ENERGIA

 

Finalmente um recarregador sem fio sem frescuras

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/03/2022

Basta colocar o aparelho dentro da área de recarregamento - em qualquer posição.

[Imagem: Aalto University]

Recarregador em qualquer posição

No ano passado, pesquisadores da Universidade de Aalto, na Finlândia, apresentaram um carregador à distância que recarrega aparelhos em movimento.

Agora eles acreditam estar mais próximos de levar essa tecnologia - e esse conforto - para as casas dos usuários.

Eles usaram a parte omnidirecional do seu sistema de recarregamento para criar um novo sistema de carregamento sem fios recarrega com eficiência aparelhos colocados em qualquer lugar dentro de um anel ao seu redor.

Os sistemas atuais transferem energia em uma direção específica ou para uma posição específica. Ao fornecer um campo de carregamento em forma de anel, o novo sistema oferece um design mais conveniente e confiável.

O principal desafio na criação de um carregador omnidirecional é que a força do campo de carregamento muda com a localização. Isso significa que os aparelhos serão carregados de forma ineficiente se estiverem no local errado ou não estiverem orientados corretamente. Todas as soluções propostas até agora para essa deficiência são complexas a ponto de não serem práticas para produtos de consumo.

"Nós nos propusemos a criar um sistema simples e de baixo custo, usando apenas uma única fonte de energia," disse Nam Ha-Van, que liderou este desenvolvimento.

A tecnologia se baseia em uma bobina com seções em sentidos inversos.

[Imagem: Nam Van Ha et al. - 10.1109/TIE.2022.3151961]

Em qualquer posição e em movimento

A chave para o sucesso do novo carregador omnidirecional é uma bobina de alimentação cilíndrica. O fio na parte superior da bobina é enrolado na direção oposta ao fio na parte inferior da bobina, com uma ponte em forma de Z conectando as duas seções.

Como a corrente flui através desses enrolamentos em direções opostas, eles produzem campos magnéticos complementares. Um campo flui do meio da bobina cilíndrica, ao redor do enrolamento superior e volta pelo topo; o outro flui para fora pelo meio, ao redor da bobina inferior e de volta pela parte inferior.

Isso resulta em um campo magnético uniforme em torno do meio da bobina de carregamento. Os aparelhos colocados em qualquer lugar dentro dessa área carregam com eficiência, independentemente de sua posição ou orientação.

A equipe agora pretende integrar sua solução anterior, que permite recarregar aparelhos em movimento, com esta nova, que leva energia para aparelhos em qualquer posição, criando um produto que resolva diferentes questões do recarregamento sem fios: Liberdade de movimento, para aplicações industriais, e colocação livre, para aparelhos de consumo.

Bibliografia:

Artigo: Cylindrical Transmitting Coil for Two-Dimensional Omnidirectional Wireless Power Transfer

Autores: Nam Van Ha, Yining Liu, Prasad Kumara Sampath Jayathurathnage, Constantin Simovski, Sergei Tretyakov

Revista: IEEE Transactions on Industrial Electronics

DOI: 10.1109/TIE.2022.3151961

 Mecânica

Levitação magnética simula ausência de gravidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/12/2021

Esquerda: Esquema do sistema de levitação magnética. À direita: Gráfico de contorno da energia de retenção de uma amostra de água colocada no campo magnético, mostrando o tamanho e a forma da região onde a gravidade equivale a 1% da gravidade da Terra.
[Imagem: Hamid Sanavandi et al. - 10.1038/s41526-021-00174-4]

Levitação magnética

A levitação magnética pode ser forte e controlável o suficiente para simular o ambiente de microgravidade do espaço e de corpos celestes como a Lua e Marte.

É claro que a levitação magnética é forte o suficiente para levitar trens, grandes equipamentos industriais e até caixas de câmbio de carros, mas nesses casos estão envolvidos dois polos magnéticos se opondo, um no trilho e outro no próprio trem.

Hamid Sanavandi e Wei Guo, da Universidade Estadual da Flórida, estão trabalhando com a levitação magnética "livre", em que os objetos podem ser suspensos no ar e manipulados.

Já existem simuladores de microgravidade baseados em levitação magnética, e vários protótipos já demonstraram sua capacidade de levitar organismos vivos sem causar danos a eles. Eles têm como vantagens a possibilidade de ajustar a força exata da gravidade e funcionar de modo praticamente ilimitado no tempo.

O inconveniente é que a levitação magnética só havia conseguido criar até agora uma gravidade baixa e sobre um volume muito pequeno. Por exemplo, quando o aparelho é ajustado para imitar um ambiente com cerca de 1% da gravidade da Terra, o volume funcional é de apenas alguns poucos microlitros, o que é muito pequeno para experimentos práticos.

Simulador de microgravidade por levitação magnética

Sanavandi e Guo venceram esse desafio adaptando o eletroímã para gerar uma força de levitação uniforme que equilibra inteiramente a força gravitacional da Terra - o aparato consegue gerar uma força equivalente a 100% da força g - e ele faz isso em um volume muito maior.

A técnica produziu um volume funcional sem precedentes, de mais de 4.000 microlitros em uma bobina compacta, com um diâmetro de apenas 8 cm. Quando a corrente elétrica na bobina é reduzida para emular a gravidade em Marte, que equivale a 0,38g, o volume funcional supera os 20.000 microlitros, ou cerca de 20 cm3.

O avanço foi obtido usando uma bobina de Maxwell de gradiente de campo no interior do furo central de 120 mm de um ímã supercondutor - esta configuração foi proposta pelo físico James Clark Maxwell no século 19 para produzir gradientes de campo uniformes no diâmetro.

A levitação magnética sempre foi vista como a opção mais barata em termos de simulação de ausência de gravidade, e o uso do supercondutor não foi capaz de tirar completamente essa vantagem. Segundo Sanavandi, isso deve ao fato de que seu simulador de microgravidade pode ser fabricado usando supercondutores já existentes no mercado, conhecidos como ReBCO (óxido de cobre e bário derivado de terras raras).

O volume útil da câmara de microgravidade é 1.000 vezes maior do que havia sido alcançado até agora.
[Imagem: Hamid Sanavandi et al. - 10.1038/s41526-021-00174-4]

Usos para levitação magnética

A redução da gravidade afeta os organismos biológicos de várias maneiras. Entre os efeitos conhecidos está a inibição do crescimento celular, levando a uma perda de massa óssea e muscular suficiente para prejudicar a saúde dos astronautas. Em sistemas físicos, a microgravidade pode afetar as bolhas de cavitação, a transferência de calor em fluidos e a dinâmica de espalhamento de propelentes criogênicos nas espaçonaves. Na pesquisa de materiais, os efeitos da redução da gravidade incluem mudanças na maneira como os cristais crescem e as ligas metálicas se formam.

Pesquisar isso hoje exige mandar as amostras para o espaço, o que é caro e demorado. Existem alternativas, como fazer os experimentos dentro de um foguete de sondagem ou em um avião em voo parabólico, mas nenhum deles é perfeito para os experimentos de laboratório, que tipicamente precisam ser repetidos à exaustão. Assim, praticamente a única alternativa que resta são as torres de queda livre, mas que são caras de construir.

Assim, a simulação de microgravidade por levitação magnética se coloca agora como uma alternativa real e prática, ao alcance da maioria dos laboratórios ao redor do mundo, permitindo realizar uma variedade de experimentos de física, medicina e biologia com vistas a futuras missões espaciais.

"O fato de que nosso projeto SLM [Simulador de baixa gravidade por Levitação Magnética] oferece um volume funcional cerca de três ordens de magnitude maior do que o solenoide SLM convencional torna-o uma virada de jogo no campo de pesquisa de baixa gravidade," disse Guo. "Quando este projeto SLM é usado para emular gravidades reduzidas em ambientes extraterrestres, como na Lua ou em Marte, o volume funcional resultante é grande o suficiente para acomodar até mesmo plantas pequenas, tornando esta uma ferramenta interessante para pesquisas médicas e de biologia."

• Veja também pesquisas com outras formas de levitação.

Bibliografia:

Artigo: A magnetic levitation based low-gravity simulator with an unprecedented large functional volume
Autores: Hamid Sanavandi, Wei Guo
Revista: Microgravity
Vol.: 7, Article number: 40
DOI: 10.1038/s41526-021-00174-4

 

Não conseguiremos controlar computadores superinteligentes

Com informações do MPIB - 12/01/2021

Há tempos se discute os perigos que a Inteligência Artificial trará à humanidade.
[Imagem: Manuel Alfonseca et al. - 10.1613/jair.1.12202]

Inteligência que supera os criadores

Suponha que alguém programe um sistema de inteligência artificial (IA) com uma inteligência superior à dos humanos, para que ele possa aprender de forma independente.

Conectada à internet, a IA poderia ter acesso a todos os dados da humanidade e então tentaria otimizar tudo; ela poderia substituir todos os programas existentes e assumir o controle de todas as máquinas online em todo o mundo, para que tudo funcionasse da forma mais eficiente possível.

Isso produziria uma utopia ou uma distopia? A IA encontraria a cura para o câncer, promoveria a paz mundial e evitaria um desastre climático? Ou ela iria concluir que a forma mais eficiente de resolver todos os problemas seria destruir a humanidade?

Nosso mundo é fascinado por máquinas e computadores que podem controlar carros, compor sinfonias ou derrotar pessoas no xadrez, Go e outros desafios, mas os cientistas da computação e os filósofos têm-se perguntado se sequer seríamos capazes de controlar uma IA superinteligente, para garantir que ela não representaria uma ameaça à humanidade.

"Uma máquina [computador] superinteligente que controla o mundo parece ficção científica. Mas já existem máquinas que realizam certas tarefas importantes de forma independente, sem que os programadores entendam totalmente como elas aprenderam a fazer o que fazem. Portanto, surge a questão de saber se isso poderia em algum momento se tornar incontrolável e perigoso para humanidade," justifica o professor Manuel Cebrian, do Instituto Max Planck para o Desenvolvimento Humano, na Alemanha.

E as conclusões dos estudiosos nem sempre são animadoras: A equipe internacional liderada por Cebrian fez os melhores cálculos teóricos que o saber científico atual permite para demonstrar que seria fundamentalmente impossível para a humanidade controlar uma IA superinteligente.

Superinteligência artificial

Os cientistas exploraram duas ideias diferentes de como uma superinteligência artificial poderia ser controlada.

Por um lado, as capacidades da IA superinteligente poderiam ser especificamente limitadas, por exemplo, isolando-a da internet e de todos os outros dispositivos técnicos, para que ela não pudesse ter contato com o mundo exterior. Mas isso tornaria a "IA superinteligente" significativamente menos poderosa, menos capaz de responder às missões e às questões para as quais a humanidade a projetou.

Sem essa opção, a IA poderia ser motivada desde o início a perseguir somente objetivos que atendam aos melhores interesses da humanidade, por exemplo, programando princípios éticos nela. No entanto, os pesquisadores também demonstraram que essas e outras ideias contemporâneas e históricas para controlar a IA superinteligente têm seus limites.

Máquinas que controlam máquinas estão entre os riscos existenciais para a humanidade.
[Imagem: Iyad Rahwan]

Problema incomputável

A equipe então concebeu um algoritmo teórico de contenção, que garante que uma IA superinteligente não possa prejudicar as pessoas em nenhuma circunstância, simulando o comportamento da IA primeiro e então interrompendo-a se ela for considerada prejudicial.

Mas uma análise cuidadosa mostra que, em nosso paradigma atual de computação, esse algoritmo não pode ser construído.

"Se você dividir o problema em regras básicas da ciência da computação teórica, verá que um algoritmo que comandaria uma IA para não destruir o mundo poderia inadvertidamente interromper suas próprias operações. Se isso acontecesse, você não saberia se o algoritmo de contenção ainda está analisando a ameaça, ou se ele parou para conter a IA prejudicial. Na verdade, isso torna o algoritmo de contenção inutilizável," disse Iyad Rahwan, membro da equipe.

Com base nesses cálculos, o problema de contenção é incomputável, ou seja, nenhum algoritmo único pode encontrar uma solução para determinar se uma IA produziria danos ao mundo.

Além disso, os pesquisadores demonstraram que podemos nem saber quando as máquinas superinteligentes foram criadas, porque decidir se uma máquina apresenta inteligência superior aos humanos está no mesmo reino do problema de contenção: insolúvel.

Bibliografia:

Artigo: Superintelligence Cannot be Contained: Lessons from Computability Theory
Autores: Manuel Alfonseca, Manuel Cebrian, Antonio Fernandez Anta, Lorenzo Coviello, Andrés Abeliuk, Iyad Rahwan
Revista: JAIR - Journal of Artificial Intelligence Research
DOI: 10.1613/jair.1.12202

Fonte: Inovação Tecnológica

Meio ambiente vs SSDs.

Uma nova tecnologia que já não é tão nova assim, com benefícios além dos planejados.

Não você não leu errado. 

Um HDD (Hard Disk Drive), comum, o qual tem partes móveis, um disco de ferrite com imãs poderosos e uma cabeça de gravação, apesar de girar a altas velocidades, ainda assim é mais lento; causa mais impacto ao meio ambiente somente para ser fabricado, sem falar no descarte.  

Onde quero chegar então? 

Temos uma opção mais rápida e mais amigável.  

O SSD (Solid State Drive), usa apenas uma carcaça de plástico que muitas vezes é reciclado e apenas uma placa de circuitos onde em 5cm temos todos os componentes necessários.

Então, por que todos os computadores não estão com essa tecnologia? 

Claro que tem o porém do preço.  

Apesar de apenas no último ano essa tecnologia ter baixado bastante em questão de preço, para o consumidor final ainda é mais caro instalar um SSD.

Para termos de comparação, um HD comum de 500GB pode ter o mesmo valor de um SSD de 128GB. 

Em termos de velocidade não existe melhor comparação que esta:

Um HDD SATA (cabo que liga a placa mãe ao HDD) comum pode chegar em teoria a 150mb/s (mega byte por segundo) enquanto na prática a maioria chega a 100mb/s quando muito. 

Quanto ao SSD temos duas variáveis que mudam completamente o jogo.

O SATA e o NVME:

Temos nesse gráfico as velocidades de leitura e gravação das 3 tecnologias. 

Entre o HDD e o SATA apenas o que muda é a tecnologia pois as dimensões são as mesmas.. podendo, em um notebook por exemplo, fazer a substituição direta do HDD por um SSD. 

Mas claro que não poderíamos parar por aí. Temos também o SSD NVMe (Non-Volatile Memory Express), Este que dispensa o invólucro em plástico e é conectado diretamente na placa mãe e oferece velocidades nominais de até 5.000mb/s em sua versão M2. Isso mesmo.  Se você achou rápido os 500mb/s do SATA normal então se prepare. Na versão NVMe.M2 essas velocidades são absurdas.

A conexão diretamente na placa mãe utilizando a conexão PCI-express, elimina as limitações da velocidade do cabo SATA e oferece grandes vantagens tanto na fabricação, quanto instalação elevando a velocidade em até 10x. 

Claro, dentro da tecnologia NVMe temos várias velocidades oferecidas podendo chegar no seu pico de 5.000mb/s. 

Por todos os parâmetros analisados e pelo valor das novas tecnologias aplicadas, podemos chegar daqui a alguns anos a preços até mais baixos quando a utilização em larga escala for alcançada.. 

Agora temos o benefício ambiental mais comum até aqui.  

Com velocidades maiores chegamos a conclusão (por experiência), ao substituir somente o HDD normal de um notebook ou PC por um SSD (SATA), uma reutilização de aparelhos mais antigos, onde a velocidade era um problema. 

Substituindo apenas essa peça conseguimos dar sobrevida a um aparelho que antes iria para descarte. 

O meio ambiente agradece e conseguimos fazer alguma ação concreta. Não somente por deixar de comprar mais equipamentos que hoje com o dólar alto, praticamente inviabiliza a compra, mas resolvendo o problema de velocidade.. 

Espero que tenham gostado. 

Escrito por: Ricardo Beskow

29/11/2020

Começam a ser testados receptores para comunicações 6G

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/10/2020

O 6G exigirá células de rádio por todos os lados, o que implica em baixo consumo de energia e baixa emissão de campos eletromagnéticos.
[Imagem: IPQ, KIT / Nature Photonics]

6G

As futuras redes sem fio de 6ª geração (6G) consistirão em uma infinidade de pequenas células de rádio que precisarão ser conectadas por links de comunicação de banda muito larga.

Ainda não sabemos exatamente como serão esses equipamentos, que irão superar a tecnologia 5G, mas a transmissão sem fio em frequências terahertz (THz) representa um caminho particularmente atrativo e flexível.

Engenheiros do Instituto de Tecnologia Karlsruhe, na Alemanha, apostam nessa solução e acabaram de dar uma demonstração de que as possibilidades de um 6G THz não ficam apenas na teoria.

Tobias Harter e seus colegas desenvolveram um novo conceito para receptores terahertz de baixo custo que consistem em um único diodo combinado com uma técnica de processamento de sinais dedicada. Isso representa uma "célula de rádio" minimalista, capaz de operar com um consumo de energia mínimo e baixa emissão de campos eletromagnéticos.

"Em seu núcleo, o receptor consiste em um único diodo, que retifica o sinal terahertz," diz Harter. O diodo é do tipo diodo de barreira Schottky, que oferece uma grande largura de banda e é usado como um detector para recuperar a amplitude do sinal terahertz.

O rádio 6G é formado por um único diodo.
[Imagem: Tobias Harter et al. - 10.1038/s41566-020-0675-0]

Retificação

A grande dificuldade para a simplificação da tecnologia é que a decodificação correta dos dados exige o aproveitamento da fase dependente do tempo da onda terahertz, que geralmente é perdida durante a retificação.

Para superar esse problema, Harter usou técnicas de processamento digital de sinais em combinação com uma classe especial de sinais de dados, para os quais a fase pode ser reconstruída a partir da amplitude por meio das chamadas relações de Kramers-Kronig - uma relação matemática entre a parte real e a parte imaginária de um sinal analítico.

Em um experimento de prova de conceito, a equipe demonstrou uma transmissão recorde: uma taxa de dados de 115 Gbit/s e uma frequência portadora de 0,3 THz em uma distância de 110 metros.

Bibliografia:

Artigo: Generalized Kramers-Kronig Receiver for Coherent THz Communications
Autores: Tobias Harter, C. Füllner, J. N. Kemal, S. Ummethala, J. L. Steinmann, M. Brosi, J. L. Hesler, E. Bründermann, A.-S. Müller, W. Freude, Sebastian Randel, Christian Koos
Revista: Nature Photonics
DOI: 10.1038/s41566-020-0675-0