quarta-feira, 26 de fevereiro de 2014

Desacelerador de moléculas abre fronteiras para química e física

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/02/2014

Desacelerador de moléculas abre fronteiras para química e física
As moléculas perdem velocidade drasticamente quando são guiadas contra a força centrífuga no centro de um disco rotativo.[Imagem: MPI of Quantum Optics]
Freio a disco para moléculas
Lidar com moléculas individuais pode ser muito útil.
Por exemplo, o grande sonho da nanotecnologia é construir as coisas de baixo para cima - molécula por molécula ou, se possível, até mesmo átomo por átomo.
O problema é que as moléculas são muito agitadas: uma molécula de nitrogênio, por exemplo, normalmente está se movimentando a 1.700 km/h, o que é quase uma vez e meia a velocidade do som.
Agora, cientistas alemães deram um jeito de frear essas moléculas, colocando-as em uma velocidade mais civilizada - algo em torno de 70 km/h.
Sotir Chervenkov e Martin Zeppenfeld, do Instituto Max Planck, construíram o que eles chamam de um "freio a disco para moléculas".
O aparato é um desacelerador, que faz mecanicamente o que hoje exige aparatos criogênicos para esfriar as moléculas - baixar a temperatura também acalma as moléculas.
As moléculas têm sua rota guiada por eletrodos para o centro do desacelerador, onde enfrentam a força centrífuga do disco rotativo. O efeito produzido é o mesmo que levar as moléculas a uma temperatura de -272º C.
Desaceleração de átomos
O disco, medindo 40 centímetros de diâmetro, gira a uma velocidade de 43 rotações por segundo.
Em seu interior, eletrodos espaçados um milímetro um do outro alternam rapidamente de polaridade para guiar as moléculas e dirigi-las para o centro do desacelerador, o que faz sua velocidade cair rapidamente.
"A grande novidade na nossa desaceleração centrífuga é a sua operação contínua, o grande número de moléculas nos feixes de saída, a sua versatilidade de aplicação e sua relativa facilidade de manuseio," disse o professor Gerhard Rempe, membro da equipe.
Em princípio, átomos ou nêutrons também podem ser desacelerados por força centrífuga.
No entanto, estas partículas não são polares e, por isso, não poderiam ser guiadas através da centrífuga por campos elétricos.
Desacelerador de moléculas abre fronteiras para química e física
Quatro eletrodos dirigem as moléculas polares da entrada da centrífuga, no canto inferior esquerdo, ao longo da borda do disco rotativo. Elas então espiralam para o centro do disco. Dois eletrodos estáticos, na parte lateral do disco, são mostrados em amarelo e verde, e os eletrodos montados no interior do disco aparecem em violeta e rosa. [Imagem: Sotir Chervenkov/MPI of Quantum Optics]
Física e química
Além de simplificar os experimentos e abrir caminho para o uso prático das reações observadas - que ocorrem em temperatura ambiente - o desacelerador gera um fluxo contínuo de moléculas, que podem então ser utilizadas para reagir quimicamente com outras moléculas, ou serem usadas no processamento quântico de informações.
Um fluxo contínuo de moléculas selecionadas é o grande sonho dos químicos, que poderão acompanhar reações precisas passo a passo.
Mesmo em laboratório, quando vistas em nível molecular as reações químicas são tipicamente "descontroladas", com os reagentes se encontrando por acaso e chocando-se violentamente uns com os outros.
Juntá-los de forma sistemática e em um ritmo que possa ser monitorado poderá permitir transformações que não ocorrem, ou que ocorrem muito raramente, quando tudo é deixado ao acaso.
Já os físicos da computação quântica poderão contar com "moléculas frias" produzidas de forma controlada e em configurações de experimentos que não podem ser obtidas com aparatos para produzir os gases frios que eles normalmente utilizam.
Ou seja, o aparelho relativamente simples cria novas fronteiras tanto para o campo da química, quanto da física.

Fonte: Inovação Tecnológica

sexta-feira, 14 de fevereiro de 2014

Robôs-cupins dispensam projetos e engenheiros

Com informações da Science - 14/02/2014

Robôs-cupins constroem sem projetos e sem engenheiros
Robôs-cupins podem trabalhar incansavelmente para construir as estruturas sem um planejamento centralizado.[Imagem: Eliza Grinnell/Harvard]
Estigmergia
Imagine pedir a uma equipe de robôs para que eles construam uma casa para você sem precisar lhes dizer como fazê-lo.
Pelo menos essa segunda parte - construir sem um projeto inicial - já é uma realidade para a equipe de robôs construída por engenheiros da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos.
Eles foram buscar inspiração nos cupins.
Ao contrário dos humanos, que necessitam de um projeto e de planejamento para construir algo complicado, os cupins constroem montes que têm centenas de vezes o seu tamanho sem uma estratégia inicial, sem coordenação central e com uma capacidade de comunicação entre indivíduos que é limitada.
Em vez de planejamento e controle, os cupins usam algo chamado estigmergia, um mecanismo de coordenação indireta que se baseia em dicas simples capturadas do ambiente e dos outros cupins.
Justin Werfel e seus colegas usaram a estigmergia para projetar algoritmos que refletem o comportamento dos cupins. A seguir, eles implementaram os algoritmos em um conjunto de robôs de construção.
Robôs-cupins constroem sem projetos e sem engenheiros
Os cupins robóticos trabalham com blocos especialmente projetados - as cruzes em cada bloco ajudam os pesquisadores a monitorar o trabalho. [Imagem: Justin Werfel et al./Science]
Seguir as regras
Cada robô precisar ter apenas a capacidade de detectar um bloco ou outro robô para fazer seu trabalho, que consiste em capturar um bloco, mover-se seguindo uma matriz, depositar o bloco no próximo espaço livre, e recomeçar.
Embora cada robô seja capaz de seguir apenas algumas regras simples - como colocar um bloco em um espaço vazio ou iniciar uma nova fileira quando um nível ficou pronto - o resultado global é um comportamento inteligente, capaz de construir estruturas definidas pelo usuário.
Assim, em vez das etapas de um projeto, é o número de regras que cada robô conhece que é importante - quanto mais complexa for a estrutura a ser construída, maior será o número de regras que precisarão ser inseridas na programação dos robôs.
Robôs-cupins constroem sem projetos e sem engenheiros
Os pesquisadores parecem ter planos grandiosos para seus cupins robóticos. [Imagem: Justin Werfel et al./Science]
Diques contra inundações
Segundo os pesquisadores, o conceito é interessante de um ponto de vista prático porque equipes de robôs com este tipo de controle independente e descentralizado são escalonáveis, ou seja podem ser adicionados tantos robôs quantos forem necessários para a execução de um projeto, sem ter que avisar ninguém - os novos robôs vão simplesmente se juntar ao time e começar a trabalhar.
O oposto também é verdadeiro, já que a perda de membros individuais não vai atrapalhar em nada o trabalho da equipe, tornando o sistema adequado para ambientes perigosos.
"A visão de longo prazo é que equipes de robôs como esta construam estruturas em grande escala para uso humano. Embora ainda tenhamos que percorrer um longo caminho para isso, uma aplicação de curto prazo poderia ser algo como a construção de pilhas de sacos de areia para proteção contra inundações," disse Werfel.
Bibliografia:

Designing Collective Behavior in a Termite-Inspired Robot Construction Team
Justin Werfel, Kirstin Petersen, Radhika Nagpal
Science
Vol.: 343 - PP. 754-758
DOI: 10.1126/science.1245842
Fonte: Inovação Tecnológica

Fusão nuclear fica um pouco mais próxima da realidade

Com informações da Nature e New Scientist - 13/02/2014

Fusão nuclear fica um pouco mais próxima da realidade
A cápsula de combustível é resfriada a 18 kelvin antes de ser atingida pelo disparo dos 192 lasers. [Imagem: Eduard Dewald/LLNL]
Fusão e ignição
sonho de uma energia totalmente limpa, inspirada nas estrelas, continua brilhando - ainda que com um brilho oscilante como o de uma estrela distante.
Dentro do núcleo de uma estrela, o calor e a pressão descomunais fundem átomos de hidrogênio, criando núcleos de hélio e liberando grandes quantidades de energia.
No laboratório NIF (National Ignition Facility), nos Estados Unidos, os cientistas estão tentando obter um efeito similar disparando 192 feixes de laser em uma minúscula cápsula de ouro contendo deutério e trício, ambos isótopos de hidrogênio.
A cápsula, chamada hohlraum, implode, eventualmente gerando a fusão nuclear.
Agora, pela primeira vez o experimento alcançou um ganho líquido de energia, produzindo mais energia do que aquela absorvida pelo combustível para iniciar a reação.
Mas isso ainda está longe da ignição, a reação de fusão autossustentável, que terá um ganho global de energia.
O experimento disparou cerca de 10 quilojoules de energia na cápsula de combustível, que reemitiu cerca de 15 quilojoules. No entanto, a entrada total de energia para o sistema pelos lasers ficou perto de 2 megajoules - ou seja, a energia gerada é cerca de 0,5% da energia consumida.
"Este é um passo significativo na pesquisa da fusão nuclear. Mas ainda há um longo caminho pela frente para dispormos da fusão nuclear como fonte de energia," reconheceu Omar Hurricane, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, que opera o NIF.
Fusão nuclear fica um pouco mais próxima da realidade
Ao que tudo indica, a implosão da cápsula ocorre de forma irregular, impedindo a ignição da fusão autossustentada. [Imagem: O. A. Hurricane et al./Nature]
Coisa de filme
O NIF, que custou US$3,5 bilhões, entrou em operação em 2009, mas com poucos progressos - o laboratório perdeu o prazo para a ignição, estabelecido pelo Congresso dos EUA para setembro de 2012.
Então, em 2013, os cientistas rearranjaram os lasers de modo que três pulsos de laser atingissem a câmara hohlraum ao mesmo tempo, aquecendo o combustível mais rapidamente, e anunciaram estar a um passo de criar uma "miniestrela".
Mas nem tudo saiu como esperado. Ao que tudo indica, a implosão da cápsula ocorre de forma irregular, impedindo a ignição da fusão autossustentada, um problema que ainda terá que ser resolvido.
Recentemente o NIF ficou bem conhecido do público ao servir de local de filmagem para o longa-metragem Jornada nas Estrelas - o laboratório aparece como a "Engenharia" da nave Enterprise.
A fusão nuclear a laser é uma abordagem diferente da adotada pelo reator internacional ITER ou pelo alemão Wendelstein 7-X, mas é similar ao adotado pelos europeus Hiper e JET.
Bibliografia:

Fuel gain exceeding unity in an inertially confined fusion implosion
O. A. Hurricane, D. A. Callahan, D. T. Casey, P. M. Celliers, C. Cerjan, E. L. Dewald, T. R. Dittrich, T. Döppner, D. E. Hinkel, L. F. Berzak Hopkins, J. L. Kline, S. Le Pape, T. Ma, A. G. MacPhee, J. L. Milovich, A. Pak, H.-S. Park, P. K. Patel, B. A. Remington, J. D. Salmonson, P. T. Springer, R. Tommasini
Nature
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nature13008
Fonte: Inovação Tecnológica