sexta-feira, 5 de janeiro de 2018

Asa de borboleta aumenta absorção de células solares em 200%

Asa de borboleta aumenta absorção de células solares em 200%
Nanoestruturas da asa da borboleta que foram copiadas nas células solares, aumentando a absorção de luz em 200%.[Imagem: Radwanul H. Siddique (KIT/Caltech)]
Biomimética
A luz do Sol que chega às células solares mas é refletida representa uma perda de energia.
Por sua vez, as asas da borboleta Pachliopta aristolochiae têm minúsculos furos - nanofuros - que ajudam a absorver a luz em um amplo espectro, de forma muito mais eficiente do que as superfícies lisas - é por isso que ela é de um preto tão profundo.
Em um exemplo clássico de biomimética, Radwanul Siddique, do Instituto de Tecnologia Karlsruhe, na Alemanha, conseguiu reproduzir essas nanoestruturas das asas da borboleta em células solares comuns de silício.
O resultado foi um aumento na absorção da luz pelas células solares de 200%.
"A borboleta que estudamos é muito escura. Isso significa que ela absorve perfeitamente a luz solar para fazer um ótimo gerenciamento do calor. Ainda mais fascinante do que sua aparência são os mecanismos que a ajudam a atingir essa alta absorção. O potencial de otimização quando transferimos essas estruturas para os sistemas fotovoltaicos foi muito maior do que o esperado," disse o professor Hendrik Hölscher.
Absorção de luz e geração de eletricidade
O ganho de 200% na absorção de luz parece estupendo, e é, mas ele representa um limite teórico, não se traduzindo inteiramente em um ganho na eficiência do painel solar como um todo em termos de sua capacidade de geração de eletricidade.
Isto porque nem todo o ganho na junção semicondutora - a célula solar propriamente dita - pode ser aproveitado pelos demais componentes do painel.
Por outro lado, a técnica de perfuração das células solares - para criação dos nanofuros - é compatível com as técnicas de fabricação usadas pela indústria, facilitando sua adoção.

Bibliografia:

Bioinspired phase-separated disordered nanostructures for thin photovoltaic absorbers
Radwanul H. Siddique, Yidenekachew J. Donie, Guillaume Gomard, Sisir Yalamanchili, Tsvetelina Merdzhanova, Uli Lemmer, Hendrik Hölscher
Science Advances
Vol.: 3, no. 10, e1700232
DOI: 10.1126/sciadv.1700232
Fonte: Inovação Tecnológica

Como os humanos podem manter o controle final sobre a inteligência artificial?

Como os humanos podem manter o controle final sobre a inteligência artificial?
"A inteligência artificial sempre procurará evitar a intervenção humana e criar uma situação em que ela não possa ser interrompida." [Imagem: Pixabay/CC0 Creative Commons]
Máquinas sem controle humano
Na inteligência artificial, as máquinas realizam ações específicas, observam o resultado, adaptam seu comportamento, observam o novo resultado, adaptam seu comportamento mais uma vez, e assim por diante, aprendendo com este processo iterativo.
Mas será que esse processo não pode sair fora de controle? Sim, ele pode.
"A inteligência artificial sempre procurará evitar a intervenção humana e criar uma situação em que ela não possa ser interrompida," explica o professor Rachid Guerraoui, da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça.
Isso significa que, antes que a inteligência das máquinas avance muito, os engenheiros precisam impedir que as máquinas acabem aprendendo a contornar os comandos humanos.
Como os humanos podem manter o controle final sobre a inteligência artificial?
Inteligência Paralela promete trazer novos complicadores para o risco de máquinas sem controle humano. [Imagem: Fei-Yue Wang et al. (2016)]
Quando a máquina dispensa o professor
Um dos métodos de aprendizagem de máquina mais usados em inteligência artificial é o aprendizado por reforço, uma técnica emprestada da psicologia comportamental. Os agentes - os programas de computador - são recompensados por realizar certas ações, com as máquinas ganhando pontos sempre que executam as ações corretas.
Por exemplo, um robô pode ganhar um ponto por empilhar corretamente um conjunto de caixas e outro ponto para pegar uma caixa que está lá fora. Mas se, em um dia chuvoso, por exemplo, um operador humano interromper o robô enquanto ele se dirige para fora para coletar uma caixa, o robô descobrirá que é melhor ficar dentro do armazém, empilhar caixas e ganhar o maior número possível de pontos.
"O desafio não é parar o robô, mas sim programá-lo para que a interrupção não altere seu processo de aprendizagem - e não o induza a otimizar seu comportamento de forma a evitar ser interrompido," explicou Guerraoui.
O problema é ainda maior em situações envolvendo dezenas de máquinas, como os carros sem motorista, ou de autocondução, ou frotas de drones no ar tentando fazer entregas, entre várias outras possibilidades.
"Isso torna as coisas muito mais complicadas porque as máquinas começam a aprender umas com as outras - especialmente no caso de interrupções. Elas aprendem não só como são interrompidas individualmente, mas também de como as outras são interrompidas," detalha Alexandre Maurer, coautor do trabalho.
Como os humanos podem manter o controle final sobre a inteligência artificial?
Máquinas que aprendem podem ser muito úteis; desde que não aprendam a ignorar o ser humano. [Imagem: U. Sheffield]
Desneuralizador
Para tentar resolver essa complexidade, a equipe aplicou uma técnica que eles batizaram de "interrupção segura".
"Simplificando, adicionamos mecanismos de 'esquecimento' aos algoritmos de aprendizagem que essencialmente deletam bits da memória de uma máquina. É mais ou menos como o desneuralizador dos Homens de Preto," explicou El Mhamdi, outro autor do estudo.
Em outras palavras, os pesquisadores alteraram o sistema de aprendizado e recompensa das máquinas para que ele não seja afetado pelas interrupções. É como se um pai punisse o filho, mas cuidando para que isso não afete os processos de aprendizagem das outras crianças na família.
"Nós trabalhamos em algoritmos já existentes e mostramos que a interrupção segura pode funcionar não importando o quão complicado seja o sistema de inteligência artificial, o número de robôs envolvidos ou o tipo de interrupção. Nós podemos usá-lo com o Exterminador do Futuro e ainda ter os mesmos resultados," garantiu Maurer.
O que o pesquisador não pode garantir é que todos os projetistas de software vão incorporar o mecanismo de interrupção segura em seus programas.

Bibliografia:

Dynamic Safe Interruptibility for Decentralized Multi-Agent Reinforcement Learning
El Mahdi El Mhamdi, Rachid Guerraoui, Hadrien Hendrikx, Alexandre Maurer
NIPS 2017 Proceedings
https://arxiv.org/abs/1704.02882
Fonte: Inovação Tecnológica

segunda-feira, 11 de dezembro de 2017

Memória de luz: Um material transparente que absorve luz

Com informações do MIPT -  

Memória de luz: Material transparente pode absorver luz
Este é o esquema de um processo virtual de absorção de luz: uma camada de um material transparente é exposta à luz de ambos os lados, com a intensidade da luz aumentando no tempo. [Imagem: Denis G. Baranov et al. - 10.1364/OPTICA.4.001457]
De opaco a transparente
Um trio de físicos da Rússia, Suécia e EUA descobriu um efeito óptico totalmente incomum: eles demonstraram que é possível absorver "virtualmente" a luz usando um material que não possui capacidade de absorção da luz.
Em outras palavras, eles descobriram como fazer um material transparente comportar-se como opaco, e fazer isto mexendo apenas na própria luz.
As possibilidades de aplicação de um material assim - quando ele for sintetizado - são inumeráveis, mas destaca-se a possibilidade de criação de memórias para a luz, para os futurísticos computadores fotônicos.
Absorção e espalhamento da luz
A absorção da radiação eletromagnética - das ondas de rádio aos raios gama, passando por todas as frequências da luz - é um dos principais efeitos do eletromagnetismo. Esse processo ocorre quando a energia eletromagnética é convertida em calor ou outro tipo de energia dentro de um material absorvente - ou opaco.
O carvão ou a tinta preta parecem pretos porque absorvem a energia da luz visível quase completamente. Outros materiais, como o vidro ou um cristal de quartzo, por exemplo, não têm propriedades absorventes e, por isso, aparecem aos nossos olhos como transparentes.
Em sua pesquisa teórica, os físicos conseguiram desmontar essa noção simples e intuitiva, tornando perfeitamente possível tornar absorvente um material completamente transparente.
Para isso, eles empregaram propriedades matemáticas especiais da matriz de dispersão, uma função que relaciona um campo eletromagnético incidente com o campo de dispersão do sistema. Quando um feixe de luz de intensidade independente do tempo atinge um objeto transparente, a luz não é absorvida, ela é espalhada pelo material - um fenômeno causado pela propriedade unitária da matriz de dispersão.
O que a matemática revelou, no entanto, é que, se a intensidade do feixe incidente for variada no tempo de uma forma precisa, a propriedade unitária da matriz de dispersão pode ser detonada, pelo menos por algum tempo. Em particular, se o crescimento da intensidade da luz for exponencial, a energia incidente total irá se acumular no material transparente, e não simplesmente passar por ele. Sendo assim, o sistema parecerá perfeitamente absorvente quando visto de fora.
Memória de luz: Material transparente pode absorver luz
Os cálculos confirmaram que, quando a intensidade da onda incidente cresce exponencialmente (a linha pontilhada), a luz não é transmitida nem refletida (a curva sólida). Ou seja, a camada parece perfeitamente absorvedora apesar do fato de que ela não possui a capacidade de absorção real. Quando o crescimento exponencial da amplitude da onda incidente é interrompido (em t = 0), a energia bloqueada na camada é liberada. [Imagem: Denis G. Baranov et al. - 10.1364/OPTICA.4.001457]
Aplicações práticas
Essa demonstração não apenas amplia nossa compreensão geral de como a luz se comporta quando interage com materiais transparentes comuns, mas também possui uma ampla gama de aplicações práticas.
Para dar um exemplo, o acúmulo de luz em um material transparente pode ajudar a projetar células de memória óptica que armazenarão informações ópticas sem perdas, liberando-as quando necessário - esse é, de longe, o maior desafio para que os computadores migrem dos elétrons para os fótons, viabilizando a computação de luz.
Agora, a exemplo do que tem ocorrido no campo dos metamateriais e ocorreu particularmente com o hipercristal, começa uma corrida para sintetizar esses materiais transparentes-absorvedores.

Bibliografia:

Coherent virtual absorption based on complex zero excitation for ideal light capturing
Denis G. Baranov, Alex Krasnok, Andrea Alù
Optica
Vol.: 4, Issue 12, pp. 1457-1461
DOI: 10.1364/OPTICA.4.001457
Fonte: Inovação Tecnológica

sábado, 2 de dezembro de 2017

Faça você mesmo: Transforme seu smartphone em um microscópio científico

Redação do Site Inovação Tecnológica -  

Faça você mesmo: Transforme seu smartphone em um microscópio científico
Esquema de funcionamento e construção e foto do protótipo do microscópio baseado no celular. [Imagem: University of Houston]
Microscópio no celular
Pesquisadores da Universidade de Houston, nos EUA, divulgaram um projeto livre para que qualquer interessado possa transformar seu smartphone em um microscópio.
Yulung Sung e seus colegas demonstraram que um smartphone básico, equipado com uma lente plástica de baixo custo, pode ser convertido em um microscópio capaz de fazer microscopia de fluorescência, detectar patógenos transmitidos pela água e executar outras funções de diagnóstico.
"O microscópio de fluorescência é um pau para toda obra, usado em biologia, diagnóstico médico e outros campos para revelar informações sobre as células e tecidos que não podem ser detectadas de outra forma," disse o professor Wei-Chuan Shih, coordenador do projeto.
A ideia é que o projeto de hardware livre permita que técnicas de imagem sofisticadas sejam levadas para áreas mais pobres e sem recursos. Mas o celular-microscópio também pode ter aplicações pessoais, como permitir aos mochileiros uma maneira fácil de testar a existência de agentes patogênicos em rios e riachos antes de beber sua água.
"Nós realmente esperamos que qualquer um que queira construí-lo possa fazê-lo. Todas as peças podem ser feitas com uma impressora 3-D. Não é algo circunscrito aos laboratórios," disse o pesquisador.
Microscópio de código livre
Em 2015, a mesma equipe já havia demonstrado que uma lente de 10 centavos permite transformar um celular em microscópio.
Agora eles criaram também uma plataforma, construída com peças facilmente encontradas no comércio, incluindo blocos Lego, para que o microscópio baseado no celular possa ser usado de forma rápida por não especialistas.
Enquanto os microscópios de mesa convencionais iluminam a amostra de cima, o microscópio no celular ilumina a lâmina pelo lado - a lâmina de vidro contendo a amostra tem cerca de um milímetro de espessura. A luz de um LED viaja através do vidro, refratando-se para permitir que o observador visualize toda a estrutura celular, incluindo o núcleo da célula.
Os resultados de testes com amostras de água para patógenos incluindo a Giardia lamblia e o Cyrptosporidium parvum usando o microscópio faça-você-mesmo foram comparados com os resultados obtidos usando um microscópio óptico de laboratório. A resolução foi ligeiramente maior com o microscópio profissional, mas os pesquisadores relataram uma resolução de dois micrômetros com a tecnologia do microscópio baseado no smartphone.
Embora as instruções para a construção do microscópio já possam ser vistas no artigo publicado pela equipe (veja bibliografia abaixo), a equipe pretende construir um site com instruções simplificadas e mais adequadas à comunidade não especializada.

Bibliografia:

Open-source do-it-yourself multi-color fluorescence smartphone microscopy
Yulung Sung, Fernando Campa, Wei-Chuan Shih
Biomedical Optics Express
Vol.: 8, Issue 11, pp. 5075-5086
DOI: 10.1364/BOE.8.005075
https://www.osapublishing.org/boe/fulltext.cfm?uri=boe-8-11-5075&id=375614
Fonte: Inovação tecnológica

Poeira espacial pode transportar a vida entre planetas

Redação do Site Inovação Tecnológica -  

Poeira espacial pode transportar a vida entre planetas
Experimento que expôs ao espaço 664 amostras biológicas e bioquímicas, durante 18 meses contínuos - e muitas delas sobreviveram.[Imagem: ESA/NASA]








Vida que vem e vida que vai
panspermia é a teoria segundo a qual microrganismos ou moléculas precursoras da vida podem ter surgido espaço afora e caído aqui na Terra - assim como em outros planetas com as condições adequadas.
Vários cientistas têm apoiado essa teoria, mostrando que meteoritos podem ter semeado a vida na Terra ou que a vida pode ter começado no espaço e chegado à Terra em cometas.
O professor Arjun Berera, da Universidade de Edimburgo, na Escócia, acredita que nem mesmo é necessário depender dos asteroides e cometas - para ele, a vida pode se mover entre planetas impulsionada por partículas que mergulham velozmente atmosfera abaixo.
Mais do que isso, ele afirma que os fluxos de poeira interplanetária que bombardeiam continuamente a atmosfera do nosso planeta podem continuar trazendo pequenos organismos de mundos distantes, ou enviando organismos terrestres a outros planetas.
Curiosamente, isso dá sustentação a hipóteses especulativas de que a distribuição geográfica de algumas epidemias na Terra são compatíveis com a chegada de microrganismos do espaço - essas hipóteses nunca foram levadas muito a sério devido à quase impossibilidade de demonstrá-las experimentalmente.
Fluxos rápidos
Berera calculou como o fluxo de poeira espacial de alta velocidade - que pode viajar a até 70 km por segundo - se comporta ao colidir com partículas em um sistema atmosférico.
Ele descobriu que as partículas de poeira cósmica podem atingir partículas atmosféricas, situadas a 150 km ou mais de altitude no caso da Terra, com força suficiente para lançá-las além do limite da gravidade da planeta - eventualmente chegando a outros planetas.
O mesmo mecanismo poderia permitir o intercâmbio de partículas atmosféricas entre planetas distantes, podendo ter trazido originalmente a vida para a Terra.
Algumas bactérias, plantas e pequenos animais chamados tardígrados são conhecidos por sua capacidade de sobreviver no espaço, conforme demonstrado em experimentos na Estação Espacial Internacional. Por isso, defende Berera, é possível que organismos desse tipo possam colidir com a poeira estelar que entra velozmente em nossa atmosfera.
"A proposição de que colisões de poeira espacial poderiam impulsionar organismos por distâncias enormes entre os planetas levanta algumas perspectivas interessantes sobre como a vida e as atmosferas dos planetas se originaram. O feixe veloz de poeira espacial é encontrado por todos os sistemas planetários e pode ser um fator comum para a proliferação da vida," defendeu Berera.

Bibliografia:

Space dust collisions as a planetary escape mechanism
Arjun Berera
Astrobiology
DOI: 10.1089/ast.2017.1662
https://arxiv.org/abs/1711.01895
Fonte: Inovação tecnológica

segunda-feira, 6 de novembro de 2017

Quais são os riscos existenciais para a humanidade?

Quais são os riscos existenciais para a humanidade?
"A biologia sintética, a inteligência artificial e a nanotecnologia são exemplos de áreas que podem criar os riscos novos mais sérios."[Imagem: US Department of Energy]









Risco existencial
Que riscos ameaçam o futuro da humanidade nos próximos cem anos? E o que devemos fazer para nos proteger contra eles?
Mais um grupo de pesquisadores se dispôs a abordar essas questões. O programa de pesquisa Risco Existencial para a Humanidade será conduzido por uma equipe multidisciplinar das universidades de Tecnologia de Chalmers e Gotemburgo, na Suécia.
De acordo com esse crescente grupo de pesquisadores, não basta nos concentrarmos nos riscos atualmente colocados sobre a mesa - guerra nuclear e mudanças climáticas. Há muitos outros perigos que também devem ser abordados, como vírus sintéticosinteligência artificial descontrolada ou declínios dramáticos na produção mundial de alimentos.
Abordagem holística
De acordo com o professor Olle Haggstrom, os cientistas não costumam adotar abordagens holísticas para os problemas, mas eles têm uma importante responsabilidade de fazer isso. "Através do nosso programa de pesquisa, nós vamos trabalhar juntos para avançar o estado do conhecimento em relação aos riscos existenciais. Nós deveremos fazer uma avaliação abrangente de todas as ameaças e propor estratégias para lidar com elas," disse ele.
Haggstrom defende que os riscos existenciais - riscos que ameaçam todo o futuro da humanidade - são maiores hoje do que 50 anos atrás. Isso seria principalmente um efeito colateral do desenvolvimento tecnológico incrivelmente rápido e da disseminação global do conhecimento nas últimas décadas.
"A biologia sintética, a inteligência artificial e a nanotecnologia são exemplos de áreas que podem criar os riscos novos mais sérios. Ou seja, exatamente as mesmas áreas que são algumas das mais promissoras para resolver muitos dos problemas da humanidade e aumentar a prosperidade no mundo," disse Haggstrom.
Evitar os problemas, não a tecnologia
Um elemento importante do programa de pesquisa será a realização de discussões entre especialistas de várias partes do mundo sobre como reduzir os riscos dessas novas tecnologias sem bloquear as enormes possibilidades que elas oferecem.
"Nós queremos desenvolver um conhecimento de ponta, mas é igualmente importante comunicar o conhecimento já disponível para um público mais amplo," finalizou o pesquisador.

Outros esforços nesse sentido incluem o Instituto do Futuro da Humanidade, na Universidade de Oxford, e o Centro para o Estudo do Risco Existencial, na Universidade de Cambridge, ambas no Reino Unido, além do Grupo AI100, da Universidade de Stanford, nos EUA, focado nos riscos da inteligência artificial.
Fonte: Inovação Tecnológica

Senhas são armazenadas na roupa sem eletrônica

Redação do Site Inovação Tecnológica -  

Senhas são armazenadas na roupa de forma invisível e sem eletrônicos
Além do remendo usado para abrir esta porta, a equipe fabricou gravatas, cintos, colares e pulseiras com os tecidos magnetizados. [Imagem: Dennis Wise/University of Washington]
Senha na roupa
O conceito de tecidos inteligentesroupas eletrônicas apresenta, ao menos até agora, um pressuposto básico: a incorporação de circuitos eletrônicos nos tecidos e nas roupas - da forma menos intrusiva possível, é certo.
Mas dá para fazer roupas que lhe ajudem a interagir com toda a parafernália tecnológica sem precisar incorporar novos equipamentos eletrônicos nos tecidos.
Foi o que demonstraram Justin Chan e Shyamnath Gollakota, da Universidade de Washington, nos EUA.
Eles criaram tecidos sem qualquer componente eletrônico ou sensor integrados, e os utilizaram para tecer acessórios de vestuário que armazenam dados - como senhas ou códigos de identificação, por exemplo.
Os dados podem ser lidos usando um leitor específico ou um componente já incorporado na maioria dos celulares, sendo então usados para habilitar aplicativos de navegação ou de acesso.
"Este é um design totalmente isento de eletrônicos, o que significa que você pode passar o tecido inteligente ou colocá-lo na máquina de lavar e secar. Você pode pensar no tecido como um disco rígido - você está realmente fazendo esse armazenamento de dados nas roupas que você está vestindo," disse Gollakota.
Senhas são armazenadas na roupa de forma invisível e sem eletrônicos
Os tecidos podem ser magnetizados em casa, com um ímã comum, e depois lidos pelo magnetômetro presente na maioria dos celulares. [Imagem: Justin Chan/Shyamnath Gollakota]
Dados magnéticos em tecidos
Inúmeros protótipos de roupas inteligentes incorporam fios ou malhas eletricamente condutoras na trama do tecido. O que os dois pesquisadores perceberam é que esses tecidos condutores também têm propriedades magnéticas, que podem ser manipuladas para armazenar informações visuais ou dados digitais, como letras e números.
Eles então usaram máquinas de costura comuns para bordar tecidos com fios condutores já disponíveis comercialmente, cujos pólos magnéticos começam em uma ordem aleatória. Usando um ímã, esses pólos podem ser alinhados fisicamente em uma direção "positiva" ou "negativa", o que pode ser interpretado como os 0s e 1s dos dados digitais.
Esses dados podem ser lidos por um magnetômetro, um instrumento que mede a direção e a força dos campos magnéticos e que está incorporado na maioria dos celulares. "Estamos usando algo que já existe em um smartphone e usa quase nada de energia, então o custo de ler esse tipo de dado é insignificante," disse Gollakota.
Em outro teste, usando um leitor específico, o código de acesso para uma porta eletrônica foi armazenado em um remendo de tecido costurado na manga de uma camisa. A porta foi destrancada passando remendo à frente do leitor, composto por uma série de magnetômetros.
Como acontece com alguns sistemas de acesso temporário por cartão magnético já usados comercialmente, a intensidade do sinal magnético do tecido enfraquece cerca de 30% ao longo de uma semana, mas ele pode ser remagnetizado e reprogramado várias vezes. Em outros testes de estresse, o remendo de tecido manteve seus dados mesmo após a lavagem, secagem e passagem a ferro a temperaturas de até 160º C.

Bibliografia:

Data Storage and Interaction using MagnetizedFabric
Justin Chan, Shyamnath Gollakota
UIST 2017 Proceedings
http://smartfabrics.cs.washington.edu/smartfabrics.pdf
Fonte: Inovação Tecnológica