Inovação Tecnologica

Campos da luz

A luz é uma onda contendo tanto campos elétricos quanto magnéticos, mas quando essas ondas atingem a matéria é quase impossível detectar diretamente o efeito muito mais fraco do componente magnético.

Agora, dois grupos de pesquisa independentes demonstraram que uma minúscula sonda metálica interage fortemente com o campo magnético de ondas de luz presas em uma espécie de "caixa" semicondutora, permitindo sua medição direta pela primeira vez.

Conforme descrito em um par de artigos no exemplar de 17 de Setembro da Physical Review Letters, a técnica poderá ser usada para medir as propriedades magnéticas de alta frequência de objetos em escala nanométrica, ou para mapear o campo magnético no interior dos chamados metamateriais, que podem controlar a luz de maneiras inusitadas.

Interação entre luz e matéria

Quando a luz interage com a matéria, o resultado dominante é frequentemente um "chacoalhão" dos elétrons para cima e para baixo em resposta ao campo elétrico. Essa interação é aproximadamente 10.000 vezes maior do que a ação "rodopiante" do campo magnético de uma onda de luz.

A situação é diferente com os metamateriais, que contêm componentes minúsculos, como anéis metálicos, que são frequentemente ajustados para apresentar uma resposta otimizada aos campos magnéticos. Graças a essa sensibilidade, a luz que viaja através de um metamaterial pode se curvar de maneiras inusitadas, viabilizando dispositivos como lentes perfeitas e mantos da invisibilidade.

Anteriormente, os pesquisadores podiam medir a interação magnética entre a luz e alguma forma de matéria apenas subtraindo a interação elétrica dominante a partir do efeito total da luz.

Microcavidade de cristal fotônico

Agora, dois grupos experimentalistas conseguiram isolar diretamente o efeito do campo magnético. Eles trabalharam com um tipo de dispositivo bidimensional chamado microcavidade de cristal fotônico.


O cristal é fabricado perfurando-se pequenos orifícios ordenados em uma fina tira de material semicondutor, criando uma espécie de microcartão perfurado. A cavidade é feita deixando uma pequena região sem perfurações e fazendo a rede de buracos ao seu redor funcionar como paredes espelhadas que mantêm a luz infravermelha circulando ao redor da cavidade como se fossem ondas estacionárias.

Nos últimos anos, pesquisadores vêm caracterizando a luz aprisionada em cavidades fotônicas colocando a ponta afilada de uma fibra óptica a poucos nanômetros da superfície. Esta sonda perturba o campo elétrico e muda a luz aprisionada para comprimentos de onda mais longos.

Os novos experimentos usaram uma fibra óptica com a ponta recoberta por uma fina camada de alumínio, exceto sua extremidade final. Esse "tubo" de metal funciona como um anel de algumas centenas de nanômetros de diâmetro.

Deslocamento para o azul

As duas equipes ficaram inicialmente surpresas ao descobrir que esses anéis metálicos causam um deslocamento para o azul da luz aprisionada.

Mais tarde eles perceberam que, segundo a eletrodinâmica clássica, o campo magnético oscilante da luz induz uma corrente no anel metálico, que por sua vez cria um campo magnético secundário que aponta na direção oposta à da direção do campo original.

Este campo secundário anula uma parte do campo magnético no interior da cavidade e, assim, reduz o volume disponível para a luz aprisionada. Menos volume significa comprimentos de onda menores, mais azuis.

"É como tocar guitarra", diz Tobias Kampfrath do Instituto FOM de Física Atômica e Molecular (AMOLF), em Amsterdã. "Se você coloca cordas mais curtas na guitarra, os comprimentos de onda ressonante também diminuirão."

A equipe de Kampfrath foi capaz de medir uma mudança para o azul de cerca de 0,03 por cento. Seu grupo combinou esse resultado com uma estimativa para o campo magnético máximo da cavidade para obter as propriedades magnéticas do seu nanoanel metálico.

Os resultados coincidem com as expectativas teóricas.

Assim, os autores sugerem que esse método poderia ser usado para medir a resposta magnética de outros pequenos objetos, como os nanotubos de carbono ou mesmo átomos individuais. Eles também realizaram recentemente uma variante deste experimento, no qual usaram uma ponta com um anel aberto para estudar o campo magnético da luz em propagação, não aprisionada.

Mapa do campo magnético

O experimento do outro grupo foi similar, exceto que eles recolheram diferentes informações da interação magnética. Em vez de medir as propriedades do anel, Silvia Vignolini e seus colegas movimentaram sua ponta óptica revestida de metal sobre a superfície do cristal fotônico para construir uma imagem mostrando os padrões espaciais do campo magnético.

"A imagem em si é linda," diz Claus Ropers, da Universidade de Göttingen, na Alemanha, "mas o avanço verdadeiro destes trabalhos está na extração quantitativa e no potencial de controle sobre as interações magnéticas locais e a intensidade do acoplamento."

Harald Giessen, da Universidade de Stuttgart, compara as experiências com o trabalho de Heinrich Hertz, no final do século 19, que usou uma antena em formato de anel para mapear os campos magnéticos das ondas de rádio.

Giessen acredita que estas novas técnicas de sondagem provarão ser muito úteis na fabricação de novos dispositivos ópticos.

Foi apenas em 2009 que os cientistas construíram pela primeira vez um sensor para visualizar o magnetismo da luz.

Cientistas europeus disponibilizaram gratuitamente um software desenvolvido com o objetivo de garantir que os dados armazenados digitalmente sejam preservados, acessados e compreendidos no futuro, sobrevivendo às contínuas mudanças tecnológicas.

Preservação do conhecimento

A ferramenta é resultado do CASPAR (Cultural, artistic and scientific knowledge preservation, for access and retrieval - preservação do conhecimento cultural, artístico e científico para o acesso e recuperação), um projeto que consumiu 8,8 milhões de euros de investimentos dentro do programa europeu Agenda Digital.

Os grandes volumes de dados eletrônicos, incluindo registros oficiais, arquivos históricos e resultados de pesquisas científicas estão se tornando ilegíveis ou correndo o risco de serem perdidos não apenas porque as novas tecnologias não conseguem lê-los, mas também porque os usuários não conseguem entender a informação.

O objetivo do novo software de código aberto é eliminar esse problema de uma vez por todas, "por um futuro indefinido", afirmam os pesquisadores.

Bases de dados do passado guardavam os registros em formatos diferentes e com precisão diferente das atuais, e as bases de dados do futuro também evoluirão com as necessidades e terão formatos diferentes dos atuais.

Por exemplo, os sinais da influência humana sobre o aquecimento global estão sendo coletados há várias décadas. Apesar da evolução das tecnologias de gravação de dados - dos cartões perfurados e das fitas magnéticas até os inúmeros servidores da computação em nuvem - é crucial para o progresso científico que esses dados sejam inteiramente acessíveis e possam ser diretamente comparados com os dados coletados no futuro.

Descrição dos dados


Com problemas como este em mente, os pesquisadores do CASPAR criaram uma ferramenta é capaz de descrever todos os tipos de dados para que os números possam ser extraídos no futuro - o equivalente a ser capaz de imprimi-los hoje.

O programa também garante que os números e os relacionamentos entre eles possam ser entendidos e manipulados em qualquer software, e para qualquer pesquisa que os cientistas possam querer.

As técnicas foram amplamente utilizadas e testadas com sucesso com diferentes tipos de dados científicos, culturais e artísticos, que serviram para validar a técnica.

O programa pode ser baixado gratuitamente no site do projeto CASPAR, no endereço www.casparpreserves.eu.

Pesquisadores da Grécia estão desenvolvendo novas formas de aproveitar a farta energia solar disponível no país.

Atualmente, tentam incrementar uma bolsa equipada com um painel solar que já está a venda nos Estados Unidos de forma a transformá-la em uma mini-usina e antena de transmissão.

Cientistas gregos agora trabalham em uma fina película que pode gerar e conduzir eletricidade e ser aplicada sobre capas plásticas comuns.

Eles esperam que o produto revolucione redes sem fio portáteis.

Uma simples bolsa poderia ser transformada em bateria e antena para um sistema sem fio.

Mas entre as dificuldades que a pesquisa enfrenta está a crise econômica na Grécia, que tem levado muitos pesquisadores a deixar o país.

Uma equipe de caçadores de planetas liderada por astrônomos da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, e da Instituição Carnegie, de Washington, anunciaram a descoberta de um exoplaneta situado na "zona habitável" em volta de sua estrela.

O planeta, com três vezes a massa da Terra, orbita uma estrela relativamente próxima, a uma distância que o coloca bem no meio da zona habitável - a região cujas temperaturas permitem a existência de água líquida na superfície do planeta.

Exoplaneta habitável

Se as observações iniciais forem confirmadas, este pode ser o exoplaneta mais parecido com a Terra já descoberto e o primeiro forte candidato para ser potencialmente habitável.

Para os astrônomos, um planeta "potencialmente habitável" é um planeta capaz de sustentar a vida, mas não necessariamente seria algo que os humanos considerariam um lugar agradável para viver.

A habitabilidade depende de muitos fatores, mas a água líquida e uma atmosfera estão entre os mais importantes.

"Nossos resultados oferecem um caso muito convincente para um planeta potencialmente habitável," disse Steven Vogt, membro da equipe. "O fato de termos sido capazes de detectar esse planeta tão rapidamente e tão perto nos diz que planetas como este devem ser muito comuns."

Sistema Gliese 581

O planeta foi encontrado ao redor da mesma estrela onde já havia sido encontrado o exoplaneta mais parecido com a Terra até então.

Os cientistas descobriram na verdade dois novos planetas ao redor da estrela Gliese 581, elevando o total de planetas no sistema para seis.

A estrela Gliese 581 está localizada a 20 anos-luz de distância da Terra, na constelação de Libra.

Dois planetas detectados anteriormente em torno da estrela ficam nas bordas da zona habitável, um no lado quente (planeta 581c) e outro no lado frio (planeta 581d). Embora alguns astrônomos ainda acreditem que o planeta 581d possa ser habitável se ele tiver uma atmosfera densa, com um forte efeito estufa para aquecê-lo, outros são céticos.

Já o recém-descoberto Gliese 581g fica exatamente entre os outros dois, em um ponto muito interessante, bem no meio da zona habitável.

Gliese 581g


O Gliese 581g tem uma massa de três a quatro vezes a da Terra e um período orbital de menos de 37 dias. Sua massa indica que ele é provavelmente um planeta rochoso, com uma superfície definida e com uma gravidade suficiente para reter uma atmosfera.

O planeta 581g tem uma posição fixa em relação à estrela, o que significa que um lado está sempre voltado para a estrela, em um dia eterno, enquanto o lado está voltado para longe da estrela, em perpétua escuridão.

Segundo os pesquisadores, a zona mais habitável na superfície do planeta seria a linha entre a sombra e a luz, que apresentaria uma temperatura média, estimada entre -31 e -12 graus Celsius.

Se o Gliese 581g tiver mesmo uma composição rochosa semelhante à da Terra, seu diâmetro seria de cerca de 1,2 a 1,4 vez o da Terra. A gravidade seria a mesma ou ligeiramente maior que a da Terra.

Vida fora da Terra

Os astrônomos estão surpresos com a rapidez com que estão sendo encontrados planetas com capacidade de sustentar vida.

Há poucos anos, falar de planetas habitáveis ao redor de outras estrelas era sinônimo de falar de alienígenas - daí para ETs e discos voadores era uma questão de alguns cochichos, o que poderia arruinar a carreira de um cientista.

"Se eles fossem raros, não deveríamos ter encontrado um de forma tão rápida e tão perto," disse Vogt. "O número de sistemas com planetas potencialmente habitáveis é provavelmente da ordem de 10 ou 20 por cento, e quando você multiplica isso por centenas de bilhões de estrelas só na Via Láctea, isto dá um número grande. Pode haver dezenas de bilhões desses sistemas em nossa galáxia."

As descobertas mais recentes já deram aos cientistas o embasamento e a coragem suficientes para falar de vida fora da Terra. Mas, por enquanto, eles afirmam que essa vida deve estar na forma de extremófilos, organismos muito simples, capazes de viver em condições ambientais extremas em relação ao clima da Terra.

Mas, se os cálculos indicam números tão elevados de planetas habitáveis dispersos apenas em nossa galáxia, também esse discurso logo poderá ser atualizado.

A NASA anunciou ter fabricado uma espécie de unobtainium, um material não-natural ultra resistente, e que será usado para a construção do telescópio espacial James Webb.

A palavra unobtainium ficou famosa com o filme Avatar, denominando o mineral extraído da lua Pandora. A palavra é uma espécie de trocadilho, significando algo que não se pode obter, devidamente latinizado, para lembrar o nome de alguns elementos químicos.

Chassi do telescópio

Como a necessidade gera a inovação, os engenheiros do Centro de Voos Espaciais Goddard tiveram que se virar quando receberam a encomenda para fabricar o esqueleto principal do telescópio James Webb.

Assim como um chassi suporta o motor e os demais componentes de um carro, o Módulo Integrado de Instrumentos Científicos (ISIM: Integrated Science Instrument Module), vai sustentar quatro instrumentos extremamente sensíveis, equipamentos eletrônicos e outros sistemas do próximo telescópio espacial.

Os cientistas projetaram o ISIM para suportar condições que nenhum material conhecido poderia oferecer. Assim, trabalhando literalmente a partir do zero, os engenheiros da NASA tiveram que criar um material compósito nunca antes fabricado.

Alinhamento perfeito

Para verificar se tiveram sucesso, o quadro foi testado durante 26 dias em uma câmara criogênica usada para simular as condições do espaço que o telescópio terá que suportar em sua órbita a 1,5 milhão de quilômetros da Terra.

Na verdade a estrutura sobreviveu a uma temperatura bem mais baixa do que o necessário, alcançando 27 Kelvin (-246 graus Celsius), mais frio do que a superfície de Plutão.

"Esta é a primeira grande estrutura espacial, colada e feita de compósito, a ser exposta a um ambiente tão severo," disse Jim Pontius, engenheiro-chefe do projeto.

A estrutura deve ser extremamente estável para que os instrumentos científicos, que ficarão fixadas nela, permaneçam perfeitamente alinhados e recebam a luz captada pelo telescópio de 6,5 metros. Se a estrutura encolher ou sofrer qualquer distorção não prevista, devido ao frio, os instrumentos saem da posição e não conseguem mais coletar os dados.

Enquanto a tolerância prevista, muito mais rígida do que a que foi exigida quando da construção do Telescópio Espacial Hubble, era de 500 micrômetros, o quadro encolheu apenas 170 micrômetros, provando que o unobtainium fabricado pelos engenheiros superou largamente as expectativas.

Obtendo o unobtainium
NASA criou
Se tudo correr dentro do previsto, o telescópio espacial James Webb será lançado em 2014.


O primeiro desafio enfrentados pela equipe foi identificar um material estrutural capaz de garantir o alinhamento preciso dos instrumentos, ser estável e ainda sobreviver às forças gravitacionais extremas experimentadas durante o lançamento.

Uma pesquisa exaustiva na literatura técnica, em busca de um possível candidato, não resultou em nada, deixando a equipe com uma única alternativa - desenvolver um material totalmente novo, que foi prontamente chamado de unobtainium, um termo de resto usado há décadas pelos engenheiros para se referir a algo inexistente ou impossível de obter com a técnica atual.

Usando modelos matemáticos, a equipe descobriu que, com a combinação de dois materiais compósitos conhecidos, era possível criar um composto de fibra de carbono e resina de éster-cianato que seria ideal para fabricar os tubos quadrados da estrutura, que medem 75 milímetros de diâmetro.

Mas restava um problema: como unir os tubos. De volta aos modelos matemáticos, a equipe descobriu que poderia unir as peças utilizando uma combinação de encaixes de liga de níquel, clipes e placas de compósito com formatos precisos, devidamente coladas com um processo que também teve que ser desenvolvido.

Embora a opinião dos modelos matemáticos tenha sido um má notícia em termos de engenharia - porque diferentes materiais reagem diferentemente a mudanças de temperatura - o resultado mostrou que o sistema de junção distribuiu perfeitamente as cargas, mantendo a estabilidade do quadro.

Mais testes

O ISIM agora será usado para testar outros sistemas do telescópio James Webb, incluindo a estrutura dos 18 segmentos do espelho primário. Cada sistema será montado na estrutura e tudo será novamente mergulhado no tanque criogênico, para que cada segmento possa ser aprovado antes da montagem final do telescópio.

Se tudo correr dentro do previsto, o telescópio espacial James Webb será lançado em 2014.

Cientistas conseguiram produzir bichos-da-seda transgênicos capazes de produzir seda de aranha.

Embora seja um objetivo longamente perseguido pelos cientistas, até hoje apenas pequenas quantidades de teia de aranha haviam sido produzidas em laboratório.

Como utiliza o bicho-da-seda como matriz, que é objeto de exploração industrial, o novo processo tem potencial para ser usado em larga escala.

Teia de aranha artificial

As teias de aranha naturais têm várias propriedades físicas únicas, incluindo uma elasticidade e uma resistência à tração significativamente superior à dos fios do bicho-da-seda.

Segundo os pesquisadores, a seda de aranha artificial, produzida pelos bichos-da-seda transgênicos, apresenta propriedades de força e flexibilidade similares à seda de aranha natural.

"Esta pesquisa representa um avanço significativo no desenvolvimento de fibras de seda aprimoradas tanto para aplicações médicas quanto não-médicas," afirma Malcolm J. Fraser, coordenador da equipe. "A produção de fibras de seda com as propriedades da teia da aranha tem sido uma das metas mais importantes na ciência dos materiais."

Bicho-da-seda transgênico

A fabricação da teia de aranha pelo bicho-da-seda foi possível graças a uma técnica chamada piggyBac, desenvolvida por Fraser. PiggyBac é um pedaço de DNA, conhecido como transpóson, capaz de se inserir no mecanismo genético de uma célula.

Os cientistas manipularam geneticamente os bichos-da-seda para que eles incorporassem DNAs específicos extraídos das aranhas.
Bichos-da-seda transgênicos produzem teia de aranha artificial
Apesar de apresentarem uma resistência superior à do aço,as sedas são materiais biológicos - elas se biodegradam com facilidade, o que impõe limites ao seu uso.

Quando esses bichos-da-seda transgênicos tecem seus casulos, a seda produzida por eles não é a seda de um bicho-da-seda comum, mas uma combinação de seda de bicho-da-seda e seda de aranha.

A proteína de seda geneticamente modificada produzida pelos bichos-da-seda transgênicos melhorou consideravelmente a elasticidade e a força dos seus fios, fazendo-os aproximar-se da qualidade da seda natural de aranha.

Aplicações das teias de aranha artificiais

As fibras de seda de aranha têm inúmeras aplicações biomédicas em potencial, tais como fios de sutura mais finos e mais resistentes, curativos e suportes para a recuperação ou a substituição de tendões e ligamentos.

Como são extremamente resistentes, os pesquisadores apontam também para a possibilidade de uso das teias de aranha artificiais como material estrutural, em roupas à prova de balas, tecidos estruturais, roupas para atletas e até melhores airbags para automóveis.

Apesar de apresentarem uma resistência superior à do aço, contudo, as sedas são materiais biológicos - formados essencialmente por proteínas - o que significa que elas se biodegradam com facilidade, o que impõe limites ao seu uso.


A pesquisa incluiu colaboradores da Universidade de Notre Dame, da Universidade de Wyoming e da empresa Biocraft Kraig Laboratories.

Robô para deficientes

O médico japonês Eiichi Saito afirma que o primeiro par de pernas robóticas capaz de fazer pessoas paralisadas da cintura para baixo voltarem a andar deve ficar pronto em dezembro.

A fase de testes do equipamento está sendo concluída. Com ele, deficientes físicos podem andar com as pernas mecânicas, controlando os movimentos por meio de botões.

As pernas têm seis motores: nos tornozelos, nos joelhos e na cintura. Depois que ele é acoplado ao corpo, o usuário pode escolher o tamanho da passada e a velocidade.

Tecnologia automotiva


Saito trabalha na máquina há dez anos. O mais difícil, segundo ele, foi obter o equilíbrio, de forma que a pessoa pudesse andar sem tropeços.

Para resolver o problema, Saito trabalhou com uma empresa de autopeças.

O arquiteto Takanori Kato participa dos testes há três anos. Paralisado da cintura para baixo por causa de um acidente de snowboard, Kato já consegue andar 500 metros.

A expectativa da equipe é começar a alugar o equipamento para hospitais do Japão dentro de um ano.

O protótipo permitirá, inclusive, a realização de movimentos complexos como subir e descer escadas.