Pessoal, o TecnoSapiens passou por um procedimento cirúrgico, na esperança de alcançar o modelo estético mais adequado para vocês, caros leitores.

Exatamente por isso mesmo este artigo é aberto às sugestões de vocês! Se ninguém gostar, a gente volta ao layout antigo.

Queremos também criar nossa ‘logomarca’. Alguma ideia?

Fiquem ligados, teremos muitas novidades em breve!

A necessidade crescente de redução da emissão dos gases, responsáveis pelo aquecimento global e consequentemente pelo efeito estufa, juntamente com os altos preços do petróleo, estimularam o desenvolvimento de combustíveis renováveis, que reciclam o gás carbônico atmosférico via fotossíntese.

O Protocolo de Kyoto foi desenvolvido durante o fórum ambiental Rio-92 e ratificado em Kyoto, por mais de 140 países. Segundo esse protocolo, os países desenvolvidos que fazem parte do acordo se comprometem a reduzir até 2012 a emissão de gases de efeito estufa em pelo menos 5 %, de acordo com os níveis de 1990. Os Estados Unidos, o maior emissor de gases de efeito estufa do mundo (cerca de 36 % do total mundial), não ratificaram o acordo. Por isso, os países que ratificaram o protocolo estão buscando mobilizar a comunidade internacional para que promova uma ação conjunta com o objetivo de estabilizar a concentração dos gases causadores do efeito estufa e, assim, limitar a interferência antropogênica sobre o sistema climático global.

Como exemplo, o etanol já demonstrou sua eficiência e consequentemente a liderança mundial do Brasil na produção desse tipo de combustível renovável. Hoje o valor numérico do balanço energético (quantidade de energia produzida no total da energia gasta para a produção) do álcool é maior que oito. Porém, para o diesel, o combustível mais usado no país, principalmente em veículos de transporte de carga e passageiros e máquinas agrícolas, ainda há muita pesquisa e desenvolvimento a serem realizados até que se atinja um patamar tecnológico semelhante ao do álcool.

O biodiesel, ésteres metílicos de ácido graxo (FAME’s – Fatty acid methyl esters), obtido de sementes oleaginosas e gorduras, é atualmente considerado adequado para uso como combustível em motores à diesel, pois é ambientalmente seguro, não-tóxico e biodegradável.

O Brasil é o país que reúne o maior número de vantagens comparativas para liderar a agricultura de energia. A primeira vantagem é a perspectiva de incorporação de áreas à agricultura de energia, sem competição com a agricultura de alimentos, e com a minimização de impactos ambientais. O segundo aspecto a considerar é a possibilidade de múltiplos cultivos no decorrer do ano. Por situar-se, predominantemente, na faixa tropical e subtropical do planeta, o Brasil recebe intensa radiação solar ao longo do ano. Em decorrência de sua extensão e localização geográfica, o Brasil apresenta diversidade de clima, biodiversidade e detém um quarto das reservas superficiais de água doce.

Em curto prazo, a principal força propulsora do crescimento da demanda por agroenergia será a pressão social pela substituição de combustíveis fósseis. É considerado que a concentração de CO₂ atmosférico vem aumentando significativamente nos últimos anos, havendo então, a necessidade do controle das fontes emissoras de gases causadores do efeito estufa, como a queima de combustíveis fósseis, o principal responsável pela produção destes gases.

Vários estudos têm demonstrado que a substituição do diesel de petróleo por biodiesel reduziria a quantidade de CO₂ introduzida na atmosfera. A redução não se daria exatamente na proporção de 1:1, pois cada litro de biodiesel libera na atmosfera cerca de 15 % de CO₂ a mais que o diesel convencional. Todavia, diferentemente do combustível fóssil, o CO₂ proveniente do biodiesel é reciclado nas áreas agricultáveis, gerando novamente óleo vegetal para um novo ciclo de produção, proporcionando um balanço equilibrado entre a massa de carbono fixada e a massa presente na atmosfera. Portanto, a redução real no acúmulo de CO₂ na atmosfera será possível somente com a redução do uso de derivados do petróleo.

Para o biodiesel as emissões de monóxido e dióxido de carbono e material particulado são inferiores às do diesel convencional, se considerado o balanço energético, enquanto que os níveis de emissões de gases nitrogenados (NO_x) são ligeiramente maiores para o biodiesel. Por outro lado, a ausência total de enxofre confere ao biodiesel uma grande vantagem, pois não há qualquer emissão dos gases sulfurados normalmente detectados no escape dos motores movidos a diesel.

A redução do teor de enxofre no diesel reduz a viscosidade do produto a níveis não compatíveis com a sua especificação, tornando-se necessária a incorporação de aditivos com poder lubrificante, como o biodiesel. A adição de biodiesel em níveis de até 5 % (B5) corrigirá esta deficiência viscosimétrica, que confere à mistura propriedades lubrificantes vantajosas para o motor.

O caráter renovável do biodiesel é devido ao fato de que as matérias-primas utilizadas para a sua produção serem oriundas de fontes renováveis, ao contrário dos derivados de petróleo. Uma exceção a essa regra diz respeito à utilização do metanol, derivado de petróleo, como agente transesterificante. Isso significa que a prática adotada no Brasil, isto é, a utilização do etanol, derivado de biomassa, torna o biodiesel um produto verdadeiramente renovável.

O Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel (PNPB) foi lançado em dezembro de 2004. Depois de elaborado um marco regulatório, o BNDES criou o Programa de Apoio a Investimentos em Biodiesel, quando a mistura de 2 % de biodiesel no diesel ainda era voluntária. Admitia-se que a adição de 2 % de biodiesel não exigiria alterações nos motores movidos a diesel. Além disso, os motores que passarem a utilizar o biodiesel misturado ao diesel nessa proporção terão a garantia de fábrica. Em 13 de janeiro de 2005, foi sancionada a Lei 11.097, que introduziu o biodiesel na matriz energética, permitiu a mistura de 2 % de biodiesel no diesel e estipulou prazo de três anos para a mistura se tornar obrigatória. Em julho de 2008, tornou-se obrigatório o uso de 2 % de biodiesel. Em 2013, oito anos após a promulgação da lei, o percentual obrigatório de mistura será de 5 %.

Este texto foi baseado no trabalho de mestrado de Daniela Toma, desenvolvido juntamente à Embrapa Instrumentação Agropecuária e ao Instituto de Química de São Carlos (USP), com o título “Análise da qualidade de óleos vegetais em sementes intactas por RMN de baixa resolução”.

Nascida no fim dos anos 80, a spintrônica é considerada o novo paradigma da eletrônica baseada no spin, um grau de liberdade intrínseco do elétron. O termo vem da contração da frase spin transport electronics, onde o portador de informação é o spin do elétron, e não mais sua carga. Esta característica oferece diversas possibilidades para a nova geração de dispositivos combinando a microeletrônica já existente com efeitos dependentes de spin. Adicionando o spin à eletrônica convencional, a performance e capacidade dos produtos deve aumentar substancialmente, incrementando os dispositivos com a não-volatilidade de informação, velocidade de processamento de dados, menor consumo de energia e aumento na densidade de integração de circuitos.

Entretanto, ainda existem barreiras nesta área que impedem a implementação real dos dispositivos, por exemplo a otimização do tempo de vida do spin, a detecção de coerência de spin em escalas nanométricas, o transporte de portadores polarizados por longas distâncias e heterointerfaces, e a manipulação dos spins eletrônicos e nucleares em períodos curtos. A combinação de eletrônica, fotônica e magnetismo permitirá o surgimento de novos dispositivos multifuncionais baseados em spin, como spin-FET (field effect transistor), spin-LED (light-emiting diode), spin-RTD (resonance tunneling diode), chaveadores ópticos operando em freqüências de terahertz, moduladores, decodificadores e qubits para computação e comunicação quântica.

O sucesso desses dispositivos depende de um claro entendimento das interações fundamentais em materiais no estado sólido. Quando for possível realizar o controle do spin em estruturas semicondutoras e ferromagnéticas, finalmente será possível então compreender o potencial da spintrônica.

Os dispositivos spintrônicos metálicos surgiram no final dos anos 80 com a descoberta da magnetorresistência gigante (GMR). Dispositivos spintrônicos metálicos, como cabeçotes de leitura de discos rígidos e memória magnética de acesso aleatório (MRAM), são algumas das tecnologias mais bem sucedidas da última década. Nesta geração de dispositivos não havia uma preocupação significativa com o transporte coerente de portadores polarizados, apenas com o controle da polarização local de portadores.

Cabeçote de leitura de disco usando GMR

A física de dispositivos semicondutores spintrônicos percorreu um caminho similar aos dispositivos metálicos e teve um avanço significativo nos últimos anos. A busca por fenômenos dependentes de spin à temperatura ambiente tem sido um dos grandes alvos de pesquisa na última década, indicando que dispositivos operando nessa faixa de temperatura podem ser implementados em um futuro próximo.

A spintrônica de semicondutores possui diversas características interessantes para um dispositivo. Um dispositivo spintrônico coerente pode, a princípio, exercer várias operações independentes simultaneamente após atingirem equilíbrio térmico. O uso do spin pode aumentar substancialmente a velocidade de processamento de informação, pois o limitante do chaveamento de bits não será mais a capacitância do dispositivo e sim a frequência de precessão do spin eletrônico, variando de GHz a THz. Não-volatilidade de dados armazenados usando spin, assim como o longo tempo de polarização permitem um grande avanço no armazenamento de dados e no acoplamento optoeletrônico. Além dos fatores diretamente envolvidos com os possíveis dispositivos, os semicondutores também podem ser um caminho para a implementação da computação quântica, através do isolamento de spins. E todos esses dispositivos serão implementados de forma a possuírem tamanho reduzido, multifuncionalidade e baixo consumo de energia.

Entretanto, perspectivas implicam em desafios. A otimização do transporte de spin, mantendo a polarização e a coerência, assim como a injeção de spin em regiões não-magnéticas e a detecção dos mesmos são passos importantes para a viabilidade de dispositivos.

A busca por materiais que combinem propriedades ferromagnéticas e semicondutoras tem sido um grande objeto de estudo nos últimos anos. Os semicondutores ferromagnéticos (FS) possuem grande potencial para se tornarem fonte de portadores de spin polarizados e também são facilmente integráveis a dispositivos semicondutores. Um FS ideal possuiria temperaturas de Curie acima da temperatura ambiente e também permitiria tanto a dopagem tipo-p como a tipo-n. Entretanto, as temperaturas de Curie desses materiais estão bastante abaixo da temperatura ambiente, e não apresentam grandes perspectivas de aumento.

Os semicondutores magnéticos diluídos (DMS – diluted magnetic semicondutors) são ligas onde alguns íons são aleatoriamente substituídos por metais de transição, como Mn, Co e outros, de forma a gerar um semicondutor com regiões contendo momento magnético local. Estes materiais podem ser usados na criação, injeção e transporte de portadores polarizados. Alguns DMS’s baseados em semicondutores III-V apresentaram ferromagnetismo em temperaturas da ordem de 110 K, e existem previsões teóricas acima da temperatura ambiente para diversas classes desses materiais. Outra promissora classe de materiais aplicáveis à spintrônica são os óxidos ferromagnéticos, cuja previsão é que sejam meio-metálicos. Tais materiais apresentam alta polarização, e alguns estudos mostram que é possível obter ferromagnetismo acima da temperatura ambiente para os mesmos.

Olá amig@s…

Esta semana estamos com algumas novidades aqui no TS. E, para deixá-los a par de tudo aqui vai uma pequena descrição de cada novidade:

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Antes de qualquer outra palavra, gostaria de postar aqui um pedido de desculpas aos leitores, devido a diminuição considerável de novas postagens. Entretanto, os membros do time TS estão coincidentemente passando por períodos de mudanças e muito trabalho. Tentaremos, à medida do possível, voltar ao ritmo normal.  Bom, agora, com a cara de um cachorro que quebrou o vaso da dona, eu volto a falar-lhes sobre as novas “aventuras” da computação de alto desempenho, COMPUTAÇÃO HETEROGÊNEA!

A computação de alto desempenho contemporânea vem tomando rumos não imaginados há alguns anos atrás. Enquanto os computadores mais rápidos do mundo alternavam entre arquiteturas complexas e um número grande de processadores comuns, novas máquinas bastante potentes vem juntando diversas arquiteturas e componentes para ganhar desempenho com baixo custo.

O RoadRunner, o supercomputador mais rápido atualmente, é composto por processadores PowerXCell 8i 3.2 Ghz, os quais integram os velhos conhecidos PowerPC com alguns processadores auxiliares dentro de um mesmo núcleo, e por processadores Opteron DC 1.8 GHz. Os processadores AMD são responsáveis pelo controle dos dados, e os Cell fazem a parte pesada dos cálculos, resultando assim em cerca de 1,1 PFlops de desempenho.

Já o TSUBAME apresenta algo ainda mais inovador: mesclar processadores “comuns” AMD Opteron 2.4/2.6 GHz, Intel Xeon E5440 2.833 GHz com arquiteturas mais complexas, como o ClearSpeed CSX600, processadores dedicados a operações matemáticas, além do uso de placas de vídeo nVidia GT200, auxiliando nos cálculos massivos com o CUDA.

Com a tecnologia de integração, fica mais fácil a integração de sistemas já existente para obter mais performance. Assim, se esta vertente da HPC (High Performance Computing) firmar-se como tendência mundial, veremos um número muito grande de sistemas contendo diversas tecnologias antes usadas separadamente, o que parece ser bom, pois o custo de tecnologias Off-the-shelf são menores que os produtos de ponta. Assim, teremos máquinas potentes em computadores pessoais, e não somente em grandes pólos.

See ya!

Você já precisou um cálculo pequeno e urgente, mas se enrolou porque o gcc ou gfortran custavam a deixar seu programa rodar ? Sim ? Então apresento-lhes os ambientes intrepretados!

Muitas vezes precisamos fazer um teste rápido para algum modelo, ou então um programa de pequeno porte, porém envolvendo cálculos não existentes nas linguagens de programação mais comuns (C/C++, Fortran e outras), exigindo o uso de bibliotecas específicas, ou então a implementação de tais operações.

Entretanto, muitos não conhecem as chamadas linguagens interpretadas, ou seja, os programas realizados em tais linguagens não precisam ser compilados, apenas executados em um ambiente próprio, o qual possui uma grande variedade de operações e bibliotecas já inclusas. Além disso, os programas em são programados de forma mais simples, e alguns ambientes possuem interfaces bastante interativas, facilitando e muito a vida do usuário.

Umas das plataformas interpretadas mais conhecidas, porém não gratuita, é o Maple, um software de cálculo científico que possui um número muito grande de bibliotecas específicas (álgebra linear e tensorial, cálculo diferencia) e, nas últimas versões, interface bastante agradável. A última grande novidade do Maple é uma biblioteca chamada Physics, a qual possui a definição de propriedades existentes na mecânica quântica, como observáveis, funções anticomutativas, notação de Dirac, e algumas outras cositas mais. Atualmente na versão 13, este software é bastante comum no meio acadêmico, devido sua grande utilidade e ao salgado preço de sua licença (da ordem de US$ 2500,00).

Outro ambiente interpretado interessante é o Scilab. Este software é gratuito e conta com a contribuição de diversos usuários que criam bibliotecas para suas aplicações específicas e compartilham com a comunidade científica. Sua interface não é tão amigável como a do Maple, porém sua sintaxe é bastante parecida com a linguagem C, facilitanto a vida de um programador que quer testar rapidamente um produto de matrizes, ou então fazer umas integrais numéricas e ver graficamente o resultado.

Além dessas duas linguagens acima citadas, existem muitas outras, como Matlab, Matematica, Octave, e muitas outras.

Sendo assim, quando quiserem experimentar um ambiente desses pra um teste rápido e sem compromisso, mãos-à-obra!

See ya!

Olá, caros leitores! Com este artigo, inicio uma série de textos mostrando as diversas áreas de atuação de um físico, o qual não precisa necessariamente ser o mais temido professor do ensino médio, muito menos sabatinar uma turma de graduação em suas provas infinitas de mecânica clássica!

Todo físico já formado, ou formação, já teve que responder a pergunta “você gosta de dar aulas?”. Caso a resposta seja negativa, a pergunta é “mas o que você vai fazer então?”. Esta série tem a proposta de tornar você uma metralhadora de funcionalidades para um físico!

Neste primeiro artigo, gostaria de expor o que causou a infiltração da física na criação de aplicações “off the shelf”. Resumidamente, alguns físicos estão fazendo o papel de engenheiros, os quais, tradicionalmente, usam o conhecimento sobre propriedades e fenômenos físicos e químicos para construir dispositivos, aparelhos, idéias, as quais podem chegar facilmente à sociedade, contribuindo com a melhoria da qualidade de vida da mesma.

Entretanto, a engenharia no Brasil tomou um rumo diferente do tradicional. Podemos ver claramente tal fato observando o surgimento em massa de cursos de engenharias de produção, industrial, logística e outras relacionadas com a produção de alguma coisa, e não necessariamente com a criação de coisas a serem produzidas. Deixo bem claro aqui que não estou criticando nenhum engenheiro com estes comentários, mas sim transmitindo meu ponto de vista sobre o assunto.

Aproveitando esta lacuna existente no desenvolvimento de novas tecnologias, muitos físicos trocaram as teorias n-dimensionais, por exemplo, para o desenvolvimento de novas tecnologias, tanto na academia quanto na iniciativa privada, obtendo grande sucesso em muitos casos. Até em alguns ramos tampouco esperados existem físicos obtendo sucesso, como J. Gaspar , diretor da Brasileirinhas, uma produtora de “entretenimento” adulto.

Assim, pretendo com os próximos episódios desta série dar um panorama dos ramos de atividade de um físico, não envolvendo física propriamente dita, e mostrar que você pode encontrar um físico onde menos espera! Olhe muito bem à sua volta!

See ya!

Bom dia leitores do TS!!!

É com grande prazer que anúncio uma nova funcionalidade no TS, que permite aos leitores o envio de materiais para serem analisados e publicados aqui.

Para enviar seu material (que pode ser um artigo, um texto já publicado em outro site, entre outros materiais), acesse o link http://www.tecnosapiens.com.br/sugerir-material/ ou então clique em “Sugerir material”, na barra superior do TS:

Indique um material para publicação no TS.

Depois que você clicar em algum dos links indicados acima, você será direcionado para uma página na qual deverá informar os dados do material e clicar no botão enviar. A equipe do TS será avisada da sua contribuição e, após analisá-la, poderá publicá-la, indicando a autoria do artigo.

Neste artigo vou tratar da necessidade de bons computadores para cálculos científicos, porque para nós que trabalhamos com simulações computacionais, computadores com grandes capacidades de processamento são iguais a dinheiro! Quanto mais se tem, mais se quer!

Convido-lhe, caro Leitor, a fazer comigo uma breve retrospectiva sobre a evolução tecnológica das últimas décadas. Qualquer pessoa com 18 anos de idade presenciou um grande avanço na tecnologia, este avanço se deu principalmente na área da microeletrônica (graças aos transistores).

Tudo começou por volta de 1970 quando surgiram novos equipamentos e novas técnicas de crescimento de materiais, estas técnicas ficaram cada vez mais refinadas o que possibilitou a fabricação de dispositivos cada vez menores. Para se ter uma idéia, hoje é possível crescer camadas de diferentes materiais umas sobre as outras (como se fossem vários discos empilhados), sendo que cada uma dessas camadas tem uma largura da ordem de alguns angstrons (um angstron é aproximadamente um fio de cabelo dividido por 100 000 vezes). Não se assuste! É isso mesmo, esses lasers que vemos por aí, por exemplo, possuem uma “coisinha” chamada “poço quântico” que tem algumas dezenas de angstrons de largura e que é a peça chave para o seu funcionamento.

Em conjunto com a evolução dos dispositivos semicondutores e, conseqüentemente, dos computadores, surgiu uma nova área de pesquisa cientifica conhecida como Simulação Computacional. Esta é uma área muito abrangente, pois além de ser amplamente utilizada em engenharia de fluídos (no Brasil uma das principais fontes de financiamento de modelagem computacional para fluídos é a Petrobrás), hoje em dia se faz simulações em quase todos os campos da ciência, tais como Matemática, Física, Química e Biologia. Essa nova ferramenta, Simulação Computacional, é um recurso usado por grupos de cientistas do mundo todo, pois os resultados obtidos por Simulações são muito mais baratos que os resultados obtidos diretamente de experimentos (em alguns casos os experimentos não são factíveis, porém Simulações Computacionais são perfeitamente permitidas), isso torna possível que o avanço científico seja cada vez mais rápido, pois resultados de experimentos podem ser previstos a partir de modelagem computacional, o que minimiza os custos e diminui substancialmente o tempo gasto em novas descobertas.

Durante muitos anos as Simulações que obtinham resultados importantes eram todas feitas em computadores de alto desempenho, os supercomputadores. Assim, os grupos de pesquisas que não dispunham de grandes quantidades de investimentos não podiam obter bons resultados, pois para se fazer uma modelagem mais realística possível do sistema estudado, era necessário (e o é até os dias atuais) uma quantidade muito grande de processamento e isso aumentava o custo em muitas ordens de grandeza. Porém, em 1995, foi implementado o primeiro cluster (um conjunto de computadores pessoais que trabalham em paralelo para resolver uma determinada tarefa), sendo o custo do processamento em cluster aproximadamente 10% do processamento em supercomputadores. Dessa forma os grupos de pesquisas mais “pobres” conseguiam obter melhores resultados.

Essas idéias de processamento paralelo foram amplamente difundidas e atualmente as indústrias que fabricam processadores passaram a utilizá-la, e já é facilmente possível encontrar no mercado microcomputadores com vários processadores. Porém não parou por aí, sistemas com multiprocessadores estão por toda parte (PlayStation 3) e principalmente naqueles onde se usam muitos cálculos matriciais, como é o caso dos Games (formação de imagens tridimensionais). De olho no mercado de Games, as indústrias de placas de vídeo entraram nessa empreitada e assumiram a posição de pioneiras em processamento de dados, hoje já se encontram placas de vídeo com mais de 100 núcleos (processadores) (http://www.nvidia.com.br/page/home.html).

Como todo pesquisador que trabalha com Simulação quer cada vez mais velocidade de processamento para aperfeiçoar seus resultados e baratear custos, não demorou muito surgir a idéia de se fazer cálculos usando clusters com PlayStation (veja essa matéria: cluster de playstation 3). O surgimento de novas placas de vídeo com alta capacidade de processamento de imagem, abriu novas possibilidades aos cientistas e foram absorvidas rapidamente por essa comunidade para fazer parte de suas ferramentas de Simulações Computacionais. Atualmente no Brasil, alguns grupos têm se mostrado interessados em adaptar seus programas de Simulação para usarem CUDA e GPGPU (Quer saber o que é CUDA e GPGPU? Acesse: CUDA, GPGPU e cuda o poder da gpu nvidia para processamento).

Será que teremos uma nova revolução na área de Simulações Computacionais? Ou será que em meio a essa rápida evolução surgirá um computador quântico e toda essa metodologia conhecida mudará completamente?

Em breve serão publicados aqui três artigos: Computador Quântico, Informação quântica e Criptografia Quântica.