quarta-feira, 22 de junho de 2011

LIVROS: Elsevier: Basics of Information Security 2011

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Onde eletrônica, spintrônica e computação quântica se encontram

A miniaturização dos componentes eletrônicos está chegando a um nível que está se tornando difícil construir ferramentas para fabricá-los.

Como essa tendência não mostra sinais de reversão, o problema seguirá na contramão das dimensões dos componentes: quanto menores os componentes, maiores serão as dificuldades.

É por isto que os cientistas estão apostando na chamada automontagem: processos por meio dos quais os próprios componentes constroem a si próprios por meio de reações moleculares.

Um exemplo notável dessa abordagem acaba de ser demonstrado por cientistas do Instituto Karlsruhe de Tecnologia, na Alemanha, que criaram uma rota sintética que imita um processo da natureza para controlar moléculas magnéticas individuais.

Além de produzir componentes úteis para a tecnologia eletrônica atual, ao lidar com a dimensão das moléculas os pesquisadores superam fronteiras para áreas ainda pouco exploradas, como a Spintrônica e a computação quântica, onde as leis da física clássica dão lugar às muitas vezes esquisitas leis da mecânica quântica.

Componente orgânico

Mario Ruben e seus colegas aplicaram adesivos sintéticos a moléculas magnéticas de tal forma que estas grudaram sozinhas nas posições corretas de um nanotubo de carbono, sem qualquer intervenção por parte dos cientistas.

Na natureza, as folhas crescem através de um processo de auto-organização similar.

A adoção desse princípio - o biomimetismo - para a fabricação de componentes eletrônicos representa uma verdadeira mudança de paradigma em relação à técnica tradicional de fabricação de semicondutores, baseada na fotolitografia.

Ao contrário dos componentes eletrônicos convencionais, o novo componente molecular não é feito com materiais como metais, ligas ou óxidos, mas inteiramente dos chamados materiais moles, tais como os nanotubos de carbono e moléculas - que fundamentam uma nova área de pesquisas, conhecida como eletrônica orgânica.

Integração final

O térbio é o único átomo de metal usado no dispositivo. Contudo, mesmo esse metal magnético está incorporado no material orgânico, como parte da molécula.

O térbio é altamente sensível a campos magnéticos externos. A informação sobre a maneira como esse átomo se alinha ao longo de tais campos magnéticos é transferida para a corrente que flui através do nanotubo, onde pode ser medida.

Essa possibilidade de interagir eletricamente com moléculas magnéticas individuais abre um mundo completamente novo para a spintrônica, onde memória, lógica e, possivelmente, a lógica quântica, podem ser integradas.

Descoberta maior corrente elétrica do Universo

Um jato cósmico a dois bilhões de anos-luz de distância está transportando a mais alta corrente elétrica já observada pelo homem: 1018 Ampères, ou um exa-Ampère.

Estima-se que isso seja equivalente a 1 trilhão de raios que caíssem simultaneamente - com a diferença que a corrente cósmica é duradoura.

Philipp Kronberg e seus colegas da Universidade de Toronto, no Canadá, mediram o alinhamento das ondas de rádio ao longo de uma galáxia conhecida como 3C303, que possui um jato gigante de matéria sendo disparado a partir de seu centro.

Eles observaram uma súbita mudança no alinhamento das ondas de rádio que coincide com o jato.

"Esta é uma assinatura inequívoca de uma corrente," disse Kronberg.

Buraco negro colosssal

A equipe acredita que a corrente está sendo gerada pelos campos magnéticos de um buraco negro colossal no centro da galáxia.

Esse raio galáctico é forte o suficiente para iluminar o jato de matéria e dirigi-lo através dos gases interestelares por uma distância de 150.000 anos-luz.

Equipe de robôs explora e mapeia locais desconhecidos

Todas as vezes em que se anuncia que robôs entraram em operação em alguma situação de emergência, tudo o que se vê são veículos guiados por operadores humanos por meio de um controle remoto.

Apesar de todos os avanços recentes na robótica, e de todas as ideias promissoras na área, o fato é que, na prática, os robôs têm demonstrado pouca ou nenhuma inteligência.

Henrik Christensen, do Instituto de Tecnologia da Georgia, nos Estados Unidos, acredita que não precisará ser assim por muito mais tempo.

Ainda que, para isso, seja necessário criar uma geração intermediária de robôs, ainda não exatamente capazes de resolver uma situação de emergência por si sós, mas suficientes para oferecer um mapeamento rápido do local, que possa tornar mais eficaz e mais segura a atuação das equipes humanas.

Robôs mapeadores

Os robôs criados pela equipe do Dr. Christensen são uma espécie de batedores, capazes de entrar em uma área desconhecida e traçar um mapa do local - e isto autonomamente, sem controle remoto e sem serem guiados por um operador humano.

Trabalhando sozinhos e comunicando-se somente uns com os outros, os pequenos veículos robóticos dividem entre si uma variedade de tarefas de exploração e, em poucos minutos, transmitem um mapa detalhado da área para a equipe humana.

O projeto MAST (Micro Autonomous Systems and Technology) não pretende parar nos veículos terrestres: o objetivo é criar robôs que possam rolar, pular, escalar ou voar em qualquer situação, carregando sensores que capturam e transmitem informações críticas para as equipes humanas.

Um objetivo secundário é tornar esses robôs cada vez menores: enquanto os primeiros protótipos agora apresentados medem até 30 centímetros de largura, a equipe já está trabalhando em versões que cabem na palma da mão.

Sensores dos robôs

O trabalho multidisciplinar está dividido em quatro equipes: integração, microeletrônica, mecânica de microssistemas e processamento para a operação autônoma.

Os robôs fazem o mapeamento usando dois tipos de sensores - uma câmera de vídeo e um escâner a laser. Dotada de seus próprios recursos computacionais, a câmera localiza portas e janelas, enquanto o escâner mede as paredes.

Um sensor inercial ajuda a estabilizar o robô e fornece informações sobre seu movimento.

Os dados dos sensores são integrados para formar um mapa da área, que é desenvolvido por cada robô usando uma técnica chamada SLAM (Simultaneous Localization And Mapping - localização e mapeamento simultâneos).

A abordagem SLAM permite que um veículo autônomo crie um mapa de qualquer ambiente, conhecido ou desconhecido, além de monitorar a área e relatar sua própria localização em tempo real.

A técnica SLAM é importante especialmente em áreas onde o sistema de GPS não alcança, como é comum acontecer em áreas de desastres, sobretudo no interior de edifícios - o próprio robô mantém um controle de sua posição.

Princípio inteligente

"Não há um robô líder, e ainda assim cada unidade é capaz de recrutar outras unidades para certificar-se que toda a área é explorada," explica Christensen. "Quando o primeiro robô chega a um cruzamento, ele diz a um segundo robô, 'Eu estou indo para a esquerda, você vai para a direita.'"

Christensen afirma que as habilidades dos robôs deverão se expandir para além do mapeamento em breve.

Uma versão já em desenvolvimento vai contar com um minúsculo radar, capaz de ver através das paredes e detectar objetos - ou seres humanos - por trás delas.

Os sensores infravermelhos também ajudarão nas missões de busca, localizando qualquer coisa que emita calor.

Outro desenvolvimento é uma espécie de bigode sensível, imitando o bigode dos ratos, capaz de sentir a proximidade das paredes e dos obstáculos mesmo no escuro total.

Primeiro dispositivo auto-alimentado com transmissão wireless

A equipe do Dr. Zhong Lin Wang, do Instituto de Tecnologia da Geórgia, vem trabalhando em nanogeradores há anos, materiais que estão ajudando a viabilizar um outro conceito, o de colheita de energia.

Agora ele e seus colegas uniram diversos dispositivos funcionais demonstrados individualmente para criar um nanocircuito eletrônico que produz sua própria energia e transmite seus dados por conexão sem fios.

O dispositivo comprova a viabilidade de um gênero futurista de minúsculos sensores médicos implantáveis, aparelhos eletrônicos de vestir, roupas inteligentes e outros equipamentos que operam de forma independente, sem precisar de baterias, coletando sua energia a partir do ambiente.

Auto-alimentado e sem fios

Os pesquisadores explicam em seu artigo na revista Nano Letters que os avanços na eletrônica abriram as portas para o desenvolvimento de dispositivos que usam pequenas quantidades de eletricidade.

Essa energia pode ser colhida a partir da pulsação de um vaso sanguíneo, de uma brisa suave, das vibrações de uma rua ou dos movimentos de uma pessoa ao caminhar.

"Nós demonstramos o primeiro sistema auto-alimentado abastecido por um nanogerador, que funciona sem fios e de forma independente, com a transmissão de dados de longa distância", explicam os cientistas.

Nanogerador

O nanogerador é uma pequena barra oscilante construída com uma estrutura com várias camadas.

Um substrato flexível de polímero é recoberto por cima e por baixo com filmes texturizados com nanofios de óxido de zinco (ZnO), um material piezoelétrico que produz eletricidade quando tensionado.

Por cima do filme de ZnO são colocados os eletrodos, responsáveis por transferir a eletricidade gerada.

"Quando esticado a 0,12%, com uma taxa de deformação de 3,56%, a tensão de saída medida atingiu 10 V, e a corrente de saída superou 0,6 microA (uma densidade de potência correspondente a 10 mW/cm3," afirmam os cientistas.

Sem fios

O gerador piezoelétrico foi acoplado a um nanocircuito constituído por um capacitor para armazenamento da energia, circuito de retificação, sensor e um transmissor de rádio para enviar os dados.

"Os sinais wireless transmitidos pelo sistema foram detectados por um rádio comum comprado no comércio a uma distância de 5-10 metros," informaram os pesquisadores.

Cannabis atua no alívio da ansiedade provocada por trauma

Um componente químico da maconha mostra cada vez mais potencial de se transformar em aliado no tratamento das sequelas emocionais deixadas pelo trauma.

Experimentos indicam que o canabidiol, um dos mais de 80 constituintes da Cannabis sativa, pode ajudar no tratamento de indivíduos que sofrem de ansiedade provocada por experiência traumática.

Resultados positivos têm sido obtidos em pesquisas desenvolvidas junto ao Laboratório de Psicofarmacologia, da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Os estudos com animais em laboratório resultaram em artigos científicos publicados em importantes periódicos internacionais, como o European Neuropsychopharmacologye.

Trauma

Nestas pesquisas os animais recebem um choque moderado nas patas, simulando uma situação traumática.

Quando são novamente expostos ao ambiente de condicionamento, relembram a situação e expressam uma reação de medo, caracterizada por imobilidade e conhecida como congelamento. Registrando o tempo de congelamento, os pesquisadores avaliam a intensidade do medo provocado pela lembrança do trauma.

O coordenador dos estudos, professor Reinaldo Takahashi, explica que é semelhante ao que acontece com uma pessoa que foi assaltada numa determinada rua da cidade e fica com medo sempre que tem que passar por ali. Ou ao medo sentido por uma pessoa que foi atropelada. toda vez que ouve uma freada de carro.

Terapia de exposição

Segundo ele, em uma perspectiva terapêutica, a maneira mais eficaz de se reduzir o medo em animais de laboratório consiste em realizar sucessivas exposições ao ambiente de condicionamento. Assim os animais se adaptam à situação e reaprendam que aquele local deixou de ser ameaçador.

Em humanos, este tratamento é chamado de terapia de exposição e funciona mais ou menos da mesma forma.

"Os principais resultados de nossos estudos demonstraram que o canabidiol facilita esse processo de reaprendizado emocional, tornando a exposição terapêutica muito mais eficiente e com efeitos prolongados", explica o professor Takahashi.

Função ansiolítica

A pesquisa indica que o canabidiol poderia ser associado a tratamentos psicológicos como a terapia comportamental, ajudando a atenuar traumas.

Além disso, o canabidiol reduziu a ansiedade dos animais que passaram pelo processo de condicionamento.

A avaliação faz a equipe supor que esse constituinte da maconha funciona como um ansiolítico, o medicamento que combate a ansiedade.

A vantagem é que o canabidiol possui características mais interessantes do que as substâncias benzodiazepínicas comumente usadas nesta terapia e que podem ter entre seus efeitos colaterais dependência, sonolência excessiva, piora da memória, tonturas e zumbidos.

Outra vantagem sinalizada pelos estudos realizados na UFSC é que o canabidiol também não provoca efeitos típicos da maconha, como falhas na memória recente, taquicardia, boca seca, incoordenação motora, agitação e tosse.

Esses sintomas são causados principalmente por outro canabinoide, o conhecido tetrahidrocanbinol (THC). "Então, além de ser terapêutico, estima-se que se o canabidiol for utilizado como medicamento, terá poucos efeitos colaterais", complementa o professor.

Reaprendizado emocional

Os estudos desenvolvidos na UFSC auxiliam também na compreensão da fisiologia do cérebro, dos processos cerebrais relacionados à retomada da memória traumática e ao consequente reaprendizado emocional.

Dando continuidade aos experimentos, o doutorando do Programa de Pós-Graduação em Farmacologia da UFSC Rafael Bitencourt, orientando do professor Reinaldo Takahashi, aprofundou as pesquisas e obteve resultados importantes.

Seus estudos sugerem que há uma interação entre o sistema responsável por parte das respostas ao estresse, o sistema corticosteróide, e o sistema endocanabinoide, que ocorre no decorrer do processo de reaprendizado.

O primeiro está relacionado a hormônios que possuem um papel importante na regulação do metabolismo e o segundo, o sistema endocanabinoide, é formado por mensageiros cerebrais produzidos pelo próprio organismo e que parecem ter evoluído como parte da comunicação entre os neurônios (uma espécie de "fábrica natural" de maconha que os vertebrados possuem).

"Um determinado nível de estresse diante de uma situação traumática é necessário para que ocorra liberação de substâncias no nosso cérebro, levando à indução da produção dos endocanabinoides. Estes endocanabinoides facilitariam o processo de reaprendizado emocional, impedindo ou amenizando as chances de uma pessoa desenvolver um trauma", explica Rafael.

Memória traumática

Para os pesquisadores, o melhor entendimento do processo de reaprendizado emocional em situações potencialmente traumáticas pode facilitar a procura por condutas terapêuticas para aqueles indivíduos que desenvolvem algum transtorno relacionado à persistência de uma memória traumática.

O conhecimento sobre os endocanabinoides também pode ajudar na concepção de terapias que aproveitem as propriedades terapêuticas da maconha.

"O futuro dirá se os canabinoides um dia passarão de substâncias proibidas a aliados no tratamento das sequelas emocionais deixadas pelo trauma", complementa o professor Takahashi.

Energia de luz focalizada destrói tumores

Um novo tipo de tratamento, que destrói células cancerosas através do calor, está trazendo esperança a pacientes que, antes, tinham poucas opções.

Os médicos da Clínica Mayo, nos Estados Unidos, estão entre os primeiros a usar a ablação a laser, guiada por imagens de ressonância magnética (IRM), para aquecer e destruir tumores no fígado, rim e próstata.

"Com a ablação a laser, podemos alvejar com precisão os tumores e matá-los, sem danificar o resto de um órgão", diz o radiologista intervencionista Eric Walser. "Acreditamos que existem vários usos potenciais para essa técnica, o que é muito estimulante", afirma.

Ablação a laser

Na ablação a laser, uma pequena agulha é inserida no tumor. A energia da luz é transmitida através da agulha até o tumor para destruí-lo.

Esse procedimento ambulatorial é realizado com a orientação de um aparelho de IRM, que pode monitorar com precisão a temperatura dentro e em volta do tumor. Quando o tumor e uma pequena porção do tecido circundante (que pode conter células cancerosas) são aquecidos até o ponto de destruição, o laser é desligado.

De acordo com o radiologista, é a combinação do laser com o IRM que garante o sucesso desse tipo de tratamento.

"Com um aparelho de IRM, somos capazes de localizar com exatidão as lesões e observar no monitor a destruição delas. Podemos concentrar o laser precisamente no tumor, pela quantidade exata de tempo, deixando os órgãos ao redor incólumes", ele afirma.

Anestesia geral

Eric Walser lidera os esforços para o uso da ablação a laser no combate a tumores no rim e no fígado, enquanto adapta o procedimento para destruir tumores no pulmão, tireóide e ossos. Até agora, cerca de 15 pacientes já foram submetidos à ablação a laser.

"Os candidatos mais indicados para esse procedimento são os pacientes com um tumor solitário ou com um câncer metastático que ainda está confinado a um órgão", ele explica.

Tumores com 5 centímetros de diâmetro ou menores são mais receptivos a esse tipo de tratamento. Tumores maiores são, normalmente, tratados com quimioterapia ou radioterapia. Como o procedimento é realizado dentro de um aparelho de IRM, os pacientes com marcapassos ou outros implantes metálicos não são candidatos a esse procedimento.

Os pacientes são submetidos a anestesia geral, para impedi-los de se mover enquanto os feixes de laser estão ativos, o que dura apenas 2,5 minutos, aproximadamente, no caso de tumores no fígado e no rim. Muitos pacientes podem voltar para casa no mesmo dia. Podem sentir alguma dor no local e sintomas parecidos ao da gripe, porque o corpo está absorvendo o tecido destruído. Efeitos colaterais desaparecem em uma semana, normalmente.