Em mais um de seus projetos, a Agência para Pesquisa de Projetos de Defesa Avançados, DARPA, está financiando o desenvolvimento de um sensor para armas químicas baseado na nanoestrutura das asas das borboletas. O projeto será desenvolvido por um grupo de pesquisadores da Universidade de Exeter em parceria com a Universidade de Albany e com o Laboratório de Pesquisas da Força Aérea Americana.
O projeto é baseado em uma pesquisa publicada em 2007 que mostra que algumas partículas gasosas são capazes de alterar a estrutura das asas de borboletas, interferindo na forma como interagem com a luz e, portanto, na sua cor.
As cores das borboletas são devidas a combinação dos efeitos tridimensionais de tais estruturas com suas pigmentações. No entanto, o efeito produzido pelas estruturas são bem mais notáveis que os produzidos pelas pigmentações. O que acontece é que estas estruturas alteram a forma como a luz atravessa ou é refletida pelos materiais, sendo responsáveis pelas cores mais brilhantes presentes nos insetos.
Reprodução (theengineer)
Aplicando o princípio de funcionamento das cores estruturais, os pesquisadores tentarão desenvolver estruturas similares. Através de técnicas como litografia, eles desenvolverão estruturas orgânicas que mudarão de forma quando expostas a determinados compostos químicos. Desta forma, será possível desenvolver uma quantidade enorme de sensores químicos.
Uma revolução está ocorrendo diante de nossos olhos e nós não estamos notando. A fronteira entre os homens e as máquinas está cada dia mais estreita e devido ao seu crescimento progressivo não estamos nos dando conta.
Se olharmos em nossa volta, perceberemos que cada dia mais os sistemas automatizados fazem parte da nossa vida. Tomando como exemplo o segmento automotivo, nos últimos anos temos experimento tecnologias que tiram o controle dos carros de nossas mãos e transferem para máquinas. Como exemplo desta revolução, temos os sistemas de monitoramento de tráfego que ,através de radares, fazem uma varredura do ambiente ao nosso redor e ajustam a velocidade para valores mais apropriados. Desta forma, podemos guiar de uma forma mais eficiente economizando gasolina e diminuindo os riscos de acidentes. Para se ter uma idéia, a montadora Ford , através de um teste de consumo de combustível, chegou a marca de 20% de economia quando se dirige de forma mais eficiente, ou seja, freando e acelerando menos.
Em um futuro próximo, podemos vislumbrar um mundo em que não se perde tanto tempo no trânsito. Dados do Departamento de Estatística dos Estados Unidos demonstraram que os americanos gastam em média 100 horas anuais nos percursos de ida e volta para o trabalho. Para se ter uma idéia desse valor, basta levar em conta que é superior às férias anuais de duas semanas que eles recebem. Imagine agora, se eles pudessem deixar o controle por conta do próprio carro e pudesse realizar outras tarefas, tais como ler um livro ou dormir. O ganho em qualidade de vida seria enorme!
Para acelerar ainda mais esta revolução, a Agência de Pesquisa para Projetos Avançados de Defesa, a DARPA, está desenvolvendo competições com veículos totalmente autônomos. Os competidores têm que desenvolver carros que são capazes de percorrerem determinado percurso, em um ambiente de guerra civil, utilizando sistemas como GPS, frenagem automática e guia avançado de faixas. Ferramentas presentes em veículos comerciais.
Apesar de algumas pequenas batidas, em cada edição da competição os carros têm obtido avanços consideráveis. Para se ter uma idéia, em características como tempo de resposta e visão noturna os carros autônomos já se comportam melhor que nós humanos.
Figura 1. Carros Automatizados
Um robô dirigindo seu carro até que vai não é? E um realizando uma cirurgia em você? Pois este é o próximo passo da DARPA. Pensando na árduo tarefa dos cirurgiões, os quais têm que contar com toda precisão para realizar as incisões, os pesquisadores estão buscando desenvolver robôs cirurgiões. Na verdade, já existem mais de 850 hospitais pelo mundo que utilizam desta tecnologia, porém, neste caso, os cirurgiões não podem controlar remotamente estas máquinas. Já no projeto que será desenvolvido pela agência americana, as máquinas poderão ser controlados de qualquer lugar, deste que se tenha uma rede sem fio.
Os computadores trabalham através de simples operações envolvendo 0s e 1s ou presença e ausência de corrente. Após passar por vários níveis de abstração, estes dispositivos digitais fornecem a nós usuários informações mais próximas do entendimento humano, como imagens, vídeos, textos e etc. Um funcionamento simples e bastante efeciente, principalmente quando se trabalha com questões exatas.
Porém, nos dias de hoje, necessitamos cada vez mais de calcular probabilidades. Quando queremos determinar, por exemplo, quais chances de determinado usuário querer comprar um livro de ficção científica ou um de engenharia, trabalhamos com probabilidades, levando em conta as ações anteriores deste individuo. Algo que pode parecer simples é bastante trabalhoso para os computadores atuais, os quais são feitos para trabalhar com questões exatas.
Pensando nisso, pesquisadores do MIT estão desenvolvendo chips capazes de calcular probabilidades com muito mais agilidade que os chips atuais. Os pesquisadores esperam desenvolver com esta tecnologia chips que realizam a checagem de erros, podendo ser utilizados em dispositivos que vão desde câmeras a servidores.
Se tudo der certo,a Lyric pretende criar processadores que serão milhares de vezes mais efecientes quanto ao custo, tamanho e potência. Os primeiros chips já desenvoldidos são mais rápidos, cerca de 30 vezes menores e consomem 12 vezes menos energia. Apesar de a área de correção de erros não ser muito atraente, ela é uma área de extrema importância, pois as memórias flashs criadas atualmente não são 100% confiáveis. Isso significa que as informações armazenadas ou lidas a partir delas podem conter erros.
A maior parte dos 20 milhões de doláres recebidos como financiamento para as pesquisas vêm do Departamento de Defesa dos Estados Unidos. Esta pesquisa voltada para a área militar visa separar dos bits enviados através de redes de comunicação o que é informação e o que é ruído.
No entanto, a Lyric pretende expandir suas ações, aproveitando todos os problemas em que se tem várias opções e se deve fazer a melhor escolha.
O trabalho da empresa será difícil, ainda mais se tratando de um mundo em que todas as tecnologias funcionam em um mesmo padrão há décadas.
Pesquisadores da Universidade de Nottingham produziram transdutores tão pequenos que são impossíveis de serem vistos pelo olho humano. Para se ter uma idéia do tamanho deles, 500 dos mais pequenos podem ser colocados através da largura de um fio de cabelo.
Eles são capazes de produzir ultrassons de alta frequência que possuem comprimento de onda inferior ao comprimento da luz visível. Teoricamente, tais dispositivos são capazes de gerar imagens de objetos com uma resoluçao melhor do que a gerada por qualquer microscópio óptico. Isto ocorre porque quanto menor o comprimento de onda, menores são os objetos que você consegue observar e melhor é a resolução.
Os microscópios ópticos utilizam a luz visível para gerar imagens, trabalhando em comprimentos de onda em torno de 500 nm. Já os transdutores desenvolvidos pelos pesquisadores serão capazes de gerar comprimentos de 100 nm. Dessa forma, seremos capazes de visualizar objetos cinco vezes menores que as que visualizávamos com o microscópio óptico.
Os transdutores são constituídos por duas superfícies refletores em suas extremidades e por uma superfície transparente no meio, formando uma espécie de sanduíche. Quando atingidos por lasers, estes dispositivos são capazes de emitir ultrassons que se caracterizam pela alta frequência e pequeno comprimento de onda.
Os pesquisadores esperam poder usar esta tecnologia para conseguirem em um futuro próximo realizarem ultrasonografia de órgãos e ajudar os médicos a diagnosticarem doenças como o câncer de ossos antes que já tenham afetado grande parte do organismo. Isto seria possível, porque segundo os pesquisadores, enquanto que as ultrassonografias atuais conseguem detectar objetos de alguns milímetros, com a nova tecnologia detectaríamos objetos até 10.000 vezes menores. Incrível não é ?!
Porém, para conseguir alcançar os objetivos, os pesquisadores terão que vencer a atenuação,que se caracteriza pelo enfraquecimeto do sinal ao percorrer distâncias. O que ocorre é que quanto menor o comprimento de onda, mais o sinal fica afetado pela atenuação, impedindo que seja possível se observar através de muitos objetos.
Sabe aquele MP3 que vira e mexe está sempre descarregando nas horas erradas, quando você mais gostaria de estar escutando sua música favorita. Pois então, imagine agora que fosse possível através dos seus movimentos e do calor de seu organismo gerar energia elétrica suficiente para mantê-lo funcionando e até mesmo recarregá-lo. Pensando nisso e em outras aplicações, como por exemplo os sistemas de monitoramento de saúde sem fio, pesquisadores da Universidade de Southampton estão desenvolvendo um tecido especial, capaz de gerar energia elétrica a partir dos movimentos e do calor de nosso organismo.
Os tecidos inteligentes serão fabricados através de um processo de impressão rápida onde filmes de materiais piezoelétricos e termoelétricos são acoplados aos tecidos convencionais, tornando-os capazes de captar e transmitir energia elétrica para utilizações potenciais.
Para a fabricação dos filmes piezoelétricos, materiais que são capazes de gerar energia elétrica a partir de algum esforço aplicado sobre eles, os pesquisadores apostam na utilização de polímeros com materiais cerâmicos adicionados a eles.
Já o filme termoelétrico será confeccionado com a utilização de dois semicondutores acoplados, um do tipo p e outro do tipo n. Dessa forma, explorando o efeito Seebeck será possível gerar eletricidade através de uma diferença de temperatura entre eles.
O objetivo dos pesquisadores é conseguir confeccionar tecidos que apesar de terem sido modificados, continuem agradáveis, não se tornem duros.
Porém, as altas temperaturas necessárias no processo de impressão rápida dos filmes sobre o tecido constituem um grande desafio que tem de ser superado para que as roupas inteligentes possam ser confeccionadosdos. utilizando diversos tipos de tecidos.
Não é de hoje que vários obras da engenharia são inspiradas em modelos biológicos, podemos citar ,entre os vários exemplos, as roupas de natação feitas com materiais que se assemelham à pele dos tubarões, reduzindo assim o atrito com a água. Existe até uma disciplina especialmente criada para estudar os sistemas biológicos e através do entendimento dos mesmos buscar analogias com possíveis aplicações na engenharia, a biomimética. O motivo para tamanho interesse na natureza está nos milhões de anos de evolução que promoveram o desenvolvimento de sistemas adaptados, ágeis e com um consumo mínimo de energia.
Utilizando da biomimética, um grupo de pesquisadores da Suiça está desenvolvendo veículos voadores que possuem a forma de peixes. Dessa forma, eles buscam fazer uma analogia da aerodinâmica dos peixes nas profundezas dos oceanos com os vôos de tais veículos no ar, aproveitando-se da eficiência energética dos peixinhos, em torno de 70%, para resolver os problemas de consumo de combustíveis na aviação, que têm uma eficiência energética em torno de 30%.
O projeto do grupo de pesquisadores se baseou em um veículo voador constituído por 3 segmentos conectados através de polímeros eletroativos( do inglês EletricActive Polymers-EAPs), materiais inovadores que são capazes de transformar a energia elétrica em alterações em sua forma e/ou dimensões. Como estes materiais são semelhantes aos plásticos, borrachas é possível construir músculos artificiais leves, baratos e energicamente eficientes. Os EAPs seriam responsáveis pelas contrações e distenções, fazendo com que o veículo se encurve e movimente para a frente de forma análoga à um peixe.
Figura 1. Protótipo
Dessa forma, os pesquisadores conseguiram obter um balão em forma de peixe capaz de voar por até 20 minutos em uma velocidade de 0.5 m/s com uma eficiência energética de cerca de 70% e sem praticamente nenhum ruído. É claro que eles estão bem distantes de valores que possibilitem uma aplicação comercial, mas eles dizem estar confiantes com o dia em que todos olharemos para os céus e veremos vários aviões com formatos de peixes. Fica a dúvida se eles realmente chegaram lá.
Atualmente, quando um avião passa por manutenção, todos os itens devem ser checados em busca de erros, fazendo com que a manutenção seja lenta e bastante despendiosa. Estima-se que cerca de 22% de todas as despesas de tais aeronaves por hora de vôo estejam concentradas nos processos de manutenção.
Buscando mudar este cenário, a empresa EADS busca equipar as aeronaves com sensores wireless, de forma que seja possível obter informações importantes em tempo vôo tais como esforço a qual esta submetida a fuselagem e quais são os componentes que necessitam de manutenção. Dessa forma, ao invés de se checar cada componente em busca de erros, o próprio avião, através dos sensores, informaria quais são as manutenções necessárias.
Para desempenhar uma função tão crucial como esta e em locais, como por exemplo as pontas das asas, onde cabos não podem ser instalados e as bateriais teriam um tempo de vida limitado,a EADS está desenvolvendo sensores wireless auto-suficientes e confiáveis. Tais sensores são capazes de transformar o fluxo de calor em energia elétrica com a ajuda de um gerador termoelétrico.
O princípio de funcionamento do gerador termoelétrico está baseado no efeito de Seebeck, através do qual é possível, utilizando componentes de semicondutores, produzir a partir de gradientes de temperatura uma corrente elétrica. Como em aviões os gradientes de temperatura são enormes, já que externamente temos temperaturas de -20°C a -50°C e internamente temperaturas em torno de 20°C, tal mecanismo é perfeito.
A EADS também desnevolveu um mecanismo de gerenciamento de potência, através do qual mantém os níveis de tensão em faixas aceitáveis para os sensores. O sistema é capaz também de armazenar energia, sendo possível superar regiões onde não ocorra a produção de energia.
Os testes realizados em câmaras climáticas têm demonstrado a aplicabilidade dos sensores, sendo a geração de energia e o armazenamento suficientes para um funcionamento seguro dos mesmos.A empresa EADS busca agora realizar testes em vôos e busca por alternativas para a instalação dos sensores em regiões críticas, tais como as turbinas. Aplicações de sensores com funcionamento análogo pela industria automotiva também vem sendo estudado.
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