Sensores impressos em plantas mostram hora da irrigação

Redação do Site Inovação Tecnológica -  13/11/2017

A ideia é criar circuitos eletrônicos tipo internet das coisas, que avisem quando a planta está sem água. [Imagem: Volodymyr B. Koman et al. - 10.1039/C7LC00930E]

Sensor de seca para plantas
Esqueceu de regar as plantas? Que tal permitir que elas lhe mandem um pedido de socorro pelo celular?
Essa é uma das possibilidades criadas com o desenvolvimento de um novo sensor que pode ser impresso nas folhas das plantas e indicar quando elas estão ficando sem água.
Segundo o professor Michael Strano, do MIT, essa tecnologia poderá não apenas salvar as plantas do escritório ou de casa, mas, e mais importante, dar aos agricultores uma informação precisa que permita aplicar a irrigação de forma otimizada, nem mais e nem menos.
"Este parece ser o primeiro indicador de seca que temos para aplicações agrícolas. É difícil obter essa informação de outra maneira. Você pode colocar sensores no solo, ou você pode fazer imagens de satélite e mapeamento, mas você nunca sabe realmente o que uma determinada planta está detectando como potencial de água," disse o pesquisador, que vem trabalhando há alguns anos com plantas biônicas.
Estômatos
O sensor tira vantagem dos estômatos das plantas, pequenos poros na superfície das folhas que permitem que a água evapore. À medida que a água evapora da folha, a pressão da água na planta cai, permitindo que ela sugue mais água do solo.
"As pessoas já sabiam que os estômatos respondem à luz, à concentração de dióxido de carbono, à seca, mas agora conseguimos monitorá-lo continuamente. Os métodos anteriores não conseguiam produzir esse tipo de informação," explicou o pesquisador Volodymyr Koman.
Para criar o sensor, Koman usou uma tinta feita de nanotubos de carbono - eletricamente condutores - dissolvidos em um composto orgânico chamado dodecil sulfato de sódio. Para aplicar a tinta às folhas ele usou um molde de impressão com um canal microfluídico, que permite uma cuidadosa deposição do material.
Os primeiros dados mostraram que os estômatos abrem sete minutos após o nascer do sol e se fecham 53 minutos após o por do sol. Mais importante do que isso, porém, é que esse tempo muda quando a planta está sentindo falta de água, levando até 25 minutos para abrir e fechando-se mais cedo, 45 minutos após o horário de iluminação.
A ideia agora é imprimir os sensores em adesivos, que possam ser rapidamente aplicados nas plantas no campo. Esses adesivos deverão levar também os circuitos eletrônicos necessários para transmitir os sinais lidos das plantas para uma central de monitoramento.

Bibliografia:

Persistent drought monitoring using a microfluidic-printed electro-mechanical sensor of stomata in planta
Volodymyr B. Koman, Tedrick T. S. Lew, Min Hao Wong, Seon-Yeong Kwak, Juan P. Giraldo, Michael S. Strano
Lab on a Chip
DOI: 10.1039/C7LC00930E

Energia limpa pode mudar face do mundo até 2050

Redação do Site Inovação Tecnológica -  22/11/2017

Uma adoção generalizada de fontes de energia renováveis pode mudar a face do mundo.[Imagem: Wikimedia Commons]

Mundo com energia renovável
Pelo menos 139 países poderiam ser totalmente abastecidos por eletricidade gerada por fontes eólica, solar e aquática até 2050.
Esta é a conclusão, não exatamente de um estudo ou de um levantamento, mas de um roteiro para a efetivação de um futuro 100% baseado em energia renovável. Uma primeira etapa prevê alcançar 80% de energia renovável em 2030, e a segunda prevê alcançar 100% em 2050.
O roteiro descreve as mudanças de infraestrutura que os 139 países devem fazer para se tornarem totalmente alimentados pelo que hoje são consideradas fontes alternativas de energia.
As análises examinaram os setores de eletricidade, transporte, aquecimento e refrigeração, industriais e de agricultura/silvicultura/pesca de cada país.
Os 139 países - selecionados porque são países para os quais os dados estão publicamente disponíveis por meio da Agência Internacional de Energia - emitem em conjunto mais de 99% de todo o dióxido de carbono de origem humana do planeta.
"Os formuladores de políticas geralmente não querem comprometer-se a fazer algo a menos que haja alguma ciência razoável que possa mostrar que é possível, e é isso que estamos tentando fazer. Existem outros cenários. Não estamos dizendo que há apenas uma maneira de fazer isso, mas ter um cenário dá orientação às pessoas," disse o professor Mark Jacobson, da Universidade de Stanford, coordenador do trabalho. "Tanto os indivíduos como os governos podem liderar essa mudança."

• Potencial eólico global é calculado em termos realistas

Economia baseada em energia limpa
A transição para uma economia baseada em energia limpa pode significar um aumento líquido de mais de 24 milhões de empregos no longo prazo, uma diminuição anual de 4 a 7 milhões de mortes por poluição atmosférica por ano, a estabilização dos preços da energia e uma poupança anual de mais de US$ 20 trilhões em custos de saúde e ações de adaptação às mudanças climáticas.
Para cada uma das 139 nações, a equipe de 26 especialistas avaliou os recursos de energia renovável disponíveis, o número de geradores de energia eólica que poderiam ser instalados, a disponibilidade de fontes de água (rios e mares), a incidência de energia solar e a área em terrenos e telhados necessária para a instalação dos painéis solares.
"O que é diferente entre este estudo e outros que propuseram soluções é que estamos tentando examinar não só os benefícios climáticos da redução de carbono, mas também os benefícios de poluição do ar, benefícios de trabalho e benefícios de custo," disse Jacobson.

• Vento, água e sol superam biocombustíveis, energia nuclear e carvão

Benefícios de um mundo com energia limpa
Como resultado da transição para a energia limpa, o roteiro prevê uma série de benefícios diretos.
Por exemplo, ao eliminar o uso de petróleo, gás e urânio, a energia associada à mineração, transporte e refinação destes combustíveis também é eliminada, reduzindo a demanda internacional de energia em cerca de 13%. Como a eletricidade é mais eficiente do que a queima de combustíveis fósseis, a demanda deve diminuir 23%.
As mudanças na infraestrutura também significariam que os países não precisariam depender uns dos outros para combustíveis fósseis, reduzindo a frequência dos conflitos internacionais por questões de energia.
"Além de eliminar as emissões e evitar o aquecimento global de 1,5º C e começar o processo de deixar o dióxido de carbono ser drenado da atmosfera terrestre, a transição elimina de 4 a 7 milhões de mortes por poluição atmosférica a cada ano e cria mais de 24 milhões de empregos de tempo integral no longo prazo," disse Jacobson. Bibliografia:

100% Clean and Renewable Wind, Water, and Sunlight All-Sector Energy Roadmaps for 139 Countries of the World
Mark Z. Jacobson, Mark A. Delucchi, Zack A.F. Bauer, Savannah C. Goodman, William E. Chapman, Mary A. Cameron, Cedric Bozonnat, Liat Chobadi, Hailey A. Clonts, Peter Enevoldsen, Jenny R. Erwin, Simone N. Fobi, Owen K. Goldstrom, Eleanor M. Hennessy, Jingyi Liu, Jonathan Lo, Clayton B. Meyer, Sean B. Morris, Kevin R. Moy, Patrick L. O'Neill, Ivalin Petkov, Stephanie Redfern, Robin Schucker, Michael A. Sontag, Jingfan Wang, Eric Weiner, Alexander S. Yachanin
Joule
DOI: 10.1016/j.joule.2017.07.005

Aranhas que ingerem grafeno e nanotubos tecem teias mais fortes

Redação do Site Inovação Tecnológica -  18/09/2017

O biocompósito foi tecido naturalmente pelas aranhas, que ingeriram uma solução de grafeno e nanotubos de carbono.[Imagem: F. Tomasinelli]

Reforço
Cientistas da Universidade de Cambridge (Reino Unido) e de Trento (Itália) descobriram um modo de fazer com que as aranhas teçam uma seda ainda mais forte e resistente.
Emiliano Lepore e seus colegas deixaram que algumas aranhas construíssem suas teias e depois aspergiram sobre suas casas uma solução de grafeno e de nanotubos de carbono, dois materiais conhecidos por sua extrema força e resistência.

As aranhas ingeriram - ou absorveram - o material a partir do seu ambiente e continuaram levando sua vida normal.

Os cientistas então coletaram as teias que elas teceram desde a aspersão dos nanomateriais e as compararam com as teias tecidas pelas mesmas aranhas antes da aspersão.

Seda biônica
As novas teias apresentaram aumentos significativos na força, tenacidade e elasticidade dos fios, que a equipe chama de "biocompósitos" - materiais compostos sintetizados biologicamente.

Os fios de seda mais fortes apresentaram uma resistência à fratura de até 5,4 GPa, mais de 3 vezes mais forte do que as sedas originais, bem como um aumento de 10 vezes no módulo de resistência, que chegou a 2,1 GPa.

A equipe espera usar as novas sedas superfortes em tecidos biodegradáveis ou têxteis para aplicações especiais, como em para-quedas e vestimentas médicas.

"Ainda estamos nos primeiros dias [dessa nova técnica], mas nossos resultados são uma prova de conceito que abre o caminho para explorar o naturalmente eficiente processo de fiação das aranhas para produzir fibras reforçadas de seda biônica, melhorando ainda mais um dos materiais fortes mais promissores," disse o professor Nicola Pugno.
Bibliografia:

Spider silk reinforced by graphene or carbon nanotubes
Emiliano Lepore, Federico Bosia, Francesco Bonaccorso, Matteo Bruna, Simone Taioli, Giovanni Garberoglio, Andrea C Ferrari, Nicola Maria Pugno
2D Materials
Vol.: 4, Number 3
DOI: 10.1088/2053-1583/aa7cd3

Tecido reversível mantém você quente no inverno e frio no verão

Redação do Site Inovação Tecnológica -  04/12/2017

Microfotografias do material (em cima) e estrutura do tecido térmico (embaixo).[Imagem: Po-Chun Hsu et al. - 10.1126/sciadv.1700895]

Ar-condicionado pessoal
Se uma roupa que tira o calor do corpo sem gastar energia não é bom o suficiente, que tal uma que, além de fazer isto, também mantenha o calor no seu corpo quando estiver fazendo frio?

Isto logo será possível com um tecido reversível - que também não gasta energia - que acaba de ser criado por uma equipe da Universidade de Stanford, nos EUA.

A ideia é que o tecido seja usado para fazer um casaco que possa ser usado de um lado no verão, eliminando o calor do corpo. No inverno, bastará virá-lo do avesso, ou seja, vesti-lo ao contrário, para que ele se incumba de manter o calor no seu corpo e o frio do lado de fora.

Tecido térmico
A novidade é um melhoramento em relação a um tecido que expulsa o calor do corpo, que a equipe apresentou no ano passado.

Foi o pesquisador Po-Chun Hsu que percebeu que o controle da radiação termal usada no tecido original pode funcionar nos dois sentidos.

Ele então empilhou duas camadas de materiais com diferentes capacidades para liberar energia térmica e criou um sanduíche colocando camadas de polietileno nos dois lados.
De um lado, um revestimento feito com uma trama de cobre aprisiona o calor entre a camada de polietileno e a pele. Do outro lado, um revestimento de carbono libera calor sob a outra camada de polietileno. Usado com a camada de cobre voltada para fora, o material aprisiona o calor e aquece a pele em dias frios. Com a camada de carbono voltada para fora, ele libera calor, refrescando o usuário.

O protótipo consegue aumentar a temperatura de conforto do usuário em 5ºC, mas a equipe acredita que poderá chegar fácil aos 15º C de variação. Além disso, agora eles estão verificando se o material suporta ser lavado a máquina sem perder a funcionalidade.

Bibliografia:

A dual-mode textile for human body radiative heating and cooling
Po-Chun Hsu, Chong Liu, Alex Y. Song, Ze Zhang, Yucan Peng, Jin Xie, Kai Liu, Chun-Lan Wu, Peter B. Catrysse, Lili Cai, Shang Zhai, Arun Majumdar, Shanhui Fan, Yi Cui
Science Advances
Vol.: 3, no. 11, e1700895
DOI: 10.1126/sciadv.1700895

Experimento faz tempo andar para trás

Com informações da Phys.org -  05/12/2017

Esquema do experimento. [Imagem: Kaonan Micadei et al. (2017)]

Seta do tempo relativa
Uma equipe internacional, liderada por físicos brasileiros, realizou um experimento que mostra que a seta do tempo - o desenrolar contínuo do tempo do passado rumo ao futuro - é um conceito relativo, e não absoluto.
Em um artigo ainda sendo revisado para publicação, a equipe descreve o experimento e o resultado, e também explica por que suas descobertas não violam a segunda lei da termodinâmica.

A segunda lei da termodinâmica estabelece que a entropia, ou desordem, tende a aumentar ao longo do tempo, e é por isso que todo o mundo que nos rodeia parece se desdobrar tempo adiante, nunca dando marcha-a-ré. Ela também explica por que o café quente sempre esfria e nunca se aquece, e coisas desse tipo.
Kaonan Micadei e seus colegas parecem agora ter encontrado uma exceção a essa regra - e uma exceção que funciona de forma a não violar as regras conhecidas da física.

Partículas correlacionadas
A ideia de partículas emaranhadas, ou entrelaçadas, já é bastante conhecida, graças em parte aos esforços para transformá-las em qubits para computadores quânticos.
Mas há uma outra propriedade menos conhecida das partículas subatômicas, ligeiramente diferente do entrelaçamento. É quando as partículas estão correlacionadas, o que significa que elas se ligam de modos que não acontecem no mundo em escala humana. As partículas correlacionadas também compartilham informações, como as partículas entrelaçadas, embora por meio de uma ligação que não é tão forte.

Em seu experimento, os pesquisadores usaram essa propriedade do correlacionamento para mudar a direção da seta do tempo.

O experimento consistiu em mudar a temperatura dos núcleos em dois dos átomos de uma molécula de triclorometano - hidrogênio e carbono - , de modo que a temperatura ficou mais alta no núcleo de hidrogênio do que no núcleo de carbono. Em seguida, a equipe ficou observando como o calor fluía de um núcleo atômico para o outro.

A equipe verificou que, quando os núcleos dos dois átomos não estavam correlacionados, o calor fluiu como esperado, do núcleo mais quente de hidrogênio para o núcleo mais frio de carbono.

Mas, quando os dois estavam correlacionados, ocorreu o oposto - o calor fluiu para trás em relação ao que normalmente é observado. O núcleo quente ficou ainda mais quente, enquanto o núcleo frio ficou mais frio.

Quando as partículas estão correlacionadas, a energia térmica vai do frio para o quente. [Imagem: Kaonan Micadei et al. (2017)]

Tempo andando para trás
Como é a própria assimetria do fluxo de calor no tempo - a entropia - que determina a seta do tempo, conforme descrito por Arthur Eddington há quase 100 anos, a equipe concluiu que seu experimento inverteu a seta do tempo. Em outras palavras, fez o tempo correr para trás.

"O calor flui neste caso do qubit frio para o quente: a seta do tempo é invertida. Nós caracterizamos quantitativamente a ocorrência dessa inversão calculando o calor real a cada momento," escreveram Micadei e seus colegas.

"Isso abre a possibilidade de controlar ou até mesmo inverter a seta do tempo dependendo das condições iniciais," acrescentaram.

Segundo a equipe, seu experimento não violou a segunda lei da termodinâmica porque a segunda lei pressupõe que não existam correlações entre as partículas - e a correlação foi essencial para que o tempo corresse para trás durante o experimento.

Participaram do trabalho físicos das universidades Federal do ABC, CBPF, USP (Brasil), Nacional de Cingapura, York (Reino Unido) e Erlangen-Nürnberg (Alemanha).
 
Bibliografia:

Reversing the thermodynamic arrow of time using quantum correlations
Kaonan Micadei, John P. S. Peterson, Alexandre M. Souza, Roberto S. Sarthour, Ivan S. Oliveira, Gabriel T. Landi, Tiago B. Batalhão, Roberto M. Serra, Eric Lutz
arXiv
Vol.: 1711.03323
https://arxiv.org/abs/1711.03323