MEMÓRIA FLEXÍVEL GELATINOSA PARA BIOMECATRÔNICA

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Memória gelatinosa é ideal para biomecatrônica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/07/2011

A memória molhada é feita com uma liga de metal líquido de gálio e índio inserida em géis à base de água, semelhante àqueles usado em pesquisas biológicas. [Imagem: Michael Dickey/NCU]  

 

Bioeletrônica

Pesquisadores da Universidade da Carolina do Norte, nos Estados Unidos, desenvolveram uma memória flexível e macia e que funciona em ambientes molhados.

O componente pode ser uma peça fundamental para uma nova geração de equipamentos eletrônicos biocompatíveis, como implantes, próteses e outros dispositivos biomecatrônicos.

Embora não tenha as mesmas funcionalidades, o novo dispositivo é de certa forma complementar à sinapse artificial apresentada ontem por pesquisadores japoneses, que replica a capacidade dos cérebros biológicos de lembrar informações relevantes.

Além de usar o mesmo princípio para armazenar dados - um memristor -, a nova memória tem a vantagem da biocompatibilidade, levantando a possibilidade de que as duas inovações possam ser integradas em uma única.

Componente eletroiônico

A equipe do Dr. Michael Dickey começou desenvolvendo antenas de metal líquido totalmente flexíveis.

Agora eles foram além da deposição de fios metálicos e criaram um dispositivo eletrônico completo, capaz de armazenar dados.

A base da memória é a mesma das antenas flexíveis, usando uma liga de metal líquido de gálio e índio inserida em géis à base de água, semelhante àqueles usado em pesquisas biológicas.

Enquanto as memórias eletrônicas usam a presença ou ausência de elétrons para representar os 0s e 1s binários, a nova memória usa o conceito de memristor, um componente eletroiônico que possui dois estados: condutivo e não condutivo.

Em cada célula de memória gelatinosa, a liga de metal é usada para formar dois eletrodos, um de cada lado de um segmento de gel.

O protótipo de "memória molhada" ainda não está otimizado para armazenar uma quantidade significativa de dados, mas funciona bem em ambientes nos quais a eletrônica tradicional não funcionaria de jeito nenhum. [Imagem: Michael Dickey/NCU]

Quando o eletrodo é exposto a uma carga positiva, ele cria uma "pele" oxidada que o torna resistente à eletricidade - este é o 0 binário.

Quando o eletrodo é exposto a uma carga negativa, a pele oxidada desaparece, o que o torna condutor de eletricidade - este é o 1 binário.

Neste último caso, quando uma carga negativa é aplicada a um dos eletrodos, a carga positiva tende a se mover para o outro lado e criar uma outra pele oxidada - ou seja, o eletrodo seria sempre resistivo.

Para resolver esse problema, os pesquisadores doparam um dos lados do segmento de gel com um polímero que impede a formação de uma pele oxidada estável. Dessa forma, um eletrodo é sempre condutor, dando ao dispositivo os 0s e 1s necessários para que ele funcione como uma memória eletrônica.

Memória molhada

A eletrônica convencional trabalha com materiais rígidos e frágeis, que não se dão com ambientes úmidos. "Nosso dispositivo de memória é macio e flexível, e funciona muito bem em ambientes úmidos - similar ao cérebro humano," compara Dickey.

O protótipo de "memória molhada" ainda não está otimizado para armazenar uma quantidade significativa de dados, mas funciona bem em ambientes nos quais a eletrônica tradicional não funcionaria de jeito nenhum.

A capacidade para funcionar em ambientes úmidos e a biocompatibilidade dos géis sinalizam que esta é uma tecnologia promissora para a criação de interfaces eletrônicas com sistemas biológicos.

"Estas propriedades podem ser usadas para sensores biológicos ou para monitoramento médico," propõe o pesquisador.

Bibliografia:

Towards All-Soft Matter Circuits: Prototypes of Quasi-Liquid Devices with Memristor Characteristics
Hyung-Jun Koo, Ju-Hee So, Michael D. Dickey, Orlin D. Velev

Fonte:

INOVAÇÃO Tecnológica

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=memoria-flexivel-macia-biomecatronica&id=010110110
Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/07/2011

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O QUE FAZ BURACO NEGRO ENTRAR EM ATIVIDADE?

O que faz um buraco negro entrar em atividade?

O campo COSMOS, com os "alvos" mostrando o grande número de galáxias de brilho muito fraco.[Imagem: CFHT/IAP/Terapix/CNRS/ESO]   

 

Buracos negros ativos e inativos

Um novo estudo, que combina dados do Telescópio VLT, do Observatório Europeu do Sul (ESO) e do observatório espacial de raios X XMM-Newton da Agência Espacial Europeia (ESA), fez uma descoberta surpreendente.

A maior parte dos buracos negros gigantes que se encontram no centro das galáxias desde os últimos 11 bilhões de anos não se tornaram ativos devido a fusões de galáxias, como se pensava até agora.

No coração da maior parte das grandes galáxias (ou até mesmo em todas) existe um buraco negro de massa extremamente elevada, com uma massa de milhões de vezes, ou até bilhões de vezes, a massa do Sol.

Em muitas galáxias, incluindo a nossa própria Via Láctea, o buraco negro central não se encontra em atividade.

Mas em algumas galáxias, particularmente no início da história do Universo, o monstro central alimenta-se de material que emite imensa radiação à medida que cai no buraco negro - as galáxias ativas mais brilhantes eram mais comuns no Universo cerca de três a quatro bilhões de anos depois do Big Bang, enquanto os objetos menos brilhantes aparecem mais tarde, cerca de oito bilhões de anos depois do Big Bang.

Ignição do ponto buraco negro

Um dos mistérios por resolver está em descobrir de onde vem o material que ativa um buraco negro adormecido, originando violentas explosões no centro da galáxia, tornando-o assim num núcleo ativo de galáxia.

Até agora, os astrônomos pensavam que a maioria destes núcleos ativos se "acendiam" quando se dava a fusão de duas galáxias ou quando duas galáxias passavam muito perto uma da outra e o material perturbado se tornava o combustível do buraco negro central.

No entanto, novos resultados indicam 

que esta ideia pode estar errada 

no caso de muitas galáxias ativas.

Viola Allevato, do Instituto Max-Planck, na Alemanha, juntamente com uma equipe internacional de cientistas da colaboração COSMOS observaram detalhadamente mais de 600 galáxias ativas numa região do céu extensivamente estudada, o chamado campo COSMOS.

O campo COSMOS é uma área com cerca de dez vezes o tamanho da Lua Cheia, na constelação do Sextante. Foi mapeada por uma série de telescópios em diferentes comprimentos de onda, de modo que muitos estudos e investigações possam se beneficiar desta imensidão de dados.

Algumas das galáxias estudadas, incluindo galáxias com núcleos ativos (AGN) e galáxias com núcleos inativos. [Imagem: NASA/ESA/M. Cisternas]

 

Núcleos ativos de galáxias

Tal como se esperava, os astrônomos descobriram que os núcleos ativos extremamente brilhantes são raros, enquanto a maior parte das galáxias ativas nos 11 bilhões de anos anteriores são apenas moderadamente brilhantes.

No entanto, os cientistas tiveram uma enorme surpresa: os novos dados mostram que a maioria das galáxias ativas mais comuns, as menos brilhantes, não se tornaram ativas devido à fusão de galáxias.

A presença de núcleos ativos de galáxias revela-se através dos raios X emitidos pela região que circunda o buraco negro. O telescópio espacial XMM-Newton observou esta radiação e as galáxias foram a seguir observadas pelo VLT, no Chile, que mediu as distâncias até estes objetos.

Quando se combinam os dois tipos de observações é possível fazer um mapa tridimensional que nos mostra onde se encontram as galáxias ativas.

"Demoramos mais de cinco anos, mas conseguimos obter um dos maiores e mais completos catálogos de galáxias ativas no céu em raios X," diz Marcella Brusa, uma das autoras do estudo.

Os astrônomos utilizaram este novo mapa para determinar a distribuição das galáxias ativas e compararam estes resultados às predições feitas pela teoria. Determinaram também como é que esta distribuição varia à medida que o Universo envelhece - desde há aproximadamente 11 bilhões de anos até aos nossos dias.

Fundindo a teoria da fusão

A equipe descobriu que os núcleos ativos são encontrados majoritariamente em galáxias de massa muito elevada, que contêm muita matéria escura.

A matéria escura é uma substância misteriosa que forma uma componente invisível na maior parte, senão mesmo todas, as galáxias (ativas ou não) - incluindo a nossa própria Via Láctea.

Os autores estimaram a quantidade de matéria escura em cada galáxia - valor que indica a sua massa total - a partir da distribuição de galáxias no novo estudo.

Este fato revelou-se surpreendente e nada consistente com as previsões feitas pela teoria - se a maior parte dos núcleos ativos fossem uma consequência de fusões e colisões entre galáxias seria de esperar que fossem encontrados em galáxias com massa moderada (cerca de um trilhão de vezes a massa do Sol).

A equipe descobriu que a maior parte dos núcleos ativos se encontra em galáxias com massas cerca de 20 vezes maiores do que o valor previsto pela teoria da fusão.

"Estes novos resultados abrem-nos uma nova janela sobre como é que os buracos negros de massa extremamente elevada iniciam as suas 'refeições'," diz Viola Allevato, autora principal do artigo que descreve este trabalho.

"Estes resultados indicam que os buracos negros são normalmente alimentados por processos gerados no interior da própria galáxia, tais como instabilidades do disco e formação estelar violenta, em oposição a colisões de galáxias," explica Allevato.

Alexis Finoguenov, que supervisou o trabalho, conclui: "Mesmo no passado distante, até cerca de 11 bilhões de anos atrás, as colisões de galáxias apenas justificam uma pequena percentagem das galáxias ativas moderadamente brilhantes. 

Nessa altura as galáxias estavam todas mais próximas umas das outras e portanto era de se esperar que a fusão fosse mais frequente do que no passado mais recente. Por isso mesmo os novos resultados são ainda mais surpreendentes."

Fonte:

INOVAÇÃO Tecnológica

Com informações do ESO - 13/07/2011

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=buracos-negros-ativos&id=010130110713&ebol=sim

GELO FICA FLUIDO ABAIXO DE - 130 GRAUS C

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Gelo fica fluido abaixo de -130°C

Água extraterrestre

Quando a água é resfriada abaixo de zero grau, ela cristaliza, formando gelo.

Isso em condições normais de temperatura e pressão.

Um físico sueco afirma agora ter conseguido pela primeira vez produzir uma água que flui lentamente a 130 graus abaixo de zero.

É possível que essa água fria e de fluidez lenta exista em corpos celestes de grande massa.

Propriedades anormais da água

O físico Ove Andersson, da Universidade de Umea, fez o experimento submetendo a água congelada a uma pressão 10.000 vezes maior do que a pressão atmosférica normal.

"A descoberta é também interessante na medida que nos ajuda a compreender as muitas propriedades anormais da água. Por exemplo, foi previsto que a água teria duas diferentes fases líquidas em baixas temperaturas. A descoberta confirma a existência de uma dessas duas fases," explica Andersson.

Recentemente foi descoberta uma nova fase quântica da água, mas essas "propriedades anormais" a que o pesquisador se refere estão longe de serem totalmente compreendidas.

• "Esquisitices" da água começam a ser compreendidas

Água de alta viscosidade

O experimento foi feito expondo gelo cristalino comum, no qual os átomos estão dispostos de forma ordenada, a pressões crescentes em temperaturas abaixo de 130º C.

A ordem das moléculas colapsou e o gelo se transformou em gelo amorfo, com uma disposição aleatória das moléculas de água.

"Quando eu então elevei a temperatura, o gelo transformou-se em água de fluidez lenta. Essa água é como a água comum, mas sua densidade é 35 por cento maior, e as moléculas de água se movem relativamente devagar, ou seja, a viscosidade é alta," explica o pesquisador.

O estranho comportamento da água

A água tem um grande número de propriedades que fogem daquilo que seria um "comportamento normal". Por exemplo, na água congelada, ou seja, quando sua temperatura cai abaixo de zero, sua densidade diminui quando a temperatura decresce e aumenta quando a temperatura se eleva.

Esse é um comportamento totalmente anômalo em relação aos demais materiais, mas sem o qual provavelmente não existiria na Terra a vida como a conhecemos.

"Há desvios que são conhecidos há muitos anos, e eles são muito importantes. Contudo, não há nenhuma explicação geral para eles, mas a resposta pode estar na forma como as propriedades da água são afetadas quando ela é exposta a altas pressões," defende Andersson.

Fases líquidas da água

Teorias preveem que a água exista em duas diferentes fases líquidas, uma com baixa densidade e outra com alta densidade, com a transição entre as fases ocorrendo a baixas temperaturas e altas pressões.

Quando a água esfria e se aproxima dessa zona de transição, pode haver uma transformação gradual que afeta as propriedades da água e lhe dá suas propriedades estranhas.

Infelizmente, esta transformação é difícil de estudar, pois a água normalmente cristaliza.

Uma forma alternativa de estudar essa zona é primeiro criar o gelo amorfo.

As novas descobertas mostram que o gelo amorfo provavelmente se converte em água de alta viscosidade quando é aquecido sob alta pressão.

Redação do Site Inovação Tecnológica -

14/07/2011

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=agua-viscosa-flui-abaixo-130-c&id=010160110714&ebo

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GALÁXIA ESPIRAL NGC 4013 - URSA MAIOR

Imagem do Dia: Galáxia espiral NGC 4013

2011-07-08

Crédito: NASA & The Hubble Heritage Team (STScI/AURA).
Telescópio: Hubble Space Telescope (NASA/ESA).
Instrumento: Wide Field Planetary Camera 2 (WFPC2).

 

NGC 4013 é uma galáxia espiral semelhante à nossa Via Láctea situada a cerca de 55 milhões de anos-luz de distância da Terra na direcção da constelação da Ursa Maior. Nesta imagem obtida com o Hubble, a sua estrutura espiral é pouco evidente dado estarmos a ver a galáxia de perfil. 

Apesar de estar a 55 milhões de anos-luz de distância, esta galáxia é maior que o campo de visão do Hubble, pelo que esta imagem mostra apenas cerca de metade da galáxia. Na imagem são visíveis nuvens escuras de poeira. 

Estas nuvens absorvem a luz das estrelas, parecendo dividir a galáxia em duas metades. 

A poeira diminui e avermelha a luz das estrelas. Através do estudo destes efeitos, os astrónomos são capazes de estimar a quantidade de poeira que existe nestas nuvens. 

Algumas delas contêm 

cerca de um milhão de massas solares.

Fonte:

NUCLIO-Portal do Astrónomo -Pt

http://www.portaldoastronomo.org/npod.php

Pesquisadores brasileiros identificam as estruturas coerentes que formam o “esqueleto” dos fluxos turbulentos. Artigos foram publicados no Astrophysical Journal Letters (Foto: Chian/Rempel)

Especiais

Esqueleto da turbulência

Por Fábio de Castro

 – Dois estudos liderados por pesquisadores brasileiros e publicados na revista Astrophysical Journal Letters identificaram as estruturas coerentes que formam o “esqueleto” da turbulência.

Embora a turbulência seja um fenômeno que se caracteriza pela movimentação caótica das partículas de um fluido, existem técnicas capazes de identificar estruturas coerentes, permitindo a previsão desses movimentos.

Segundo os autores, estudos sobre a dispersão de cinzas vulcânicas, ciclones, tornados, tsunamis, ciclos solares, formação de planetas e estrelas, o Universo primordial e outras áreas tão diversas como o transporte de sangue em sistema cardiovascular e a fusão termonuclear controlada poderão se beneficiar das duas pesquisas.

Os trabalhos foram liderados pelo físico espacial Abraham Chian, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), e pelo matemático computacional Erico Rempel, do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), em São José dos Campos (SP), em cooperação com um colega da Universidade de Estocolmo (Suécia) e um aluno de doutorado do Inpe.

Um dos estudos foi concluído durante a visita de Chian ao Instituto de Tecnologia da Califórnia, nos Estados Unidos, com apoio de uma bolsa da Fundação Guggenheim. O estudo contou com a participação de Pablo Muñoz, estudante de doutorado do Inpe, que recebeu prêmio de melhor trabalho de alunos durante o 9º Congresso Latino-Americano de Geofísica Espacial realizado na Costa Rica, em abril de 2011.

Os cientistas estudaram o campo magnético relacionado às estruturas coerentes da turbulência verificada no plasma solar. De acordo com Chian, utilizando os dados fornecidos pelos instrumentos a bordo de quatro sondas espaciais da missão Cluster , o grupo detectou em frente a uma nuvem magnética interplanetária duas estruturas coerentes na forma denominada como “lâminas de corrente”.

“A análise de dados de flutuações magnéticas na vizinhança dessas estruturas coerentes demonstrou que o vento solar exibe o comportamento de turbulência bem desenvolvida do tipo Kolmogorov, semelhante às turbulências encontradas na borda de uma máquina de plasma de fusão termonuclear, na atmosfera solar, no meio interestelar, em um túnel de vento e na copa da floresta amazônica, para citar alguns exemplos”, disse Chian à Agência FAPESP.

A caracterização da dinâmica da borda dianteira de uma nuvem magnética interplanetária é fundamental para o monitoramento e a previsão de clima espacial, uma vez que existe a evidência de que a tempestade magnética na Terra pode ser iniciada pela chegada de uma nuvem magnética proveniente de uma erupção solar.

“Os eventos extremos na natureza, tais como ciclones, tsunamis, a precipitação excessiva de chuvas em regiões localizadas, manchas solares e ejeções de massas coronais interplanetárias, estão relacionados às estruturas coerentes que dominam a dinâmica da turbulência e podem causar grandes impactos no clima terrestre, clima espacial e ambiente solar-terrestre”, explicou.

O segundo trabalho foi iniciado durante o estágio de pós-doutorado de Rempel na Universidade de Cambridge, com Bolsa da FAPESP, e contou com a colaboração de Chian e de Axel Brandenburg, professor do Instituto Nórdico de Astrofísica Teórica e da Universidade de Estocolmo (Suécia).

De acordo com Chian, Brandenburg é um dos pioneiros do modelo de dínamo cósmico. “Esse modelo de dínamo pode explicar a origem e a evolução de ciclos solares, por exemplo, o aparecimento de períodos prolongados de atividades calmas do Sol conhecidos como os Grandes Mínimos”, disse.

No estudo, o grupo investigou as estruturas coerentes lagrangianas da turbulência astrofísica, com base na simulação numérica de um modelo não-linear de dínamo.

As estruturas coerentes lagrangianas são linhas ou superfícies materiais que atuam como barreiras de transporte na turbulência. Inspirado pela teoria de caos, esse conceito foi introduzido há quase dez anos por George Haller, atualmente professor de engenharia mecânica da Universidade de McGill, no Canadá.

“Essa nova técnica não-linear permite uma visualização mais acurada da dinâmica e estrutura complexa de fluidos, que não seria possível usando as técnicas tradicionais baseadas em formalismo euleriano”, disse Chian.

Essas estruturas são determinadas por meio da computação do máximo expoente de Lyapunov de tempo finito, que fornece o valor médio da taxa máxima de divergência ou do alongamento entre as trajetórias das partículas num certo intervalo de tempo.

“Isso permite a identificação de trajetórias atrativas e repulsivas em imagens obtidas das simulações numéricas ou imagens reais do campo de velocidade de um fluido, revelando o esqueleto da turbulência que forma as barreiras para o transporte das partículas. Os cruzamentos entre essas barreiras são responsáveis pela mistura caótica de partículas”, disse.

Coerência no caos

O estudo de estruturas coerentes lagrangianas, segundo os autores, tem aplicações em diversas áreas, por exemplo, a previsão do movimento dos poluentes na atmosfera e no mar, a migração dos fitoplânctons no oceano, o fluxo aperiódico em furacões, a interação entre o fluido e a estrutura no entorno das válvulas cardíacas e o plasma termonuclear em máquinas de confinamento magnético.

De acordo com Rempel, o grupo brasileiro foi o primeiro a introduzir essa nova técnica para a astrofísica. Usando as imagens da turbulência de plasma simuladas para modelar a geração do campo magnético nas camadas convectivas do Sol e de outras estrelas, foi comprovado pelo estudo que as estruturas coerentes lagrangianas são capazes de distinguir nitidamente os detalhes da complexidade da distribuição espacial de barreiras de transporte entre dois regimes diferentes do dínamo.

“Desde que o conceito foi desenvolvido por Haller, a técnica foi aplicada para problemas de fluidos, tanto em simulações como em dados observacionais voltados para dispersão de poluentes nos oceanos, por exemplo, mas não tinham ainda sido utilizadas, no campo da astrofísica, em fluidos com campo magnético”, disse Rempel.

Essas estruturas coerentes marcam certas direções preferenciais das partículas de fluidos em movimento. Quando um poluente é arrastado pelos vórtices e correntes do oceano a identificação das estruturas coerentes permite detectar linhas de atração que possibilitam prever para onde o fluido irá se movimentar. O mesmo fenômeno pode acontecer, por exemplo, com as cinzas expelidas na atmosfera por um vulcão.

“No enfoque da astrofísica, nosso objetivo era saber qual o impacto do campo magnético sobre os movimentos turbulentos do plasma de uma estrela”, disse Rempel, que coordenou o projeto Simulação numérica e análise de transição para turbulência em plasmas espaciais: uma abordagem baseada em sistemas dinâmicos, apoiado pela FAPESP por meio da modalidade Auxílio à Pesquisa – Regular.

Segundo ele, na camada convectiva do Sol, uma região intensamente turbulenta, as partículas se movimentam como se estivessem aprisionadas em vórtices. As estuturas coerentes lagrangianas marcam as fronteiras desses vórtices, delimitando as regiões do fluido entre as quais as partículas não se misturam.

“Quando fazemos o estudo das estruturas coerentes, vemos que algumas partículas podem se cruzar, passando para outras regiões do fluido. No caso da estrela, observamos que, quando o campo magnético ficava mais forte, existiam menos cruzamentos – isto é, a turbulência diminuía”, disse.

Esses resultados, segundo Rempel, foram obtidos a partir de uma simulação ainda bastante simplificada.

“A partir desse modelo acadêmico,

vamos agora procurar estender essa aplicação 

a modelos mais realistas 

da camada convectiva do Sol”, 

Os artigos Detection of current sheets and magnetic reconnections at the turbulent leading edge of an interplanetary coronal mass ejection, (doi: 10.1088/2041-8205/733/2/L34), de Abraham Chian e Pablo Muñoz, e Lagrangian coherent structures in nonlinear dynamos, de Erico Rempel, Abraham Chian e Axel Brandenburg (doi: 10.1088/2041-8205/735/1/L9), podem ser lidos por assinantes do Astrophysical Journal Letters.

Agência FAPESP –

 http://agencia.fapesp.br/14116 - 04-07-2011

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Ciência

Telescópio mostra nebulosa berçário

Por Paula Rothman, 

São Paulo – À primeira vista, as duas nuvens verdes na imagem acima parece ser a região formadora de estrela registrada pelas lentes infravermelhas do Telescópio Espacial Spitzer, da Nasa. 

No entanto, elas são apenas as cavidades formadas na grande nebulosa escura, através das quais a luz de jovens estrelas passa e pode ser registrada.

 

Conhecidas como Messier 7, elas são uma espécie de buraco no grande disco de poeira que as cerca. É ele quem fornece material para a formação de jovens estrelas (os pequenos pontos vermelhos na imagem), cuja luz cava os buracos.

A estrutura é facilmente visível com um pequeno telescópio – basta olhar na constelação de Órion, a nordeste do cinturão.  No entanto, a imagem só pode ser vista dessa forma em infravermelho. 

Na luz visível, ela se parece mais com um aglomerado escuro.  

As lentes do Spitzer conseguem revelar o que a poeira esconde e a luz em comprimentos específicos: o azul representa comprimentos de 3.6 e 4.5 microns, o verde mostra a luz a 5.8 e 8 microns, e o vermelho a 24

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• NASA

Fonte:

INFO Online

http://info.abril.com.br/noticias/ciencia/telescopio-mostra-nebulosa-bercario-30062011-12.shl

NASA/JPL-Caltech

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