Novo robô marciano tem lançamento adiado para 2011

A foto ao lado ilustra muito bem o avanço dos robôs marcianos. Ao centro, pode-ser ver o Sojourner, o primeiro deles. À esquerda, uma réplica do Spirit, que explora o planeta vermelho há quase quatro anos juntamente com seu irmão gêmeo Opportunity. À direita, o modelo do MSL, a última e mais avançada geração desses robôs espaciais.

Novo robô marciano

O MSL - Mars Science Laboratory - tinha seu lançamento previsto para 2009, dando seqüência a uma série de missões bem-sucedidas a Marte. Todas as janelas de lançamento deste início de século haviam sido aproveitadas. Não podendo ser lançado em 2009, o MSL terá que esperar por um novo realinhamento entre Marte e a Terra, o que somente acontecerá em 2011.

Problemas nos motores

O adiamento se deu por problemas nos motores. O robô Spirit, apesar de seu enorme sucesso, também está sofrendo de problemas em seus motores.
A diferença é que o MSL é 10 vezes mais pesado do que o Spirit e o Opportunity, tendo as dimensões e a massa de um carro. Isso permitirá que ele leve uma quantidade inédita de equipamentos científicos para continuar a busca por evidências de água em Marte e, eventualmente, das condições para abrigar alguma forma de vida.

Novo sistema de pouso

Para diminuir os riscos de danos no pouso, o novo robô usará um sistema de ajuste de vôo durante sua descida através da atmosfera marciana. Seu sistema de motores é totalmente inovador em relação aos robôs marcianos anteriores, permitindo-lhe viajar mais e estudar uma maior variedade de terrenos.
O local de pouso exato ainda não foi definido. Os estudos atuais indicam quatro possibilidades, que estão sendo analisadas com a ajuda de imagens e dados coletados pela sonda Mars Express.

Brasil vai desenvolver tecnologia para fabricar aviões silenciosos

Reduzir o nível de ruído de aeronaves durante o vôo é o maior desafio do Projeto Aeronave Silenciosa, que em 2009 buscará bolsistas de iniciação científica, mestrado, doutorado e pós-doutorado.
O projeto, que conta com apoio da FAPESP e da Embraer, envolve seis universidades brasileiras sob coordenação acadêmica do professor Julio Romano Meneghini, da Escola Politécnica (Poli) da USP.

Supercomputador contra o barulho

De acordo com Menghini, o projeto, que vai até 2011, terá investimentos de R$ 11 milhões. Parte dos recursos se destinam à aquisição de um supercomputador com mais de 1,2 mil núcleos de CPUs para uso exclusivo do projeto. As primeiras pesquisas já foram iniciadas e em 2009, com a instalação completa da infra-estrutura, o projeto entrará em plena operação.
"O supercomputador está sendo montado e toda a estrutura do projeto já está preparada. Em breve, buscaremos estudantes e pesquisadores que terão oportunidade de trabalhar em uma pesquisa tecnológica com aplicações práticas e na investigação de problemas científicos de ponta", disse à Agência FAPESP.

Ruído dos aviões

O ruído das aeronaves, principalmente nos momentos que antecedem pousos e decolagens, tem grande impacto na qualidade de vida da população que vive próxima às zonas aeroportuárias. Aeroportos em todo o mundo fazem restrições cada vez mais severas aos níveis de ruído produzidos, limitando a competitividade dos fabricantes que não conseguem reduzi-los.
"Um projeto desse tipo é um pólo de atração para estudantes de engenharia mecânica, mecatrônica ou engenharia aeronáutica que, muitas vezes, acabam indo para ramos que não têm relação direta com o que estudaram. Aqui, pelo contrário, vamos trabalhar com uma questão científica muito rica e uma necessidade tecnológica importante", afirmou.

Estabilidade, aerodinâmica e silêncio

A redução do ruído em aeronaves é uma tarefa tecnicamente complexa tanto na parte conceitual como em aspectos práticos, do tipo estabilidade e aerodinâmica. Meneghini explica que o projeto será dividido em quatro plataformas principais: predição numérica de ruído, ensaios aeroacústicos em túnel de vento, procedimento operacional de baixo ruído com simulações usando ferramentas de performance para simulações e criação de métodos de design de baixo ruído.
"Como é muito difícil reduzir o nível de ruído, qualquer avanço já terá valido a pena. Se conseguirmos resultados bons em dois ou três anos, não tenho dúvidas de que isso terá um impacto importante, daqui a cinco ou sete anos, no projeto de novas aeronaves por parte da Embraer, que atendam a demandas de redução de ruído e possam pousar e decolar em mais aeroportos", disse.

Flutuações de pressão

De acordo com Meneghini, o projeto tem envolvimento direto de 13 professores de sete grupos: da EP e da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC), da USP, do Instituto Tecnológico de Aeronáutica, da Universidade Federal de Santa Catarina, da Universidade Federal de Uberlândia, da Universidade de Brasília e da Universidade Twente, da Holanda.
A parte experimental, que inclui testes com aviões, ficará principalmente concentrada na Embraer e na EESC. A EP-USP concentrará a maior parte da pesquisa da simulação numérica, que abrange a resolução de equações para calcular a velocidade e a pressão no campo do escoamento ao redor da aeronave. As flutuações de pressão são as principais fontes de geração de ruídos das aeronaves.

Microfones no aeroporto

Meneghini explica que a infra-estrutura ficará a cargo das universidades. Dos R$ 11 milhões destinados ao projeto, uma grande parte foi destinada à compra do supercomputador, que representa uma parte substancial do projeto e será usado por seus integrantes para simulações numéricas.
"Outra parte será investida em ensaios de vôo. Eles serão feitos com a instalação de uma matriz de microfones que funcionará como se fosse um radar acústico. A partir das medições feitas por essa matriz - no total serão quase 500 microfones - poderemos identificar as fontes de geração de ruído de cada um dos elementos da aeronave: isto é, discriminar que ruídos são produzidos pela turbina, pelos slats [superfície aerodinâmica na parte da frente das asas], flaps [na traseira das asas], pelo trem de pouso e assim por diante", explicou.
Os microfones para os ensaios serão instalados na cabeceira de uma pista de testes na cidade de Gavião Peixoto (SP) - com um sistema de análise de sinais - onde os aviões da Embraer irão decolar e pousar várias vezes por dia. "O supercomputador e essa parte de informes corresponderão a uma parte substancial do projeto - pelo menos US$ 1 milhão", afirmou Meneghini.

Túneis de vento

O restante do projeto incluirá ensaios em túneis de vento, que serão realizados na EESC. "Vamos fazer modificações no túnel de vento que eles já têm, para que seja capaz de fazer medições do problema acústico transformando-se em uma câmara anecóica. Ou seja, faremos com que as paredes do túnel não reflitam ondas sonoras que eventualmente forem geradas", disse.
Os locais dos ensaios, segundo o professor, terão estações de trabalho que permitirão aos integrantes do projeto acessar o supercomputador, instalado na Escola Politécnica, na Cidade Universitária, em São Paulo.
"Os recursos para bolsas vão partir da Embraer, como contrapartida. Será um número de bolsas considerável", afirmou Meneghini. As bolsas da Embraer, segundo o professor, serão oferecidas não só a pesquisadores, mas também a professores. "A nova Lei de Inovação possibilitou bolsas de pesquisa para professores envolvidos no projeto. A Embraer vai arcar também com todos os ensaios em vôo - o que é um custo considerável, já que inclui o combustível, a equipe de pilotos e o seguro das aeronaves", disse.
Segundo o professor, um grupo de 20 engenheiros da Embraer deverá trabalhar em tempo integral no projeto. Outros deverão ser integrados no decorrer do projeto.
"Esses recursos também estão considerados na contrapartida. Por outro lado, a parcela da FAPESP é essencial, sem ela não existiria o projeto. O apoio da Fundação possibilitou a compra de equipamentos, microfones, do supercomputador, ou seja, toda a parte de aquisição de dados", destacou

Defeito na soldagem de metais é desvendado em laboratório brasileiro

Um problema há muito desafiava pesquisadores que tentavam entender um fenômeno conhecido como fratura por queda de ductilidade (FQD), que ocorre durante a soldagem.
Durante o processo, a junta soldada apresenta uma fratura em estado sólido, que resulta da redução da capacidade do material de suportar a deformação em temperaturas elevadas.
Fundamentos metalúrgicos
Uma pesquisa feita por Edwar Andrés Torres López, na Unicamp e no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), acaba de lançar novas luzes sobre o fenômeno da FQD.
De acordo com Ramirez, o fenômeno não acontece só nas ligas de níquel, mas também em diversos materiais, como ligas de alumínio e aços inoxidáveis, por exemplo.
"É um problema generalizado entre todos que trabalham com esses materiais. Mas o que se fez até agora foi atacar o problema. Nós optamos por tentar entender o fundamento do fenômeno, investigando a metalurgia por trás dele para tentar modificar a composição química do material, impedindo que ocorra a FQD", disse Antonio José Ramirez, que também participou da pesquisa, à Agência FAPESP.
Ligas de níquel
A pesquisa avaliou o comportamento das microestruturas de ligas de níquel a temperaturas elevadas por meio de observações detalhadas no microscópio eletrônico de varredura (MEV). O objetivo, segundo Ramirez, era acompanhar, em tempo real, o processo de deformação e fratura desses materiais estruturais quando submetidos a altas temperaturas e, assim, identificar os mecanismos envolvidos.
O tipo de experimento em que uma condição externa é aplicada ao material de interesse e a resposta é acompanhada em tempo real é conhecido como in situ. No ensaio termomecânico, foram utilizadas três ligas de níquel empregadas como metal de aporte para a soldagem em uma faixa de temperatura de 700 a mil graus Celsius.
Ineditismo
De acordo com Ramirez, o ineditismo da pesquisa se deve às altas taxas de temperatura empregadas, uma vez que na literatura apenas há testes com temperaturas de até 600 graus. Além disso, afirmou, os ensaios no microscópio eletrônico de varredura também foram inovadores.
"Mais do que encontrar uma receita para um tipo de material, que nesses casos são as ligas de níquel, queremos entender o fenômeno. Muitas pessoas deram receitas para resolver o problema prático, mas ninguém explicou o fenômeno, mostrando o que acontece dentro do material na escala atômica para que ocorra essa FQD tão severa", diz Ramirez.
A grande vantagem, segundo ele, é que, além de conseguir reproduzir o resultado de outras técnicas, o método usado permitiu visualizar a fratura durante o ensaio. "Antes tínhamos uma informação incompleta do problema porque as trincas já tinham acontecido. Nosso procedimento vai além. Hoje já temos muita informação sobre o processo", afirma.
Aplicações na indústria química e nuclear
Um dos grandes desafios foi desenvolver toda uma metodologia do ensaio e alterações na instrumentação. Mas, além da temperatura, o nível de vácuo e a estabilidade mecânica foram barreiras a serem superadas.
Segundo Ramirez, com o experimento, tornou-se possível quantificar a suscetibilidade à FQD, obter os valores de deformação local nas regiões onde se iniciam as trincas e propor e quantificar, de forma inédita, o processo de escorregamento de contornos de grãos envolvidos no processo de FQD. "Ficou claro qual a liga mais suscetível à fratura por queda de ductilidade e por quê", afirmou.
O estudo tem aplicações na indústria química e nuclear, segundo o pesquisador, mas não se limita a isso. "O procedimento é aplicado para fazer reatores nucleares ou reatores de indústria química que utilizam vasos de pressão com paredes muito grossas dentro dos quais, sob alta temperatura, ocorre uma reação química. O estudo ajuda a resolver um problema real da indústria química e nuclear, além de contribuir para o avanço do conhecimento", explicou.

Descoberto o segredo da tenacidade dos plásticos

A capacidade de dobrar em vez de simplesmente se partir é uma das características que explicam a disseminação dos plásticos em todos os setores da vida moderna. Mas, até agora, os cientistas não sabiam exatamente o segredo dessa flexibilidade.
Rigidez versus flexibilidade
Os plásticos, ou polímeros, são utilizados desde a fabricação de brinquedos até os mais modernos aviões. Apesar de sua leveza e facilidade para serem moldados em qualquer formato, os plásticos resultam em peças rígidas e muito duráveis.
O que desafiava os cientistas era justamente essa rigidez, que se transforma em uma utilíssima capacidade de se dobrar e flexionar quando a peça é submetida a uma tensão mecânica. Essa propriedade é conhecida como "fluxo plástico."
"Esta é uma combinação estranha de propriedades... Esses materiais não deveriam ser capazes de fluir porque eles são sólidos rígidos, mas alguns deles conseguem," explica o químico Mark Ediger, da Universidade Wisconsin-Madison, nos Estados Unidos.
Rearranjos moleculares
Agora, Ediger e seu orientando Hau-Nan Lee descreveram como isso é possível. Em um artigo publicado na revista Science, eles descrevem como as moléculas constituintes dos plásticos passam por um rearranjo molecular que aumenta de velocidade em até 1.000 vezes quando o material é submetido a um estresse físico, forçando o plástico a fluir.
Essa rapidez nos rearranjos moleculares é essencial para permitir que o material se adapte a diferentes condições sem se fraturar imediatamente em resposta à aplicação da tensão mecânica.
Vidros poliméricos
Os plásticos são um tipo de material conhecido pelos químicos como vidros poliméricos. Ao contrário de um cristal, no qual as moléculas ficam perfeitamente travadas em uma estrutura bem definida, um vidro é um material no qual as moléculas se misturam de forma totalmente aleatória.
Ao mesmo tempo em que essa desordem atômica significa que os vidros são quimicamente menos estáveis do que os cristais, ela também dá às moléculas dos materiais vítreos um certo espaço para se mover sem a quebra de suas ligações.
Resistência do acrílico
Os pesquisadores examinaram a capacidade mecânica de um plástico comum chamado polimetilmetacrilato - também conhecido como Plexiglas ou acrílico - e descobriram que um força aplicada sobre ele aumenta esses movimentos moleculares em até 1.000 vezes.
Os pesquisadores registraram rearranjos moleculares que levariam até um dia para acontecer em condições normais, ocorrerem em 50 segundos quando a força é aplicada.
"Da perspectiva mais fundamental, nós estamos tentando entender porque exercer uma pressão sobre um vidro permite que ele flua. A resposta a esta questão irá nos ajudar a modelar melhor o comportamento de materiais reais em aplicações reais," explicou Ediger.

Computadores quânticos ficam 5.000% mais viáveis

Uma equipe internacional de físicos conseguiu ampliar o tempo de duração do spin de um elétron em mais de 5.000 por cento. O estado quântico do spin será utilizado para armazenar informações nos computadores quânticos e aumentá-lo nessa magnitude é um passo importante rumo à construção desses computadores ultra-rápidos.

A propriedade quântica do spin faz com que os elétrons funcionem como se fossem minúsculos ímãs, sendo o spin de cada um deles utilizado como um bit para armazenar informações digitais. Nos computadores atuais, os bits são armazenados na forma de cargas elétricas de inúmeros elétrons.

Controlando o spin de um elétron

Os pesquisadores utilizaram microondas para controlar o estado do spin de um elétron mantido sobre um substrato de silício. O estado do spin pode ser acompanhado em tempo real medindo-se a corrente elétrica que flui entre os eletrodos de cor cinza na ilustração.

"O silício tem dominado a indústria de computadores por décadas," diz o Dr. Gavin Morley. "A técnica de maior sensibilidade para se ver o comportamento quântico de elétrons mantidos em chips de silício utiliza correntes elétricas. Infelizmente, o problema é que essas correntes sempre danificam as propriedades quânticas sob análise, restringindo sua utilidade."

Computador quântico mais viável

Morley e seus colegas resolveram este problema utilizando um campo magnético 25 vezes mais forte do que vinha sendo utilizado nas experiências até agora. Esse poderoso campo magnético também gerou uma vantagem adicional na busca por computadores quânticos práticos: ele coloca os spins dos elétrons em um conveniente "estado de inicialização", alinhando-os todos na mesma direção.

"Obter as respostas de cálculos quânticos não é fácil. Este novo trabalho nos coloca mais próximos de resolver o problema mostrando como nós podemos ler o estado dos spins dos elétrons em um computador quântico construído à base de silício," afirmam os pesquisadores.

Memórias e discos rígidos aproximam-se do armazenamento em nível molecular

Pesquisadores ingleses descobriram como usar nanotubos de carbono para criar discos rígidos capazes de armazenar dados em nível molecular, levando ao limite a possibilidade de miniaturização das memórias e discos de computadores.
Na tecnologia atual, os bits são gravados nos discos rígidos e em outros dispositivos de armazenamento por meio da alteração da orientação magnética de pequenos aglomerados de partículas magnéticas - as chamadas células de memória.

Ação telescópica

Os cientistas da Universidade de Nottingham descobriram que é possível criar uma célula de memória colocando um nanotubo de carbono dentro de outro ligeiramente mais largo.
Devido à interação das forças eletrostática, de van der Walls e de capilaridade, o nanotubo menor irá "flutuar" no interior do nanotubo maior, podendo ter sua posição alterada pela aplicação de uma tensão elétrica.
Esse mecanismo de ação telescópica poderá conectar ou desconectar o nanotubo interno a um eletrodo localizado em sua base, criando os estados equivalentes aos 0s e 1s necessários para o armazenamento binário de informações.

Memória rápida e não-volátil

Além de ser rápido e consumir uma quantidade de energia muito menor do que a necessária para o funcionamento das memórias atuais, a célula de memória de nanotubos de carbono não perderá os dados quando a energia for desligada, ou seja, ela criará permitirá a criação de memórias não-voláteis. Na falta de energia, a força de van der Walls mantém o nanotubo interior na sua posição, seja em contato, seja à distância do eletrodo.
"A indústria eletrônica está procurando por um substituto para as tecnologias à base de silício para armazenamento de dados e para as memórias de computadores. As tecnologias atuais, como os discos rígidos magnéticos, não podem ser utilizados com confiabilidade em escalas submicrométricas e logo atingirão suas limitações físicas fundamentais," comenta a Dra. Elena Bichoutskaia, coordenadora do estudo.
Agora que demonstraram teoricamente a viabilidade da células de memória de nanotubos de carbono, os pesquisadores vão tentar construir os primeiros protótipos para avaliação prática de seu funcionamento.

Nanotecnologia

Microscópio 4-D revoluciona a forma como vemos o mundo nano

Acostumados com o cinema e a televisão, poucos se dão conta da revolução que representou a sua criação, quando, pela primeira vez, as pessoas puderam ver o passado gravado para sempre em um rolo de filme.
Agora, em um feito similar, cientistas do Instituto Tecnológica da Califórnia criaram um microscópio 4-D, capaz de capturar as três dimensões espaciais mais o tempo - uma descrição pomposa para um filme em escala atômica.

Filmando átomos e moléculas

Apesar dos contínuos avanços na microscopia, esta é a primeira vez que se consegue a gravação de um filme em tempo real, no espaço real, das fugazes alterações na estrutura e na forma da matéria em uma escala de bilionésimos de metro.
A nova técnica, batizada de microscopia eletrônica 4-D, foi desenvolvida pela equipe do professor Ahmed Zewail, ganhador do Prêmio Nobel de Química em 1999 pelo uso de pulsos de laser ultra-curtos para a observação de reações químicas fundamentais, como os átomos se unindo em moléculas e depois se dividindo novamente em átomos. Um fenômeno como este ocorre em uma escala de um femtosegundo, o equivalente a um milionésimo de bilionésimo de segundo.

A dimensão do espaço

As imagens das moléculas em movimento "nos dão a dimensão do tempo, mas o que nós não tínhamos era a dimensão do espaço, a estrutura. Meu sonho desde 1999 era descobrir uma forma de olhar não apenas no tempo mas também no domínio espacial, para ver a arquitetura de um sistema complexo em escala atômica, à medida que ele muda ao longo do tempo, seja da matéria física ou biológica," diz Zewail.
Os microscópios eletrônicos são a melhor ferramenta atualmente para se observar a matéria em escala molecular e atômica, mas eles não são capazes de capturar o comportamento dos átomos simultaneamente no espaço e no tempo.

Controlando elétrons individuais

O que a equipe do professor Zewail fez foi controlar com precisão, no tempo e no espaço, a trajetória de cada elétron emitido pelo microscópio eletrônico. Com isto eles criaram um "imageamento de elétron único" ultra-rápido, introduzindo a quarta dimensão - a espacial - na microscopia eletrônica.
A imagem resultante produzida por cada elétron representa uma fotografia de um femtosegundo num dado momento no tempo. Da mesma forma que os quadros em um filme, as imagens geradas seqüencialmente podem ser montadas em um filme digital mostrando o que acontece em escala atômica.
"Com esta técnica de imageamento 4-D, os movimentos em escala atômica que levam aos fenômenos estruturais, morfológicos e nanomecânicos agora podem ser visualizados diretamente e, quiçá, compreendidos," diz Zewail.

Nanorrevestimento se aproxima do lubrificante ideal

Um dos objetivos da atual missão do ônibus espacial Endeavour está sendo lubrificar as juntas que fazem girar os painéis solares da Estação Espacial Internacional, a fim de que eles possam estar sempre voltados para o Sol e capturem mais energia. O atrito, contudo, está fazendo com que eles desperdicem quase todo o ganho com esse posicionamento inteligente.
Este não é um problema exclusivo dos equipamentos no espaço. Na verdade, o atrito talvez seja o maior problema de qualquer máquina, em qualquer lugar. Sempre que duas partes mecânicas estão sujeitas à fricção, mais energia será despendida para movimentá-las. E, ao longo do tempo, isso significará uma redução na sua vida útil.

Lubrificante ideal

Existem inúmeras formas de lubrificar essas superfícies, mas os engenheiros estão sempre procurando o "lubrificante ideal," aquele que faça com que os equipamentos movimentem-se com o gasto mínimo de energia e sofrendo o menor índice de desgaste possível.
Engenheiros dos Laboratórios Ames, nos Estados Unidos, acreditam ter dado mais um passo rumo a esse lubrificante ideal. Eles usaram a nanotecnologia para criar um revestimento que pode ser aplicado às peças mecânicas sujeitas ao atrito, diminuindo esse atrito de forma surpreendente e praticamente não exigindo manutenções posteriores.

Cerâmica lubrificante

A base do nanorrevestimento é uma cerâmica formada pelos elementos boro, alumínio e magnésio - ela foi batizada de cerâmica BAM, as iniciais dos três elementos. Ao acrescentar o diboreto de titânio, os pesquisadores conseguiram aumentar ainda mais seu rendimento.
Embora seja possível construir as peças mecânicas a partir da própria cerâmica, é muito mais barato construi-las com os materiais convencionais, geralmente aço, e revesti-las com um material que lhes proteja contra o atrito.

Nanorrevestimento

Para testar o nanorrevestimento, os engenheiros utilizaram uma técnica chamada deposição por laser pulsado para depositar uma finíssima camada da liga na superfície interna dos pistões de bombas hidráulicas, um equipamento de grande uso na indústria e em máquinas e tratores de grande porte.
Os testes iniciais mostraram um decréscimo do atrito em relação à superfície não-tratada de pelo menos uma ordem de magnitude. O nanorrevestimento também se mostrou superior aos revestimentos de diamante e ao diboreto de titânio isoladamente.
Várias indústrias já se interessaram pelo nanorrevestimento antiatrito e estão testando sua aplicação em seus próprios equipamentos. O próximo trabalho da equipe será o desenvolvimento de métodos de aplicação do revestimento mais econômicas e mais facilmente aplicáveis no ambiente industrial do que a deposição por laser pulsado.