TECNOLOGIA E INOVAÇÃO
Eletrônica
Olho biônico a laser usa retina artificial de células solares
Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/05/2012
Esta retina artificial está sendo desenvolvida para pacientes que tenham perdido a visão por doenças degenerativas da retina, como degeneração macular e retinitis pigmentosa. [Imagem: Mathieson et al./Nature Photonics]
Cientistas implantaram minúsculos dispositivos, semelhantes a células solares, por trás da retina de animais de laboratório, criando uma nova espécie de retina artificial. A expectativa é que em um futuro próximo, a nova prótese - também conhecida como olho biônico - possa restaurar a visão de pessoas que não podem enxergar devido a doenças oculares degenerativas.
Projetor a laser
O projeto da retina artificial inclui um par de óculos que possui uma câmera de vídeo e uma espécie inovadora de projetor, além de um microcomputador de bolso, do tamanho de um celular, para processar os sinais. Ao contrário das telas pessoais, já disponíveis em óculos para videogames, o novo projetor dispara os pixels da imagem captada pela câmera usando um laser de pulsos infravermelhos.Os pulsos de laser são captados pelas "células solares" implantadas na retina. Esses pequenos sensores de luz são montados sobre um chip muito fino, com a espessura de um fio de cabelo, que se encarrega de enviar os sinais captados usando as terminações nervosas do próprio olho. O sistema foi testado em laboratório e implantado experimentalmente nos olhos de ratos e porcos, gerando as respostas elétricas previstas na retina, um indicador de atividade visual.
O projeto da retina artificial inclui um par de óculos que possui uma câmera de vídeo e uma espécie inovadora de projetor, além de um microcomputador de bolso, do tamanho de um celular, para processar os sinais. Ao contrário das telas pessoais, já disponíveis em óculos para videogames, o novo projetor dispara os pixels da imagem captada pela câmera usando um laser de pulsos infravermelhos.Os pulsos de laser são captados pelas "células solares" implantadas na retina. Esses pequenos sensores de luz são montados sobre um chip muito fino, com a espessura de um fio de cabelo, que se encarrega de enviar os sinais captados usando as terminações nervosas do próprio olho. O sistema foi testado em laboratório e implantado experimentalmente nos olhos de ratos e porcos, gerando as respostas elétricas previstas na retina, um indicador de atividade visual.
Olho biônico wireless
"Ela funciona como os painéis solares no teto da sua casa, convertendo luz em corrente elétrica," disse Daniel Palanker, médico oftalmologista da Universidade de Stanford, um dos criadores do novo dispositivo. "A diferença é que, em vez de a eletricidade ser usada para aquecer a água, ela flui para a retina."Existem diversos tipos de retina artificial em desenvolvimento, pelo menos duas das quais já em testes clínicos em humanos.
Detalhe da "célula solar" que detecta a luz do laser (embaixo à esquerda). Ao centro, o chip completo, com os diversos "pixels" para formar a imagem. No detalhe à direita, a retina artificial já implanta no olho de uma cobaia. [Imagem: Stanford Med.]
A novidade deste novo projeto é que ele dispensa os sistemas de alimentação e transmissão de dados, que também devem ser implantados no interior do olho.
Ao usar laser infravermelho para transmitir as informações, o novo olho biônico elimina a necessidade de fios e bobinas, tornando o aparelho menor e mais simples de ser implantado em uma cirurgia.
Bioeletrônico
Os cientistas agora estão efetuando experimentos fisiológicos e de comportamento com os animais, para aferir a magnitude do ganho visual obtido, em preparação para a realização de testes em humanos. Esta retina artificial está sendo desenvolvida para pacientes que tenham perdido a visão por doenças degenerativas da retina, como degeneração macular e retinitis pigmentosa.
Nessas doenças, as células fotorreceptoras da retina se degeneram, mas os neurônios que transmitem os sinais para o cérebro continuam intactos - e esses neurônios são necessários para transmitir para o cérebro os dados captados pelo chip implantado no olho. Os fotorreceptores perdidos são substituídos pelos diodos fotossensíveis do chip, daí a comparação que os cientistas fazem do sensor com as células solares. Como os demais implantes em testes, esse olho biônico, mesmo quando totalmente pronto para ser usado em humanos, não conseguirá gerar imagens em cores.
Bibliografia:
Photovoltaic retinal prosthesis with high pixel densityKeith Mathieson, James Loudin, Georges Goetz, Philip Huie, Lele Wang, Theodore I. Kamins, Ludwig Galambos, Richard Smith, James S. Harris, Alexander Sher, Daniel PalankerNature PhotonicsVol.: Published online DOI: 10.1038/nphoton.2012.104
Bibliografia:
Photovoltaic retinal prosthesis with high pixel densityKeith Mathieson, James Loudin, Georges Goetz, Philip Huie, Lele Wang, Theodore I. Kamins, Ludwig Galambos, Richard Smith, James S. Harris, Alexander Sher, Daniel PalankerNature PhotonicsVol.: Published online DOI: 10.1038/nphoton.2012.104
Energia
Energia viral: Eletricidade é gerada por vírus
Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/05/2012
O protótipo do biogerador de vírus está sob o dedo do pesquisador. Pressionado, o dispositivo gera energia suficiente para alimentar o painel LCD, que mostra o número 1.[Imagem: LBL]
BiogeradorNão fazer mal à saúde já é uma grande coisa quando se trata de vírus. Mas um vírus comedor de bactérias, chamado bacteriófago M13, pode virar o jogo, e se transformar em uma nova opção no emergente campo da "colheita de energia", que busca dispositivos capazes de gerar potências suficientes para alimentar aparelhos eletrônicos portáteis.
A técnica mais usada nesses pequenos nanogeradores de energia emprega materiais piezoelétricos, que geram energia quando são submetidos a uma tensão mecânica - quando são apertados ou dobrados. Seung-Wuk Lee e seus colegas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, nos Estados Unidos, queriam uma opção mais biológica e mais "verde" do que as ligas piezoelétricas tradicionais. Eles se voltaram então para um material biológico que possui a propriedade da piezoeletricidade: vírus geneticamente modificados.
Vírus geradores de energia
Já existem várias pesquisas usando os vírus bacteriófagos M13, inclusive na construção de baterias, mas ninguém até hoje havia demonstrado que eles são piezoelétricos. Os pesquisadores demonstraram que o efeito é gerado por proteínas em formato de mola, localizadas na capa externa do vírus.
Como o efeito não era muito forte, eles usaram engenharia genética para adicionar quatro aminoácidos com carga negativa em uma das extremidades da proteína helicoidal. Essas moléculas aumentam a diferença de carga entre as extremidades positiva e negativa da proteína, aumentando a energia gerada pelo vírus.
Cada vírus M13 mede 880 nanômetros, sendo recoberto com 2.700 proteínas eletricamente carregadas. As diversas fibras, compostas por centenas de vírus, são empilhadas para aumentar a energia produzida pelo biogerador. [Imagem: LBL] As vantagens começaram na hora de fabricar o biogerador: os vírus são bem comportados e organizam-se autonomamente, formando um filme sobre o substrato que o projetista escolher.
E, como um bom vírus, ele se multiplica rapidamente, alcançando a cifra de milhões em algumas horas, o que significa que nunca faltará matéria-prima para os biogeradores.
Biogerador piezoelétrico
O nanogerador foi construído sobre um material flexível, para poder ser flexionado ou comprimido, de forma a extrair a energia dos vírus.
O efeito foi aumentado usando várias camadas do vírus. Os testes indicaram que 20 camadas produzem o efeito piezoelétrico mais forte.
O protótipo produz 400 milivolts de tensão, e fornece uma corrente de 6 nanoamperes, suficiente para alimentar um módulo LCD.
"Nós estamos trabalhando em formas de melhorar esse protótipo," disse Lee. "Como as ferramentas da biotecnologia permitem a fabricação em larga escala de vírus geneticamente modificados, materiais piezoelétricos baseados em vírus poderão oferecer uma rota simples para alimentar os aparelhos microeletrônicos do futuro."
Os pesquisadores afirmam que pretendem construir uma versão do biogerador piezoelétrico com potência suficiente para transformar um sapato em um gerador de energia.
Pelo menos dois grupos já apresentaram versões diferentes de sapatos geradores de energia, um dos quais usando os materiais piezoelétricos inorgânicos tradicionais:
- Sapato-gerador produz energia para seu celular
- Sapatos usam nova técnica para gerar energia para aparelhos portáteis Bibliografia:
- Virus-based piezoelectric energy generationByung Yang Lee, Jinxing Zhang, Chris Zueger, Woo-Jae Chung, So Young Yoo, Eddie Wang, Joel Meyer, Ramamoorthy Ramesh, Seung-Wuk Lee Nature Nanotechnology Vol.: Published onlineDOI: 10.1038/nnano.2012.69
Meio ambiente
Bico ultrassônico muda a forma a água é usada para limpeza
Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/05/2012
São consumidos cerca de 60 litros de água superpura, filtrada 12 vezes, para fabricar um único processador de computador. [Imagem: University of Southampton]
Bico de limpeza de água
Fabricantes de lavadoras de alta pressão, preocupai-vos.
Cientistas da Universidade de Southampton, no Reino Unido, desenvolveram um novo equipamento que poderá revolucionar a forma como a água é utilizada para limpeza.
O acessório, cujo protótipo é adaptável a torneiras comuns, limpa a sujeira incrustada em superfícies usando apenas água com bolhas e ultrassom, dispensando a pressão.
Os professores Tim Leighton e Peter Birkin ressaltam ainda que seu aparelho funciona com água fria, "com um mínimo de aditivos" e consome energia elétrica equivalente a uma lâmpada.
Dadas as dimensões do protótipo, eles afirmam que a tecnologia pode ser usada para lavar mãos e folhas de alface, mas também serve para limpeza em grandes volumes, incluindo hospitais e indústrias.
Água para fabricar processadores
Muito se fala do uso doméstico da água, mas pouco se fala do seu uso industrial.
Por exemplo, para produzir 1 tonelada de lã, gasta-se 100 toneladas de água pura.
Para fabricar o processador do seu computador, é necessário passar a água por 12 processos de filtragem, para que não restem partículas menores do que 20 nanômetros - elas não podem ser maiores do que um transístor.
E são consumidos cerca de 60 litros dessa água superpura para fabricar um único processador.
A água corrente, sem pressão, sai do bico e consegue fazer uma limpeza que só poderia ser obtida com jatos de água quente muito fortes. [Imagem: University of Southampton]
Contudo, para ficar apenas em dois exemplos, a limpeza da água hoje depende de tecnologias que consomem muita energia.
Isso ocorre principalmente quando a sujeira não se convence facilmente a sair das superfícies, o que exige tratamentos mais contundentes - geralmente água fervente sob alta pressão.
Bolhas de ar e ultrassom
O novo bico limpador de água tenta resolver isto gerando bolhas e ultrassom.
Ambos percorrem o fluxo de água, onde as bolhas atuam como "purificadores inteligentes microscópicos", segundo os pesquisadores, removendo a sujeira por meio de forças de cisalhamento.
O dispositivo pode ser utilizado em altas e baixas potências, o que o torna adequado tanto para uso doméstico quanto industrial.
O dispositivo utiliza menos água e energia do que os sistemas de pressão equivalentes - aproximadamente 2 litros/minuto, em comparação com 20 litros/minuto, e menos de 200 W, em comparação com 2kW.
O maior ganho energético vem da utilização de água fria, economizando a energia normalmente usada no aquecimento da água.
Outra vantagem é que o sistema gera menos aerossóis, pequenas partículas atmosféricas de água que podem carregar as impurezas retiradas da água e contaminar outras superfícies, um elemento importante em utilização industrial.
Eletrônica
Língua eletrônica brasileira já é a mais falada no mundo
Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/05/2012
A língua eletrônica é formada por um conjunto de sensores que tenta mimetizar o funcionamento da língua humana. [Imagem: Embrapa Instrumentação]
Língua eletrônica mais falada
A língua eletrônica está-se tornando um dos projetos brasileiros mais inovadores na última década.
O projeto, que começou há mais de dez anos, utiliza inteligência artificial, sensores supersensíveis e capacidade de reconhecimento molecular para identificação de compostos químicos.
Suas principais aplicações principais estão na área industrial, mas graças ao esforço de uma equipe multidisciplinar, a tecnologia está entrando na área das aplicações médicas, colocando a língua eletrônica brasileira entre as mais faladas na área em todo o mundo.
O projeto, que começou na Embrapa, surgiu a partir da demanda da indústria pela automação na área da degustação - por exemplo, de medicamentos ou de alimentos não facilmente palatáveis, casos em que o uso de humanos não é viável.
Além disso, para controle rotineiro de qualidade na área de alimentos, ter um painel de degustadores humanos costuma ter um custo muito elevado.
Com a língua eletrônica, os resultados podem ser muito mais rápidos, menos subjetivos, e mais viáveis financeiramente.
Seletividade global
A língua eletrônica é formada por um conjunto de sensores que tenta mimetizar o funcionamento da língua humana e sua capacidade de identificar os cinco sabores básicos - salgado, doce, azedo, amargo e umami.
Essa chamada seletividade global, o princípio segundo o qual o sabor é decomposto em alguns sabores básicos, distingue-se da seletividade específica, que é a detecção de uma substância química.
Por exemplo, no café há centenas de substâncias químicas, mas não é necessário que saibamos quais são essas substâncias para sabermos que estamos bebendo café. O odor também tem este tipo de característica: não é necessário identificar moléculas para saber o cheiro.
O princípio da seletividade global postula que se distinga nuances destes sabores básicos, por isso a importância de ter muitos sensores.
Os sensores são fabricados a partir de filmes poliméricos ou filmes de biomoléculas.
A grande dificuldade é que é virtualmente impossível conseguir uma reprodutibilidade alta, ou seja, duas unidades sensoriais nominalmente idênticas - produzidas com os mesmos materiais e nas mesmas condições - não apresentam propriedades iguais.
Suponhamos que seja necessário comparar dois sabores em que apenas a acidez varia muito pouco. O ideal seria ter o sensor em um material cujas propriedades elétricas dependessem muito da acidez, ou seja, do pH.
Alguns polímeros condutores são extremamente sensíveis a mudanças de pH, então estes materiais são ideais para detectar sabores ácidos. Entretanto, no caso de duas substâncias com pequenas variações nos sabores doce ou amargo, não haverá grandes mudanças no pH ou na quantidade de íons da amostra, o que tornaria inviável o uso de polímeros condutores.
A saída é obter o que os pesquisadores chamam de "impressão digital" de cada amostra de alimento, reproduzindo a combinação de sabores da maneira como cérebro a capta.
"Podemos, por exemplo, utilizar o mesmo material, com sensores de características diferentes, como a espessura e a técnica de fabricação do fio", explica o professor Osvaldo Novais de Oliveira Junior, do Instituto de Física de São Carlos, da USP.
Os sensores produzidos com materiais inorgânicos, uma opção a ser explorada pela equipe, podem apresentar melhor reprodutibilidade e otimizar a análise de alguns tipos de materiais. Contudo, é possível que a sensibilidade do sensor seja menor. "Para aplicações comerciais, seria a melhor saída", vislumbra o pesquisador do IFSC.
No café há centenas de substâncias químicas, mas não é necessário que saibamos quais são essas substâncias para sabermos que estamos bebendo café. [Imagem: Embrapa Instrumentação]
Aplicações médicas
O conceito de língua eletrônica foi também estendido ao conceito de biossensores.
"Nós não temos na nossa unidade sensorial um equipamento que reconheça especificamente a molécula que queremos detectar, mas logo percebemos que não há motivo para essa limitação", observa Osvaldo.
Um exemplo é um par antígeno-anticorpo: os antígenos são moléculas específicas que reconhecem apenas o anticorpo característico daquele antígeno.
Este é o princípio que é empregado nos biossensores para análises clínicas, no diagnóstico de doenças. "O antígeno reconhece um anticorpo específico e, se isso der um resultado positivo, significa que o indivíduo está doente," explica o pesquisador.
Essa aplicação biomédica da língua eletrônica vem sendo testada desde 2007.
"Esse é o diferencial que torna nosso projeto pioneiro no mundo", aponta Osvaldo. Dentre os resultados obtidos no âmbito desta aplicação, os pesquisadores foram capazes de fabricar um biossensor que distingue a leishmaniose da doença de Chagas, doenças muito similares e que, mesmo com os imunossensores mais sofisticados, ainda ocasionavam falsos positivos.
Resultados mais homogêneos
Mas por que o assunto é tão atual, mesmo depois de dez anos de pesquisas?
Primeiro, devido a esta dificuldade de predefinição dos materiais utilizados comosensores. Segundo, porque a aplicação ainda não está disponível e difundida no mercado.
Nas aplicações mais nobres, a alta sensibilidade dos sensores é o próprio "calcanhar de Aquiles" do projeto, porque qualquer mudança do material significa mudança nas propriedades, o que exige a substituição de alguma unidade sensorial.
Então, para obter dados de uma série de amostras, seria necessário recalibrar todo o sistema, ou a língua eletrônica forneceria resultados diferentes. "Ainda precisamos resolver este problema para colocar uma língua eletrônica de alto nível no mercado", conta Osvaldo.
"Esta é uma meta que perseguimos pensando a longo prazo, porque ainda há muito trabalho à frente, então a língua eletrônica continuará sendo notícia," finaliza ele.
Materiais Avançados
Roupa-camaleão terá camuflagem com células biônicas
Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/05/2012
Processo de funcionamento da célula biônica que imita a camuflagem do peixe-zebra - a célula biônica é intencionalmente construída transparente, para que possa ser inserida em peles artificiais, normalmente feitas de polímeros transparentes. [Imagem: Rossiter et al./Bioinspiration & Biomimetics]
Biônica
Sempre atraiu muito interesse a possibilidade de imitar os animais para a construção de robôs, sobretudo porque o biomimetismoeconomiza alguns milhões em termos de evolução de projeto.
Esse campo de pesquisas é conhecido como biônica, ou biomimética.
E agora será possível imitar mais uma característica dos animais: a capacidade de se disfarçar no meio ambiente.
Pesquisadores usaram músculos artificiais para criar células biônicas que alteram sua aparência ao apertar de um botão, imitando as capacidades de camuflagens de polvos, camaleões e diversos outros animais.
O mundo da moda também poderá ganhar em versatilidade: uma roupa escura, bem adequada para o frio da manhã, poderá facilmente ficar clara para refletir a luz forte do Sol do meio-dia.
Cromatóforos biônicos
"Nós nos inspiramos nos projetos da natureza e usamos os mesmos métodos para dar aos nossos músculos artificiais efeitos visuais impressionantes," afirma Jonathan Rossiter, da Universidade de Bristol, na Inglaterra.
Para isso, os músculos artificiais, que são macios e flexíveis, receberam células chamadas cromatóforos, que contêm os pigmentos de cores responsáveis pelos efeitos de mudança de cor de diversos animais.
Nos anfíbios, peixes, répteis e cefalópodes, a mudança de cor é acionada por mudanças no estresse, na temperatura ou no humor. O mecanismo pode ser usado para camuflagem, tanto para caçar quanto para fugir de predadores, para comunicação ou para atrair um parceiro.
Os cientistas construíram até agora cromatóforos artificiais semelhantes aos presentes nas lulas e no peixe-zebra, ou paulistinha (Danio rerio, também conhecido como zebrafish).
Camuflagem das lulas
Nas células de camuflagem das lulas há um saco com pigmentos, circundado por músculos. Ao receberem um sinal do cérebro, os músculos contraem-se, fazendo o saco expandir-se, gerando o efeito óptico na pele do animal.
Esse mecanismo foi reproduzido artificialmente usando elastômeros dielétricos, um assim chamado material inteligente, feito à base de polímeros, e usado recentemente para construir um sapato gerador de energia e um "gerador de vestir" para recarregar celulares.
Os músculos artificiais contraem-se ao receber uma tensão, gerando a mudança na coloração, e distendem-se quando a energia é cortada, retornando à cor original.
Camuflagem do peixe-zebra
O mecanismo de camuflagem do peixe-zebra é diferente, com um reservatório de pigmento preto que, quando devidamente apertado pelos músculos, espalha a tinta pela pele do animal, fazendo suas manchas pretas ficarem maiores.
O mecanismo artificial usa um sanduíche de duas pastilhas de vidro e uma camada de silicone.
Os músculos artificiais fazem com que o sanduíche funcione como uma bomba, enviando tinta preta ou branca para a superfície para gerar o efeito desejado.
"Nossos cromatóforos artificiais são escaláveis e adaptáveis, e podem ser montados em uma pele artificial flexível e deformável. Isso significa que eles podem ser usados em muitos ambientes onde as tecnologias 'duras' atualmente disponíveis seriam perigosas, por exemplo, na interface física com os seres humanos, como em roupas inteligentes," afirmou Rossiter.
Bibliografia:
Biomimetic chromatophores for camouflage and soft active surfaces
Jonathan Rossiter, Bryan Yap, Andrew Conn
Bioinspiration & Biomimetics
Vol.: 7 036009
DOI: 10.1088/1748-3182/7/3/03600
Biomimetic chromatophores for camouflage and soft active surfaces
Jonathan Rossiter, Bryan Yap, Andrew Conn
Bioinspiration & Biomimetics
Vol.: 7 036009
DOI: 10.1088/1748-3182/7/3/03600
Mecânica
Motor industrial de ímã permanente sem terras raras
Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/05/2012
O motor elétrico de ímãs permanente é menor e tão eficiente quanto seus equivalentes que usam magnetos de terras raras. Seu segredo está na liga estratificada de ferro amorfo (Fig.2). [Imagem: Hitachi]
Terras concentradas
A empresa japonesa Hitachi parece preocupada em evitar as guerras minerais.
Ou, pelo menos, em evitar os cada vez mais elevados custos dosminerais de terras raras.
A empresa criou o primeiro motor elétrico industrial de ímãs permanentes, sem usar os metais de terras raras, a apresentar uma eficiência comparável com os motores atuais.
Os ímãs mais fortes disponíveis hoje, usados na fabricação de turbinas eólicas e de motores para carros elétricos e outras aplicações industriais de alto desempenho são feitos de disprósio e neodímio, dois membros da família das terras raras.
Devido a uma demanda crescente, e ao fato de que o fornecimento das terras raras está concentrado nas mãos da China, os preços dessas matérias-primas estão em uma curva ascendente há anos.
Ferrita estratificada
A Hitachi agora conseguiu criar um motor de 11 kilowatts usando um ímã à base de uma liga de ferro não-cristalina.
O ferro amorfo é produzido por um processo de solidificação rápida, o que não dá tempo para que seus átomos formem a estrutura cristalina usual.
O ferro amorfo, também conhecido como ferrita, é um material de baixo magnetismo.
Embora a empresa não dê detalhes do processo de fabricação, seus engenheiros afirmaram que o "núcleo do motor é feito de ferrita em uma estrutura estratificada".
E isso lhe dá características únicas, dependendo dos ajustes precisos de composição e velocidade de resfriamento.
No mercado
Em comparação com os motores da mesma classe, o novo motor com ímã de ferro amorfo é menor, além de atingir uma eficiência de aproximadamente 93%, atendendo ao padrão mais elevado da IEC (International Electrotechnical Commission).
A empresa anunciou que colocará no mercado uma linha dos novos motores sem terras raras em 2014.
Eletrônica
Favos de mel magnéticos criam novo tipo de computação
Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/04/2012
Os nanomagnetos autoestruturam-se ao longo de "canais" semelhantes aos favos de uma colmeia de abelhas. [Imagem: Branford et al./Science]
Discos rígidos e outros sistemas de armazenamento de dados funcionam pela manipulação de conjuntos de minúsculos ímãs, que formam aglomerados conhecidos como domínios magnéticos.
Mais do que isso, porém, os nanomagnetos apresentam uma espécie de comportamento coletivo, o que pode ser usado para criar redes neurais em hardware.
Leitura elétrica de dado magnético
Ou seja, faz-se uma leitura elétrica de um dado que é armazenado magneticamente.
Isto coloca o material na fronteira do armazenamento de dados, uma fronteira que começou a ser desbravada por redemoinhos magnéticos, chamados skyrmions.
O Dr. Will Branford e seus colegas do Imperial College de Londres criaram os favos de mel magnéticos em um material chamado "gelo de spin", o mesmo onde sua equipe havia detectado monopolos magnéticos em temperatura ambiente há cerca de dois anos.
A organização dos domínios magnéticos permite a realização de computações equivalentes a uma rede neural, com múltiplas saídas simultâneas. [Imagem: Branford et al./Science]
Novo tipo de computação
No experimento atual, novamente trabalhando a temperaturas muito baixas (-223 ºC), a equipe descobriu que os bits magnéticos agem de forma coletiva, organizando-se autonomamente em padrões.
É essa auto-organização que altera a resistência elétrica do material, permitindo a escrita e a leitura da informação magnética usando uma pequena corrente elétrica.
O mais interessante, contudo, é que, enquanto os domínios magnéticos de uma memória comum só conseguem guardar um bit de cada vez, um aglomerado de favos dessa colmeia magnética pode ser usado para resolver um problema computacional complexo em um único passo.
Cálculos computacionais desse tipo são conhecidos como redes neurais, por imitarem a forma que se acredita nossos cérebros usem para processar informações.
"A forte interação entre os magnetos vizinhos nos permite influenciar sutilmente como os padrões se formam ao longo dos favos de mel. Isto é algo de que poderemos tirar proveito para resolver problemas complexos, porque é possível gerar múltiplas saídas, e nós podemos diferenciar entre elas eletronicamente," explica o Dr. Branford.
Aquecimento
"Nosso próximo grande passo é construir um conjunto de nanomagnetos que possa ser programado sem usar campos magnéticos externos," anuncia o cientista.
E, a exemplo do que a equipe conseguiu fazer na etapa anterior da sua pesquisa, conseguir fazer com que o comportamento coletivo dos nanomagnetos seja mantido e controlado a temperatura ambiente.
Bibliografia:
Emerging Chirality in Artificial Spin Ice
W. R. Branford, S. Ladak, D. E. Read, K. Zeissler, L. F. Cohen
Science
Vol.: 335 no. 6076 pp. 1597-1600
DOI: 10.1126/science.1211379
Emerging Chirality in Artificial Spin Ice
W. R. Branford, S. Ladak, D. E. Read, K. Zeissler, L. F. Cohen
Science
Vol.: 335 no. 6076 pp. 1597-1600
DOI: 10.1126/science.1211379
COMERCIAL PYRAMON
Robótica
Robôs professores poderão ensinar humanos?
Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/05/2012
Você se arriscaria a dizer quem é o professor e quem é o aluno?[Imagem: Bilge Mutlu Lab]
Mestre Robô
Os cientistas conhecem muito bem as dificuldades de ensinar aos robôs mesmo as tarefas mais simples.
Isso tem levado alguns a tentar com que os robôs aprendam sozinhos, ou que aprendam com sua própria experiência ou até mesmo, quem sabe, lendo uma Wikipedia robótica.
Por isso não deixa de impressionar o objetivo a que se propuseram Bilge Mutlu e Michael Gleicher, da Universidade de Wisconsin-Madison, nos Estados Unidos.
Eles querem criar robôs capazes de ensinar aos seres humanos.
Pode parecer pretensioso pensar que os robôs já tenham alcançado um nível que os permita substituir um professor humano em uma sala de aula, mas os primeiros testes em robôs e personagens virtuais trazem algum entusiasmo, se não com uma aula ao vivo, pelo menos em instruções mais breves ou em aprendizado via computador.
Pedagogia robótica
Como é relativamente fácil dar a um robô o acesso a qualquer base de dados e a um número ilimitado de instruções, os pesquisadores se voltaram para algo que pode fazer a diferença: o comportamento dos robôs.
Segundo eles, robôs que olham e gesticulam como humanos são muito mais eficazes para passar informações, como já demonstraram em laboratório.
E, quando se trata de comunicação, às vezes é a nossa linguagem corporal que fala mais - especialmente os nossos olhos.
Outras pesquisas já demonstraram que robôs podem ser muito eficientes para ensinar crianças com deficiências cognitivas, sobretudo autismo. [Imagem: Neural Networks/23/966-972]
Para demonstrar isso, um pequeno robô amarelo recebe voluntários que entram no laboratório: "Oi, eu sou Wakamaru, prazer em te conhecer. Eu tenho uma tarefa para você: organize esses objetos sobre a mesa por categorias, colocando-os nas caixas."
Com alguns voluntários, o robô, muito naturalmente, olha em direção aos objetos enquanto fala. Com outros, o robô apenas olha diretamente para a pessoa.
Mutlu diz que os resultados são bastante claros: "Quando o robô usa o olhar como um humano o faria, as pessoas são muito mais rápidas em localizar os objetos que têm que mover."
Modelagem de comportamentos
E é principalmente assim, observando humanos, que os dois pesquisadores estão rastreando o papel do olhar, e as informações que o olhar humano transmite na comunicação, que eles planejam desenvolver algoritmos de controle que possam ser associados com as informações textuais que os robôs ou personagens virtuais têm que passar.
"São comportamentos que podem ser modelados e, em seguida, programados nos robôs para que eles, os comportamentos, possam ser usados pelo robô sempre que necessário, para se referir a algo e certificar-se de que as pessoas entendam a que o robô está se referindo," explica Mutlu.
A teoria está sendo testada em um agente virtual, este sim, capaz de dar aulas pelo computador.
Ao dizer "Olá. Hoje eu vou lhes falar um pouco sobre a história da China Antiga", o personagem "sabe" que há um mapa da China sendo projetado atrás de si e, de forma quase natural, vira-se, olha e aponta para o mapa, como se fosse a moça da previsão do tempo durante os telejornais.
Isso encorajou os dois pesquisadores a falarem em robôs em salas de aula, não como alunos, mas como professores.
"Nós podemos projetar tecnologias que realmente beneficiem as pessoas no aprendizado, na saúde e no bem-estar, e em trabalhos colaborativos," conclui Mutlu.
Informática
Redes neurais podem prever consumo de água
Com informações da Agência USP - 03/08/2011
Estudo do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica (Poli) da USP, resultou num método para prever a demanda de água em regiões urbanas, que poderá ser usado para otimizar o abastecimento da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP).
Redes Neurais Artificiais
Redes neurais artificiais são estruturas ou sistemas computacionais que realizam o processamento de dados tentando imitar o funcionamento do cérebro humano.
No caso do seu trabalho, o sistema pode prever o consumo para o dia seguinte ou até mesmo para a próxima hora.
"Sabendo a previsão para próxima hora pode-se fazer a otimização de um sistema", diz Cláudia. "Devido ao aumento do crescimento populacional da RMSP, a disponibilidade hídrica existente e a complexidade do sistema de abastecimento, esta pesquisa é uma importante ferramenta para auxiliar na operação e melhorar o fornecimento de água."
Perfil do consumo de água
O levantamento do consumo médio mensal, por sua vez, mostrou que ele varia ao longo do ano, sendo maior no verão, com pico em março, e menor no inverno, com destaque para julho.
Em geral, a tendência do consumo é diminuir a partir do mês de março e aumentar a partir do mês de novembro. O mês de agosto tem um pico em relação aos meses de inverno, consequência do tempo seco que ocorre nesse período, que provoca um aumento no consumo.
Durante a semana, o domingo é o dia de menor consumo e a sexta-feira o de maior, sendo que as quartas-feiras e os sábados são dias de consumo próximos da média. "Mas isto não é regra, porque esta variação depende de fatores inerentes à região de cada sistema", diz Cláudia.
O mesmo pode ocorrer em relação ao consumo no decorrer do dia. "Em geral o pico do consumo acontece a partir das 12 horas, quando passa a ser mais ou menos constante, com pequenas variações até as 17 horas", revela Cláudia. "Depois começa a diminuir por volta das 18 horas, tornando-se quase constante no período entre 21 e 24 horas. O período entre 1 às 6 horas da manhã apresenta uma redução do consumo, sendo que o mínimo ocorre às 6 horas da manhã. Após este período passa a aumentar novamente."
Memória das redes neurais
Para o estudo das variáveis sócio-ambientais e meteorológicas, Cláudia utilizou dados de consumo de água fornecidos pela Sabesp e meteorológicos do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG), da USP. A pesquisa foi feita nas principais Estações de Tratamento de Água (ETA) dos oitos sistemas produtores de água que compõem o Sistema de Abastecimento da RMSP. Para realizar a previsão de demanda foi analisada apenas a ETA do sistema Cantareira, que é o maior da RMSP, e um pequeno setor considerado como de consumo doméstico, chamado de Itaim Paulista, no bairro do mesmo nome, na Zona Leste da cidade de São Paulo.
Segundo a pesquisadora, a ETA Cantareira e o setor Itaim Paulista foram utilizados para avaliar a relação entre o consumo e as variáveis socioambientais e meteorológicas para o ano de 2005.
Os dados obtidos foram usados para o treinamento, o teste e a previsão feitas pelas redes neurais artificiais. Para a ETA Cantareira foram criados 8 modelos de previsão e para o setor ltaim Paulista, 57. O desempenho dos modelos foi avaliado por meio de vários parâmetros estatísticos.
"Os resultados mostraram a importância da 'memória' das redes neurais artificiais, pois ela ajuda a melhorar o desempenho da previsão", conta Cláudia. "Os resultados das previsões tiveram níveis de erros aceitáveis."
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