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Nanotecnologia. Nanotecnologia. Equipe André Scarmagnani Ahmad Mohamed Tarabain Isaac da Silva. Definições. Estudo de manipulação da matéria numa escala atômica e molecular; Geralmente lida com estruturas com medidas entre 1 a 100 nanômetros em ao menos uma dimensão ;
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Nanotecnologia • Equipe • André Scarmagnani • Ahmad Mohamed Tarabain • Isaac da Silva
Definições • Estudo de manipulação da matéria numa escala atômica e molecular; • Geralmente lida com estruturas com medidas entre 1 a 100 nanômetros em ao menos uma dimensão; • “Nano” vem do grego e significa “anão”. • Um dos instrumentos utilizados para exploração de materiais nessa escala é o Microscópio eletrônico de varredura, o MEV. 1 nm Um nanômetro equivale a um milionésimo de milímetro, medida tão pequena que são necessários cerca de 400.000 átomos amontoados para atingir a espessura de um fio de cabelo.
Comparação entre grandezas Imagine se pudéssemos aumentar medidas numa mesma proporção. Ao aumentar o nanômetro ele deveria ficar com o tamanho de uma bola de futebol. Em compensação, uma moeda de 1 centavo (que mede aproximadamente 1,7cm) seria maior do que a Lua. Ou seja, a relação entre um nanômetro e uma moeda de 1,2 cm, seria o mesmo que comparar uma bola de futebol com a Lua.
Como é possível visualizar, o nanômetro não é uma partícula ou um componente da eletrônica, mas é apenas uma mera forma de medida. O nome nanotecnologia foi escolhido em decorrência do pequeno tamanho de vários itens utilizados para a construção de componentes inteligentes e de alta tecnologia. O termo “nanotecnologia” foi criado e definido pela Universidade Científica de Tóquio, no ano de 1974. Mas só no ano de 2000 a nanotecnologia começou a ser desenvolvida em laboratórios e as pesquisas em cima desta tecnologia aumentaram significativamente, tanto que hoje ela é o centro das atenções em várias áreas da Ciência.
Como começou a nanotecnologia? A primeira vez em que se falou em nanotecnologia já faz muito tempo. Um físico chamado Richard Feynman comentou em Dezembro de 1959 sobre um breve conceito desta tecnologia. Ele comentou a respeito do poder de manipulação de átomos e moléculas, algo que resultaria em componentes tão pequenos, que o homem nem poderia ver.
Abordagens A nanotecnologia desenvolveu-se graças aos contributos de várias áreas de investigação. Existem atualmente 3 abordagens distintas à nanotecnologia: uma abordagem de cima para baixo que consiste na construção de dispositivos por desgaste de materiais macroscópicos; outra é a construção de dispositivos que se formam espontaneamente a partir de componentes moleculares; e por último a de materiais átomo a átomo. • A primeira abordagem é a abordagem utilizada em microelectrônica para produzir chips de computadores e mais recentemente para produzir testes clínicos em miniatura. • A segunda abordagem recorre às técnicas tradicionais de química e das ciências dos materiais. • A terceira abordagem é aquela que levará mais tempo a produzir resultados significativos porque requer um controle fino da matéria só possíveis com o aperfeiçoamento da tecnologia.
Aplicações Processadores Produção de transistores menores. Efeitos: • Os chips ficam menores, o que reduz o seu custo de fabricação; • Cada transistor passa a operar com menos corrente elétrica, e por isso o chip produz menos aquecimento; • O chip pode passar a operar com clocksmaiores; • Podem ser produzidos chips mais avançados: novas gerações de processadores ou melhoramentos de gerações anteriores. No atual mercado encontram-se processadores de 32 nm, os quais possuem uma tecnologia muito avançada para poder trabalhar em alta velocidade. Evidentemente, o processador não tem dimensões em nanômetros, mas as peças dentro dele são desta escala minúsculas. Intel Core i7-995X
Aplicações Processadores Breve: Processadores Ivy Bridge de 22 nm! Se tudo der certo, os primeiros processadores Ivy Bridge chegarão em março de 2012 e alguns meses depois nos computadores brasileiros.
Aplicações Processadores gráficos As placas de vídeo também têm vários componentes nanoscópicos. Tanto NVIDIA como ATI possuem processadores gráficos (os famosos GPUs) elaborados com tecnologia nano. Vale frisar que cada novo modelo que sai, os GPUs ficam mais poderosos e ao mesmo tempo, tendem a utilizar uma tecnologia nano em menor escala. Algumas placas utilizam nanotecnologia de 90nm, já as placas mais modernas utilizam 55nm ou até menos. Radeon HD 7970: 28 nm 4.3 bilhões de transístores
Outras aplicações da nanotecnologia Remédios Reduz os efeitos colaterais e aumenta a eficácia. Creme dental Reconstitui o esmalte, aumentando a proteção do dente. Cremes hidratantes e antienvelhecimento Contribui para que o creme chegue às camadas mais profundas da pele, sem que perca suas propriedades pelo caminho. Brinquedos Torna-os mais resistentes e imunes à proliferação de germes. Roupas Acrescenta funções aos tecidos. Eles podem se tornar bacteriostáticos, repelentes a insetos ou impermeáveis. Vidro Capacidade de autolimpeza e antirreflexo.
Utilizações mais radicais Outras utilizações mais radicais da nanotecnologia, seria a sua utilização nas ciências computacionais, como por exemplo, na nanofotonica, em que nanocristais seriam criados de modo a permitir uma capacidade de busca na ordem dos milhares ou dezenas de milhares de bits. Tal como existe a formação de microcristais em certos fenômenos naturais, especula-se que essa é a chave que poderá tornar a nanofotônicapossível, pois os nanocristais de baixa densidade (com uma densidade equivalente à dos aerogels), que permitirão refratar e/ou redirecionar o feixe de luz na direção desejada. A estrutura de cada um destes cristais estaria de acordo com a sua função específica.
Montador Molecular ou Nanomontador Um montador molecular ou nanomontador (nanoassem) é uma máquina nanotecnológica de tamanho bastante reduzido capaz de organizar átomos e moléculas de acordo com instruções dadas. Para fazer esta tarefa é necessário energia, suprimento de matéria-prima (buildingblocks) bem como a programação a ser executada pelo montador. Existe a possibilidade de se construir um montador universal. Este teria a capacidade de construir qualquer objeto possível, incluindo um outro montador. Assim este poderia se replicar de forma semelhante aos seres vivos. A construção de um montador molecular ainda está longe de ocorrer. Vários problemas persistem como a dificuldade de trabalhar com átomos individuais necessários para a construção do montador. Além disto, é difícil modelar o comportamento de objetos complexos em escala nanométrica que obedecem as leis quânticas.
Definições O conceito de nanomáquinas e Nanorobôsestá relacionado com a simulação das biomoléculas naturais, que de fato agem como tais. Só que elas não terão rodinhas, nem braços ou antenas. Serão simplesmente moléculas associadas de forma inteligente, projetadas e programadas para uma determinada função, com uma arquitetura própria, funcional. Nanorobóticaé uma tecnologia que cria máquinas ou robôs à escala de um nanométro(10-9metros). Mais especificamente, a nanorobótica recorre em grande parte à disciplina teórica da engenharia da nanotecnologia, da disciplina de desenho e construção de nanorobôs. Nanorobôssão dispositivos que variam no tamanho de 0.1 a 10 micrômetros e construídos à escala nanométrica ou de componentes moleculares.
Desafio atual Construir bionano-eletrônicos e nanomáquinas. Nanorobôs teriam tamanhos aproximados de 1micron (1000nm = 1 µm), ou seja, 6 vezes menor que o tamanho aproximado de um glóbulo vermelho. Para se atingir o objetivo de se construir bioeletrônicos, companhias estão formando colaborações conjuntas e alianças que viabilizarão novos nanoprodutos através de esforços conjuntos de empresas como IBM, Motorolla, Philips Electronics, Xerox/Parc, Hewlett-Packard, Dow Chemical, Bell Laboratories, e Intel Corp., apenas para citar algumas empresas. Para tal objetivo, novas metodologias e teoria para se explorar ambientes e mundos nanoscópicos torna-se uma chave fundamental nesta emergente área tecnológica.
Desafio atual Os recentes avanços em computação biomolecular e a confecção em escalas nanoscópicas de componentes eletrônicos, sensores e motores, servem de base para a construção de máquinas biomoleculares. As boas perspectivas e o valor estratégico tecnológico de nanotecnologia tem motivado governos dos mais diversos países em conjunto com centros de pesquisa e grandes empresas de capital privado a investirem vultosas quantias para o rápido desenvolvimento desta nova frente tecnológica.
Software simula ação de nano-robôs Um software chamado NanorobotControl Design (NCD), trata-se de um simulador em três dimensões, cujos módulos são capazes de projetar as condições físicas, rodar o programa de controle do nanorobô e determinar suas ações, além de gravar seu comportamento para análise posterior. Atualmente, o software é usado para monitorar níveis nutricionais e, conforme a necessidade, os nanorobôs capturam e manipulam biomoléculas em nutrientes que, posteriormente, serão injetadas em áreas preestabelecidas, conforme ordem de demanda.
Software simula ação de nano-robôs Composto por um propulsor, um sensor de contato, barbatanas e sensores acústicos, é projetado para se movimentar em líquidos viscosos e quimicamente agressivos, desviar de obstáculos, além de evitar um ataque do sistema imunológico do corpo humano. Uma alternativa que está sendo investigada é a de recobrir o corpo do robô com uma proteção de diamante. Estrutura: 1.000 nm
Memristor • É um componente que foi teorizado pelo cientista Leon Chua, no ano de 1971. O Memristor é, na verdade, uma junção entre a capacidade resistiva (do resistor) e a memorização (das memórias). • Éconstruído com nanotecnologia, portanto você jamais conseguirá vê-lo sem o auxílio de um instrumento apropriado. Abaixo você pode conferir uma imagem que mostra 17 memristores bem de perto. Memristorestêm a largura de 50 nanômetros, o que equivale a menos de 200 átomos.
Memristor O memristor tende a revolucionar completamente a informática. Por ser um tipo de memória em tamanho nano, ele ocupa pouquíssimo espaço físico, o que levará as fabricantes de memória a investirem nesse ramo. Evidentemente, além do espaço, o memristor é mais rápido em todos os sentidos, principalmente por armazenar os dados sem a necessidade de energia. Imagine que interessante: por acaso acaba a energia elétrica em sua casa e você não salvou nada do que estava aberto. Mas aí você lembra que seu computador já é dotado de memristores, os quais salvaram o estado do computador antes de tudo desligar e claro, eles não perderam as informações que estavam em sua tela.
Memristor Companhias como a Sony, a Nintendo e a Microsoft poderão desenvolver video games dotados de uma velocidade tão incrível que não serão necessários “loadings” (carregamentos de fases e jogos) eternos. Além disso, os memristores poderão agilizar o processo de instalação dos jogos.
Voltando ao termo “NANOTECNOLOGIA” Evidentemente, esta tecnologia não foi criada somente para ajudar na informática, mas para revolucionar de maneira geral em qualquer área onde fosse necessário. Atualmente, pode-se relatar a aplicação da nanotecnologia na Medicina, na Química, na Física quântica, nas indústrias que criam protótipos aeroespaciais, refinarias e muitas tantas outras áreas.
Possíveis problemas na nanotecnologia Um dos possíveis problemas é a nanopoluição que é gerada por nanomateriais ou durante a confecção destes. Este tipo de poluição, formada por nanopartículaspodem ser muito perigosas uma vez que flutuem facilmente pelo ar viajando por grandes distâncias. Devido ao seu pequeno tamanho, os nanopoluentes podem entrar nas células de seres humanos, animais e plantas. Como a maioria destes nanopoluentes não existe na natureza, as células provavelmente não terão os meios apropriados de lidar com eles, causando danos ainda não conhecidos. Estes nanopoluentes poderiam se acumular na cadeia alimentar como os metais pesados e o DDT.
Cinema: G.I. Joe – A Origem de Cobra Nanomites, nano-ácaros ou nanites são formas de robôs microscópicos extremamente minúsculas medindo geralmente na escala de nanômetros. Existe uma nova tecnologia de bomba de nanorobôs que são capazes de destruir qualquer coisa em segundos. Mais uma vez o mundo esta ameaçado de ser destruído por um tirano que quer através do medo convencer as pessoas a lhe tornarem o novo líder da humanidade. VER TRAILER
Referências • http://www.tecmundo.com.br/amd/2539-o-que-e-nanotecnologia-.htm • http://www.unicamp.br/unicamp/unicamp_hoje/ju/setembro2004/ju265pag3a.html • http://www.nanorobotica.com.br/ • http://pt.wikipedia.org/wiki/Nanorrob%C3%B3tica • http://pt.wikipedia.org/wiki/Nanotecnologia • http://ethevaldo.com.br/coluna/o-poder-revolucionrio-da-nanotecnologia/ • http://www.novaeletronica.net/tutoriais/nanotec/nanotecnologia.htm
