Circuitos de luz processam na frequência das fibras ópticas

Com informações da APS - 03/09/2013

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

As pequenas barras e seus intervalos transformam-se em componentes fotônicos, como indutores e capacitores - só que operando a velocidades várias ordens de grandeza maiores do que seus equivalentes eletrônicos. [Imagem: H. Caglayan et al./Phys. Rev. Lett.]

 

 

Em 2012, cientistas usaram a tecnologia dos metamateriais para inaugurar uma nova área de pesquisas, batizada de metatrônica.

Circuitos metatrônicos processam as ondas de luz da mesma forma que os componentes dos circuitos eletrônicos processam correntes elétricas.

A vantagem é que circuitos de luz são muito mais rápidos - e menores - do que os circuitos eletrônicos.

Agora, a mesma equipe construiu os primeiros componentes do circuito metatrônico capazes de trabalhar com luz na faixa do infravermelho próximo, a gama de comprimentos de onda usada nas fibras ópticas e em outras tecnologias à base de silício.

Isto significa que o processamento ultrarrápido à base de luz agora pode ser totalmente integrado com uma ampla gama de dispositivos da tecnologia atual.

Metatrônica

No ano passado, Nader Engheta e seus colegas da Universidade da Pensilvânia construíram os primeiros circuitos lógicos ópticos usando nitreto de silício. Os protótipos processavam a luz na faixa do infravermelho médio, com comprimentos de onda de 8 a 14 micrômetros.

A estrutura consiste em uma matriz de hastes paralelas em nanoescala, dispostas na horizontal e tendo apenas o ar ambiente entre elas.

Iluminadas de cima, as hastes e as lacunas de ar respondem aos campos elétricos da luz - que oscila rapidamente - de forma semelhante à que, em um circuito convencional, os indutores e os condensadores respondem às oscilações mais lentas da corrente elétrica.

Embora as estruturas de nitreto de silício tenham funcionado para a luz no infravermelho médio, elas não foram capazes de filtrar comprimentos de onda mais curtos (e, portanto, de frequência mais alta) da luz na faixa do infravermelho próximo - esta faixa inclui o comprimento de onda de 1,55 micrômetro, com que opear a maioria das fibras ópticas de telecomunicações.

Então, Engheta e seus colegas partiram para estudar outros materiais, e descobriram que o óxido de índio e estanho tem as propriedades certas para fabricar um metamaterial que interaja com a luz na faixa do infravermelho próximo.

Configuração

A equipe também descobriu uma forma de variar os comprimentos de onda em que seu dispositivo opera simplesmente mudando a forma e espaçamento das nano-hastes.

Eles acrescentaram níquel-cromo no topo das hastes, ou sulfeto de chumbo nos espaçamentos, para alterar a indutância ou a capacitância da estrutura e, assim, deslocar a banda para comprimentos de onda mais longos ou mais curtos.

Engheta acredita que técnicas como esta poderão permitir que os engenheiros comecem a projetar os primeiros circuitos metatrônicos: "Estou otimista de que, em um futuro próximo, seremos capazes de configurar [esses componentes]".

Bibliografia:

Near-Infrared Metatronic Nanocircuits by Design
Humeyra Caglayan, Sung-Hoon Hong, Brian Edwards, Cherie R. Kagan, Nader Engheta
Physical Review Letters
Vol.: 111, 073904
DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.073904

Chuva sólida: solução real para a seca, ou é só trovoada?

Com informações da BBC - 20/08/2013

Um litro de água pode ser absorvido por apenas 10 gramas do produto, segundo seu inventor.[Imagem: Solid Rain]

Chuva sólida

Segundo a ONU, a maior parte da água usada no planeta vai para a irrigação, e não para as pessoas beberem.

Sendo assim, o engenheiro químico mexicano Sérgio Jesus Rico Velasco afirma ter a solução para economizar água e levar a agricultura para as áreas mais carentes de água.

Velasco criou um produto chamado "Chuva Sólida", um pó capaz de absorver enormes quantidades de água e ir liberando o líquido aos poucos, para que as plantas possam sobreviver durante períodos sem chuva.

Um litro de água pode ser absorvido por apenas 10 gramas do material, que é um tipo de polímero absorvente originalmente criado pelo Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA).

Nos anos 1970, o USDA desenvolveu um produto superabsorvente feito de um tipo de goma. Ele foi usado principalmente na fabricação de fraldas, para absorver o xixi e evitar que a criança se molhe e desenvolva assaduras.

Mas Velasco viu no produto um potencial muito mais promissor: em vez de tirar a água de onde ela não é bem-vinda - os fundilhos do bebê - ele decidiu levar e manter a água onde ela é mais necessária.

Ele então desenvolveu e patenteou uma versão diferente da fórmula, que pode ser misturada com o solo para reter a água.

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O engenheiro vem vendendo a "Chuva Sólida" no México há cerca de 10 anos, mas só agora começou a ganhar os noticiários internacionais, devido à busca por tecnologias que possam ajudar a enfrentar o problema de falta d'água.

O inventor afirma que o governo mexicano testou o produto e concluiu que a colheita pode ser ampliada em 300% quando sua "chuva sólida" é misturado ao solo.

A empresa recomenda usar cerca de 50 quilos do produto por hectare (10 mil metros quadrados), embora essa quantia custe cerca de US$ 1.500 (o equivalente a R$ 3.500).

"[A chuva sólida] funciona encapsulando água e pode durar 8 a 10 anos no solo, dependendo da qualidade da água. Se você usar água pura, ele dura mais, afirmou Edwin González, vice-presidente da empresa.

Oposição

A professora Linda Chalker-Scott, da Universidade do Estado de Washington, nos EUA, contesta o uso do produto, afirmando que, quando ele começa a secar, ele suga água do solo, agindo no sentido oposto.

Segundo ela, usar adubo de lascas de madeira produz o mesmo efeito e é significantemente mais barato.

González, no entanto, tem uma opinião diferente: "Os outros concorrentes não duram três ou quatro anos. Os únicos que duram tanto são os que usam sódio em suas fórmulas, mas eles não absorvem tanto."

Rede sem fios e sem baterias usa sinais de TV no ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/08/2013

Apesar das dificuldades iniciais, o conceito é interessante ao tirar proveito do mar de ondas eletromagnéticas que inundam as cidades. [Imagem: University of Washington]

 

 

Sem fios e sem baterias

Um novo sistema de comunicação sem fios permite que aparelhos troquem dados sem depender de baterias ou de cabos de energia.

A nova técnica de comunicação, que os pesquisadores batizaram de "retroespalhamento ambiental" (ambient backscatter) aproveita as transmissões de TV que já inundam o ambiente ao nosso redor o tempo todo.

Em vez de gerar suas próprias ondas, os aparelhos comunicam-se uns com os outros inserindo suas próprias informações nas ondas já existentes no ambiente.

Os pesquisadores construíram protótipos do seu sistema de comunicação sem baterias com pequenas antenas que foram capazes de detectar, alterar e refletir um sinal de TV, que, em seguida, foi captado por outros dispositivos semelhantes.

As conexões foram feitas a até 80 centímetros de distância entre os dois aparelhos e a técnica funcionou bem até uma distância de 6,5 km de uma rede retransmissora de TV.

Embora os pesquisadores afirmem que essas distâncias poderão aumentar com a melhoria dos equipamentos, a tecnologia poderá ser útil para redes de sensores, em que um equipamento vai transmitindo para o outro, formando uma rede que leva a informação a pontos mais distantes.

Faltaria então avaliar se essa configuração não irá interferir com a recepção das TVs na área.

Mar de ondas

Apesar das dificuldades iniciais, o conceito é interessante ao tirar proveito do mar de ondas eletromagnéticas que inundam as cidades.

"Nós podemos adaptar os sinais sem fio que já estão ao nosso redor em uma fonte de potência e em um meio de comunicação," disse Shyam Gollakota, da Universidade de Washington, nos Estados Unidos. "Poderemos ter aplicações em diversas áreas, incluindo a computação de vestir, casas inteligentes e redes de sensores autossustentáveis."

A largura de banda dos equipamentos ainda é pequena para viabilizar trocas de informações mais intensas, como emails - os testes mostraram uma taxa de transferência de 1 kilobit por segundo.

Por isso, os pesquisadores sugerem que a técnica possa ser usada em associação às técnicas atuais, como forma de economizar a bateria de celulares e computadores.

Para isso, os aparelhos seriam configurados de modo a enviar mensagens de texto aproveitando a energia do sinal ambiente de TV - ou como último recurso quando a bateria acabasse de vez.

 

Bibliografia:
Ambient Backscatter: Wireless Communication Out of Thin Air
Vincent Liu, Aaron Parks, Vamsi Talla, Shyamnath Gollakota, David Wetherall, Joshua R. Smith
http://abc.cs.washington.edu/files/comm153-liu.pdf

Descoberta nova técnica de termossolar para produzir hidrogênio

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/08/2013

O formato de usina termossolar já é bem conhecido - as diferenças estão no que ocorre no interior da torre. [Imagem: University of Colorado]

 

Usina termossolar

Acaba de ser descoberta uma técnica radicalmente nova na chamada fotossíntese artificial, o uso da energia solar para a produção do combustível hidrogênio.

A nova técnica usa o calor do Sol para separar as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio, abrindo o caminho para o uso do hidrogênio como combustível - um combustível limpo e "verde".

Tudo começa com um formato de usina termossolar já bem conhecido, no qual a luz é concentrada por espelhos em um ponto focal único no topo de uma torre central.

A torre recolhe o calor gerado pelo sistema de espelhos, que chega a 1.350 graus Celsius.

 

Óxidos metálicos

É aí que começam as diferenças com as usinas termossolares atuais, que usam o calor para produzir vapor, vapor este que gira turbinas para produz eletricidade.

No novo esquema, o calor é direcionado para um reator que contém compostos químicos conhecidos como óxidos metálicos.

Quando um óxido metálico se aquece, ele libera átomos de oxigênio, alterando sua composição e fazendo com que o composto recém-formado procure novos átomos de oxigênio.

A equipe demonstrou que a adição de vapor ao sistema - que pode ser produzido por ebulição da água no próprio reator - faz com que as moléculas de oxigênio da água procurem a superfície do óxido metálico, liberando moléculas de hidrogênio, que podem ser então coletadas na forma de gás.

"Nós projetamos algo que é muito diferente de outros métodos e, francamente, algo que ninguém antes pensou que fosse possível," disse Alan Weimer, da Universidade do Colorado, nos Estados Unidos. "A divisão de água com a luz solar é o Santo Graal de uma economia do hidrogênio sustentável."

 

Reações a mesma temperatura

Uma das principais diferenças entre o novo método e as técnicas já existentes para quebrar as moléculas de água é a capacidade de fazer duas reações químicas à mesma temperatura.

A teoria convencional sustenta que a produção de hidrogênio por meio do processo de óxidos de metal requer o aquecimento do reator a uma temperatura elevada para a remoção do oxigênio e, em seguida, seu resfriamento até uma temperatura mais baixa antes de se injetar o vapor para reoxidar o composto, de forma a liberar o hidrogênio.

"Uma das maiores inovações do nosso sistema é que não há qualquer oscilação na temperatura. Todo o processo é feito simplesmente virando a válvula de vapor para ligada ou desligada," acrescentou Charles Musgrave, coautor do estudo.

"Quando vimos que poderíamos usar este método mais simples e mais eficaz, foi necessário mudar nosso modo de pensar," confessa Weimer. "Nós tivemos que desenvolver uma teoria para explicá-lo e torná-lo crível e compreensível para outros cientistas e engenheiros."

 

Bibliografia:
Efficient Generation of H2 by Splitting Water with an Isothermal Redox Cycle
Christopher L. Muhich, Brian W. Evanko, Kayla C. Weston, Paul Lichty, Xinhua Liang, Janna Martinek, Charles B. Musgrave, Alan W. Weimer
Science
Vol.: 341 - 540-541
DOI: 10.1126/science.1239454

Ônibus elétricos sem fios começam a rodar na Coreia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/08/2013

Apenas entre 5% e 15% da estrada é realmente eletrificada, dependendo da exigência de potência dos motores - nesta foto um dos OLEVs roda na estrada de testes dentro do instituto. [Imagem: KAIST]

 

Eletricidade sem fios

Os primeiros ônibus elétricos sem fios estão saindo dos laboratórios na Coreia do Sul.

Depois de testados no campus do Instituto KAIST, os ônibus ganharam uma "estrada eletrificada" para rodar por um trecho de 24 quilômetros, transportando passageiros na cidade de Gumi.

A grande novidade é que os ônibus elétricos não precisam parar para recarregar suas baterias - a energia elétrica é suprida continuamente pelo ar, por meio de um campo magnético criado por cabos instalados sob o asfalto.

A tecnologia, batizada de OLEV (On-line Electric Vehicle), também já está sendo testada em trens elétricos sem fios.

Cada OLEV - serão dois nesta fase dos testes - receberá cerca de 100 kW (136 HP) a uma frequência de 20 kHz. Segundo os engenheiros do KAIST, a eficiência na transmissão da energia da estrada eletrificada para os ônibus é de 85%.

Para manter as baterias dos ônibus elétricos sem fios carregadas não é preciso colocar cabos na estrada toda - é suficiente fornecer energia entre 5% e 15% do percurso, dependendo das paradas e das inclinações da via.

 

A prefeitura de Gumi já encomendou 10 novos ônibus elétricos sem fios, que deverão começar a rodar até 2015. [Imagem: KAIST]

 

Estrada semi-eletrificada

A transmissão da eletricidade sem fios emprega uma técnica chamada SMFIR - Shaped Magnetic Field in Resonance, campo magnético formatado em ressonância, em tradução livre.

Cabos enterrados sob o asfalto criam um campo magnético que é captado por bobinas instaladas na base dos OLEVs. As bobinas convertem esses campos magnéticos em eletricidade.

Um sistema de sensores detecta a passagem dos ônibus, só então energizando os cabos, evitando o desperdício de energia e a indução dos campos magnéticos sob os carros comuns. Mesmo assim, os campos magnéticos gerados ficam dentro das normas internacionais para a saúde humana (62,5 mG).

A prefeitura de Gumi já encomendou 10 novos ônibus elétricos sem fios, que deverão começar a rodar até 2015.

A Alemanha também já apresentou o seu ônibus elétrico, que também dispensa os trilhos e os cabos dos trólebus, mas ainda depende do sistema tradicional de recarga das baterias.