Fábrica espacial fará peças usando canhão de elétrons!!!

O canhão de elétrons evita o desperdício de material que ocorre nos processos de fabricação atuais, aplicando camadas precisas de metais como o titânio. [Imagem: NASA]

Canhão construtor

Imagine uma máquina capaz de construir uma peça ou uma ferramenta conforme a necessidade, seja na Terra, na Estação Espacial Internacional ou mesmo em Marte.

Engenheiros da NASA tiveram essa ideia há 10 anos.

E agora o equipamento começa a virar realidade - ainda não totalmente pronto para ir para o espaço, mas já suficiente para mudar a forma de fabricação de peças aqui na Terra.

Chamado de Electron Beam Freeform Fabrication - fabricação livre por feixe de elétrons - o equipamento usa um canhão de elétrons, um alimentador e controles computadorizados para fabricar estruturas metálicas para a construção de peças ou ferramentas em questão de horas, em vez de dias ou semanas.

Fabricação livre

O EBF3 - os três Fs vêm deFreeForm Fabrication - poderá um dia funcionar como uma espécie de fábrica espacial, diminuindo a necessidade de enviar inúmeras ferramentas e peças para as naves apenas por precaução - quando elas forem realmente necessárias, elas poderão ser fabricadas na hora.

Antes de ir ao espaço, contudo, a fábrica automatizada precisa ser testada. E os testes mostraram que ela é útil nos processos industriais mais exigentes aqui na Terra.

Amostras de peças e ferramentas fabricadas com o equipamento de fabricação livre, que um dia poderá se tornar a primeira fábrica espacial. [Imagem: NASA/Sean Smith]

Além de experimentos com prototipagem rápida, o equipamento está sendo usado para a fabricação de vigas de titânio para a cauda vertical dos primeiros protótipos do caça F-35.

Os testes mostraram que a fabricação com feixes de elétrons reduz o desperdício de titânio e o tempo de usinagem e, por conseguinte, o custo das peças.

Peças mais leves

Mas o maior interesse da indústria aeroespacial está na capacidade da tecnologia para ajustar os materiais de forma a obter maior desempenho.

O EBF3 pode fabricar peças com geometria complexa em uma única operação, evitando junções e outras operações que reduzem o rendimento nominal do material.

Além de gerar formas e padrões complexos sem desperdiçar material, o equipamento pode também recobrir uma peça com um material mais duro, tornando o produto final mais leve e com a resistência esperada - para a indústria da aviação, por exemplo, mais leve significa menos consumo de combustível.

 Inovação Tecnológica!!!

Régua plasmônica mede estruturas biológicas em 3D!!!

A liberdade espacial fornecida pelo acoplamento 3D dos nanobastões permite medir simultaneamente a direção e a magnitude das mudanças estruturais de uma macromolécula.[Imagem: Paul Alivisatos]

A biologia e a ciência dos materiais convergem na escala dos nanômetros.

E, conforme as máquinas que construímos e as máquinas de que somos feitos se encontram na escala de tamanho das biomoléculas, os cientistas precisam de novos instrumentos de medição.

Régua plasmônica

Agora, cientistas das universidades de Berkeley (Estados Unidos) e Stuttgart (Alemanha) criaram uma "régua plasmônica", um instrumento capaz de medir em escala nanométrica as mudanças espaciais que ocorrem nos sistemas macromoleculares.

Essas réguas 3D plasmônicas dão aos cientistas informações com detalhes sem precedentes sobre eventos dinâmicos críticos para a biologia, como a interação do DNA com enzimas, o dobramento de proteínas, o movimento dos peptídeos ou as vibrações das membranas celulares.

Com informações suficientes sobre esses processos, os cientistas podem explorá-los em materiais artificiais ou no acoplamento entre sistemas biológicos e sistemas eletrônicos, por exemplo.

"Nós demonstramos uma régua 3D plasmônica, baseada em oligômeros plasmônicos acoplados combinados com espectroscopia de alta resolução, que nos permite detectar a configuração espacial completa de macromoléculas complexas e processos biológicos, e acompanhar a evolução dinâmica desses processos," explicou Paul Alivisatos, líder da pesquisa.

Plasmônica

O termo "plasmônica" refere-se a ondas eletrônicas superficiais, também conhecidas como plasmons de superfície, que são geradas quando a luz viaja através das dimensões restritas de nanopartículas ou estruturas feitas com metais nobres, como ouro ou prata.

• Plasmônica: em busca da computação à velocidade da luz

"Duas nanopartículas de metais nobres muito próximas vão se acoplar através de suas ressonâncias plasmônicas para gerar um espectro de dispersão da luz que depende fortemente da distância entre as duas nanopartículas," explica Alivisatos. "Esse efeito de dispersão da luz tem sido usado para criar réguas plasmônicas lineares capazes de medir distâncias em nanoescala em células biológicas."

Esse mecanismo de medição é muito mais preciso do que a técnica baseada em corantes químicos ou ressonância por fluorescência - mas, até agora, os cientistas só haviam conseguido utilizá-lo para fazer medidas em uma única dimensão.

A régua 3D é formada por cinco nanobastões de ouro cujos comprimento e orientação são controláveis individualmente. [Imagem: Paul Alivisatos]

Quase tão simples quanto uma régua

Os cientistas agora conseguiram tirar proveito do fato de que o espectro de dispersão da luz é sensível a todo um conjunto de movimentações em 3D, típico das moléculas biológicas.

Eles superaram as limitações das nanorréguas 2D construindo uma régua 3D com cinco nanobastões de ouro cujos comprimento e orientação são controláveis individualmente.

Um nanobastão é colocado perpendicularmente entre dois pares de nanobastões paralelos, para formar uma estrutura que se assemelha à letra H.

"O forte acoplamento entre o nanobastão superior e os dois pares paralelos suprime o amortecimento radiativo e permite a excitação de duas ressonâncias quadrupolares que permitem fazer uma espectroscopia plasmônica de alta resolução," disse Laura Na Liu, coautora do estudo. "Qualquer mudança conformacional nessa estrutura 3D plasmônica produz mudanças facilmente observáveis nos espectros ópticos."

inovação tecnológica!!!

Bibliografia:

Three-Dimensional Plasmon Rulers
Na Liu, Mario Hentschel, Thomas Weiss, A. Paul Alivisatos, Harald Giessen
Science
17 June 2011
Vol.: 332 no. 6036 pp. 1407-1410
DOI: 10.1126/science.1199958

Sol e planetas não foram construídos com os mesmos materiais!!!

Lançada em 2000, a sonda Gênesis ficou coletando partículas solares entre 2001 e 2004, quando sua cápsula de retorno foi fechada e enviada de volta à Terra. [Imagem: NASA/JPL-Caltech]

Nebulosa solar

Depois de analisar cuidadosamente amostras trazidas pela sonda espacial Gênesis, cientistas da NASA descobriram que o nosso Sol e seus planetas interiores podem ter-se formado de maneira diferente do que se pensava.

Os dados revelaram diferenças entre o Sol e os planetas no oxigênio e no nitrogênio, que são dois dos elementos mais abundantes no nosso Sistema Solar.

Embora a diferença seja pequena, as implicações podem ajudar a determinar como o nosso Sistema Solar evoluiu.

A teoria mais aceita atualmente para a formação dos sistemas planetários propõe que o material que sobra da nebulosa original - depois que a estrela se formou - agrega-se para formar os planetas.

Se fosse assim, não deveria haver disparidade entre os elementos que formam cada um dos corpos celestes do sistema.

Isótopos de oxigênio

"Nós descobrimos que a Terra, a Lua, assim como Marte e outros meteoritos que são amostras de asteroides, têm uma menor concentração de O-16 do que o Sol", disse Kevin McKeegan, membro da equipe científica da sonda. "A implicação é que eles não se formaram a partir dos mesmos materiais da nebulosa que criou o Sol - como e por que é algo ainda por ser descoberto."

O ar na Terra contém três tipos diferentes de átomos de oxigênio, que são diferenciados pelo número de nêutrons que eles contêm. Quase 100 por cento dos átomos de oxigênio no Sistema Solar são compostos de O-16, mas há também pequenas quantidades de isótopos de oxigênio mais exóticos, chamados O-17 e O-18.

Pesquisadores que estudaram o oxigênio nas amostras trazidas pela Genesis descobriram que a porcentagem de O-16 no Sol é ligeiramente mais alta do que na Terra ou nos outros planetas terrestres. As porcentagens dos outros isótopos são ligeiramente mais baixas.

Coletor de partículas solares da sonda Gênesis, sendo desmontado em uma sala limpa. [Imagem: NASA/JPL-Caltech/JSC]

Isótopos de nitrogênio

Eles avaliaram também as diferenças entre o Sol e os planetas quanto ao elemento nitrogênio.

Como o oxigênio, nitrogênio tem um isótopo, N-14, que representa quase 100 por cento dos átomos no Sistema Solar, mas há também uma pequena quantidade de N-15.

Em comparação com a atmosfera da Terra, o nitrogênio no Sol e em Júpiter tem um pouco mais de N-14, mas 40 por cento menos N-15. Tanto o Sol quanto Júpiter parecem ter a mesma composição de nitrogênio.

Como no caso do oxigênio, a Terra e o restante do Sistema Solar interior são muito diferentes em nitrogênio.

"Estes resultados mostram que todos os objetos do Sistema Solar, incluindo os planetas terrestres, meteoritos e cometas, são anômalos em comparação com a composição inicial da nebulosa da qual o Sistema Solar se formou," coautor da pesquisa.

Coleta de vento solar

Os dados foram obtidos a partir da análise de amostras coletadas do vento solar pela Gênesis - o material ejetado da porção externa do Sol.

Esse material é uma espécie de fóssil da nossa nebulosa original, porque a maior parte das evidências científicas sugere que a camada externa do nosso Sol não mudou de forma significativa nos últimos bilhões de anos.

Lançada em 2000, a sonda ficou coletando partículas solares entre 2001 e 2004, quando sua cápsula de retorno foi fechada e enviada de volta à Terra.

Por uma falha nos pára-quedas, em vez de ser capturada por um helicóptero, a cápsula chocou-se violentamante no solo.

• Pára-quedas falha e Gênesis cai como um meteoro

Apesar do incidente, os cientistas conseguiram recuperar as amostras. Com isso, a demonstração de que elas não foram contaminadas é uma parte importante para a validação dos resultados agora anunciados.

Inovação tecnológica!!!

Bibliografia:


A 15N-Poor Isotopic Composition for the Solar System As Shown by Genesis Solar Wind Samples
B. Marty, M. Chaussidon, R. C. Wiens, A. J. G. Jurewicz, D. S. Burnett
Science
24 June 2011
Vol.: 332 no. 6037 pp. 1533-1536
DOI: 10.1126/science.1204656


The Oxygen Isotopic Composition of the Sun Inferred from Captured Solar Wind
K. D. McKeegan, A. P. A. Kallio, V. S. Heber, G. Jarzebinski, P. H. Mao, C. D. Coath, T. Kunihiro, R. C. Wiens, J. E. Nordholt, R. W. Moses, Jr., D. B. Reisenfeld, A. J. G. Jurewicz, D. S. Burnett
Science
24 June 2011
Vol.: 332 no. 6037 pp. 1528-1532
DOI: 10.1126/science.1204636

Super areia deixa água cinco vezes mais pura!!!

A super areia tem uma capacidade de filtragem cinco vezes superior à da areia regular. [Imagem: Gao et al./ACS]

Cientistas desenvolveram uma técnica para transformar a areia comum - o material filtrante mais usado em todo o mundo para purificar a água potável - em uma "super areia".

A super areia tem uma capacidade de filtragem cinco vezes superior à da areia regular.

Nanomaterial

Mainak Majumder e seus colegas da Universidade Rice, nos Estados Unidos, lembram que a areia tem sido usada para purificar a água há mais de 6.000 anos - a areia ou cascalho de filtração de água é endossada pela Organização Mundial de Saúde.

A transformação da areia em super areia começou com um nanomaterial chamado óxido de grafite.

Os pesquisadores usaram um método simples para recobrir os grãos de areia com as nanopartículas de óxido de grafite.

O novo material filtrante conseguiu remover inclusive o metal pesado mercúrio, além das moléculas de corantes diluídas na água.

Filtro de metais pesados

No teste com o mercúrio, a areia comum ficou saturada em 10 minutos de filtração, enquanto a super areia absorveu o metal pesado por mais de 50 minutos.

Segundo os cientistas, "o desempenho da filtragem é comparável a alguns filtros de carbono ativado disponíveis comercialmente." - com a vantagem de que a super areia deverá ser um material muito mais barato.

"Estamos agora pesquisando estratégias que nos permitirão montar as partículas funcionalizadas de óxido de grafite sobre os grãos de areia de forma a aumentar ainda mais a eficiência de remoção de contaminantes," escrevem eles.

A mesma equipe já havia desenvolvido um nanofiltro usando nanotubos de carbono,capaz de remover vírus e bactérias da água. A dificuldade de processamentos dos nanotubos de carbono, contudo, tornam aquele nanofiltro menos custo-efetivo.

Inovação tecnológica!!!

Bibliografia:

Engineered Graphite Oxide Materials for Application in Water Purification
Wei Gao, Mainak Majumder, Lawrence B. Alemany, Tharangattu N. Narayanan, Miguel A. Ibarra, Bhabendra K. Pradhan, Pulickel M. Ajayan
Applied Materials & Interfaces
Vol.: 3 (6), pp 1821-1826
DOI: 10.1021/am200300u

Avião hipersônico transforma viagem em turismo espacial!!!

O ZEHST terá três tipos de motores: turbinas, motores-foguete e estatojatos, ou ramjet.[Imagem: EADS]

Concorde quase espacial

Poucos dias depois que a Airbus apresentou seu conceito futurista de avião, sua controladora, a EADS, apresentou o conceito de um avião hipersônico.

Embora lembre muito o Concorde, a ideia é de voos mais altos.

Capaz de voar a até 32 km de altitude, o avião hipersônicopretende dar um gostinho de turismo espacial aos seus passageiros.

Como a aceleração máxima do avião não passará de 1,2 G, os passageiros não precisarão dos treinamentos exigidos por empresas como a Virgin Galactic - como a nave SpaceShip superará os 100 km de altitude, os viajantes estarão mais para astronautas do que para passageiros de avião.

A Lynx também pretende levar turistas espaciais saindo de um aeroporto comum, levando apenas um passageiro de cada vez e atingindo até 62 km de altitude.

Avião hipersônico

O conceito de avião hipersônico da EADS chama-se ZEHST - Zero Emission High Speed Transport, transporte de alta velocidade com emissão zero.

O avião decolará de um aeroporto comum, levando entre 50 e 100 passageiros, usando turbinas comuns.

Em uma segunda etapa da ascensão, serão ligados motores-foguetes, que levarão o ZEHST até 32 km de altitude.

Nesse ponto, onde as turbinas já estarão desligadas - o ar é rarefeito demais para que elas funcionem - e o motor-foguete já terá consumido o seu combustível, entrarão em ação motores estatojato, que manterão o avião acima de Mach 4, ou quatro vezes a velocidade do som.

A aproximação final do pouso será feita com o ZEHST planando, como fazem os ônibus espaciais. A uma determinada altitude as turbinas serão religadas para que o pouso seja feito de forma normal.

A EADS anunciou que deverá ter um protótipo funcional do ZEHST em escala reduzida em 2020. Voos comerciais não são esperados antes de 2050.

Uma maquete de 4 metros do avião hipersônico ZEHST estará em demonstração durante a Feira de Le Bourget, na França. [Imagem: EADS]

Zero emissão

Ao contrário do Concorde, que consumia combustível demais e fazia barulho excessivo, o ZEHST leva o termo "emissão zero" estampado no próprio nome.

Turbinas e motores-foguetes estão longe de qualquer coisa como emissão zero, mas os engenheiros esperam diminuir sua pegada de carbono alimentando as turbinas combioquerosene de aviação e os motores-foguete com hidrogênio e oxigênio.

Mas os ganhos virão sobretudo em relação ao barulho.

Ao ultrapassar a velocidade do som, os aviões geram um estrondo conhecido como "boom sônico" - o barulho é tão alto que o Concorde só podia ultrapassar a velocidade do som quando estava voando sobre o oceano, sob risco de quebrar vidros e janelas e causar acidentes no solo.

Como voará muito mais alto, os projetistas do ZEHST afirmam que ele não emitirá o desconfortável estrondo.

Inovação tecnológica!!!