USP cria sistema de criptografia caótica para a internet

Pesquisadores da USP de São Carlos e de Ribeirão Preto desenvolveram um novo sistema de criptografia que promete maior segurança às transações bancárias e no comércio via internet.

A iniciativa irá dificultar a ação de hackers e espiões em suas tentativas de quebrar códigos de segurança na internet, por exemplo. A criptografia também é importante na codificação de arquivos em notebooks, que podem ser perdidos ou roubados.

"O sistema é inovador porque combina o método tradicional de criptografia com uma parametrização dinâmica obtida de sistemas caóticos. Até onde sabemos, é a primeira vez que esta abordagem foi feita. Com isso, conseguimos produzir um algoritmo computacional com melhorias na segurança e também na velocidade", afirma o professor Odemir Martinez Bruno, do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP.

"Um dos aspectos inovadores do novo sistema é justamente a integração entre os conceitos da física e matemática à computação", afirma Bruno, lembrando que o novo método está em processo de obtenção de patente.

Como a criptografia funciona

O professor explica que a criptografia embaralha letras, números e símbolos para codificar textos e somente pessoas autorizadas podem decodificar e recuperar o texto original. Tradicionalmente, a criptografia utiliza operações lógicas ou aritméticas simples para o embaralhamento.

Na prática, quando um usuário digita os dados de seu cartão de crédito numa transação comercial via internet, as informações são "embaralhadas" de maneira que um invasor não consiga decifrar os códigos. "Somente o banco será capaz de decifrar as informações", explica o professor.

No entanto, hoje em dia boa parte dos algoritmos aplicados na criptografia já foram quebrados. "Esse duelo entre códigos estabelecidos e os que tentam quebrá-los dura mais de dois mil anos. Tanto que a criptografia foi amplamente usada em operações militares. Muitas batalhas e mesmo guerras, foram vencidas ou perdidas pelo sucesso ou fracasso da criptografia", lembra o pesquisador.

"Atualmente, a criptografia desempenha um importante papel na economia moderna. Ela é responsável por garantir a segurança nas transações comerciais em meios eletrônicos, por exemplo", descreve Bruno.

Efeito borboleta

Pesquisas envolvendo a criptografia e sistemas caóticos já foram objeto de estudos e, nas últimas décadas, algoritmos de criptografia baseados na teoria do caos foram criados. Entretanto, esses algoritmos apresentavam severas limitações, tornando-os inseguros e demasiadamente lentos para aplicações comerciais.

Mas, o sistema desenvolvido pelos pesquisadores da do IFSC e da FFCLRP permite maior agilidade nas operações com os algoritmos e o embaralhamento é maior. "A combinação feita entre a criptografia tradicional e sistemas caóticos permitiu melhorias na segurança e maior velocidade", explica Bruno.

A teoria do caos explica o comportamento aparentemente errático e imprevisível de determinados sistemas naturais. Esses sistemas são não-lineares e seu comportamento depende fortemente de como são inicializados.

Nos sistemas caóticos, pequenas diferenças são fortemente amplificadas. Isto é bem ilustrado pelas correntes de ar atmosféricas, onde o bater de asas de uma borboleta em São Paulo pode produzir uma nevasca em Moscou - o chamado efeito borboleta.

Criptografia caótica

O sistema caótico produz uma sequência de números pseudoaleatório. Se os parâmetros iniciais do sistema caótico forem exatamente os mesmos, a sequência será sempre a mesma.

Na criptografia caótica, utilizada pelos pesquisadores brasileiros, estas sequências são utilizadas para embaralhar as mensagens.

O projeto teve início há cerca de três anos e possibilitou a criação do Grupo de Criptografia. Além do professor Odemir Martinez Bruno, integram o grupo o professor Alexandre Souto Martinez, do Departamento de Física e Matemática da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFLCRP) da USP, e o bolsista Anderson Gonçalves Marco.

A pesquisa está em fase final e a Agência USP de Inovação busca empresas interessadas em licenciar o produto.

Fonte: Antonio Carlos Quinto - Agência USP

Brasil quer criar seu próprio modelo climático

O Brasil precisa aumentar o número de pesquisadores que atuam em modelagem climática. Essa é a opinião de Carlos Nobre, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), em São José dos Campos (SP), que considera esse o maior desafio para que o país continue crescendo na área.

Nobre, que também é coordenador executivo do Programa FAPESP de Pesquisa sobre Mudanças Climáticas Globais e membro do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC) da Organização das Nações Unidas, falou sobre os desafios e obstáculos para o desenvolvimento de modelos climáticos no país no Faculty Summit 2010 América Latina, evento promovido pela FAPESP e pela Microsoft Research.

Complexidade do clima

Ele destacou a complexidade das pesquisas climáticas, que envolvem variadas áreas do conhecimento - como física, química, biologia e hidrologia -, além de detalhes como influências do solo, da vegetação, dos oceanos e da própria atmosfera, entre outros.

"Desenvolver um modelo computacional para simulações climáticas que considere cenários futuros e projeções para vários anos é uma tarefa muito complexa. Envolve uma imensa quantidade de variáveis e depende de capacidade de processamento igualmente grande", disse à Agência FAPESP.

Diante desses desafios, por que o Brasil decidiu desenvolver um modelo próprio, quando há muitos já prontos em outros países? "O primeiro motivo é que precisamos desenvolver a capacidade do país nessa área", disse.

Segundo Nobre, formar novas gerações de pesquisadores em clima e ter autonomia nessa área é estratégico para um país que baseia boa parte de sua economia em agricultura e lidera a produção de bioenergia, com destaque para o etanol da cana-de-açúcar.

Outro motivo é se manter na vanguarda da modelização do clima. "Precisamos desenvolver também as novas gerações de modelos climáticos", apontou.

Modelo climático brasileiro

A autonomia brasileira na área também beneficia outros países, especialmente os latino-americanos vizinhos, que partilham de sistemas climáticos próximos. A troca de informações seria útil também para nações africanas. Esses fatos justificariam a defesa de um aumento na colaboração entre pesquisadores do "Sul", incluindo a Índia.

No entanto, o desenvolvimento brasileiro na modelagem climática está limitado ao número de pesquisadores que se dedicam à área. Atualmente, o país conta com pouco mais de meia centena de profissionais especializados na construção de modelos climáticos.

"O que temos hoje é uma massa crítica mínima. Queremos triplicar esse número dentro de dez anos", disse Nobre. O pesquisador indica que deveremos dobrar esse número dentro dos próximos cinco anos. Outros centros avançados de modelagem climática de países desenvolvidos em pesquisa em clima contam com um mínimo de 150 especialistas, número que esse esforço nacional em modelagem climática pretende alcançar por volta do ano de 2020.

Supercomputador climático

Com exceção do número de pesquisadores, o Brasil já conta com fatores que o colocam em um lugar privilegiado na pesquisa climática. "Temos quase 20 anos de experiência no assunto, nossos modelos produzem previsões de tempo e da tendência climática sazonal com bons índices de acerto, e agora temos também infraestrutura computacional", disse Nobre.

O pesquisador se refere ao supercomputador recém-adquirido pelo Inpe com apoio da FAPESP, que tem velocidade efetiva de 15 teraflops na aplicação de modelagem e que deverá entrar em operação até o fim do ano - veja Novo supercomputador brasileiro tem desempenho superior ao esperado.

Nobre explica que a modelagem climática envolve milhares de variáveis - simulações repetidas que podem chegar, cumulativamente, a centenas de milhares de anos -, considera diferentes cenários e ainda deve apresentar boa resolução. Todos esses fatores exigem uma alta capacidade de processamento, um trabalho que só é possível para os supercomputadores.

O novo sistema de supercomputação custou R$ 50 milhões, sendo R$ 15 milhões da FAPESP e R$ 35 milhões do Ministério da Ciência e da Tecnologia, por meio da Financiadora de Estudos e Projetos (Finep). "Esse computador está entre os cinco maiores do mundo voltados à modelagem climática", disse Nobre.

Com a infraestrutura adequada, o Inpe pretende desenvolver nos próximos anos modelos climáticos de quinta geração, que integram ainda mais processos relevantes ao clima e que são, por conta disso, muito mais complexos.

Fonte: Fabio Reynol - Agência Fapesp

Estudo propõe indústria nacional de energia nuclear

O Centro de Gestão e Estudos Estratégicos (CGEE) e a Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) se uniram para identificar as condições necessárias para implantar no país uma cadeia de suprimento qualificada para a produção de energia nuclear.

Essa cadeia deve ser capaz de atender às necessidades postas pelo Programa Nuclear Brasileiro (PNB), em sua expansão prevista para até 2030.

A parceria resultou em um estudo - encomendado pelo Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT) ao CGEE - que posteriormente possibilitará encontros entre especialistas, representantes governamentais e do setor empresarial com vistas ao levantamento de propostas e recomendações que embasem a formulação de uma política industrial e tecnológica para o setor.

A cadeia de suprimento para geração de eletricidade a partir de usinas nucleares tem prioridade no estudo conduzido pelo CGEE. No entanto, também são abordadas as áreas de saúde, de produção industrial e do agronegócio.

Radiofármacos

Na área de saúde os radiofármacos e congêneres têm importantes aplicações em diagnósticos e terapias por parte das clínicas e hospitais do Brasil. Ampliar sua utilização deverá contribuir para a melhoria da qualidade destes serviços.

Já no agronegócio e na indústria, a questão é competitividade.

O emprego das tecnologias de irradiação em alimentos melhora suas condições de conservação e qualidade, fator determinante para o acesso dos produtos brasileiros a alguns mercados externos.

Aceitação da energia nuclear

A energia nuclear é cada vez mais aceita pela opinião pública e por grupos ambientalistas. No Brasil, pesquisas de opinião pública revelam uma aceitação que varia, em média, de 60% a 80% da população brasileira.

Entre os motivos que levaram a uma percepção positiva do setor nos últimos anos se incluem o aumento da segurança nos procedimentos de produção e os fatores ambientais, já que a geração de eletricidade com base em energia nuclear não emite gases causadores de efeito estufa.

A opção por um modelo que não polui a atmosfera é uma das vantagens competitivas da energia nuclear. "Mas a principal vantagem mesmo é econômica", afirma o presidente da CNEN, Odair Gonçalves. "A energia nuclear é mais barata que o óleo, e o valor se equipara ao do carvão e do gás natural. Além disso, exige pouco espaço de armazenamento de combustível, já que 10 g de urânio enriquecido produzem a mesma eletricidade que 1.200 kg de carvão ou 700 kg de óleo", diz.

"Num momento de intensas discussões sobre mudanças climáticas e aquecimento global, as alternativas tecnológicas de produção de energia vêm sendo repensadas pelas sociedades, e os avanços na tecnologia nuclear permitiram um olhar diferente sobre este modelo de geração de energia elétrica", afirma a assessora do CGEE, Liliane Rank, líder do estudo.

No começo da década, pesquisas mostravam que menos de 30% dos brasileiros apoiavam ou confiavam na produção de energia nuclear. Além das vantagens competitivas de apelo ambiental e econômico, a virada na opinião ocorreu a partir de 2003. "Neste ano, passamos a priorizar a transparência das informações sobre o setor", explica Gonçalves, da CNEN.

Em referência à questão ambiental, é positivo o fato de que as usinas nucleares ocupam terrenos relativamente pequenos quando comparados às extensas áreas inundadas para a instalação de usinas hidrelétricas.

Expansão Nuclear

A primeira etapa do estudo liderado por Liliane Rank, concluída em novembro de 2009, deu origem a um relatório final, "Estudo da Cadeia de Suprimento do Programa Nuclear Brasileiro: contextualização e perspectivas do setor de produção de energia nuclear no Brasil".

De acordo com Liliane, a segunda fase, iniciada no primeiro semestre de 2010, deve especificar e dimensionar a demanda de suprimentos, fundamentada na expansão prevista para o setor, além de estabelecer um diálogo entre oferta e demanda para identificar oportunidades de investimentos que fortaleçam a base industrial do país.

O Plano Nacional de Energia do governo brasileiro trabalha com cinco cenários de potência instalada no país até 2030. A energia nuclear, segundo o plano, passaria dos atuais 2,1% de participação para 3% no cenário mais modesto para a produção de origem nuclear. Ou, no cenário mais favorável, para uma fatia de até 5% em 2030.

Novas usinas nucleares no Brasil

Para alcançar esses objetivos, o Brasil construirá entre quatro e oito novas usinas nucleares em seu território nos próximos 20 anos. As obras da usina de Angra 3 começam em 2010, de acordo com a CNEN. O governo definirá, ainda este ano, a localização da quarta planta, que deverá ser instalada na região Nordeste, provavelmente no estado de Pernambuco.

"Por isso o estudo é primordial", afirma Odair Gonçalves. "Precisamos dominar a produção de algumas ligas metálicas. O estudo é fundamental principalmente para as áreas de insumos e infraestrutura", diz. Segundo Gonçalves, a expectativa é que a indústria nacional domine toda a cadeia de suprimento até 2015.

O Brasil ostenta uma situação confortável no setor, já que é um dos três países que ao mesmo tempo detêm reservas de urânio e dominam o processo de enriquecimento, ao lado de Estados Unidos e Rússia. Além disso, a tecnologia de enriquecimento de urânio é conhecida e aplicada comercialmente por apenas sete países: Brasil, EUA, França, Rússia, Reino Unido, Alemanha, Japão e Holanda.

Diferentemente de outros países, como Estados Unidos, França, Rússia e Reino Unido, o Brasil enriquece urânio com finalidade estritamente pacífica, como prevê a Constituição do país. Essa posição histórica credenciou o governo brasileiro a participar, nos últimos meses, da busca de uma solução para o impasse entre o Irã e a comunidade internacional sobre o enriquecimento de urânio pelos iranianos.

Recomendações para o setor nuclear

O resultado das ações propostas no estudo conduzido pelo CGEE contribuirá para promover a mobilização do complexo industrial nuclear brasileiro, para que ele esteja preparado para fornecer serviços, materiais e equipamentos em grau crescente de nacionalização.

Assim, de acordo com o estudo, o parque industrial do país terá condições de atender ao Programa Nuclear Brasileiro (PNB) e de contribuir para o aprimoramento da gestão de longo prazo da implantação de novas usinas, bem como o delineamento futuro de políticas públicas de incentivo a este setor.

O documento lista uma série de sugestões que devem ser adotadas pelo setor produtivo, pelo governo e por instituições brasileiras a partir de 2010: fazer um levantamento da matriz de demanda versus oferta do setor nuclear; promover uma busca na produção nacional de enxofre; verificar os montantes dos déficits projetados no tempo, em uma comparação entre a capacidade de produção agregada ao sistema e a expansão das usinas em operação, para verificar as ordens de serviços externas necessárias até 2030.

Outras recomendações incluem identificar e promover a capacitação de empresas de consultoria na seleção de locais adequados para implantação de centrais nucleares, na preparação de relatórios de segurança para o licenciamento e na elaboração de estudos de impacto ambiental para instalações nucleares.

Uma nova etapa do estudo terá por objetivo se aprofundar em temas como a produção de radiofármacos, visando o incremento nas suas aplicações na área de saúde, e na fabricação de irradiadores nacionais, mapeando a demanda para a purificação e conservação de alimentos como frutas, já que alguns países, entre eles Estados Unidos e Japão, exigem biossegurança para os produtos que importam de outras nações.

Fonte: CGEE

Próteses e órteses de titânio são feitas sob medida

O que era considerado ficção científica, hoje já é realidade na Faculdade de Engenharia Química (FEQ) da Unicamp.

A aquisição de um equipamento denominado Sinterização Direta de Metais por Laser (DMLS - Direct Metal Laser Sintering) permite produzir próteses e órteses personalizadas, utilizando titânio - metal biocompatível, para reparação de defeitos ósseos.

Diferentemente dos processos convencionais, as novas próteses e órteses exibem excelente conformidade anatômica por terem sido projetadas especificamente para o paciente.

Cimento ósseo

Partindo de imagens médicas digitais (tomografia computadorizada ou ressonância magnética) realizadas em pacientes com defeitos ósseos ou acidentados e tratadas em software específico, um modelo 3D é gerado.

Por meio da técnica de prototipagem rápida, a peça é construída por deposição, camada por camada. Depois de pronta, a estrutura de titânio em forma de malha recebe uma camada de cimento ósseo ou biocerâmica, biomateriais desenvolvidos especificamente para essa função.

Para peças complexas, o processo demora em média cerca de uma semana para ficar pronto e a previsão de fabricação é de três peças a cada sete dias. De acordo com o professor Rubens Maciel Filho, coordenador do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) em Biofabricação (Biofabris), a técnica permite dinamizar o tempo de cirurgia em 30% e, ademais, a metodologia totalmente planejada evita possíveis testes durante o procedimento cirúrgico.

"É muito mais rápido e seguro em termos de possíveis contaminações e infecções", declarou Maciel. A Unicamp é a primeira instituição de ensino e pesquisa do hemisfério sul a receber um equipamento desse porte, que teve um custo de R$ 1,4 milhão.

Prototipagem rápida na Medicina

Tradicionalmente, a prototipagem rápida tem sido muito utilizada na indústria e na engenharia de produtos como meio de produção de protótipos fiéis em curto espaço de tempo, com os ganhos voltados principalmente para o custo.

Mais recentemente, essa técnica teve sua aplicação estendida para a área médica, principalmente no que diz respeito à fabricação de implantes e próteses personalizados, estudo da anatomia e planejamento cirúrgico que compreendem importantes campos de pesquisa.

Entre os defeitos congênitos, as anomalias craniofaciais (ACF) constituem um grupo altamente diverso e complexo que, em conjunto, afeta uma significante proporção de pessoas no mundo. Além dos casos de deformidades congênitas, há ocorrências de defeitos craniofaciais adquiridos em função de outras patologias, como os tumores, por exemplo.

Nas últimas quatro décadas, um volume crescente de casos de trauma facial tem sido observado, tendo estreita relação com o aumento de acidentes automobilísticos e a violência urbana. Em todos os casos, a reabilitação craniomaxilofacial faz parte do processo de reintegração do paciente à sociedade e promoção do bem-estar e qualidade de vida das pessoas.

Biofabricação

O conceito de biofabricação consiste em utilizar técnicas de engenharia com utilização de biomateriais para construção de estruturas tridimensionais para fabricação e confecção de substitutos biológicos que atuarão no tratamento, restauração e estruturação de órgãos e tecidos humanos.

Para a professora Cecília Zavaglia, as pesquisas na Unicamp sobre os esses novos materiais avançaram muito nos últimos anos. Zavaglia inclusive foi orientadora de uma tese de doutorado responsável pelo desenvolvimento de um cimento ósseo à base de [alfa]-fosfato tricálcico, cuja principal aplicação é o preenchimento de defeitos faciais ocasionados por acidentes ou doenças congênitas.

"Estamos trabalhando há bastante tempo vários pontos em biomateriais e já identificamos avanços que podem ser feitos. Com a criação desse Instituto, poderemos colocar esses conhecimentos e juntos termos algo pronto para ser aplicado", assegurou a docente.

Órgãos e tecidos artificiais

Para o pesquisador André Jardini, também da FEQ, atualmente fala-se muito nesse desenvolvimento de próteses, biomateriais, reparação de defeitos, no entanto tudo isso já está consolidado.

Porém, outro objetivo do INCT é desenvolver, também através da técnica de prototipagem rápida, órgãos e tecidos artificiais.

"Ao invés de colocarmos o biomaterial na máquina, é possível a impressão direta de células ou de células encapsuladas em estruturas poliméricas do próprio paciente e, a partir daí, conseguir estruturar a formação de órgãos, como a bexiga, por exemplo, procedimento que já está sendo feito em algumas instituições norte-americanas", disse Jardini.

A técnica permite também construir um scaffold, que é um suporte poroso de material biorreabsorvível (biocompatível que degrada no corpo humano) colonizado por células vivas que crescerão com design do corpo humano a ser regenerado. Dentro de um biorreator, o novo órgão é desenvolvido. "Seria um processo substitutivo à doação de órgãos", resumiu.

Reconstrução de órgãos

No entanto, isso demanda muita pesquisa, pois são diferentes níveis de dificuldade para diferentes tecidos ou órgãos e seus diferentes tipos de aplicação.

"Para restaurar osso e pele é muito rápido. Estamos apenas aguardando o aval da Comissão de Ética do Hospital de Clínicas (HC) da Unicamp para fazer a cirurgia", revelou Maciel.

Com relação à reconstrução de órgãos, além da pesquisa, necessita fundamentalmente de uma forte interação entre biólogos, engenheiros e médicos, mas isso não está diferente do que está acontecendo ao redor do mundo, alerta o coordenador.

Existem, segundo ele, institutos que já estão trabalhando nesse campo há mais tempo, porém, com a competência formada na Unicamp há uma capacidade enorme de absorção desses conhecimentos e de colocar isso em prática muito rapidamente. "A finalidade do Biofabris é estar no estado da arte e avançar junto com alguns poucos centros de alto desempenho no mundo", ressaltou.

Conhecimento nacional

O Biofabris possui representante na Faculdade de Ciências Médicas (FCM), o professor William Belangero, que desenvolve pesquisas em biomateriais para ortopedia, e parceiros, como o cirurgião plástico Paulo Kharmanandayan.

Para Belangero, interações como essa entre diferentes áreas do conhecimento são extremamente importantes nos dias atuais. E no caso da ortopedia isso se reveste de uma importância ainda maior porque se trata de uma especialidade médica que utiliza muitos implantes de materiais de todos os tipos - metálicos, poliméricos e cerâmicos.

O ortopedista esclareceu que há uma busca constante por uma melhor qualidade desses materiais que serão a fonte de fabricação dos implantes, com o objetivo de atingir uma performance cada vez melhor no tratamento das lesões ortopédicas e traumáticas que envolvem o aparelho locomotor. "Porém, é também objetivo fundamental aprimorar as ferramentas que utilizaremos na fabricação desses implantes e, ainda, nos novos conceitos de tratamento", garantiu Belangero.

Maciel prosseguiu com as expectativas, deixando bem claro que a intenção do INCT é formatar e implantar um curso de pós-graduação, no qual todos os alunos terão uma visão integrada de todo o processo. Na opinião de Jardini, esse curso seria uma semente para formar pessoas capazes de fazer a ponte e gerar conhecimento nacional para posteriormente aplicar isso nas pessoas.

Biofabris

O Biofabris é um dos nove INCT com sede na Unicamp e um dos 44 no Estado de São Paulo. O programa está sob a responsabilidade do Ministério de Ciência e Tecnologia (MCT) e é organizado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) em parceria com a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).

Essa união de competências e conhecimentos adquiridos há muito tempo, segundo Maciel, é responsável pelo desenvolvimento de técnicas que até então estavam muito distantes do alcance da população. "Hoje temos um ferramental e conceitos envolvidos, máquinas para tornar realidade o que era quase uma ficção, mesmo nos países mais desenvolvidos.

Além dos benefícios imediatos, como restaurar a qualidade de vida dessas pessoas, estamos capacitando recursos humanos e buscando competência técnica para que esses conhecimentos sejam expandidos para uso da população brasileira", afirmou o coordenador.

Ainda de acordo com o coordenador do Instituto, a população brasileira estava privada da junção de conhecimentos que pudesse levar a uma qualidade de vida melhor. "Se não começarmos, um novo processo não se inicia", disse. Para o coordenador, não se trata de começar do zero, já que o projeto possui a experiência de vários professores e, também, das parcerias. São pessoas que trouxeram o conhecimento e, associados a uma parte computacional, têm um ferramental diferenciado.

Fonte: Diário da Saúde

Cientistas criam pulmão eletrônico dentro de um chip

Um pulmão eletrônico acaba de ser desenvolvido por cientistas da Universidade Harvard, nos Estados Unidos. O grupo criou um dispositivo que simula o funcionamento de um pulmão em um microchip.

Do tamanho de uma borracha escolar, o equipamento atua como se fosse um pulmão humano e é feito de partes do órgão e de vasos sanguíneos.

Por ser translúcido, o pulmão eletrônico oferece a oportunidade de estudar o funcionamento do órgão sem ter que invadir um organismo vivo.

Substituto dos animais de laboratório

Segundo os autores do estudo, o dispositivo tem potencial para se tornar uma ferramenta importante nos testes dos efeitos de toxinas presentes no ambiente ou de avaliar a eficácia e a segurança de novos medicamentos, eventualmente substituindo animais de laboratório.

"A capacidade do pulmão em um chip de estimar a absorção de nanopartículas presentes no ar ou de imitar a resposta inflamatória a patógenos demonstra que o conceito de órgãos em chips poderá substituir estudos com animais no futuro", disse Donald Ingber, fundador do Instituto Wyss, em Harvard, e um dos autores da pesquisa.

Segundo Ingber, os microssistemas a partir de tecidos produzidos até o momento são limitados mecânica ou biologicamente. "Não conseguimos entender realmente como a biologia funciona, a menos que nos coloquemos no contexto físico de células, tecidos e órgãos vivos", disse Ingber.

Funcionamento do pulmão eletrônico

Na respiração humana, o ar entra nos pulmões, preenche os microscópicos alvéolos (localizados nos finais dos bronquíolos) e transfere oxigênio por meio de uma membrana fina e permeável de células até a corrente sanguínea.

É essa membrana - formada por camadas de células pulmonares, matriz extracelular permeável e capilares - que faz o trabalho pesado do sistema respiratório. É também essa interface entre pulmão e sistema circulatório que reconhece invasores inalados, como bactérias ou toxinas, e ativa a resposta imunológica.

O pulmão eletrônico parte de uma nova abordagem na engenharia de tecidos ao inserir duas camadas de tecidos vivos - a fileira de alvéolos e os vasos sanguíneos em sua volta - em uma estrutura porosa e flexível.

O dispositivo consiste de uma membrana de silicone, porosa e flexível, coberta por células epiteliais de um lado e de células endoteliais do outro. Microcanais em torno da membrana permitem que o ar se desloque por ela. Ao aplicar um vácuo no dispositivo, a membrana se expande de modo semelhante ao que ocorre no tecido pulmonar real.

"Partimos do funcionamento da respiração humana, pela criação de um vácuo quando nosso pulmão se expande, que puxa o ar para os pulmões e faz com que as paredes dos sacos pulmonares se estiquem. O sistema de microengenharia que desenhamos usa os princípios básicos da natureza", disse Dan Huh, outro autor do estudo.

Riscos das nanopartículas

Para determinar a eficiência do dispositivo, os pesquisadores testaram sua resposta ao inalar bactérias vivas (E. coli). Eles introduziram microrganismos no canal de ar do lado do pulmão no dispositivo e, ao mesmo tempo, aplicaram leucócitos pelo canal no lado dos vasos sanguíneos.

Como resultado, no dispositivo ocorreu uma resposta imunológica que fez com que os leucócitos se deslocassem pelo canal de ar e destruíssem as bactérias.

A equipe prosseguiu nos testes com "experimentos do mundo real", segundo Huh, introduzindo vários tipos de nanopartículas no saco pulmonar do pulmão eletrônico. Algumas dessas partículas estão presentes em produtos comerciais, outras são encontrados no ar e na água poluída.

Vários tipos dessas nanopartículas entraram nas células do pulmão, levando as células a produzir mais radicais livres e induzindo a inflamação. Muitas das partículas atravessaram o pulmão eletrônico e atingiram o canal arterial.

Fonte: Redação do Site Inovação Tecnológica

Tinta invisível de elétrons cria nanocristais mais puros

Por sua própria natureza, a nanotecnologia é pequena demais para que seus dispositivos sejam vistos a olho nu. Ainda assim, químicos encontraram uma maneira de torná-la ainda menos perceptível.

Cientistas da Universidade de Erlangen-Nuremberg, na Alemanha, transformaram elétrons em uma versão nanoscópica de uma "tinta invisível".

Tinta de nanocristais

A equipe do professor Hubertus Marbach inventou uma técnica para o crescimento de nanocristais que permite que mensagens sejam de fato escritas sobre uma pastilha de silício, usando unicamente um feixe de elétrons.

Para ler as mensagens, basta aplicar um gás específico, que reage com os nanocristais, tornando-os detectáveis.

A técnica, embora provavelmente não seja prática o suficiente para ser usada pelos agentes secretos, tem um potencial muito mais imediato e valioso - os nanocristais criados são muito mais puros do que aqueles criados pelas ferramentas utilizadas pela indústria eletrônica, que lida diariamente com o silício.

Crescimento de nanocristais

Hoje, feixes de elétrons são utilizados pela indústria para depositar nanocristais sobre uma superfície. Na indústria de semicondutores, por exemplo, a tecnologia é utilizada para reparar defeitos nas máscaras litográficas usadas para criar circuitos integrados. "É um negócio multimilionário", diz Marbach.

Tradicionalmente, isto é feito dirigindo feixes de elétrons diretamente para moléculas como o pentacarbonil de ferro, forçando-as a se decompor em nanocristais de ferro, que grudam na superfície.

Embora essa técnica permita o crescimento controlado de nanocristais, explica Marbach, o processo quimicamente agressivo pode elevar os níveis de impurezas de carbono e oxigênio no interior dos cristais de ferro a até 60 por cento.

Tinta invisível

Para resolver o problema, Marbach e seus colegas usaram um feixe de elétrons para remover íons de oxigênio de uma pastilha de óxido de silício, deixando recortes nanoscópicos na superfície. O processo não deixa praticamente nenhum vestígio visível.

Esses recortes, ou "dentes", como os pesquisadores os chamam, facilitam as reações químicas, permitindo que uma mensagem secreta seja escrita sobre a pastilha de silício usando o feixe de elétrons.

Mais tarde, a mensagem pode ser revelada dirigindo um fluxo do gás pentacarbonil de ferro sobre a superfície. O gás reage com os recortes para formar monóxido de carbono, deixando nanocristais de ferro - sólidos e reflexivos - fixos sobre a superfície.

A vantagem é que, com a nova técnica, os cristais têm uma pureza de 95% de ferro. Os pesquisadores esperam que a técnica seja utilizada de forma imediata pela indústria.

Fonte: Redação do Site Inovação Tecnológica

USP cria ponto de acesso à internet alimentado por energia solar

Pesquisadores do Laboratório de Sistemas Integráveis (LSI) da Escola Politécnica (Poli) da USP criaram o protótipo de um sistema de comunicação sem fio em malha alimentado por energia solar.

Conhecido como Wi-fi Solar, o equipamento permite o acesso a internet sem fio para dispositivos móveis em áreas ao ar livre. O sistema, em fase de testes, apresenta menores custos de instalação e o emprego da energia solar reduz despesas com eletricidade.

Wi-fi Solar

O Wi-fi Solar possui quatro módulos: comunicação (roteador), fotovoltaico (painel solar), armazenamento (baterias) e controle de energia.

"O roteador cria uma malha de comunicação sem fio, com várias rotas, entre outros módulos de comunicação da rede e fornece cobertura Wi-Fi para dispositivos móveis e portáteis no raio de alcance do sinal transmitido por cada módulo de comunicação", conta o engenheiro Rafael Herrero Alonso, responsável pelo projeto. "O módulo fotovoltaico gera eletricidade em corrente contínua ao sistema a partir da transformação direta da luz em energia elétrica."

Baterias recarregáveis garantem a operação do sistema em períodos sem irradiação solar.

"Em sistemas autônomos é necessário acumular energia, para compensar as diferenças existentes entre produção e utilização ao longo do tempo", explica o engenheiro. "O armazenamento obriga a utilização de um módulo de controle de energia adequado, que faça a gestão do processo de carga, a proteger e garantir uma elevada confiabilidade e um maior tempo de vida útil para as baterias."

Rede de baixo custo

Atualmente, dois Sistemas Wi-Fi Solar estão instalados em postes de iluminação na Cidade Universitária (Zona Oeste de São Paulo).

"Ambos operam no mínimo 8 horas por dia. Sendo caracterizado por um sistema autônomo, não precisa de manutenção e interação humana", conta o engenheiro. "Além disso, mais de 50 pessoas se conectam a rede implementada com os sistemas Wi-Fi Solar diariamente e transferem em torno de 1 gigabyte de informação."

Entre as principais vantagens do sistema, Alonso aponta a eliminação da infraestrutura de cabos elétricos para a instalação, e a redução de custos com o projeto da rede sem fio, mão-de-obra para instalação elétrica e do próprio custo da eletricidade, devido à utilização de energia solar renovável.

"Também é possível diminuir os custos com cabeamento estruturado para acesso a internet, fazer a instalação e o início do funcionamento do sistema em menos tempo", acrescenta, "além de reduzir gastos com manutenção e mão-de-obra operacional com técnicos no local."

Parceria com empresas

O engenheiro ressalta que o Wi-fi Solar é independente de infraestrutura cabeada. "Desta forma, as economias de custos podem chegar a 40% em relação à instalação de um infraestrutura de redes sem fio tradicional para ambientes externo", aponta. "Em resumo, o sistema permite cobrir grandes áreas ao ar livre com rapidez, facilidade e menor custo, representando assim, um sistema confiável e economicamente viável."

A pesquisa, realizada no Núcleo de Engenharia de Mídias (NEM) do LSI, teve a colaboração dos professores Marcelo Knorich Zuffo e Roseli de Deus Lopes, da Poli, e do engenheiro Hilel Becher, gerente do NEM.

"Nosso objetivo é transferir a tecnologia para ser transformada em produto por uma empresa parceira, que dará continuidade na industrialização e comercialização", planeja Alonso. A empresa Heliodinâmica disponibilizou os módulos de armazenamento e fotovoltaicos usados no desenvolvimento do estudo.

Sistemas similares ao desenvolvido na USP já estão disponíveis comercialmente no exterior.

Fonte: Júlio Bernardes - Agência USP