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www.polyteck.com.br | Revista Polyteck | 3

Alguns comportamentos do ser humano no so s ins-tintivos, mas tambm prazerosos. Isso acontece como um incentivo para que aes como alimentar-se ou fazer sexo sejam repetidas, garantindo no s a sobrevivncia dos indivduos, mas tambm da espcie como um todo. Afinal, quem toparia ir naquele churrasco de domingo, sabendo tudo o que vai acontecer depois, sem nenhuma recompensa?

E isso o que o acar : uma recompensa natural. Nossos ancestrais aprenderam a interpretar gostos como sendo diferentes sinais enviados pelos alimentos encontra-dos na natureza. Tipicamente, enquanto o gosto azedo indica que o alimento, como uma fruta, ainda no est maduro, ou o gosto amargo pode ser um alerta de Cuspa isso j, venenoso!, alimentos doces so naturalmente identificados como uma boa fonte de carboidratos que, apesar de tra-tados como viles por dietas restritivas como a Atkins, so fundamentais para o bom funcionamento do organismo. natural que algumas pessoas tenham preferncias diferentes das outras, mas a grande maioria de ns encara um docinho como uma agradvel recompensa.

A fisiologia do doce prazerAtravs das eras, o processo evolutivo favoreceu o desen-

volvimento do que chamamos de sistema mesolmbico, ou via mesolmbica, que responsvel por modular e interpre-tar os estmulos naturais que entendemos como recompensa. Basicamente, quando realizamos alguma atividade prazerosa, um feixe de neurnios chamado de rea tegmental ventral usa a dopamina, um neurotransmissor que o precursor natural da adrenalina, como sinalizador para uma parte do crebro

Voc com certeza deve saber que acar em excesso faz mal. Mas voc sabia que, alm de trazer malefcios sade, o doce pode ser to viciante quanto cocana? Isso mesmo: vcio em acar.

O acar torna o indivduo dependente ao sequestrar a via de recompensa do crebro. Evidncias neuroqumicas e com-portamentais recentes mostram como o acar atua no orga-nismo transformando um prazer palativo em dependncia.

texto por Raisa Jakubiak

Acar, um prazer

viciante

4 | Revista Polyteck | www.polyteck.com.br

chamada de ncleo accumbens. E a conexo entre o ncleo accumbens e o crtex pr-frontal medial que vai decidir qual ser o seu prximo passo: Ser que como mais um desses mil folhas com esse recheio de creme maravilhoso?. O cr-tex pr-frontal medial o responsvel tambm por ativar hormnios que fazem com que voc decida se algo bom ou no, guardando esta informao para estmulos futuros.

Acar adicionadoNossos ancestrais comiam frutas, razes e batatas doces

como recompensas. Mas o que comemos hoje? A verdade que, alm do acar natural dos alimentos, h acar adi-cionado em quase todos os produtos industrializados que ingerimos mesmo que ele seja salgado.

A vida corrida e dinmica que a maioria da populao enfrenta torna a escolha da alimentao, na maioria das vezes, mais inclinada praticidade do que qualidade. Chegar em casa cansado e ainda ter de preparar uma refeio algo impensvel para muitos. Alm disso, mesmo que voc corte ou diminua os doces esperando emagrecer, fugir dos aca-res adicionados no tarefa fcil. Assim como conservantes, hoje em dia muito difcil encontrar alimentos processados que no contenham nenhuma forma de acar adicionado. quando consumimos este acar sem perceber que ele se torna o vilo: nos tornamos dependentes s escuras.

Assim como a nicotina e a cocana, o acar dispara a liberao de dopamina no ncleo accumbens. A longo prazo, o consumo regular de acar literalmente muda a expresso de determinados genes e a disponibilidade de receptores de dopamina tanto do mesencfalo quanto do crtex frontal. O que acontece especificamente que o acar aumenta a concentrao de um tipo de receptor excitatrio chamado D1, porm diminui o nmero de receptores inibitrios D2. Outra consequncia trazida pela ingesto regular de aca-res a inibio da atividade da protena transportadora de dopamina, que bombeia o neurotransmissor para fora das sinapses e de volta ao neurnio aps disparar.

Resumindo, o acesso contnuo a acar leva, em longo prazo, sinalizao prolongada de dopamina, grande excita-o das vias de recompensa do crebro e uma necessidade de

doses cada vez maiores de acar para que todos os recepto-res do mesencfalo sejam ativados como antes. Assim como em dependentes qumicos, a pessoa necessita cada vez de mais acar para atingir o mesmo prazer de comer do que antes.

Desta maneira, como os acares adicionados esto disfarados em quase todos os alimentos industrializados, compreensvel que seja to difcil abandonar certos hbitos, perder peso e vencer a compulso por acar j que, diferente do vcio por drogas, o crebro est sendo estimulado a cada refeio, muitas vezes sem sabermos a bolacha gua e sal, que teoricamente salgada e queridinha de quem faz dieta, est recheada deles.

Abstinncia e evidncias comportamentaisH componentes principais no vcio: a compulso, abs-

tinncia, desejo e sensibilizao cruzada (a noo de que uma

substncia viciante predispe algum a se viciar em outra). Todos estes componentes foram observados tanto em modelos animais com vcio desenvolvido em drogas quanto em acar.

Em um dos experimentos, ratos eram mantidos sem comida 12 horas por dia. Durante as 12 horas seguintes, os animais tinham acesso a uma soluo aucarada e rao comum. Depois de um ms deste processo, os ratos passa-ram a mostrar comportamentos similares aos de abuso de drogas, como uma compulso pela soluo aucarada muito maior do que pela rao. Eles tambm mostraram sintomas de ansiedade e depresso durante o perodo de privao de comida. Outros comportamentos curiosos foram observados em outros experimentos, similares aos da depresso. Quando submetidos a um teste onde precisavam nadar para voltar a uma situao de conforto, ratos com abstinncia de acar tendiam a apresentar comportamentos mais passivos do que ativos. Eles ficavam l apenas boiando, ao invs de tentar escapar. Este comportamento passivo sugere sentimentos de desamparo e falta de esperana, tpicos de um perfil depressivo.

Finalmente, um novo estudo publicado pela equipe de Victor Mangabeira no Physiology & Behavior indica que privao de acar tambm pode levar a comportamentos compulsivos. No estudo, alguns ratos eram treinados a receber gua apertando uma alavanca. Aps o treinamento, os ani-mais foram relocados em suas jaulas e tinham acesso tanto a gua pura quanto a uma soluo aucarada. Aps 30 dias, os animais foram novamente estimulados a pressionar uma alavanca para receber gua, e o resultado chama a ateno pela similaridade com o comportamento humano: os ratos que se tornaram dependentes de acar pressionavam a ala-vanca muito mais vezes do que os ratos do grupo de controle, o que sugere ansiedade e comportamento impulsivo. Alm de estarem ansiosos para ingerir acar, os ratos viciados consumiram muito mais do que precisavam para sobreviver.

Apesar extremos, j que no nos submetemos a 12 horas de privao de alimentao e depois nos acabamos de tomar refrigerantes e comer bolo no fim do dia (pelo menos no a maioria de ns) e nem precisamos ficar apertando uma alavanca para receber alimentos, esses estudos certamente trazem novas evidncias, com dados alarmantes, dos traos da dependncia de acar no organismo. A parte assusta-dora que no se pode negar que os resultados so muito semelhantes ao que observamos em pessoas que chamamos de formigas.

Fontes: Jordan Gaines Lewis, Heres what happens to your brain when you give up

sugar for Lent, The Conversation (2015) USA National Institute of Drug Abuse - http://www.drugabuse.gov/ Added Sugar in the Diet, Harvard School of Public Health Avena NM1, Rada P, Hoebel BG. , Evidence for sugar addiction: behavioral

and neurochemical effects of intermittent, excessive sugar intake, Neurosci Biobehav Rev. 32, p 20-39 (2008) Mangabeira V., Garcia-Mijares M., Silva MT., Sugar withdrawal and

differential reinforcement of low rate (DRL) performance in rats Physiol Behav. 139, p 468-73 (2015)


Os primeiros experimentos cientficos com veculos areos no tripulados (Vants) - popularmente chamados de drones - comearam na dcada de 70, quando a Agncia Espacial Americana (NASA) desenvolveu modelos cus-tomizados para a pesquisa em gran-des altitudes. Apesar dos esforos na poca, as aeronaves no tripuladas equipadas com sensores de ponta eram muito caras, e as verses mais simples no serviam para o propsito da maioria das aplicaes. Durante a ltima dcada, entretanto, a queda nos preos desses equipamentos e os avanos tecnolgicos - desde a uti-lizao de navegao a bordo utili-zando o Sistema de Posicionamento Global (GPS) at a miniaturizao dos pilotos automticos - tm esti-mulado vrios grupos de pesquisa a realizar experimentos com drones.

No final de setembro de 2014, por exemplo, a Administrao Ocenica e Atmosfrica Nacional

(NOAA), nos EUA, se preparou para dar uma olhada no interior do fura-co Edouard enquanto ele avanava pelo Oceano Atlntico. Os caadores de furaces da NOAA, entretanto - estes que tm voado para dentro de tempestades por dcadas - tiveram que ficar em casa: a agncia resolveu enviar drones. Durante o voo de mais de uma hora nos ventos do fura-co, os drones "Coyote", com quatro metros de envergadura, transmiti-ram dados sobre temperatura, pres-so e vento a uma altitude abaixo de 900 metros - onde aeronaves tripuladas no poderiam voar com segurana - de volta para o Centro Nacional de Furaces da NOAA em Miami. Um deles at orbitou bre-vemente na parede formada pelos ventos intensos em torno do olho do furaco antes de cair no oceano.

As aeronaves no tripuladas j oferecem uma maneira eficiente de coletar dados e realizar impor-tantes avanos em pesquisas nos

plos, vulces, tempestades e tam-bm sobre a vida selvagem em locais de difcil acesso. Drones relativa-mente baratos com capacidades de imageamento e sensores avanados tambm tm ajudado a aumentar a produtividade e a reduzir os danos em plantaes. Algumas empresas de varejo j tm trabalhado inclu-sive no desenvolvimento de Vants que realizaro entregas de enco-mendas no ambiente urbano.

O que fica no caminho para o uso mais amplo de drones so alguns desafios tcnicos e, principalmente, os jurdicos. Os pesquisadores tentam melhorar a sua autonomia, capaci-dade de manobra e resistncia, mas as leis de muitos pases colocam limi-tes estritos sobre onde e como essas aeronaves podem ser utilizadas. Se essas leis forem afrouxadas, e h sinais de que sero, robs cientficos voadores provavelmente comearo a ir para o cu em maior nmero.

texto por Andr Sionek

O uso comercial e cientfico de Veculos Areos No Tripulados comeou a ganhar fora novamente na ltima dcada com o barateamento das tecnologias utilizadas nas aeronaves.

As violentas lutas jurdicas entre cientistas, empreende-dores, rgos reguladores e outras famlias nobres para ter controle sobre uma pequena poro do espao areo, parecem ser a principal barreira para a proliferao dos drones. Enquanto isso, nas regies desconhecidas ao norte da Muralha e nos continentes ao leste, novas tecnologias comeam a surgir.

Game ofDrones

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O uso de drones pelas foras mili-tares americanas para caar inimigos gerou bastante polmica nos ltimos anos. Em virtude do carter secreto das operaes em que so empregadas, principalmente pelos Estados Unidos, informaes imprecisas e at contra-ditrias alimentam discusses, porm, algumas destas aeronaves tambm tm sido utilizadas para cincia.

Enquanto os cientistas interessados devem estar preparados para desembol-sar 20 milhes de dlares para comprar

um drone Global Hawk, fabricado pela Northrop Grumman, a NASA ganhou um da fora area americana. A agn-cia tem conduzido pesquisas de clima e furaces com o Vant que pode voar a 20 quilmetros de altura - muito mais alto do que os avies comerciais voam.

A maior parte dos cientistas tem que se contentar com sistemas muito meno-res e mais baratos. Uma aeronave de asas fixas controlada por rdio pode ser comprada por alguns milhares de dlares. J um helicptero com quatro

rotores (quadricptero) custa cerca de 300 dlares; anexe alguns sensores, um autopiloto e um controlador to simples quanto um Arduno, que voc ter um Vant para pesquisas.

Apesar das diferenas nos equipa-mentos, os programas militar e civil de pesquisa em drones esto muito rela-cionados, com avanos circulando nas duas direes. Muitos dos programas universitrios de pesquisas em Vants so financiados pelas foras armadas.

USO MILITAR E CIVIL

LegislaoOs drones parecem estar em

todos os lugares, mas no em ambien-tes externos. Embora tenham apli-cao diversificada, a falta de regu-lamentao implica em uma srie de restries operao destas aerona-ves no pas. Elas so classificadas e regulamentadas conforme o prop-sito de uso: para lazer, hobby, esporte ou competio, o equipamento visto como um aeromodelo. Contudo, o aparelho passa a ser entendido como um Vant se possuir qualquer carga til embarcada no necessria para o voo (uma cmera, por exemplo). Para voar com os equipamentos em ambientes externos, seja para fins comerciais ou de pesquisa, tanto nos Estados Unidos quanto no Brasil, preciso fazer uma solicitao for-mal para os rgos reguladores, tais como a Agncia Nacional de Aviao Civil (Anac) ou a Administrao Federal de Aviao (FAA), nos EUA.

A Anac j sinalizou que pre-tende permitir voos de drones de

at 25 quilos em lugares pblicos a at 120 metros de altitude com regras facilitadas. A nova legislao dar mais flexibilidade e agilidade no uso de Vants, o que deve influen-ciar diretamente na sua comer-cializao e utilizao no Brasil.

Nos Estados Unidos, obter uma autorizao para voar um drone demora, em mdia, 60 dias. Uma vez obtida, o grupo pode voar com a aeronave durante o dia por um ou dois anos, contanto que notifiquem a FAA com antecedncia todas as vezes que quiserem voar. A boa not-cia que, contanto que no ocorram acidentes, o consenso parece ser de que as legislaes devem afrouxar.

PrivacidadeOs problemas jurdicos no se

limitam a regras sobre como e onde os drones podero voar: as oportu-nidades de aplicaes, e as poten-ciais violaes de privacidade, pare-cem infinitas. Eles podem monitorar vida selvagem em extino, lanar

msseis, mapear florestas e filmar casamentos, mas tambm podem voar sobre uma vizinhana ou sim-plesmente pairar do lado de fora de uma janela de um quarto. J foram construdos drones no muito maiores do que insetos; e uma vez que as baterias fiquem pequenas o suficiente, eles podem, literal-mente, virar mosquitos na parede.

O que os torna to podero-sos tambm uma das coisas que os torna mais encantadores: cme-ras. Quando voc voa um drone, de repente, a realidade - em grosseiras duas dimenses - a que voc estava acostumado ganha uma dimenso a mais, e possvel observar o mundo do ponto de vista da aeronave dire-tamente na tela do seu computador, tablet e at mesmo smartphone.

Essa liberdade est mudando muitos negcios. Cineastas roti-neiramente usam drones para cap-turar cenas de perseguio que nunca poderiam ser filmadas antes. Engenheiros podem inspecionar


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pontes e edifcios sem ter que fazer escaladas arriscadas. As empresas de distribuio de energia, por exemplo, tm desenvolvido drones para inspe-cionar linhas de transmisso e insta-laes de usinas comumente locali-zadas em regies pblicas. O seu uso reduz drasticamente o risco pessoal de colocar funcionrios para realizar essas inspees; alm disso, h um aumento na eficincia dessas inspe-es, visto que um Vant pode reali-z-las de forma muito mais rpida.

Cidados americanos, por exemplo, foram condenados por plan-tar maconha no prprio quintal com base em observaes feitas a par-tir de avies, pois a Suprema Corte concluiu que ningum dono das vias areas e que qualquer um pode tirar fotografias em espaos pbli-cos. Do outro lado, uma lei recente-mente proposta na Califrnia torna-ria ilegal que paparazzi utilizassem drones para tirar fotos de celebrida-des dentro de suas propriedades.

A Administrao Federal de Aviao dos Estados Unidos est produzindo novas leis que devem limitar onde e como drones comer-ciais podem voar; acredita-se que elas podem at ajudar a proteger a privacidade em alguns casos. Muitos outros pases tambm esto discu-tindo sobre como balancear liberdade e privacidade com a proliferao dos Vants. Entretanto, a implementa-o de tais leis pode aparentemente proteger os cidados, mas tambm pode potencialmente conter avan-os no uso industrial de drones.

Toda nova tecnologia traz cer-tos riscos, o importante aprender-mos a gerenci-los ao mesmo tempo que aprendemos a fazer bom uso dela. E por mais que parea assus-tador ser observado por uma aero-nave controlada por outros, existem tecnologias que levantam ques-tes muito mais srias sobre pri-vacidade, como os telefones celu-lares e o uso dos dados coletados pelos aplicativos que rodam neles.

A ideia de um drone pairando do lado de fora da janela de um quarto pode assustar muita gente, mas existem tecnologias que levantam questes muito mais srias sobre privacidade: como os telefones celulares e o uso dos dados coletados pelos aplicativos. Foto: Mike Segar/Reuters/Corbis

MEASURINGVOLCANIC ACTIVITIES

In 1984, the volcano Mauna Loa erupted in Hawaii. The only way that geologists had to observe and collect measu-rements from the lava flow, was by flying an helicopter into the turbulent air from the 800 C lava. Making data collection difficult and even dangerous. It is risky for any jet airplanes to fly into a volcanic plume, because their blades become clo-gged with melted ash. Researchers who study volcanoes, as well as aviation safety experts, rely mostly on infrared data collected by satellites to determine the thickness and density of an ash plume. Thats why scientists wants to use unmanned aerial vehicles (UAVs), that fly in the ash to get more accurate data from the volcano.

In march 2015, half-dozen Dragon Eye UAVs have flown into the volcanic plume of the Turrialba volcano near San Jose in Costa Rica. The small electric drone, that is also used by the military in some reconnaissance missions, can only carry a payload of 500 grams, but the researchers managed to fit two cameras, a sulfur dioxide sensor, a particulate sensor, a nanoparticle counter, and a vacuum bottle that sucks up ash and gas samples into the UAVs.

By flying multiple UAVs at once, the risk to human life was lessened and the scientists could track the chemical characte-ristics of many spots in the gas and ash clouds simultaneously. NASA used the measurements of sulphur dioxide collected by the drones to compare with those made by the Terra satellite in order to calibrate the space-based readings. These data may help the development of models that predict volcanic activity and damage. They are also planning experiments to study how the chemistry of plumes change over time, and with increased distance from a volcano. Data that could aid in decisions regarding where aircrafts can safely fly.


(in)SeguranaPara pilotar um Vant com

segurana so necessrios essen-cialmente trs tipos de conexo sem fio: o sinal de entrada de navegao que vem dos satlites do Sistema de Posicionamento Global; um ou mais sinais para notificar e ser notificado sobre outras aeronaves nas proximi-dades, e uma conexo de duas vias entre o solo e a aeronave. A viola-o de qualquer um desses canais de comunicao pode significar desastre, e at hoje no h solues claras para mant-las protegidas.

Um drone que utiliza GPS sem-pre tem a sua navegao complemen-tada por sensores inerciais de orienta-o, magnetmetros, altmetros e at mesmo cmeras. Porm, ao contrrio desses outros dispositivos, o receptor GPS funciona em todas as condies meteorolgicas com preciso, fazendo com que seja uma pea fundamental. Porm o GPS civil de livre acesso e no criptografado, ao contrrio da verso militar. Embora ela seja muito popular, no possui qualquer forma de autenticao, dando origem a uma perigosa fraqueza: um sinal falso pode facilmente substituir o real.

Outra possibilidade seria um sequestrador explorar falhas de segurana nas transmisses de rdio entre o piloto e a aeronave. Ao enviar sinais falsos ou bloquear a linha de comunicao, um hacker pode alterar a trajetria de um drone fazendo com que colida contra o

solo ou at mesmo outra aeronave.Os Vants criaram desafios que

as agncias reguladoras parecem estar mal preparadas para enfren-tar. As funes de rgos como a Anac, no Brasil, e FAA, nos EUA, devero ser estendidos para alm do papel tradicional de evitar a coliso de aeronaves: alguns passos tcni-cos e legais ainda precisam ser toma-dos para garantir que os sinais que controlam as aeronaves estejam protegidos contra malfeitores que queiram assumir o seu controle.

Pesquisas em DronesPor enquanto, a maior parte dos

pesquisadores trabalha para melhorar as tecnologias de drones, deixando-

-os mais geis, autnomos e melhor preparados para trabalhar em gru-pos. A autonomia requer um con-junto de algoritmos para interpretar dados dos sensores e tomar decises sobre onde voar, assim como clas-sificar os objetos capturados pelas suas cmeras. Toda essa computa-o tem que ser realizada em tempo real, dentro de pequenos proces-sadores embarcados na aeronave.

Uma rea de interesse o desenvolvimento de navegao base-ada em viso computacional, o que possibilitaria a navegao em reas urbanas ou internas, onde a preci-so do GPS insuficiente ou o sinal inexistente. Uma das possveis aplica-es na busca de sobreviventes em edifcios danificados por terremotos.

Neste caso, o Vant precisar desviar de vigas, janelas fechadas e outros obstculos. Para realizar uma tarefa como essa, a aeronave requer um complexo sistema de cmeras, giros-cpios e acelermetros para descobrir onde est - e onde os obstculos esto.

Um time da Universidade de Oxford, no Reino Unido, ensi-nou drones equipados com cme-ras olho de peixe a se localizar. Os algoritmos do rob conseguem identificar a linha do horizonte e ento estimar a sua altitude e orien-tao. O time est desenvolvendo algoritmos semelhantes para voos urbanos, reconhecendo as linhas verticais e horizontais de prdios e ruas para auxiliar na navegao.

Para manter baixos tanto o peso quanto o custo do equipamento, geralmente os drones so pequenos e tm pouca capacidade de combustvel, o que significa voos curtos. Alguns grupos de pesquisa esto trabalhando para miniaturizar baterias, ou para criar aeronaves movidas a energia solar, enquanto outros querem desen-volver aeronaves inteligentes que aproveitam correntes de ar ascenden-tes e outras caractersticas do vento.

Na internet possvel encon-trar vrios vdeos que demons-tram as capacidades de pequenos Vants. Um dos mais famosos no YouTube, com quase quatro milhes de visualizaes, foi gravado pelo do grupo de pesquisa do profes-sor Vijay Kumar, da Universidade

Drones agricultores viraram uma ferramenta semelhante a qualquer outro dispositivo eletrnico. A ideia irrigar menos e usar menos pesticidas nas plantaes. Mais e melhores informaes podem reduzir o uso de gua e a carga de produtos qumicos no ambiente e na nossa alimentao. Foto: Shutterstock

Uma coluna de cinzas e fumaa sai do vulco Turrialba, na Costa Rica, em maro de 2015. Coletar dados sobre a erupo com uma aeronave tripulada perigoso e pouco eficiente. Pequenos drones eltricos foram utilizados para estudar as caractersticas qumicas da nuvem. Foto: AP Photo/Grupo Nacion, Alonso Tenorio



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Pesquisas com DronesEmbora a maior parte da pes-

quisa em Vants seja para melho-rar os equipamentos em si, alguns cientistas j os utilizam para outros propsitos. Recentemente a NASA utilizou o Dragon Eye, um pequeno drone eltrico militar para fotogra-far e coletar amostas do fumo que saa do vulco Turrialba, perto de So Jos na Costa Rica. Seria muito perigoso enviar uma aeronave tri-pulada para realizar tal tarefa.

Vrios estudos que medem as caractersticas do gelo no rtico tambm utilizam Vants, pois seria impossvel uma aeronave tripu-lada voar a 30 metros do gelo, sob ventos de 150 km/h e temperatu-ras de 40 C negativos. Literalmente do lado oposto do mundo, eles so

utilizados para medir jatos de ven-tos no planalto antrtico; as medidas ajudam cientistas a entender a din-mica da formao do gelo em torno do continente, processo que movi-menta correntes martimas devido ao afundamento da gua salgada mais densa resultante do congelamento.

Na agricultura, drones j so utilizados principalmente na Austrlia e Canad, que possuem legislaes mais amigveis e menos burocrticas. Cmeras acopladas aos equipamentos podem ajudar a identi-ficar ervas daninhas, possibilitando a aplicao de herbicidas somente nas regies necessrias. Outros grupos de pesquisas trabalham para ensi-nar os drones a distinguir uma planta da outra para criar mapas da vegetao utilizando somente um GPS, cmera e sensores inerciais.

Novos talentos esto ajudando a criar Vants mais baratos e inteli-gentes, assim como a descobrir novas formas de utilizar essa tecnologia.

Aparentemente, as leis que contro-lam voos no tripulados sero a maior barreira para expandir o seu uso tanto em pesquisa quanto comer-cialmente. No futuro, realizar tra-balho de campo com o auxlio de drones ser to fcil que ficar at chato: eles faro tudo sozinhos.

Fontes: Emma Marris, Drones in science: Fly, and

bring me data, Nature 498, p. 156158 (2013) Kristin Majcher, How Will We Keep Drones

from Running into Things?, MIT Technology Review, 21/01/2015 Chris Anderson, Agricultural Drones, MIT

Technology Review (2014) Sarah C. P. Williams, Studying volcanic

eruptions with aerial drones, PNAS 110, 27, p. 10881 (2013)

T. Stan Gregory et al., Drones: Balancing risk and potential, Science 347, 6228, p. 1323 (2015) David Shultz, Game of Drones, Science 347,

6221, p. 497 (2015) Wesson, Kyle, Humphreys e Todd, Hacking

Drones, Scientific American 309, 5 (2013)


nanorobs de

Desde a inveno dos circuitos integrados na dcada de 60, nos acostumamos com a ideia de que a computao ocorre somente em componentes eletrnicos impressos em um substrato de silcio. Por isso, a palavra nanorob remete imagem de uma mquina em miniatura feita de metal, plstico e circuitos integrados capaz de realizar diversas atividades por meio da computao. Porm, um nanorob no tem nenhuma semelhana fsica com os robs macroscpicos a que estamos acostumados: eles so criados a partir de DNA e RNA, as molculas de cido nucleico que codificam as informaes genticas dentro das clulas.

Cientistas j utilizaram a molcula de DNA para criar portas lgicas e circuitos simples, os blocos de construo bsicos da computao; outros conseguiram dobrar a molcula para criar barris ou caixas que guardam em seu interior uma carga de medicamentos ou anticorpos. Juntando essas duas tcnicas um grupo de pesquisadores construiu nanorobs e os testou dentro de um organismo vivo. No futuro, os nanorobs sero capazes de executar tarefas que variam desde ferramentas para diagnstico que utilizam informaes bioqumicas e fisiolgicas do paciente, at a entrega de medicao direcionada somente s clulas que atendam a alguns critrios previamente programados.


DNADNAtexto por Andr SionekFo

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Qual a semelhana entre o DNA e um computador?

Leonard M. Adleman, matemtico e cientista da computao, realizava algumas pesquisas sobre AIDS, porm sentia que no conseguia comunicar as suas ideias para a comunidade de pesquisa. Por isso, em 1993, entrou em um labora-trio de biologia molecular pela primeira vez num esforo para ampliar seu leque de conhecimentos com contedos mais profundos sobre o HIV e, con-sequentemente, aumentar o seu poder de persuaso. L, aprendeu vrios mtodos da biologia moderna e comeou a trabalhar na criao de molculas de cido nucleico que serviriam como marcadores na produo de protenas em uma bactria.

Leonard conta que para construir um com-putador, apenas duas coisas so realmente neces-srias: um mtodo para guardar informao e algumas operaes simples que atuem sobre os dados armazenados. Um computador tradicional guarda informaes como sequncias de zeros e uns na memria e utiliza uma srie de portas lgi-cas em seu processador para transformar diferentes entradas em uma sada previsvel.

O DNA consegue armazenar uma incrvel quantidade de dados: todas as informaes neces-srias para construir e fazer o corpo humano fun-cionar. Os dados armazenados nas quatro letras

- A, T, C e G para adenina, timina, citosina e gua-nina - so transformados e reorganizados roti-neiramente dentro das clulas. Isso no lembra o funcionamento de um computador? Leonard acabou percebendo algumas semelhanas: existia matemtica e computao na biologia!

Em 1936, Alan M. Turing, o famoso matem-tico britnico - e, independentemente, Kurt Gdel, Alonzo Church e S. C. Kleene - comeou um estudo rigoroso sobre a noo de computabilidade. Um trabalho puramente terico que precedeu a inven-o dos computadores em aproximadamente uma dcada. Para esse estudo, Turing tinha inventado a noo de um computador de brinquedo para a investigao matemtica, hoje conhecido como mquina de Turing. Uma verso dessa mquina consistia em um par de fitas e um mecanismo cha-mado de controle finito, que se moveria pela fita de entrada lendo dados ao mesmo tempo em que se moveria pela fita de sada lendo e escrevendo outros dados. O controle finito era programvel com instrues muito simples, qualquer um con-seguiria escrever um programa que para dado um A na fita de entrada, gravaria um T na fita de sada,

e lendo um C, escreveria um G na sada.Ao ler a definio da DNA polimerase, uma

enzima essencial para o processo de replicao dos cidos nucleicos, Adleman percebeu que as simi-laridades entre ela e a mquina de Turing dificil-mente seriam mais bvias. Sob certas condies, dada uma cadeia de cidos nucleicos, a DNA poli-merase produz uma fita complementar Watson-Crick; ela se liga a uma fita de DNA e desliza sobre cada uma de suas bases nitrogenadas, realizando a sua leitura e escrevendo o seu complemento em uma nova molcula de DNA. Nesse processo, todo C trocado por um G, e todo G por um C, cada A por um T e todo T por um A. Por exemplo, dada uma molcula com sequncia GTCCATG, a DNA polimerase vai produzir uma nova molcula com a sequncia CAGGTAC.

As clulas tm utilizado o DNA por bilhes de anos para armazenar informaes, e utilizam enzimas como as polimerases e ligases para operar sobre essas informaes. Isto convenceu Adleman de que sim, existiam elementos suficientes para construir um computador com DNA.

Mais uma importante informao torna essa similaridade realmente surpreendente: uma mquina de Turing poderia ser programada para computar qualquer coisa que fosse computvel. Em outras palavras, o computador de brinquedo imaginrio de Turing poderia ser programado para produzir cadeias complementares de Watson-Crick, calcular a raiz quadrada de nmeros, jogar xadrez e assim por diante.

Leonard conta que a sua primeira ideia foi criar um computador de DNA imagem de uma mquina de Turing, com o controle finito substi-tudo por uma enzima. Porm, como foram trs ou quatro bilhes de anos de evoluo que resul-taram em nanomquinas como a DNA polimerase, extremamente improvvel que exista alguma enzima na natureza que pegue informaes em uma fita de DNA e calcule a sua raiz quadrada; to difcil quanto, conseguir criar uma mol-cula que realize esta funo. Para contornar esse problema, os cientistas precisam trabalhar com algumas ferramentas de engenharia gentica que esto sua disposio. Em 1994, Adleman publi-cou um artigo na revista Science descrevendo um mtodo para a soluo de problemas combinatrios utilizando cidos nucleicos. Hoje considerado o

pai da computao de DNA.



Pareamento de Watson-CrickToda cadeia de DNA tem seu complemento de Watson-

Crick. Duas molculas de DNA complementares se atraem e so mantidas por foras fracas como as pontes de hidrognio. Essa hibridizao no ocorre se as molculas no forem, ou no tiverem longas pores de suas cadeias que sejam com-plementares. Devido a foras eletrostticas, as fitas se torcem uma em volta da outra, formando a famosa dupla hlice.

PolimerasesCopiam a informao de uma molcula em outra. A DNA

polimerase, por exemplo, criar uma fita complementar de DNA a partir de um template. O sinal sobre onde a enzima dever comear a executar a cpia dado por um primer - uma, possivelmente pequena, cadeia de cido nucleico hibridizada molcula que ser copiada. Quando um pare-amento primer-template encontrado, a DNA polimerase comea a adicionar bases ao primer para criar uma molcula complementar ao template.

LigasesUnem duas molculas. A DNA ligase ligar covalente-

mente duas bases nitrogenadas que foram colocadas prxi-mas umas das outras pela DNA polimerase. As clulas tam-bm utilizam a ligase para reparar quebras nas molculas de cido nucleico que ocorrem quando clulas da pele so expostas luz ultravioleta.

NucleasesCortam cidos nucleicos. Uma endonuclease de restrio

procurar por uma sequncia de bases predeterminada e ento cortar a cadeia de DNA em dois pedaos. Por exemplo, a EcoRI (da Escherichia coli) uma enzima de restrio que corta o DNA aps o G na sequncia GAATTC. Pesquisadores sugerem que as endonucleases de restrio evoluram para proteger as bactrias de vrus. A bactria E. coli, por exemplo, consegue proteger seu prprio material gentico contra a EcoRI, mas um vrus invasor que tenha a sequncia GAATTC ter seu DNA cortado em pedaos pela enzima.

Eletroforese em gelTcnica para separar molculas de acordo com seu tama-

nho. Uma soluo heterognea de molculas de DNA, que so negativamente carregadas, colocada na extremidade da placa de gel e uma diferena de potencial aplicada. As fitas mais curtas movem-se com velocidade maior em direo ao nodo do que as molculas maiores. Com marcadores qu-micos ligados s molculas e luz ultravioleta, possvel ver bandas onde as molculas de diferentes tamanhos pararam.

Sntese de DNAHoje, possvel escrever uma sequncia de DNA e enviar

para um laboratrio de sntese comercial. Em alguns dias, voc receber um pequeno tubo com aproximadamente 1018 molculas de cido nucleico com a sequncia encomendada.

Origami de DNATcnica para construir estruturas complexas a par-

tir de longas cadeias de DNA com sequncias especficas de bases. A molcula de cido nucleico planejada para que se dobre em alguns pontos, assim os cientistas podem criar estruturas variadas, desde tringulos e crculos at formas tridimensionais semelhantes a caixas e barris.

Ferramentas da Engenharia Gentica

Simulao e imagens de Microscopia de Fora Atmica (AFM) de estruturas criadas pela tcnica de Origami de DNA. Acima um tringulo convexo, abaixo uma bola de praia, ambos cons-trudos a partir de cadeias de DNA.Fonte: H. Dietz, S. M. Douglas, W. M. Shih, Science 325, 725 (2009)


Nanorobs de DNAEm um artigo publicado na

revista Nature Nanotechnology, um time de pesquisadores da Universidade Bar-Ilan, Israel, e da escola de medicina de Harvard, EUA, injetou vrios tipos de nano-robs em baratas vivas. Eles afir-mam que a sua acurcia e con-trole equivalente de um sistema de computadores tradicional.

Os pesquisadores utiliza-ram origami de DNA para criar caixas. Fitas de DNA mais curtas podem ento "lacrar" esses cont-ineres, protegendo certas partes do conjunto. A estrutura resultante capaz de executar uma tarefa sim-ples, tal como carregar uma pequena quantidade de medicamento no seu interior e de se abrir para liber-lo.

As estruturas de DNA so ajustadas para que os movimentos das nanomquinas sejam reversveis

e repetitivos. Ao invs de juntar as partes do nanorob em um conjunto de forma permanente, as cadeias so projetadas para se juntar ou desco-lar dependendo de sinais externos. Elas so controladas por uma porta lgica que abre em resposta a uma combinao correta de sinalizado-res celulares, que se ligam a uma cadeia de deteco, tipicamente um aptmero - uma cadeia que pode ser desenvolvida para reconhecer deter-minados tipos de clulas - causando um deslocamento das cadeia com-plementares. O rob sofre uma drs-tica mudana conformacional aps a separao das fitas complementa-res, expondo a sua carga e tornan-do-a disponvel para as clulas alvo.

No design apresentado pelos pesquisadores, a porta tambm pode ser aberta por uma chave de DNA externa, que se hibridiza com a fita complementar nela presente, ativando

o rob. Essa chave de DNA pode ser carregada dentro da estrutura, de modo que, quando estiver ativa, a cadeia possa acessar a porta de um rob adjacente e alterar o seu estado para ativo tambm. Dessa forma, os cientistas conseguem criar nanoro-bs com um regulador positivo (P), capazes de ativar outra estrutura, e outros com reguladores negativos (N), capazes de forar o fechamento, ou impedir a abertura de outro rob.

Foram desenhadas vrias arqui-teturas ao misturar robs do tipo P e N em diferentes concentraes, na presena ou ausncia de sinais vindos de protenas cognatas. Para demons-trar a plataforma, os pesquisadores utilizaram baratas (Blaberus dis-coidalis) como organismos modelo. Primeiro foram testados robs (E) controlados por uma porta que se abre somente se dois sinais (X e Y) esto presentes, emulando uma porta

Nova linguagem de programaoDispositivos moleculares feitos com DNA tm enorme potencial em aplicaes que variam

desde a fabricao em nanoescala at dispositivos autnomos para diagnstico e tratamento in vivo. Esses nanorobs permitem que a computao seja feita em escala molecular enquanto os dispositivos interagem diretamente com componentes bioqumicos de organismos vivos. Suas estruturas so estveis dentro das clulas, e as suas interaes podem ser precisamente controladas ao alterar suas sequncias de nucleotdeos. Conforme as tcnicas experimentais foram se aperfeioando, tornou-se cada vez mais importante o desenvolvimento de ferramen-tas de software e abstraes de programao capazes de levar ao desenvolvimento de circuitos computacionais sofisticados. por isso que pesquisadores da Microsoft esto trabalhando no desenvolvimento de uma linguagem de programao chamada DNA Strand Displacement (DSD).

A linguagem pode ser utilizada para o densevolvimento e simulao de dispositivos compu-tacionais feitos de DNA. Ela permite que dispositivos sejam desenhados unicamente em termos de cidos nucleicos, sem a necessidade de componentes adicionais. Andrew Phillips, diretor do grupo de computao biolgica da Microsoft, afirma que o objetivo criar uma linguagem na qual grandes modelos de sistemas biolgicos possam ser programados a partir de componentes simples e modulares. O objetivo final conseguir programar e simular um sistema biolgico em um computador antes de implement-lo em um organismo vivo.

A sequncia de imagens mostra a separao de duas fitas com-plementares com a tcnica de DNA Strand Displacement (DSD).Fonte: Microsoft Research / Equinox Graphics


lgica AND. Depois, foram adicio-nados dois tipos de robs, P1 (que se abre em resposta a X e carrega uma chave para a porta Y) e P2 (que se abre em resposta a Y e carrega uma chave para a porta X). Com esta combinao, E+P1+P2, o nanorob E abre somente para X, ou somente Y, ou para X e Y, emulando uma porta lgica OR. Utilizando lgi-cas semelhantes, os pesquisadores conseguiram ainda criar portas do tipo XOR, NAND, NOT e CNOT.

A arquitetura dos nanoro-bs descrita pelos pesquisadores capaz de processar dois bits de entrada por vez, entretanto as sa-das de dois "processadores" podem ser transferidas a um terceiro para aumentar a capacidade de proces-samento do sistema. Os pesquisa-dores dizem que o conceito bsico pode ser escalado para a capacidade de computao de antigos consoles de 8 bits, tais como o Commodore 64 ou Atari 800. Futuros trabalhos utilizando esse conceito podero

aumentar significativamente a capa-cidade e eficincia dos nanorobs de DNA para uma possvel utilizao em humanos em um futuro prximo.

Como a presena de obje-tos estranhos dentro do organismo desencadeia uma resposta imuno-lgica, a grande dificuldade dos pesquisadores ser para encontrar formas de driblar o sistema imuno-lgico ou criar nanorobs estveis o suficiente para sobreviver a ele.

Apesar das inmeras aplica-es possveis para a computao de DNA, ela provavelmente ser melhor aproveitada para atuar dentro de clulas vivas, criando novos mtodos de deteco e tratamento de doenas. pouco provvel que a tecnologia substitua os computadores de sil-cio convencionais, porm dentro de cinco a dez anos poderemos ver com-putadores baseados em DNA sendo utilizados para propsitos mdi-cos dentro de organismos vivos.

Fontes: L. M. Adleman, Molecular Computation of

Solutions to Combinatorial Problems, Science,

266, p 102124 (1994)

L. M. Adleman, Computing with DNA,

Scientific American (1998)

Y. Amir et al., Universal computing by DNA

origami robots in a living animal. Nature

Nanotechnology, 9(5), p 353-357 (2014).

S. Spickernell, DNA nanobots deliver drugs in

cockroaches, New Scientist, 222, 2964, (2014)

C. Humphries, Nanoconstruction with Curved

DNA, MIT Technology Review, 11/08/2009

H. Dietz, S. M. Douglas, W. M. Shih Folding

DNA into Twisted and Curved Nanoscale Shapes,

Science 325, 725 (2009)

L. Cannon, What Can DNA-Based Computers

Do?, MIT Technology Review, 04/02/2015

A. Phillips e L. Cardelli, A programming

language for composable DNA circuits, Journal

of the Royal Society Interface, (2009)

http://research.microsoft.com/en-us/projects/

dna/


Na busca por novos meios de gerao de energia eltrica, a nica coisa de que a cincia tem certeza : no h fonte de ener-gia perfeita. Combustveis fsseis so grandes emis-sores de gases estufa como o CO2. Hidreltricas, apesar de apresentarem baixa assinatura de car-bono, tm grande impacto ambiental devido construo de barragens. A energia solar e a elica so vistas por leigos como grandes amigas do meio ambiente, j que utilizam fontes existentes na natu-reza para a converso em energia eltrica, mas no se engane: alm dos altos custos de instalao, o custo energtico tambm altssimo - demora muito tempo para que um parque elico ou uma usina solar produza a mesma quantidade de ener-gia gasta no seu processo de construo. Alm disso, as clulas solares so produzidas, no que se diz respeito aos modelos comercializveis mais conhecidos, de materiais considerados raros na

natureza. Dessa forma, essas fontes so interes-santes como meios complementares de gerao de energia, mas no primrios.

A energia nuclear considerada uma grande vil por ambientalistas. Apesar de, quando bem operadas, serem seguras, usinas nucleares deixam um rastro de lixo radioativo e, quando algo d errado... bom corra para o mais longe que puder.

No entanto, a possvel extino das reservas de petrleo e a luta contra o aquecimento global, deixam claro que no ser to fcil extinguir a energia nuclear. Aps Fukushima, o Japo desligou todas as suas usinas e passou a investir em formas alternativas de energia, como a futura maior usina solar do mundo: a Kagoshima Nanatsujima, na barragem Yakamura, sul do Japo. No entanto, o governo votou pela reativao de algumas usinas nucleares em junho deste ano, j que o pas sofre de uma grave crise energtica e passou compensar

Reatores Nuclearesde Trio Lquido

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Reator de Trio LquidoFisso aquece o ncleosalino do reator O sal quente aquece

um gs, que gira a turbina para gerar eletricidade

Um tanque de sal lquido de trio envolve o reator, absorvendo radiao e formando novo combustvel que gradualmente fornecido ao ncleo.

Sobras de calor do resfriamento do gs so utilizadas para dessanilizar gua

Se o reator superaquece, uma vlvula de sal congelado derrete, deixando que o sal do ncleo seja removido com segurana.

Tanque de descarga resfriado passivamente

Troca de calor Turbina

texto por Raisa Jakubiak



a falta das usinas nucleares utilizando carvo mine-ral algo nada saudvel para o meio ambiente.

Nos ltimos anos um modelo j conhecido de usinas nucleares vem sendo discutido com a promessa de minimizar, no s o problema do lixo txico, mas tambm o risco de acidentes. O uso de trio como fonte de energia surgiu na dcada de 1960, no Oak Ridge National Laboratory, em rea-tores chamados de Molten Salt Reactor (MSR), ou reator a sais fundidos. O maior motivo pelo qual ele perdeu a concorrncia para o modelo atual de reatores nucleares (que utilizam urnio como combustvel e gua sob alta presso como refrige-rante) que o seu ciclo no produz polnio como subproduto o que na poca, em plena Guerra Fria, era fundamental para o desenvolvimento de armas dos programas nucleares.

Um dos maiores limitantes dos reatores atu-ais trabalhar sob altas temperaturas, utilizando gua como refrigerante. Para isso, necessrio que a gua seja mantida em enormes tanques de ao sob altssima presso, mantendo-se desta forma em estado lquido a cerca de 300 C. O problema que, caso haja alguma complicao no sistema de refrigerao ou uma perfurao nos tanques, a gua no vai permanecer lquida a 300 C por muito tempo: ela se expandir to rapidamente que gerar uma exploso exatamente o que aconteceu em Fukushima Daichii em 2011 e em Chernobyl em 1986.

No caso dos MSR, o combustvel nuclear utilizado uma soluo de sais que podem ser de ltio, berlio, trio ou urnio. Estes so chamados sais fluorados, substncias muito estveis e que no reagem nem com o ar nem com gua. Alm disso, apesar de operarem a altas temperaturas (cerca de 700 C), eles no precisam operar a altas presses, o que diminui drasticamente o risco de exploses. Nos MSRs, as construes das usinas so menores e mais baratas, pois os reatores no precisam ser enterrados sob toneladas de ao em enormes instalaes de conteno para suportar a presso da gua.

Finalmente, enquanto os combustveis nucle-ares slidos derretem se no refrigerados (como no caso de uma pane no sistema de refrigerao, ou falta de energia), nos reatores dos MSR, os sais fluorados j so lquidos a temperaturas muito mais baixas. No fundo do tanque de combust-vel h uma tampa de material salino congelado mantido slido por um gs a baixa temperatura transportado por uma tubulao. Caso haja uma emergncia na usina, como a perda total de ener-gia, a tubulao para de refrigerar a tampa salina, fazendo com que ela derreta. O combustvel ento escorre por outra tubulao para ser resfriado em um tanque de conteno desenvolvido em con-dies que maximizam a transferncia de calor.

Ou seja: em situaes de perda total de energia, enquanto os reatores nucleares atuais tornam-se perigosos, o MSR tem a capacidade de desligar-se sozinho, sem interveno humana.

Mas onde entra o trio? O trio um mate-rial em abundncia no s na Terra, mas tambm em outros corpos do nosso sistema solar, como a Lua. H quatro vezes mais trio do que urnio na Terra, e ele extremamente denso em energia. S a quantidade presente nas reservas dos EUA seria suficiente para fornecer energia para todo o planeta pelos prximos milhares de anos. Vale ressaltar que o Brasil tem reservas ainda maiores: cerca de 632.000 toneladas, quase 10% da reserva mundial de trio. O material encontrado, por exemplo, nas famosas praias de areia monaztica, como Guarapari no Esprito Santo. Alm disso, seus subprodutos tm meia vida mais curta, sendo considerados seguros aps 300 anos de conteno

o que ainda bastante, mas um perodo curto se comparado aos 10 mil anos dos subprodutos do urnio 235.

Apesar deste tipo de reator ainda no ter sido completamente colocado prova, esperado que custe muito menos que os reatores atuais devido sua simplicidade e menor tamanho ao ponto que em algumas dcadas poderemos ver pequenas cen-trais nucleares sendo carregadas por caminhes e trailers. Mais do que isso, acredita-se que essa seja a fonte vivel de energia para colnias espaciais.

Fontes: Kirk Sorensen, Thorium, TED Talk World Nuclear Association Bryan Lufkin, Solar Panels Floating on Water Will Power

Japan's Homes, National Geographic (2015) Kagoshima Nanatsujima Mega Solar Power Plant, Japan -

Power-Technology.com Aaron Sheldrick, Japan aims to restart nuclear reactor in

June, Reuters (2015) www.energyfromthorium.com R.P. Siegel, Liquid Fluoride Thorium Power: Pros and Cons,

Tripe Pundit


Engenheiros da Boeing Research and Technology (BR&T) esto utilizando tanto medidas fsicas quanto simulaes computa-cionais para investigar o efeito dos parmetros das chapas de metal expandido (EMF, na sigla em ingls) no estresse trmico e no desloca-mento em cada camada da cons-truo do compsito de carbono utilizado para revestir a fuselagem de aeronaves. Ao longo do tempo, estresse se acumula na cobertura pro-tetora da estrutura composta. Isso principalmente resultado do ciclo de mudana de temperaturas em fun-o da altitude durante os voos. Com o tempo, a camada protetora pode rachar, fornecendo uma entrada para umidade e elementos ambientais que podem causar corroso do EMF,

reduzindo a sua condutividade tr-mica e sua habilidade de agir como proteo. Estas variaes ambientais tambm podem gerar deslocamento, ou deslocao, que um defeito ou irregularidade na estrutura cristalina do material. A presena de desloca-mentos influencia fortemente mui-tas das propriedades dos materiais.

O projeto liderado por Jeffrey Morgan, do departamento de Selantes e Materiais Eletromagnticos, e a equipe separada em subequi-pes responsveis pelas simulaes e pelos testes. Atravs das pesquisas, a equipe almeja melhorar a estabi-lidade trmica em estruturas com-postas e reduzir assim os riscos e os custos de manuteno associados a danos na cobertura protetora.

Aeronaves modernas como o Boeing 787 Dreamliner so construdas com mais de 50% de composto de fibra de carbono. Esta constituio requer a adio de chapas de metal expandido para melhorar a proteo da aeronave contra raios e descargas eltricas. Para verificar se estas camadas protetoras no iro falhar sob o estresse trmico proveniente do ciclo de temperaturas durante o voo, pes-quisadores da Boeing utilizam simulaes computacionais multifsicas.

Simulaes multifsicas para melhorar a proteo deaeronaves contra raios

Simulando expanso trmica nos componentes da aeronave

A estrutura composta inclui, de fora para dentro, a pintura, o pri-mer, camada de isolamento contra corroso, surfacer, EMF e a estrutura composta sob a cobertura. Cada uma destas camadas contribui para o ac-mulo de estresse mecnico no revesti-mento protetor ao longo do tempo, j que todas so suscetveis a mudanas bruscas de temperatura. Para ava-liar o estresse gerado por estas varia-es e o deslocamento em cada uma das camadas, necessrio levar em conta um grande nmero de carac-tersticas tanto dos materiais como da estrutura e construo da camada protetora. Dentre eles esto a altura do EMF, largura do arame da malha, razo de proporo, composio metlica, alm das caractersticas dos materiais de cada camada do reves-timento, como o coeficiente de dila-tao trmica, capacidade calorfica, densidade, condutividade trmica, mdulo de Young e taxa de Poisson.

Para conseguir desenvol-ver estes clculos utilizando todas estas variveis, o pesquisador Robert Greegor, do setor de Fsica Aplicada e lder da equipe de simulaes, e seus colegas desenvolveram um modelo de coeficiente de dilatao trmica (CTE) total utilizando o software COMSOL Multiphysics.

Os pesquisadores utilizaram duas composies metlicas diferen-tes para o EMF: uma com alumnio e outra com cobre. No caso do EMF de alumnio, necessrio adicionar fibra de vidro entre o EMF e o composto para prevenir a corroso galvnica (corroso devido ao contato eltrico entre materiais diferentes, sendo que sua intensidade proporcional diferena dos potenciais eletroqu-micos dos materiais envolvidos).

O coeficiente de dilatao trmica da camada de tinta defi-nido por uma funo degrau que representa a mudana abrupta na

Materiais avanados usados no Boeing 787 somam mais de 50% do corpo da aeronave. Imagem: Boeing Research and Technology

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expanso trmica na temperatura de transio vtrea do material (tran-sio reversvel em materiais amor-fos entre um estado duro e relativa-mente rgido e um estado mole).

No modelo CTE, a interface Thermal Stress Multiphysics combina mecnica dos slidos com transfern-cia de calor para simular expanso, encontrando o deslocamento atravs da estrutura. As simulaes foram restritas ao aquecimento da estru-tura composta, assim como acontece na descida de uma aeronave. Desta maneira, as temperaturas inicial e final foram definidas no modelo para representar as temperaturas a altas altitudes e a temperatura no cho.

Impacto do EMF no estresse e no deslocamento

Os resultados das simula-es do COMSOL foram analisa-dos quantitativamente para deter-minar a contribuio do calor no estresse e o deslocamento em cada camada, assim como outras proprie-dades da chapa de metal expandido.

Os resultados foram claros: nos grficos obtidos pelos pesquisadores, o deslocamento sobre a malha mos-trou-se diferente do deslocamento em reas sem material. Alm disso, as camadas superiores de proteo mostraram menos estresse do que as inferiores. Finalmente, notou-se que a camada de isolamento contra cor-roso requerida pelo EMF de alum-nio agiu como um amortecedor. Por isso, o EMF de alumnio apresenta menos estresse do que do de cobre.

No entanto, apesar de

apresentar menor estresse, os resul-tados das simulaes mostram que o EMF de alumnio tende a apresentar maiores deslocamentos na superf-cie do esquema de proteo do que o EMF de cobre. Isso pode ser atribu-do, em partes, ao maior coeficiente de expanso trmica do alumnio.

Os pesquisadores da Boeing tambm fizeram simulaes com a inteno de compreender melhor o efeito dos parmetros da construo do EMF no deslocamento nas cama-das protetoras da fuselagem. Quando a razo de proporo da malha era variada, descobriu-se que maiores razes diminuam o deslocamento apenas de maneira modesta cerca de 2% tanto para o cobre quanto para o alumnio. Para qualquer parmetro do design do EMF, necessrio consi-derar uma troca entre a capacidade de transportar corrente, deslocamento e peso. No caso da razo de propor-o da malha, ao mesmo tempo que escolher uma malha mais aberta pode diminuir o peso e o deslocamento na estrutura, sua capacidade de trans-portar corrente, que fundamental para a proteo do EMF contra raios, tambm reduzida. Assim, tudo deve ser levado em conta e bem analisado.

Analisando todas as opes plausveis, os pesquisadores pro-curaram descobrir quais eram as melhores estratgias para man-ter o melhor custo benefcio entre peso, deslocamento e capacidade de transportar corrente. Eles per-ceberam que variando a largura da malha por um fator de trs ocorria um aumento de 3% no deslocamento

para ambos os metais. No entanto, ao variar a altura do EMF por um fator quatro levou a um aumento no deslocamento de aproximadamente 60% para ambos os metais. Ou seja: devido ao menor efeito no desloca-mento, aumentar a largura da malha ou diminuir a taxa de proporo do EMF so estratgias muito melho-res para melhorar a proteo contra raios do que alterar a altura da malha.

Relacionando deslocamento e for-mao de rachaduras

Greegor e seus colegas na BR&T so veementes ao relacionarem todo aumento no deslocamento a um aumento no risco de rachaduras se desenvolverem nas camadas proteto-ras, j que o estresse mecnico devido variao de temperatura se acumula ao longo do tempo - experimentos confirmam essa afirmao. Seguindo estes dados, os pesquisadores con-cluram que o EMF com cobre tem se mostrado uma melhor alternativa para o desenvolvimento de prote-o contra raios em aeronaves. Alm disso, a concordncia entre os dados experimentais e os das simulaes mostram que a simulao multif-sica um meio confivel de avaliar o impacto relativo dos parmetros de construo do EMF no estresse mec-nico e no deslocamento para entender e reduzir as probabilidades da for-mao de rachaduras no material.

Texto adaptado por Raisa Jakubiak de Boeing Simulates Thermal Expansion in Composites with Expanded Metal Foil for Lightning Protection of Aircraft Structures, por Jennifer A. Segui

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