terça-feira, 31 de maio de 2011

Super molas armazenam energia em bateria mecânica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/05/2011
Bateria mecânica é feita com super molas
A Dra. Carol Livermore segura uma pequena amostra de suas super molas, construídas com nanotubos de carbono. [Imagem: Len Rubenstein/MIT]
A energia fica acumulada na mola, pronta para ser liberada.
Agora, a Dra. Carol Livermore, do MIT, nos Estados Unidos, acredita ter encontrado uma maneira de construir molas capazes de reter tanta energia quanto uma bateria de lítio.
E ela espera usá-las justamente para isso, para acumular energia - uma espécie de bateria mecânica.
Armazenamento de energia mecânica
As chamadas "super molas" são feitas de nanotubos de carbono.
A pesquisadora afirma que um "tapete" dessas super molas pode ser uma fonte de energia superior àsbaterias, sobretudo para alimentar sistemas de alarme e de iluminação, e suprir energia em situações de emergência.
Mas pode haver usos mais interessantes. Por exemplo, o sistema de frenagem regenerativa (KERS), que equipa os carros híbridos e elétricos, captura uma energia mecânica, converte-a para energia elétrica, que é então acumulada em uma bateria.
Quando a energia é necessária, todo o processo é rodado ao inverso, até que a eletricidade converta-se novamente na energia mecânica que ajuda a tracionar as rodas.
Faria muito mais sentido acumular a energia mecânica de forma mecânica, dispensando todo o aparato de conversão, assim como as perdas decorrentes dessa conversão.
E isto pode ser feito com molas - desde que as molas sejam eficientes o bastante.
Bateria mecânica é feita com super molas
Comparativo da densidade de energia: à esquerda, as atuais super molas e, na extrema direita, o seu potencial teórico. [Imagem: Carol Livermore]
Super molas
Os nanotubos de carbono podem armazenar densidades de energia muito elevadas, até 1.000 vezes maiores do que as molas de aço tradicionais, superando até mesmo as baterias de lítio.
As super molas também apresentam uma grande densidade de energia - assim como os capacitores, elas podem liberar sua energia rapidamente.
Devidamente controladas, por outro lado, a liberação da energia pode ser tão lenta quanto nas baterias, o que as torna adequadas para a geração de eletricidade e alimentação de circuitos elétricos ou eletrônicos.
E, ao contrário das baterias, que demoram para recarregar e perdem capacidade de carga ao longo dos ciclos de carga e descarga, a energia das super molas permanece praticamente constante: uma vez "carregadas", assim permanecerão por um tempo indefinido.
O grupo está agora aprimorando as técnicas de fabricação de suas super molas de nanotubos de carbono. As primeiras super molas são capazes de fazer funcionar apenas um relógio de pulso.
Quando você pressiona uma mola, está passando energia para ela.

segunda-feira, 30 de maio de 2011

Cérebro artificial ajudará a entender o cérebro biológico
Marc-André Miserez - Swissinfo - 30/05/2011
Cérebro artificial ajudará a entender o cérebro biológico
O objetivo não é criar um monstrengo para jogar xadrez ou pilotar uma nave espacial, mas compreender o mau funcionamento do cérebro humano, que leva a doenças como Parkinson e Alzheimer. [Imagem: Nevit Dilmen/Wikimedia]
Máquina Única

Construir um cérebro artificial, copiado do verdadeiro, para entender como esta extraordinária máquina funciona e deixa de funcionar.
Esse é o desafio do Projeto Cérebro Humano, centrado na Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça, mas incluindo pesquisadores de várias partes da Europa.
O projeto está agora disputando um financiamento da União Europeia de um bilhão de euros.
"60 mil artigos científicos sobre o cérebro são publicados anualmente", afirma Henry Markram. Em vez de deixar esses artigos dormindo nas bibliotecas, o Projeto Cérebro Humano pretende integrá-los para construir uma máquina única no mundo.
Cérebro artificial
Markram e seus colegas já estão trabalhando desde 2005 em um projeto de cérebro artificial, chamado Cérebro Azul (Blue Brain), o mais próximo tecnicamente possível do cérebro biológico.
Nesse caso, o trabalho foi realizado com técnicas de engenharia reversa: em vez de desenhar um objeto antes de ser construído, pega-se um objeto existente para depois preparar um plano.
O primeiro passo foi dado com as proteínas, essas moléculas grandes que formam as células, e em seguida com os neurônios, através dos quais passam as informações, e as células gliais que os alimentam e modulam as transmissões, feixes de íons que passam de uma célula a outra através de longos filamentos.
Tudo isso é reconstruído virtualmente a partir de dados coletados da matéria viva.
Dispostos em forma de estrela em torno de um microscópio infravermelho, uma dúzia de caixinhas prolongadas por uma pipeta de plástico parecem se alimentar da mesma fonte de luz verde.
Cada unidade contém doze neurônios de rato, cuja atividade a máquina decifra precisamente - a atividade é então modelada no computador.
Simulando um cérebro
Essa é a essência do projeto. Desde 2005, essas experiências têm-se revelado uma verdadeira mina de informações sobre o funcionamento básico das células cerebrais.
Através delas, o Cérebro Azul já foi capaz de simular uma coluna neocortical de ratos, unidade de base do cérebro, composta de 10 mil neurônios, cada um capaz de criar entre si até 30 milhões de conexões.
Mas o cérebro humano, o objetivo final do Projeto Cérebro Humano, conta pelo menos 100 milhões de neurônios. E, hoje, é necessário a potência total de um computador portátil para simular o comportamento de um único neurônio.
Isso quer dizer que precisamos melhorar a potência dos computadores. Estima-se que um cérebro humano virtual exigiria uma máquina mil vezes mais potente do que o maior supercomputador existente.
O Projeto Cérebro Humano vai, portanto, trabalhar lado a lado com os fabricantes de hardware para tentar encontrar soluções em termos de potência de cálculo, consumo de energia e dissipação de calor.
E pensar que o nosso cérebro é capaz de fazer mais e melhor do que todas estas máquinas, (quase) sem esquentar a cabeça!
Um cérebro artificial para entender o natural
Hoje, é necessária a potência total de um computador portátil para simular o comportamento de um único neurônio. [Imagem: Mary Moye-Rowley]
Doenças do cérebro
Quanto à sua réplica virtual, o objetivo não é criar um monstrengo para jogar xadrez ou pilotar uma nave espacial, como nos clássicos da ficção científica.
"Vai ser como uma enorme instalação de imagens por ressonância magnética de um hospital. O objetivo não é criar um brinquedo divertido", explica Henry Markram.
Seu credo é simples: a medicina mantém cada vez mais a saúde de nossos corpos, mas ninguém encontrou ainda a cura para as doenças do cérebro (Parkinson, Alzheimer e outras) que afetam dois bilhões de pessoas no mundo.
Os pesquisadores do Projeto Cérebro Humano pretendem transformar a máquina deles em uma ferramenta de última geração para a compreensão do cérebro, simulando situações reais, administrando nela medicamentos ou novas moléculas virtuais, mas também alimentando-a com todos os conhecimentos atuais e futuros. Para Markram, trata-se de uma questão "de interesse da humanidade".
Robótica e informática
Outra sumidade em neurociência, o professor Pierre Magistretti, diretor do pólo de pesquisa sobre os fundamentos biológicos das doenças mentais, diz que se trata de "uma situação onde todos só têm a ganhar".
E a medicina não vai ser a única a desfrutar desta magnífica conquista.
O Projeto Cérebro Humano também será útil para a robótica (os robôs "alimentarão" o cérebro artificial com sensações), para as próteses de interfaces do sistema nervoso e, claro, para a informática, que tem muito a aprender com a extraordinária capacidade do cérebro humano.
Cérebro mundial
Os norte-americanos também estão prestes a anunciar um grande programa de pesquisa sobre o cérebro, definido como o novo "objetivo Lua" deste terceiro milênio.
Será que Henry Markram está com medo da concorrência?
"Não", responde sem rodeios, preferindo o termo emulação. "A abordagem deles é diferente da nossa e os dados que serão publicados estarão à disposição de toda a comunidade científica. Nossa estratégia é mundial, não é cada um no seu canto. Vamos encontrar formas de colaborar e agregar valor aos resultados deles", disse o professor, com a consciência tranquila de quem tem razão.
Veja outras pesquisas sobre a criação de cérebros artificiais:

domingo, 29 de maio de 2011


Algoritmos genéticos: As invenções que evoluem

Com informações da New Scientist - 26/05/2011
Invenções evolutivas marcam nova era na história da invenção
O Dr. Hod Lipson é conhecido por suas pesquisas com robôs cientistas.[Imagem: Lipson Lab]
Algoritmos genéticos
Um algoritmo é uma sequência bem definida de passos para resolver um problema.
O melhor exemplo de uso dos algoritmos é na construção de programas de computador, que seguem passos precisos para resolver problemas de forma muito rápida.
O inconveniente é que, para construir o algoritmo e o programa, o humano por detrás do teclado deve saber muito bem como resolver o problema.
Mas não precisa ser sempre assim. Há uma solução, por assim dizer, mais produtiva: o uso de algoritmos genéticos.
Em vez de tomarem decisões lógicas simples e previsíveis, como os algoritmos normais, um algoritmo genético é construído de forma a gerar mutações, criando novas gerações de passos, cada uma eventualmente mais próxima da solução do problema.

Nova era na história da invenção
Os cientistas acreditam que os algoritmos genéticos estão nos colocando no limiar de uma nova era na história da invenção, das inovações e da pesquisa científica.
Isto porque os programas de computador passam a poder "evoluir" automaticamente, criando projetos que, muitas vezes, nenhum ser humano poderia idealizar.
Essa nova forma de inventar já está transformando áreas tão diversas como a
locomoção de robôs, a criação de novos componentes eletroeletrônicos e até o projeto de motores diesel menos poluentes.
Os algoritmos genéticos imitam a seleção natural, descrevendo um projeto como se ele fosse um genoma construído de segmentos.
Cada segmento descreve um parâmetro da invenção, da forma do objeto, por exemplo, até aspectos muito mais detalhados, como a resistência elétrica ou as afinidades químicas do material.
Alterando aleatoriamente alguns segmentos - criando versões mutantes deles - o algoritmo melhora o projeto.
Os melhores resultados obtidos em cada rodada - em cada geração - são então reunidos, e tudo recomeça rumo a uma nova geração, para melhorar ainda mais as coisas.

Invenções evolutivas marcam nova era na história da invenção
O Dr. John Koza usou algoritmos genéticos para projetar antenas de alto desempenho, que dificilmente um ser humano idealizaria. [Imagem: Jason Lohn/NASA Ames]
Inovações que evoluem
Até recentemente, um computador de mesa médio não tinha o poder de processamento para triturar os dados através de milhões de gerações e descartar os mutantes indesejáveis.
Isso agora mudou, permitindo que os algoritmos genéticos passem a ter um efeito mais prático, mais imediato, mas também mais profundo, na pesquisa e no desenvolvimento.
É o que defende John Koza, da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, um dos pioneiros no uso dos algoritmos genéticos no desenvolvimento de projetos de engenharia.
Ele desenhou uma nova "raça" de
antenas de rádio super eficientes dessa maneira.
O que é realmente interessante, segundo o pesquisador, é que nem sempre é claro por que a invenção evoluída funciona: nenhum ser humano poderia, de forma razoável, criar tais antenas, com suas formas estranhas.
E, para quem quer reaproveitar o conhecimento já existente, o programa pode ser posto para gerar uma nova concepção a partir de inventos humanos, como os registrados em patentes.

Invenção evolutiva
A invenção evolutiva parece estar pegando em todas as áreas do conhecimento. As empresas de medicamentos estão se tornando suas grandes usuárias, por exemplo, evoluindo novos mecanismos moleculares que atingem determinados receptores, em que nenhum ser humano teria pensado.
"A maioria das invenções evoluídas não é necessariamente dramática - mas elas estão produzindo um fluxo constante de melhorias," afirma
Hod Lipson, um roboticista da Universidade Carnegie Mellon. "O importante é que elas estão tendo um efeito cumulativo profundo na aceleração da inovação".
Mas não espere ouvir falar muito sobre os algoritmos genéticos e seus efeitos sobre as futuras inovações.
Segundo Lipson, a maioria dos pesquisadores vai preferir ficar com o crédito sobre suas invenções maravilhosas, deixando implícito que elas evoluíram em seus próprios cérebros.