Tattoos utilizando LEDs super flexíveis

   Uma publicação feita na revista Nature Materials, em 18 de outubro, abordou uma pesquisa de um grupo de pesquisadores da Universidade de Illinois, na qual eles desenvolveram LEDs com propriedades impressionantes. Os LEDs, que são diodos capazes de emitir luz, foram feitos em cadeias longas, sendo a espessura delas de cerca de 2 mícrons, centenas de vezes menores que a espessura de um fio de cabelo! Além disso, estes dispositivos são flexíveis, podendo serem esticados, dobrados, enrolados, sem que haja uma ruptura. Dessa forma, estes dispositivos podem ser aderidos as mais diversas superfícies.
  As aplicações para estes dispositivos são as mais diversas, sendo a medicina uma das principais áreas. Através deste tipo de LED seria possível criar suturas fotônicas que ao emitirem luz permitiriam aos cirurgiões uma melhor visualização do processo de cura de um paciente no pós-cirurgia. Sensores para drogas e até mesmo infecções são possíveis  aplicações. Com esta nova tecnologia seria possível fazer tattoos com cores mais vivas e facilmente retiráveis. Porém, os estudos foram conduzidos utilizando uma fonte externa de energia para alimentar os LEDs, dificultando várias das aplicações.

Cadeias de LEDs

Fonte: http://www.abc.net.au/science/articles/2010/10/18/3039463.htm

   A Academia Real da Suécia , responsável por escolher os ganhadores do prêmio Nobel, noticiou em outubro que os pesquisadores agraciados com o prêmio neste ano seriam Andre Geim e Konstantin Novoselov por suas pesquisas com o grafeno. O prêmio Nobel é entregue todos os anos desde 1901 aos pesquisadores que se destacam  em suas áreas de pesquisa. A cerimônia de entrega do prêmio ocorre na Suécia, sendo entregue diretamente pelo rei. O prêmio em dinheiro para o ganhador é de cerca de 10 milhões de coroas suecas, cerca 1.1 milhões de euros. Até hoje apenas o físico John Bardeen com seus trabalho sobre semicondutores e supercondutividade ganhou o prêmio duas vezes.
  Voltando para os vencedores, o grafeno é uma material novo, o mais fino que existe , largura de um átomo apenas, e ao mesmo tempo o mais resistente. Além disso, apresenta uma condutividade tão boa quanto a do cobre e conduz calor melhor que qualquer outro material. É praticamente transparente, porém é tão denso que não permite a passagem de um átomo de hélio.
  As aplicações do grafeno são várias, como na criação de novos materiais e no desenvolvimento de novos transistores. Esta última, permitiria a criação de transistores mais rápidos que os de silício, aumentando consideravelmente a velocidade dos computadores atuais.Além disso,por ser um material transparente e um ótimo condutor, o grafeno encontra aplicação no desenvolvimento de novas telas touch screen. 

Fig.1.Tela de grafeno

Sensores Olímpicos

    Em uma pesquisa desenvolvida pelo Imperial College London,Loughborough e Queen Mary, todas instituições de ensino superior britânicas, os pesquisadores estão desenvolvendo sensores que podem ser implantados na pele ou fixados ao corpo dos atletas de forma a permitir um levantamento em campo de informações biomecânicas e fisiológicas. O projeto busca aprimorar as medidas que antes eram realizadas em laboratório e que , por isso, não representavam os esforços reais que o atleta exercia durante a prática esportiva.
   O projeto tem o objetivo de em 4 anos prover os atletas e treinadores de tecnologia que auxilie no aprimoramento dos treinamentos e uma adaptação mais rápida a novas rotinas de treino. Através dos dados, os atletas das mais diversas modalidades serão capazes de focar a atenção para determinado ponto fraco, aumentando as chances de um ouro olímpico nas olimpíadas de 2012 em Londres.
  Um exemplo da utilização deste tipo de sensores já pode ser encontrada no mercado de capacetes de proteção para futebol americano. Não é de hoje que se sabe que as fortes e constantes pancadas na cabeça resultantes do esporte podem causar lesões cerebrais. Por isso, a empresa de artigos esportivos Ridell desenvolveu capacetes equipados com acelerômetros, capazes de fornecer a um computador central informações dos impactos, tais como intensidade e duração. Os dados são enviados por tecnologia Wi-Fi., com uma distância máxima de 18 metros.
  No próximo ano os primeiros sensores britânicos já começaram a ser testados. Entre eles temos acelerômetros, sensores para natação, medidores de níveis de oxigênio e lactato, entre outros. Porém, a intenção das pesquisas vai além do mundo esportivo. Espera-se que em pouco tempo muitos dos sensores desenvolvidos encontrem aplicações na sociedade e ajudem a diminuir os altos gastos com saúde através da prevenção e diagnóstico de doenças.

fonte: http://www.theengineer.co.uk/news/sensors-could-optimise-british-performance-at-2012-olympics/1005558.article
 

Profinet

   

   A utilização do protocolo TCP/IP no meio industrial está relacionada à necessidade de interligar todos os equipamentos da cadeia de suprimentos através de um único protocolo padrão. Dessa forma, seria possível acessar os dados dos dispositivos de campo através do sistema de gerência em tempo real, facilitando o controle da produção, aumentando a produtividade e os lucros. Na arquitetura tradicional isto não é possível devido aos diversos tipos de protocolos existentes.

  O protocolo TCP/IP é utilizado nos meios administrativos há muito tempo. No entanto, no chão de fábrica outros protocolos foram se difundindo devido às vantagens apresentadas com relação aos sistemas convencionais. Existem vários protocolos Fieldbuses, entre os quais podemos citar o CAN, DEVICENET, PROFIBUS, FIELDBUS FOUNDATION, MODBUS, AS-i, SERCOS, entre outros. Sendo que cada protocolo destes elaborou uma forma de enviar os dados do chão de fábrica aos níveis de gerência.
  Surgiu então a idéia de uniformizar o chão de fábrica, sendo desenvolvida para isto a Ethernet Industrial. A idéia inicial era uniformizar toda a cadeia de suprimentos, mas isto acabou não ocorrendo, pois cada fabricante desenvolveu seu próprio aplicativo. Existem então protocolos específicos trabalhando com TCP/IP.
 O Profinet é um padrão aberto do tipo Ethernet industrial. Este padrão é desenvolvido pela Profibus Internacional e pela  Profinet Internacional(PI). Profinet ,que utiliza-se do padrão TCP/IP, é o Ethernet para aplicações em tempo real.
  Existem dois tipos de Profinet : Profinet IO e Profinet CBA. O Profinet IO é utiliza em aplicações em tempo real (rápidas), enquanto que o Profinet CBA é utilizado em aplicações onde o tempo não é crítico. Um exemplo de aplicação da CBA é na conversão para Profibus DP.

    Na figura acima podemos notar que a Profinet pode apresentar três formas distintas, sendo duas para aplicações em tempo real e uma para aplicação em tempo não-real.
   A primeira delas se baseia na arquitetura TCP/IP pura, utilizando Ethernet na camada 1 e 2, IP na camada 3 e o TCP ou UDP na camada 4. Esta arquitetura é denominada não-real time (Non-RT) pois seu tempo de processamento se aproxima dos 100 ms. A grande aplicação deste tipo de configuração é para comunicação com Proxis ou configuração da própria rede. Os Proxis são conversores de um determinado protocolo em outro, por exemplo, Profinet para Profibus ou Interbus-S. Na imagem abaixo podemos ver Proxis sendo utilizados para tais aplicações.

  Proxy Profinet/Profibus e Profinet/Interbus

   Uma segunda configuração que pode ser utilizada é uma interligação direta da Ethernet existente nas camadas 1 e 2 com o nível de aplicações. Neste caso, as mensagens trocados se tornam menores e o tempo de resposta diminui bastante. Tais aplicações são denominadas Soft Real-Time e podem utilizar tanto Profinet IO quanto Profinet CBA.

  A terceira maneira é utilizando a configuração Isochronous Real Time (IRT) para aplicações onde o tempo de resposta é crítico e deve ser menor que 1ms. Uma das aplicações em que se utiliza a IRT é em controle de movimento de robôs quando o tempo de atualização dos dados deve ser pequeno. Para tais aplicações é necessário um hardware específico que consiga processar informações neste tempo, sendo utilizado o processador ERTEC 400 da SIEMENS. A rede Profinet IO é a única utilizada neste caso.

Profibus FMS

   O PROFIBUS-FMS provê ao usuário uma ampla seleção de funções quando comparado com as outras variantes. É a solução de padrão de comunicação universal que pode ser usada para resolver tarefas complexas de comunicação entre CLPs e DCSs. Essa variante suporta a comunicação entre sistemas de automação, assim como a troca de dados entre equipamentos inteligentes, e é geralmente utilizada em nível de controle. Recentemente, pelo fato de ter como função primária a comunicação mestre-mestre (peer-to-peer), vem sendo substituída por aplicações em Ethernet. Das redes Profibus é a única que adota a camada 7.

Profibus PA

   O Profibus PA ( Automação de Processos) é a solução Profibus para automação de processos. Esta rede é a responsável por ligar os sistemas de automação e controle de processos  aos sensores e acionadores , tais como transmissores de pressão, temperatura, conversores, posicionadores, etc. Pode ser usado em substituição ao sistema de 4 a 20 mA. O padrão Profibus PA permite a comunicação de dados e a alimentação através do barramento utilizando a tecnologia MBP-IS ( utilizando 2 fios de acordo com a norma IEC 61158-2), o protocolo de comunicação DP-V1(mesmo protocolo utilizado por algumas aplicações Profibus DP) e o perfil de aplicação Dispositivo PA.
    A transmissão MPB-IS utiliza-se do código Manchester para a transmissão intrinsecamente segura de bits e de corrente em um mesmo meio. Para isto, estabelece-se uma corrente mínima que os dispositivos necessitam quando nenhum dado está sendo enviado e modulariza-se a corrente em condições de transmissão. A cada variação de 9 mA para -9mA corresponde a um bit 0 e as variações de -9mA a 9mA correspondem a um bit 1. Por requisitos de segurança, a taxa de transmissão de dados nesta rede é fixada em 31.25Kbps, muito inferior aos 12Mbps da rede Profibus DP. A figura abaixo representa a transmissão em código Manchester.

Código Manchester

   O Profibus PA apresenta uma comunicação intrínseca que permite sua aplicação em ambientes classificados, tal como indústrias petroquímicas e farmacêuticas. Entenda-se por ambientes classificados aqueles em que se existe o risco de explosões. Além disso, este padrão possibilita uma maior modularização das instalações, podendo instalações serem adicionadas ou retiradas sem prejuízo para o funcionamento da rede. Dessa forma, as redes PA permitem uma manutenção sem necessidade que todo o processo de produção seja interrompido.

     Existem várias  vantagens potenciais da utilização dessa tecnologia, onde resumidamente destacam-se as vantagens funcionais (transmissão de informações confiáveis, tratamento de status das variáveis, sistema de segurança em caso de falha, equipamentos com capacidades de auto diagnose, rangeabilidade dos equipamentos, alta resolução nas medições, integração com controle discreto em alta velocidade, aplicações em qualquer segmento, etc.). Além dos benefícios econômicos pertinentes às instalações (redução de até 40% em alguns casos em relação aos sistemas convencionais), custos de manutenção (redução de até 25% em alguns casos em relação aos sistemas convencionais), menor tempo de startup, oferece um aumento significativo em funcionalidade e segurança.

   A conexão dos transmissores, conversores e posicionadores em uma rede PROFIBUS DP, rede de alta velocidade, para uma Profibus PA, rede de baixa velocidade, é feita por um coupler DP/PA. O par trançado a dois fios é utilizado na alimentação e na comunicação de dados para cada equipamento, facilitando a instalação e resultando em baixo custo de hardware, menor tempo para iniciação, manutenção livre de problemas, baixo custo do software de engenharia e alta confiança na operação. 
  O barramento principal de uma rede PA pode ter até 1900 m sem a utilização de repetidores, chegando a cerca de 10km com a utilização de 4 repetidores. Podem ser conectados 32 dispositivos a um barramento em aplicações com alimentação externa e que não requerem comunicação intrínseca. Já em aplicações seguras, o número de dispositivos conectados ao barramento cai pra 9. A fonte de alimentação pode fornecer de 9 a 32 V, sendo necessário que não esteja instalada nos ambientes classificados.
  O protocolo PA permite a comunicação entre os diversos dispositivos de campo PA, usando para isto o internacionalmente reconhecido modelo bloco de funcionais que descrevem parâmetros e funções dos dispositivos. Como exemplo temos os blocos físicos que fornecem informações sobre os dispositivos, tais como nome, fabricante, versão e número de série. Temos também o bloco transdutor, responsável por fazer as devidas correções de parâmetro para o dispositivo. Dessa forma, os dispositivos de diferentes fabricantes conseguem se comunicar de forma coerente através de uma rede PA.

 Entendendo a Segurança e o autodiagnóstico:

    As redes Profibus PA possuem além dos bytes que indicam determinada medição outro byte que indica status dessa variável. Estes 8 bits ajudam a qualificar a medição permitindo que se este valor saia de uma margem de segurança certo dispositivo para de funcionar, entrando numa situação de falha por segurança (Fail-safe). Existem três campos em um byte de status, sendo estes o de qualidade,  sub-status e limite.
  Os bits de qualidade indicam se aquele valor medido está bom, ruim, se pode ser utilizado em controle de cascata ou não pode ser utilizado em controle de cascata. 
  O sub-status complementa a informação dos bits de qualidade. Ele é responsável por informar ao sistema de controle se é para inicializar controle em cascata, ativar alarmes, entre outra funções que podem ser configuradas.
  O limite e responsável por informar se o valor medido está dentro dos limites aceitáveis. Os valores podem estar no limite, fora do limite, não limitados e constantes.
 
                               

Engenheiros da Raytheon desenvolvem uma roupa estilo Iron Man

   Confesso que fiquei impressionado com esta roupa robótica desenvolvida por um grupo de engenheiros da Raytheon. Trabalhando à serviço das forças armadas americanas eles desenvolveram uma espécie de exoesqueleto movimentado através de forças hidraúlicas e que consome 50% menos de energia que o seu antecessor, o XOS 1. Além disso, é mais resistente as condições ambientais.

 XOS 2 - Iron Man Suit (Créditos Raytheon)

   Esta roupa estilo Iron Man, como ficou conhecida, é uma espécie de união de sensores, atuadores e estruturas de controle. Com ela uma pessoa pode levantar cerca de 100 quilos centenas de vezes sem se cansar.Não pense você que ela é muito rígida a ponto de limitar os movimentos, a flexibilidade dela é tão grande que uma pessoa seria capaz de jogar futebol com ela.
  O projeto da XOS 2 foi desenvolvido com enfoque para a área de logistica das forças armadas. Devido ao excesso de peso carregados pelos soldados, muitos deles desenvolviam problemas musculares e ortopédicos. Com este novo dispositivo, um homem é capaz de exercer a força de três deles sem se cansar ou sofrer com problemas por esforços repetitivos. Impressionante não?!
  Quem sabe a tecnologia não evolua a ponto de auxiliar pessoas com problemas físicos.

Projeto XOS 2

Material Piezoelétrico livre de Chumbo

   Os materiais piezoelétrios são materiais que quando submetidos a um campo elétrico são capazes de sofrerem deformações e que sujeitos a aplicação de alguma deformação geram campos elétricos. Temos nestes matériais esta conversão de energia mecânica em elétrica e vice-versa. Entre os principais materias piezoelétricos temos um cristal de cerâmica, o PZT - Titanato Zirconato de Chumbo.
  Os materiais piezoelétricos são usados em aplicações como injetores de combustível em motores diesel, injetores de impressoras, câmeras digitais e aparelhos ultrassonografia. Neste último, por exemplo, funciona com um cristal de material piezoelétrico, principalmente PZT, que fica em contato com nossa pele e recebe os ecos produzidos pelas ondas de ultrassom. O cristal de PZT converte este ecos em sinais elétricos, os quais são então tratados por um computador para gerar imagens.Incrível não é!
   O PZT apesar de suas funcionalidades tem uma desvantagem, apresenta chumbo em sua composição. Vários órgãos europeus estão proibindo a utilização de chumbo em aparelhos eletrônicos devido a sua toxidade. Pensando nisso, pesquisadores do Diamond Light Source, Inglaterra, produziram em laboratório um material piezoelétrico tão útil quanto o PZT e que não apresenta chumbo em sua composição. Este novo material piezoelétrico é sintetizado em condições extremas é passa a ser composto por Titanato de Potássio Sódio Bismuto(KNBT).
   As pesquisas estão ainda em uma fase inicial e o KNBT ainda só pode ser utilizado em temperatura ambiente, enquanto que o PZT pode ser utilizado em condições extremas. No entanto, os pesquisadores estão confiantes que o cristal cerâmico sintético possa vir a ser utilizado em diversas aplicações, entre elas uma nova fonte de energia limpa.

Piezoeletricidade - Ultrassonografia

Fonte: http://www.theengineer.co.uk/news/material-opens-up-possibility-for-lead-free-electronics/1005305.article

Profibus DP

    

   O Profibus DP(Periferia Descentralizada) é a solução de alta velocidade e baixo custo do Profibus. Seu desenvolvimento foi otimizado especialmente para comunicações entres os sistemas de automações e equipamentos descentralizados. Voltada para sistemas de controle, onde se destaca o acesso aos dispositivos de I/O distribuídos. É utilizada em substituição aos sistemas convencionais 4 a 20 mA, HART ou em transmissão com 24 Volts. Utiliza-se do meio físico RS-485 ou fibra ótica. Requer menos de 2ms para a transmissão de 1 kbyte de entrada e saída e é amplamente utilizada em controles com tempo crítico.

   Atualmente, 90% das aplicações envolvendo escravos Profibus utilizam-se do PROFIBUS DP. Essa variante está disponível em três versões: DP-V0 (1993), DP-V1 (1997) e DP-V2 (2002). A origem de cada versão aconteceu de acordo com o avanço tecnológico e a demanda das aplicações exigidas ao longo do tempo.

   O Profibus DP utiliza apenas as camadas 1 e 2 do modelo ISO/OSI . Sendo as camadas de 3 a 7 não definidas. Além das camadas 1 e 2 , temos uma interface com o usuário apenas. Desta forma, as mensagens trocadas se tornam menores e conseguem atender ao tempo crítico das aplicações de chão de fábrica. O acesso do usuário à camada 2 é feito através do Direct Data Link Mapper(DDLM). Como dito anteriormente, a transmissão em meio físico pode ser feita através da tecnologia RS-485 ou através de fibra ótica. 

   A versão DP-V0 foi criada em 1993, sendo a primeira das versões. Nela estão previstas apenas as comunicações cíclicas entre mestres e escravos. Neste caso, o mestre tem um tempo determinado de acesso ao escravo, sendo este o tempo que ele necessita de ter acesso a rede para obter dados ou fornecer dados. Este tempo tem que ser calculado para que a rede não permaneça indisponível por mais tempo que o necessário. Além disso, a versão DP-V0 prevê os diagnósticos de canal, módulo e estação. Como em uma mesma rede podem existir um único mestre ou vários mestres, foi necessário desenvolver um modo de compartilhar o acesso a rede entre os vários mestres. Para isso, foi desenvolvido o RingToken, uma espécie de troca de prioridade de acesso que ocorre entre os mestres.

   A versão DP-V1 prevê um novo tipo de comunicação, a comunicação acíclica entre os mestres e escravos. Esta nova comunicação apresenta uma menor prioridade. É realizada entre as estações de engenharia e os dispositivos para operação, parametrização, visualização e manipulação de alarmes. Dessa forma posso acessar qualquer escravo sem impedir que o mesmo continue a trocar informação com um CLP ou PC.

  A versão DP-V2 foi criada em 2002, sendo a mais recente das versões Profibus DP. Esta versão apresenta uma comunicação escravo-escravo que não existia nas outras versões. Desta forma, se determinada informação adquirido por um escravo é válida para outro, ela não precisa ser repassada ao mestre para depois continuar o percurso.Com esta tecnologia ocorre uma dimuição de até 90% no tempo de resposta. Além disso, a versão DP-V2 permite também uma melhor sincronização entre escravos e mestres, otimizando a comunicação entre os dispositivos. Esta versão pode ser empregada em barramento drive para o controle de sequências de movimento rápidas em eixos de direção.

Versões do Profibus-DP

Redes Industriais

   Este post é o primeiro de um conjunto de posts que farei sobre redes industriais. Meu objetivo através destes posts e do blog de uma forma mais geral é facilitar a vida de quem futuramente necessite de uma ajuda para estudar determinada matéria. Não existe coisa pior do que ter que ficar perdendo tempo juntando material na rede e  em diversos livros, não é? Pois então, eu fiz isso para você!

O assunto deste post faz parte da disciplina de redes industrais presente na grade de automação como eletiva.

O que é o Profibus? 

   Devido as diversas tecnologias de comunicação entre os equipamentos no ambiente industrial e a incompatibilidade entre muitas delas, os usuários de tais sistemas não podiam escolher os produtos que melhor atendiam suas exigências. Na verdade, tinham-se que se contentar com os produtos daquele determinado fabricante que adotava aquela rede específica. Além disso, não era possível utilizar diferentes redes em diferentes setores. Buscando resolver este problema, em 1986, os fabricantes europeus se uniram em busca de unificação nas formas de comunicação entre diversos dispositivos, como CNC, PLC, PC e outros mesmo que de fabricantes diferentes.
   Por volta de 1990, os diversos dispositivos já se comunicavam por protocolos padrões e Profibus era um deles. Baseado no protocolo SINEC L2 desenvolvido pela Siemens, o Profibus tornou-se uma das plataformas mais abertas do mundo.
   O Profibus é o mais famoso dos protocolos Fieldbus.Os Fieldbuses, ou barramentos de campo, são utilizados para interligar os vários dispositivos a nível chão de fábrica,podendo estes serem PLCs, válvulas, senosores, atuadores e etc. Eles vieram para substituir o sistema analógico de 4-20mA por um sistema digital, bidirecional, multiponto e serial. Sua função principal é interligar os dispositivos de campo a um sistema de automação e controle.Além disso, eles permitem que os elementos de campo sejam microprocessados e executem funções simples, como diagnóstico, manutenção e controle em si mesmos.A comunicação entre os elementos de campo passa a ser permitida em paralelo à comunicação das estações de engenharia com tais elementos. Como podemos notar, o Fieldbus não só substituiu o sistema analógico, mas também permitiu uma melhoria das funções e substituição do controle centralizado pelo distribuído. 
   Vale ressaltar que o fieldbus baseia nas camadas 1, 2 e 7 do modelo ISO/OSI e que as demais camadas foram retiradas para uma melhora no tempo de resposta.

   PROFIBUS é um padrão de rede de campo aberto e independente de fornecedores cuja aplicação está concentrada nas áreas de controle de processos, manufatura e automação predial. Esse padrão é garantido segundo as normas EN 50170 e EN 50254. Mundialmente, os usuários podem agora se referenciar a um padrão internacional de protocolo, cujo desenvolvimento vem trazendo redução de custos, flexibilidade, confiança, interoperabilidade e, com isso,eles podem ficar livres para escolherem os produtos que melhor atendem suas necessidades. Em termos de desenvolvimento, vale a pena lembrar que a tecnologia é estável, porém não é estática. Novas pesquisas continuam sendo realizadas a fim de adequar o padrão às necessidades do mercado.

Hoje, estima-se em mais de 20 milhões de nós instalados com tecnologia PROFIBUS e mais de 1000 plantas com tecnologia PROFIBUS PA. São mais de 2800 produtos e 2000 fornecedores,  atendendo às mais diversas necessidades de aplicações.

Existem três variações de Profibus: Profibus DP, Profibus PA, Profibus FMS.