider), nos Estados Unidos.

"Descobrimos que as flutuações de origem quântica nas condições iniciais 'líquido' são o ingrediente necessário para explicar o padrão elíptico exibido pela distribuição angular das partículas geradas nas colisões," explica Jorge Noronha, professor do Instituto de Física da Universidade de São Paulo

O "líquido" mencionado pelo pesquisador é o plasma de quarks e glúons, que, segundo o modelo teórico padrão, teria preenchido o Universo durante um diminuto intervalo de tempo após o Big Bang. Esse meio tem sido recriado nos dois grandes colisores da atualidade pelos choques ultrarrelativísticos de núcleos atômicos - isto é, em velocidades próximas à da luz.

• Universo era líquido logo depois do Big Bang

Plasma de quarks e glúons

A temperatura gerada nessas colisões é tão alta que os quarks e os glúons que estavam confinados no interior dos prótons e dos nêutrons dos núcleos atômicos se desprendem e, durante um exíguo intervalo de tempo, passam a se mover livremente. Trata-se de um meio muito pequeno, cuja extensão é pouco maior do que o diâmetro do próton. Vale lembrar que o diâmetro do próton é da ordem de grandeza de 10^-15 metro. Esse meio comporta-se como um fluido quase perfeito, que praticamente não oferece resistência ao deslocamento das partículas que o compõem.

"Existem duas 'assinaturas experimentais' especialmente importantes a respeito do plasma de quarks e glúons. A primeira é o chamado 'fluxo elíptico de hádrons'. Isso diz respeito à distribuição angular das partículas geradas a partir das colisões. Depois que o sistema é formado, e que os quarks e glúons voltam a se aglutinar em hádrons [prótons, nêutrons, mésons etc.], os detectores registram os ângulos segundo os quais essas partículas reconfiguradas chegam a eles. E percebe-se que há ângulos preferenciais, cujo conjunto define vários padrões, sendo o padrão elíptico predominante", informou o pesquisador.

"A segunda assinatura é chamada de 'atenuação de jatos'. Quando um jato, constituído por um quark ou um glúon em velocidade próxima à da luz, transita no interior do plasma, ele é freado pelo meio e perde energia. Por mais de 10 anos, os especialistas na área tentaram entender como essa perda de energia levava à distribuição angular observada. Mas não obtiveram sucesso. Foi isso que conseguimos fazer agora, combinando a física de jatos com a hidrodinâmica para descrever a situação real de um jato deslocando-se no interior de um meio que, ele mesmo, se expande quase à velocidade da luz", acrescentou.

Flutuações quânticas

O padrão elíptico não é o único possível. De fato, existem vários padrões de distribuição angular das partículas: elíptico, triangular, quadrangular etc. O que se faz é decompor as distribuições possíveis em um tipo específico de sequência matemática, conhecida como série de Fourier. Isso permite saber quantas partículas obedecem a cada padrão. E o padrão elíptico é o predominante. A questão era explicar por quê. Foi exatamente isso que a introdução das flutuações quânticas no modelo permitiu fazer.

"Os núcleos atômicos que são levados a colidir constituem-se de prótons e nêutrons. Mas os prótons e nêutrons não se encontram imóveis no interior de cada núcleo. Eles se movem dentro de um pequeno volume. Portanto, a distribuição de energia no interior do núcleo, que fornece as condições iniciais para o problema, não é uniforme. Ela flutua o tempo todo. E isso dá uma ideia do que chamamos de flutuações quânticas", explicou Noronha.

Convém destacar aqui um dos pilares da física quântica, que é o Princípio da Incerteza, de Heisenberg. Segundo esse princípio, não é possível determinar simultaneamente de maneira exata a posição e a velocidade de cada partícula. Quando se determina a posição, a velocidade torna-se altamente incerta. E, quando se determina a velocidade, é a posição que se torna incerta. O conceito de flutuação quântica está intimamente associado ao Princípio da Incerteza.

Além disso, dentro dos próprios prótons ou nêutrons, os quarks e os glúons estão igualmente em movimento. E não apenas isso. Existe também um processo incessante de produção e aniquilamento de pares de partículas e antipartículas.

Oceano de energia

Grosso modo, segundo o modelo padrão, o próton é formado por três quarks. Mas, para usar uma analogia, isso é apenas a fotografia estática de algo extremamente dinâmico. Uma imagem mais apropriada seria comparar cada próton a um minúsculo e agitado oceano de energia, no qual quarks e antiquarks são produzidos e destruídos o tempo todo. "Na verdade, o próton é uma realidade muito complicada, que só agora estamos começando a compreender. Há vários modelos diferentes que buscam descrevê-lo", comentou o pesquisador.

Em resumo, a situação é a de um sistema - o plasma de quarks e glúons - com densidade de energia muito alta, semelhante à do universo primordial. Um sistema em flutuação, no qual transitam jatos de partículas em velocidades próximas à da luz. Estes perdem energia ao transitar. A detecção experimental das partículas resultantes mostra que a sua distribuição angular segue preferencialmente um padrão elíptico. "Introduzindo as flutuações quânticas nas condições iniciais usadas nas simulações computacionais, foi possível chegar, pela primeira vez, a um resultado compatível com o padrão experimentalmente observado", enfatizou Noronha.

"Esse cálculo envolveu várias camadas de teoria. Foi preciso considerar a densidade inicial de energia do sistema; considerar também como, a partir de cada condição inicial, o sistema evolui, expandindo-se em velocidades próximas à da luz; e considerar ainda como cada jato de quark ou glúon perde energia dentro desse meio. Devido às flutuações, é necessário fazer a simulação evento por evento, considerando várias densidades iniciais de energia. Isso significa rodar centenas de simulações. E, depois de tudo isso, calcular a distribuição estatística das várias simulações para chegar a algo próximo do comportamento real", detalhou o pesquisador.

As simulações computadorizadas mostraram-se consistentes com os dados experimentais. "Além do cálculo do fluxo elíptico, fizemos também, pela primeira vez, o cálculo do fluxo triangular de partículas com energia alta. Esse fluxo só é diferente de zero quando se incorporam flutuações quânticas," finalizou Noronha.

Bibliografia:

Event-by-Event Hydrodynamics+Jet Energy Loss: A Solution to the RAA.v2 Puzzle
Jacquelyn Noronha-Hostler, Barbara Betz, Jorge Noronha, Miklos Gyulassy
Physical Review Letters
Vol.: 116, 252301
DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.252301