segunda-feira, 19 de outubro de 2015

Menor chave do mundo aperta parafusos moleculares

Menor chave do mundo aperta parafusos moleculares: Os anéis de pilareno ficaram cerca de 100 vezes mais fortes depois de serem apertados pela nanochave.
Nanochave
Se faltava uma ferramenta adequada para apertar parafusos em nanomáquinas e nanorrobôs, Xiaoxi Liu e seus colegas da Universidade de Vermont, nos EUA, acabam de criá-la.
A equipe criou uma nanochave molecular que, segundo eles, permite capturar e mover moléculas a fim de produzir materiais sintéticos complexos, incluindo polímeros e fármacos.
Usando uma substância presente no carvão, chamada antraceno, eles montaram fitas de moléculas em formato de C para criar uma chave de boca de 1,7 nanômetro.
Isto foi possível porque, graças ao fenômeno da quiralidade, as moléculas podem se juntar em uma única direção - a quiralidade é a característica geométrica de objetos que são idênticos em estrutura, mas não podem ser superpostos, como as nossas mãos, por exemplo.
"Elas são como Legos. Essas fitas moleculares formam uma estrutura rígida que é capaz de prender anéis de outras substâncias químicas de um modo semelhante a como a cabeça de um parafuso se encaixa em uma chave de boca," disse Severin Schneebeli, coordenador da equipe.
Menor chave do mundo aperta parafusos moleculares
A nanochave em uma simulação mais realística. [Imagem: Xiaoxi Liu et al. - 10.1002/anie.201506793]
Síntese assistida por quiralidade
Como parafusos a equipe usou uma família de compostos bem conhecidos, chamados "macrociclos pilarenos", frequentemente usados como "alojamento" para abraçar ou modificar outros compostos químicos, em aplicações que vão de medicamentos asubstâncias orgânicas emissoras de luz.
Os experimentos mostraram que a nanochave molecular é capaz de ajustar os pilarenos para mudar o ambiente químico em seu interior, de forma similar a que o giro da cabeça de um parafuso do lado de fora de um motor controla seu funcionamento interno. Os anéis de pilareno ficaram "cerca de 100 vezes mais fortes" depois de serem apertados pela nanochave, segundo a equipe.
A equipe também acredita que o processo usado para fazer a chave - que eles chamam de "síntese assistida por quiralidade" - poderá ser muito útil para controlar o formato de grandes moléculas em geral, ajudando no desenvolvimento de materiais sintéticos mais complexos, incluindo polímeros e medicamentos.

Bibliografia:

Regulating Molecular Recognition with C-Shaped Strips Attained by Chirality-Assisted Synthesis
Xiaoxi Liu, Zackariah J. Weinert, Mona Sharafi, Chenyi Liao, Jianing Li, Severin T. Schneebeli
Angewandte Chemie
Vol.: Article first published online
DOI: 10.1002/anie.201506793

segunda-feira, 28 de setembro de 2015

Pele de invisibilidade pode ser ligada e desligada

Pele de invisibilidade pode ser ligada e desligada: Os mantos de invisibilidade ficaram tão finos que agora viraram pele de invisibilidade.
Pele de invisibilidade pode ser ligada e desligada
Ilustração esquemática da metassuperfície de apenas 80 nanômetros de espessura, chamada pelos pesquisadores de "pele de invisibilidade". [Imagem: Xiang Zhang Group/Berkeley Lab]
Pele de invisibilidade
Os mantos de invisibilidade começaram com metamateriais mais grossos do que pizzas, mas logo tornaram-se camuflagens realmente finas como mantos.
Agora eles afinaram de novo, e se tornaram uma "pele de invisibilidade".
A grande vantagem é que uma camuflagem fina como pele pode amoldar-se a objetos de qualquer formato.
"Esta é a primeira vez que um objeto 3D de formato arbitrário foi camuflado na luz visível," garante o professor, Xiang Zhang, dos Laboratórios Berkeley, nos EUA.
"Nosso manto de invisibilidade ultrafino agora se parece como um casaco de pele. Ele é fácil de projetar e implementar, e é potencialmente escalável para esconder objetos macroscópicos," acrescentou Zhang.
Agora você vê, agora não vê
A pele de camuflagem é formada por nanoantenas de ouro dispostas em uma camada de apenas 80 nanômetros de espessura. Ela foi testada envolvendo objetos tridimensionais, de formatos arbitrários, com dimensões de até 1,3 milímetro quadrado.
Os experimentos, usando luz vermelha - comprimento de onda de 730 nanômetros - mostraram que a luz refletida pela pele de invisibilidade é idêntica à luz refletida por um espelho plano, tornando o objeto embaixo dela invisível mesmo com sistemas de detecção sensíveis a alterações de fase da luz.
A pele de invisibilidade pode ser ligada e desligada alterando a polarização das nanoantenas.
Mil e uma utilidades
A capacidade de manipular as interações entre a luz e os metamateriais abre caminho para futuras tecnologias como microscópios ópticos de alta resolução e computadores ópticos super rápidos.
Peles de invisibilidade na escala microscópica, como a que foi agora demonstrada, podem ser úteis para esconder os detalhes do esquema de componentes microeletrônicos ou para fins de criptografia e segurança. Em macroescala, entre outras aplicações, as capas de invisibilidade poderão ser úteis para telas 3D e tecnologias holográficas.
Bibliografia:

An Ultra-Thin Invisibility Skin Cloak for Visible Light
Xingjie Ni, Zi Jing Wong, Michael Mrejen, Yuan Wang, Xiang Zhang
Science
Vol.: 349 no. 6254 pp. 1310-1314
DOI: 10.1126/science.aac9411

sexta-feira, 18 de setembro de 2015

Circuitos elétricos de madeira são impressos em 3D

Circuitos elétricos de madeira são impressos em 3D: A expectativa é que a nanocelulose possa ajudar a diminuir o problema do lixo eletrônico.

Circuitos elétricos de madeira são impressos em 3D

Circuitos elétricos de madeira são impressos em 3D
Uma microcadeira de celulose e, à direita, amostras da biotinta condutora (com nanotubos de carbono) e não-condutora. [Imagem: Peter Widing]
Nanocelulose
Uma impressora 3D capaz de imprimir peças de celulose pode parecer apenas mais uma curiosidade de um campo que não para de crescer e incorporar novos materiais.
Mas o alcance dessa nova possibilidade pode ser maior do que parece à primeira vista.
Para isso, basta lembrar dos avanços recentes no campo da eletrônica biodegradável, que permitiram a construção de umpapel luminoso de celulose e de um chip de madeira.
A expectativa é que a nanocelulose possa ajudar a diminuir o problema do lixo eletrônico, graças à fabricação de circuitos eletrônicos que se decomponham naturalmente quando chegarem ao fim da vida útil.
E a equipe do professor Paul Gatenholm, da Universidade de Chalmers, na Suécia, quer ir além, usando outros biopolímeros na fabricação de circuitos eletrônicos.
No lado da eletrônica, a equipe incorporou nanotubos de carbono na matriz de nanocelulose impressa, criando materiais eletricamente condutores.
Tinta de celulose
A dificuldade de usar a celulose como tinta em impressoras 3D é que ela não funde quando aquecida.
A equipe então misturou as nanofibrilas de celulose em um hidrogel que é mais de 95% água. A mistura pode então ser depositada através do bocal de uma bioimpressora, do mesmo tipo das que estão sendo usadas para fabricar implantes médicos.
A seguir, é necessário um cuidadoso processo de secagem para manter a forma final do objeto.
"Nós desenvolvemos um processo no qual nós congelamos os objetos e removemos a água por diferentes meios para controlar o formato dos objetos secos. É também possível deixar a estrutura colapsar em uma direção, criando filmes finos," disse Gatenholm.
Quando são adicionados nanotubos à biotinta de celulose, é possível criar partes condutoras nos objetos, levando eletricidade ao seu interior.

"As aplicações potenciais incluem sensores integrados a embalagens, têxteis que convertem o calor do corpo em eletricidade e curativos para ferimentos que podem se comunicar com os profissionais de saúde," disse Gatenholm.

Evolução robótica pode ajudar a explorar outros mundos

Evolução robótica pode ajudar a explorar outros mundos: Pequenos robôs colaborativos vão tirar proveito da seleção darwiniana para completar tarefas complexas.

Evolução robótica pode ajudar a explorar outros mundos

Evolução robótica pode ajudar a explorar outros mundos
A evolução, que deu tão certo aqui na Terra, poderá ser usada para explorar outros mundos usando robôs mais simples e mais baratos. [Imagem: Ferrante et al.]
Evolução artificial
Enxames de pequenos robôs colaborativos poderão tirar proveito da seleção darwiniana para completar tarefas complexas de forma mais eficiente.
Eliseo Ferrante e seus colegas da Universidade de Leuven, na Bélgica, estão pensando em usar esse aspecto da evolução, que deu tão certo aqui na Terra, para explorar outros mundos usando robôs mais simples e mais baratos.
Os insetos sociais, como formigas, abelhas e cupins têm servido de inspiração para a criação de enxames de robôs há algum tempo, gerando uma divisão do trabalho auto-organizada na qual diferentes robôs se especializam automaticamente para a realização de diferentes sub-tarefas.
No entanto, projetar controladores que permitam que os robôs se organizem de forma eficaz não é uma tarefa que possa ser considerada resolvida.
Inspirando-se na maneira pela qual as formigas organizam seu trabalho e dividem as tarefas, a equipe evoluiu comportamentos robóticos complexos utilizando evolução artificial e simulações detalhadas de robôs - e obteve um rendimento inédito, de longe o melhor já obtido até agora.
Evolução gramatical
O novo método baseia-se na evolução gramatical e permite a evolução de comportamentos que mostraram um nível de complexidade nunca alcançado antes.
O avanço deixou os pesquisadores entusiasmados com a possibilidade de realizar na prática um dos grandes sonhos do campo da robótica de enxame: explorar ambientes complexos, como a Lua e outros planetas.
"O cenário que estudamos envolve uma forma avançada da divisão do trabalho, comum em sociedades de insetos e conhecida como 'separação de tarefas', na qual dois conjuntos de tarefas têm de ser executados em sequência por indivíduos diferentes. Nossos resultados mostram que o particionamento da tarefa é favorecido sempre que o ambiente possui recursos que, quando explorados, reduzem os custos da mudança e aumentam a eficiência líquida do grupo," escreveu a equipe.

Bibliografia:

Evolution of Self-Organized Task Specialization in Robot Swarms
Eliseo Ferrante, Ali Emre Turgut, Edgar Duéñez-Guzmán, Marco Dorigo, Tom Wenseleers
PLOS Computational Biology
Vol.: Published online
DOI: 10.1371/journal.pcbi.1004273

sexta-feira, 11 de setembro de 2015

Rádio inteligente reconhece até sinais de mão

Rádio inteligente reconhece até sinais de mão: Basta um sinal de positivo ou negativo com o polegar para que o rádio entenda o que você acha da programação.

Rádio inteligente reconhece até sinais de mão

Rádio inteligente reconhece até sinais de mão
Um software de personalização permite que o rádio aprenda sobre os hábitos e gostos de seu dono. [Imagem: VTT]
Rádio do futuro
Um grupo de engenheiros finlandeses está apostando em um banho de tecnologia para ressuscitar um velho companheiro de músicas e notícias: o rádio.
Mas não será necessário comprar um novo aparelho: o rádio nada mais é do que um programa que roda em Android.
O "rádio do futuro", como a equipe do Centro de Pesquisas Técnicas VTT o chama, é baseado em um software de personalização que permite que o rádio aprenda não apenas sobre os hábitos e gostos de seu dono, mas também reconheça o ambiente e se adapte automaticamente ao ruído ambiente.
Também não é necessário usar um controle remoto ou ir até o aparelho para mudar de estação: basta fazer um sinal de positivo ou de negativo com o polegar para que o rádio entenda o que você acha da programação, mudando rapidamente de estação caso você não esteja satisfeito.
Motor de personalização
"O motor de personalização [resulta em] um rádio que adapta sua programação às preferências do ouvinte e às situações em que é ouvido, mantendo as informações das estações e respeitando o profissionalismo das produtoras," afirma Raimo Launonen, coordenador da equipe.
Ainda assim, é possível eliminar anúncios entre os programas, com o rádio apelando para conteúdos armazenados que já tenham sido aprovados pelo ouvinte.

Os pesquisadores estão em contato com empresas de tecnologia que possam viabilizar testes em larga escala do rádio inteligente junto aos usuários, de forma a aprimorar o mecanismo de identificação das preferências individuais.

quarta-feira, 26 de agosto de 2015

Computador quântico pode fazer cálculos em qualquer ordem

Computador quântico pode fazer cálculos em qualquer ordem:

Computador quântico pode fazer cálculos em qualquer ordem

Computador quântico pode fazer cálculos em qualquer ordem
A superposição quântica funciona não apenas para os dados nos qubits, mas também para as portas lógicas inteiras. [Imagem: Philip Walther Group/University of Vienna]
Sem parênteses
Físicos austríacos demonstraram que os cálculos feitos por umcomputador quântico não precisam ocorrer em uma ordem predefinida para darem os resultados corretos.
Isso aumenta a expectativa da velocidade de processamento que poderá ser obtida com esses computadores futurísticos, uma vez que, até agora, se acreditava que o ganho de velocidade viria sobretudo da possibilidade de múltiplos cálculos simultâneos.
Lorenzo Procopio e seus colegas da Universidade de Viena demonstraram que esses "cálculos desordenados" permitem executar uma operação de forma mais eficiente do que ocorre em um processador quântico tradicional, em que as operações são executadas na forma sequencial tradicional.
Portas quânticas
No projeto tradicional de um processador quântico, as portas lógicas devem ser encadeadas de uma forma específica. O problema é que é difícil construir uma quantidade delas grande o suficiente para realizar cálculos práticos.
O que Procopio se deu conta é que o fenômeno quântico da superposição, em que dois qubits podem ter dois dados simultaneamente, não precisa se limitar aos bits quânticos - é possível criar uma superposição de portas quânticas, o aparato inteiro necessário para fazer o cálculo.
Isto significa que as portas quânticas superpostas podem executar suas operações lógicas em todas as possíveis ordens ao mesmo tempo.
E a melhor notícia é que o número total de portas necessárias para um determinado cálculo é menor do que quando a execução segue a sequência predeterminada.
Superposição de cálculos
Em uma superposição de portas quânticas, é impossível - mesmo em princípio - saber se uma operação ocorreu antes ou depois de outra operação. Isso significa que duas portas lógicas quânticas A e B podem ser acionadas nas duas ordens ao mesmo tempo.
Em outras palavras, a porta A opera antes da porta B, e a porta B calcula antes da porta A. Os resultados experimentais confirmam que é impossível determinar qual delas operou primeiro. Mas o resultado sai correto.
"Na verdade, fomos capazes de executar um algoritmo quântico para caracterizar as portas de forma mais eficiente do que qualquer algoritmo anteriormente conhecido," disse Procopio.
A partir de uma única medição do qubit - um fóton - a equipe detectou uma propriedade específica das duas portas quânticas, confirmando assim que elas funcionaram em ambas as ordens de uma só vez. À medida que mais portas são adicionadas ao circuito, o novo método torna-se ainda mais eficiente em comparação com técnicas anteriores.
Bibliografia:

Experimental Superposition of Orders of Quantum Gates
Lorenzo M. Procopio, Amir Moqanaki, Mateus Araújo, Fabio Costa, Irati Alonso Calafell, Emma G. Dowd, Deny R. Hamel, Lee A. Rozema, Caslav Brukner, Philip Walther
Nature Communications
Vol.: 6, Article number: 791
DOI: 10.1038/ncomms8913

segunda-feira, 10 de agosto de 2015

Bateria quântica recarrega-se quase instantaneamente

Bateria quântica recarrega-se quase instantaneamente: Físicos demonstraram que pode ser possível construir uma bateria que usa fenômenos da mecânica quântica para se recarregar.
Célula quântica de energia
Uma bateria quântica, quando puder ser construída na prática, terá uma velocidade de recarregamento imbatível.
Uma bateria quântica é um sistema que usa os qubits não para armazenar dados, mas energia.
Os qubits usados nos experimentos de computação quântica podem permanecer em um de dois estados, ou nos dois estados ao mesmo tempo, graças ao fenômeno quântico da superposição - qubits podem ser íons, átomos neutros, fótons etc.
Em uma bateria quântica, os dois estados representam diferentes níveis de energia do qubit. Assim, carregar uma bateria quântica significa passar o nível de todos os qubits de um estado mais baixo de energia, para um estado mais alto.
E essa energia pode ser extraída para executar trabalho útil. É o que os físicos chamam de "qubit de trabalho" - a bateria é chamada de quantacel, uma espécie de célula quântica de energia.
Bateria quântica
A grande vantagem da bateria quântica é que tudo nela pode tirar proveito das leis da mecânica quântica. Mais especificamente, do entrelaçamento, a propriedade segundo a qual tudo o que acontecer a um qubit afetará imediatamente todos os demais que estiverem em estado de entrelaçamento com ele.
Felix Binder e seus colegas da Universidade de Oxford, no Reino Unido, demonstraram que, estando entrelaçados, os qubits de trabalho estarão tão fortemente correlacionados que isto representará uma redução no "espaço de estados", isto é, na diferença entre os estados de energia baixo e alto.
Isto significa que o tempo de recarregamento da bateria quântica - o tempo para levar todos os qubits para o estado mais elevado de energia - é inversamente proporcional ao número de qubits da bateria. Assim, em um exemplo hipotético, se um qubit levasse uma hora para carregar, seis qubits poderiam ser recarregados em 10 minutos.
Este conceito é diferente de uma proposta feita em 2009 por uma equipe do Japão, que propôs a criação de uma bateria quântica baseada em nanomagnetos.
Uso prático
O desafio para construir uma bateria quântica real é que o estado de entrelaçamento não costuma durar muito, além do que o recorde de entrelaçamento simultâneo de qubits não passa de algumas dezenas.
Assim, a energia armazenada por uma bateria quântica não seria muito grande, ao menos não com a tecnologia atual e dentro de um horizonte razoável de tempo.
Mas os pesquisadores veem uso prático para esses sistemas de armazenamento de energia.
"Nosso estudo é uma prova de conceito teórica de que a física quântica pode acelerar a deposição de energia em um sistema. Esse efeito de aceleração pode ser relevante em dois casos: 1) em dispositivos mecânicos que se tornem tão pequenos que as escalas de energia sejam comparáveis às atuais implementações de sistemas quânticos; 2) em sistemas quânticos que sejam aumentados e controlados de forma robusta em escalas de energia que sejam de importância prática," disse John Goold, membro da equipe.

quarta-feira, 17 de junho de 2015

Nanoespiral dá segurança à prova de falsificação

Nanoespiral dá segurança à prova de falsificação: É praticamente impossível fabricar duas nanoespirais iguais.

Nanoespiral: sistema de segurança à prova de falsificaçãoNanoespiral dá segurança à prova de falsificação


Além de serem as menores espirais já produzidas, elas são praticamente impossíveis de replicar.[Imagem: Haglund Laboratory/Vanderbilt University]
Nanoespiral
Pesquisadores da Universidade de Vanderbilt, nos Estados Unidos, estavam entusiasmados com as "menores espirais do mundo" que eles haviam acabado de construir, quando tiveram uma grata surpresa.
Cada nanoespiral tem uma interação tão característica com a luz que é virtualmente impossível fabricar duas iguais.
Isto significa que elas podem ser usadas como sistemas de identificação únicos para cartões de crédito, documentos de identidade, sistemas de senhas para acesso a computadores, ou mesmo para proteção de produtos contra falsificações.

Descobertos tubos magnéticos ao redor da Terra

Descobertos tubos magnéticos ao redor da Terra: Astrônomos detectaram estruturas tubulares a umas poucas centenas de quilômetros acima da superfície da Terra.

Descobertos tubos magnéticos ao redor da Terra

Campo magnético da Terra não tem linhas, tem tubos
Visualização artística das estruturas em formato de tubo criadas pelo campo magnético da Terra. [Imagem: CAASTRO/Mats Bjorklund]
Tubos magnéticos
Usando um instrumento construído para observar galáxias a bilhões de anos-luz de distância, astrônomos australianos detectaram estruturas tubulares a umas poucas centenas de quilômetros acima da superfície da Terra.
"Por mais de 60 anos, os cientistas acreditavam que essas estruturas existiam, mas, ao produzir imagens delas pela primeira vez, nós fornecemos evidências visuais que elas estão realmente lá," disse Cleo Loi, da Universidade de Sydney.
As estruturas tubulares são a versão real das linhas tradicionalmente utilizadas para ilustrar o campo magnético terrestre. Na verdade, não são linhas, mas tubos de formatos muito dinâmicos, de várias espessuras, que ficam mudando o tempo todo - de fato, a equipe conseguiu fazer um filme, mostrando todo esse dinamismo ao longo de uma noite.
Os astrônomos fizeram as observações com o radiotelescópio MWA (Murchison Widefield Array), que foi projetado para observar as galáxias do Universo primordial, assim como estrelas e nebulosas dentro de nossa própria galáxia.
Mas usaram essa radiação distante para detectar alterações em nossa própria atmosfera.
Campo magnético da Terra não tem linhas, tem tubos
A formação dos dutos magnéticos está associada com as linhas do campo magnético da Terra e sua interação com a radiação solar. [Imagem: CAASTRO]
Magnetosfera e Plasmasfera
Conforme a luz de uma galáxia passa através das camadas na magnetosfera da Terra, o caminho da luz - e, portanto, a posição aparente da galáxia - é alterada por variações na densidade dessas camadas. O efeito é similar a olhar para cima do fundo de uma piscina, vendo as distorções causadas pelas ondas na superfície.
Mapeando as variações nas posições de múltiplas fontes de rádio ao longo de uma noite, foi possível mapear as distorções e decifrar a forma e as dimensões das estruturas tubulares.
Os dutos observados, imediatamente acima do radiotelescópio MWA, estão entre 500 e 700 km acima da superfície, alinhados com o campo magnético da Terra e seguindo a curvatura esperada conforme ascendem ou mergulham a partir do planeta.
As estruturas tubulares estão na plasmasfera, uma camada logo abaixo da ionosfera. Agora que a técnica de observação foi desenvolvida, outros radiotelescópios poderão mapear os tubos magnéticos em outros pontos da Terra, eventualmente chegando a um mapa planetário completo das estruturas.
"As estruturas são extraordinariamente organizadas, aparecendo como tubos regularmente espaçados alternando subdensidades e sobredensidades, fortemente alinhados com o campo magnético da Terra. Estes resultados representam a primeira evidência visual direta da existência de tais estruturas," escreveram os pesquisadores.
Bibliografia:

Real-time imaging of density ducts between the plasmasphere and ionosphere
Shyeh Tjing Loi, Tara Murphy, Iver H. Cairns, Frederick W. Menk, Colin L. Waters, Philip J. Erickson, Cathryn M. Trott, Natasha Hurley-Walker, John Morgan, Emil Lenc, Andre R. Offringa, Martin E. Bell, Ronald D. Ekers, B. M. Gaensler, Colin J. Lonsdale, Lu Feng, Paul J. Hancock, David L. Kaplan, G. Bernardi, J. D. Bowman, F. Briggs, R. J. Cappallo, A. A. Deshpande, L. J. Greenhill, B. J. Hazelton, M. Johnston-Hollitt, S. R. McWhirter, D. A. Mitchell, M. F. Morales, E. Morgan, D. Oberoi, S. M. Ord, T. Prabu, N. Udaya Shankar, K. S. Srivani, R. Subrahmanyan, S. J. Tingay, R. B. Wayth, R. L. Webster, A. Williams, C. L. Williams
Geophysical Research Letters
Vol.: Early View
DOI: 10.1002/2015GL063699
http://arxiv.org/abs/1504.06470