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

Redação do Site Inovação Tecnológica -  18/09/2015

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: Pequenos robôs colaborativos vão tirar proveito da seleção darwiniana para completar tarefas complexas.

Evolução robótica pode ajudar a explorar outros mundos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  17/09/2015

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

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

Redação do Site Inovação Tecnológica -  11/09/2015

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.

Computador quântico pode fazer cálculos em qualquer ordem:

Computador quântico pode fazer cálculos em qualquer ordem

Redação do Site Inovação Tecnológica -  24/08/2015

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.

• Fim da causalidade: eventos quânticos independem do espaço e do tempo

"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

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.