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À nossa volta, da sua, da minha,
o espaço mediático, científico e económico,
só tem falado do prefixo nano.
Só tenho ouvido falar desta escala: o bilionésimo de metro,
apenas alguns átomos.
A agitação é planetária, a ciência e a tecnologia anunciam,
graças ao nano, um mundo fascinante,
domínios de pesquisa quase infinitos e perpectivas milagrosas.
Dos materiais à energia, do meio ambiente à medicina
passando pela electrónica ou agricultura,
os nanos permitiriam feitos com maior desempenho,
mais resistentes, mais baratos e menos poluentes.
No nosso mundo nada escaparia ao nano,
uma situação que me parece um bocado assustadora.
Bemvindo ao nano-mundo.
Aos nano-mundos.
Bemvindo a esta exploração, à descoberta dos materiais
e das tecnologias ao serviço do nosso quotidiano.
Os nanos à nossa volta
Sou engenheiro electrónico e adoro a física.
Não sabemos absolutamente nada sobre como as coisas funcionam
a esta escala nano.
É portanto um domínio a explorar.
Um domínio onde espero aprender muito e
aprofundar os meus conhecimentos.
O final do séc. XX viu a micro informática revolucionar o trabalho,
o entretenimento e a indústria.
Este séc. XX começa com a compreensão
dos mecanismos nano-métricos que interveêm
no coração da matéria e a possibilidade de a manipular
a esta escala.
Esta nano-ciências e nano-tecnologias fazem estremecer
a ordem estabelecida
e permitem já conceber materiais com novas propriedades
e a fabricação de objectos mais pequenos,
com maior desempenho, mais ecológicos.
Só para relembrar:
O prefixo "nano" indica uma escala:
o bilionésimo de metro, 10 elevado a menos 9 de metros.
Tudo o que iremos falar passa-se nesta escala.
Alguns dos grandes princípios da nano-ciência e tecnologia,
são as suas características particulares.
Primeiro, trabalhar a matéria à escala nano
em vez da escala macro, a nossa,
permite-nos trabalhar directamente a partir da constituição da matéria
e não a partir de um bloco já constituído.
Desde do final do séc. XX, os cientistas de todos os ramos,
física, química, biologia, utilizam o seu conhecimento em conjunto
para manipular os átomos individualmente e
montá-los como se fossem simples tijolos.
Já não é preciso talhar uma árvore para se obter um palito.
basta teoricamente juntar os átomos que o compõem
para obter o mesmo resultado.
Agir directamente sobre a constituição da matéria
permite também usufruir de propriedades diferentes dessa matéria.
Sendo o tamanho diferente, os materiais reagem de forma diferente.
Assim sendo, à escala macro o ouro será conductor,
à escala nano, isolante.
Nesta mesma escala manifestam-se outras particularidades
assim como os efeitos da física quântica.
A nossa realidade, da física clássica,
já não é válida no nano-mundo.
Por exemplo, se eu atirar uma bola à parede
ela vai voltar para trás
mas se eu fôr muito pequeno, e a bola do tamanho nano-métrico,
ao tocar a parede ela vai ressaltar, claro,
mas vai também atravessá-la,
estar ali, aqui, algures e em lado nenhum.
Se você não está a perceber, eu também não.
E os maiores pesquisadores ainda se questionam.
Uma vista de olhos num motor de busca,
18 milhões de páginas sobre o nano.
À nossa volta, a presença das nano-ciências e tecnologia
verifica-se até nos domínios mais inesperados.
Na Itália, para começar, vou-me encontrar
com o professor Baglioni, cientista apaixonado pela renascença.
O seu trabalho é salvar a beleza do passado com processos do futuro.
Ele desenvolveu no seu laboratório um solução com base na nano-tecnologia
que permite progressos fenomenais na restauração
de obras de arte ameaçadas pelo tempo.
Mas porquê que limparam tudo?
Disse-lhes que a televisão francesa vinha aqui filmar
e eles limparam tudo!
Isso dá mau aspecto, está tudo limpo, é terrível!
Incrível.
Neste laboratório produzimos nano-partículas
destinadas principalmente para processos de restauração.
Produzimos por exemplo estas partículas de hidróxido de cálcio.
Têm exactamente a mesma composição química
que os materiais usados pelos artistas.
Se quiser provar não há problema, não é tóxico.
Se quiser experimentar
poderá precisar de ir à casa de banho depois mas
não é nada tóxico.
É no impressionante Palácio Pitti,
no coração da Florença, que ele me mostra
a utilização destas nano-partículas.
Uma restauração de um fresco do séc. XVII descoberto recentemente.
Esta foi a primeira sala que começamos a restaurar
depois de termos descoberto estas salas.
No tecto está um fresco que estava em muito mau estado.
Como está situado debaixo do jardim, havia infiltrações de água
que provocaram uma contaminação de sulfatos
e uma importante presença de nitratos.
Vou mostrar-vos como fazemos, só num bocado.
Vou fazer aqui.
É uma área muito frágil.
As nano-partículas estão diluídas num solvente orgânico,
isopropanol.
Agora só preciso de um bocado de papel,
para evitar o contacto directo com a parte que vou tratar,
para evitar tirar os pigmentos.
Vou tratar só uma pequena zona aqui.
A melhor maneira de proceder é aplicar tantas partículas
quanto possível.
E quando a superfície já não as absorve mais,
é que já está saturada.
E para acabar, cobre-se com celulose,
e deixa-se secar.
Com estas nano-partículas de hidróxido de cálcio,
substituí-se o que se perdeu ao longo dos anos.
Não modificamos nenhuma propriedade química ou física.
Tudo o que fazemos é trazer a pintura ao seu estado de origem.
As nano-partículas elaboradas por Baglioni são da mesma
composição química que os materiais utilizados pelos pintores da renascença.
Penetrando mesmo no coração do fresco,
estas nano-partículas provocam uma recombinação química da matéria.
Os átomos e as moléculas presentes na solução
vão ocupar o lugar daqueles perdidos pela tinta ao longo do tempo.
Ao contrário dos procedimentos utilizados até agora,
os pigmentos e o suporte não são modificados nem deteriorados.
E depois durante quanto o fresco fica protegido?
Depende, se não chover pode durar 1 século, 5 séculos.
Se não houver fumos pode durar uma eternidade.
Quando se diminui a escala e se trabalha com essas pequenas partículas,
estamos a lidar com a constituição fundamental da matéria.
O que nós chamamos, a estrutura supra molecular da natureza.
São os tijolos da natureza.
As mesmas partículas podem ser usadas para fins diferentes.
Dispomos agora de procedimentos que se podem aplicar aos frescos,
à pintura a óleo,
ou à preservação de papel antigo.
Os progressos ligados à nano-tecnologia, não se limitam só
à restauração de obras antigas.
Dos museus aos supermercados,
dos laboratórios à aplicação,
mais de centenas de produtos de grande consumo já se encontram disponíveis.
Das raquetes de ténis aos revestimentos para vidros,
passando pelos peúgos,
e das camisas ou gravatas com capacidades inéditas.
Para além dos desafios científicos e tecnológicos,
o objectivo é primeiramente comercial
e a indústria têxtil rapidamente se apercebeu
das vantagens que podia tirar dos avanços ligados à nano-tecnologia.
Modificando a superfície das fibras à escala nano-métrica,
os pesquisadores conseguiram conferir-lhes propriedades espantosas.
Cabe-me a mim servir de cobaia numa das praias do pacífico.
Os meus cabelos, a cara e a pele estão molhados,
mas a àgua só escorregou na superfície do tecido
sem penetrar nas fibras.
Para compreender a explicação científica deste fenómeno,
vou encontrar-me com um especialista na matéria na costa oeste americana.
Nós adicionamos elementos mas
a uma escala extremamente pequena, à escala nano.
Isso permitiu-nos fabricar tecidos com performances particulares.
Isso já existia no passado mas naquele tempo isso mudava
as características naturais do tecido, a sensação que tínhamos do tecido.
Hoje em dia o algodão continua algodão?
O algodão continua algodão, a seda continua seda e a lã igual,
mas são dotados de características novas
obtidas através de tratamentos à escala nano.
Isso tudo parece pouco mas o poder de acrescentar
essas capacidades à escala nanoscópica tem consequências fundamentais.
Com estes têxteis já não é preciso lavar com tanta frequência,
há menos desperdício,
menos àgua, menos detergentes,
menos resíduos, menos poluição.
No fim poupamos tempo, dinheiro e sobretudo energia.
Frequentemente, as nano-tecnologias procuram imitar a natureza
Um bom exemplo é aquilo que chamamos de efeito "pele de pêssego".
Há uma espécie de película na superfície dos pêssegos que os rendem hidrófobos.
Ao cair as gotas de àgua mantêm a sua forma esférica
e escorrem rolando, repelidas pela superfície super-hidrófoba.
Este fenómeno que produz à escala nanoscópica
é chamado também de efeito lótus.
As folhas desta planta permanecem sempre secas e limpas.
A àgua escorrega e arrasta consigo todas as partículas de pó presentes
a folha limpa-se automaticamente.
À escala nano, a folha de lótus tem uma estrutura particular,
é constituída por uma enorme quantidade de bicos
cobertos de pêlos, sobre os quais as gotas de àgua não se conseguem manter
nem espalhar.
Mas os pesquisadores ainda vão mais longe,
depois das películas hidrófobas ou auto-limpadoras
aplicadas ao vidros e imitando a folha de lótus,
eles são capazes de manipular os materiais de superfície
para oferecer aos revestimentos novas propriedades.
Ignífugo, anti-bacteriano, ou um dia, que permitirão
até mudar de cor.
Também as forças armadas estão a investir na pesquisa
de novas capacidades.
Imagine um tecido sintético super leve,
inspirado na teia de aranha ao mesmo tempo sólido e extensível,
capaz de resistir às balas.
Imagine uniformes recheados de sensores capazes de detectar
substâncias químicas ou bacteriológicas à mais pequena molécula.
Isto tudo é para breve, como acredita Alain De Neve,
que me recebe na academia militar do reino da Bélgica.
A ideia base no domínio militar para os têxteis
é criar materiais inteligentes, isto é,
têxteis com poder de resposta.
Têxteis que se podem climatizar ao terreno
onde se encontra o soldado, um terreno por exemplo,
que pode estar em mudança.
Poderemos assistir a sistemas de camuflagem de última geração
que assegurariam a máxima discrição do soldado.
Podemos igualmente imaginar a introdução algures no textil,
um certo número de nano-agentes
que reduziriam a inibição do soldado no terreno.
Depois temos a possibilidade de criar aquilo que chamamos de
sistemas invasivos.
Vamos utilizar as nano-tecnologias para criar materiais que
permitirão realizar um controle muito mais aprofundado,
por exemplo, agentes de tamanho nano-métrico distribuidos
no corpo do soldado para realizar uma monotorização em tempo real
sobre as aptidões do soldado, sobre o seu estado de cansaço,
sobre o stress e assim poder decidir que unidade está
mais apta a realizar tal missão e isso tudo em tempo real.
E porque não uniformes que alimentariam ou curassem.
A indústria agro-alimentar e os laboratórios farmaceúticos
seguem de perto essas possibilidades.
E isso faz-me sonhar e ao mesmo tempo preocupar.
Digamos que as aplicações no domínio militar vão essencialmen te
focar-se primeiramente na resistência dos materiais.
Vamos poder conceber materiais com maiores capacidades,mais resistentes,
e o seu tempo de vida será mais longo.
Isto será o primeiro tipo de aplicações:
isto é, a resistência dos materiais, a criação de nano-estruturas.
A criação é o passo seguinte.
Não se trata somente de revestir a superfície de um material
com uma camada de nano-partículas,
mas ir até à modificação da sua estrutura interna,
criar materiais compósitos integralmente novos
com propriedades excepcionais.
Quais serão os materiais e porquê?
Nos Estados Unidos, na costa este, tenho uma entrevista sobre o assunto
no M.I.T.(Massachusset Institute of Technology).
É o sítio no mundo onde encontramos a maior concentração de prémios Nobel.
Krystyn Van Vliet dirige um laboratório especializado em ciências dos materiais.
O seu maior prazer é puxar a matéria até ao seu ponto de ruptura
para descobrir como aperfeiçoa-la.
Bom dia.
Prazer em conhecê-lo.
Há duas razões principais que explicam porque
gastamos tanto tempo a estudar os materiais à escala nano.
A primeira é que nos permite descobrir propriedades emergentes,
propriedades novas que não existem na escala micro.
A segunda é que a escala nano é o limite fundamental dos àtomos
e das moléculas.
Todos os objectos são feitos de alguma coisa.
Por exemplo se olhar para a sua câmara ou um relógio,
eu pergunto-me de que são feitos,
se trata-se de uma liga ou de metal puro,
se é resistente à corrosão, se é duro,
quanta energia é necessária para fabricar o seu relógio
comparado com o meu.
É assim que vejo as coisas, os objectos.
Eu decomponho-os para saber de que material são feitos
e depois como seria possível fabricá-los com melhor qualidade,
mais baratos e que consumam menos energia.
Compreender como o aço de uma ponte se deforma à escala macro,
já é bom. Mas para fabricar um aço
10 vezes mais forte e 10 vezes mais resistente à corrosão,
é preciso compreender como os seus àtomos se deslocam à escala nano.
Os cientistas conhecem as propriedades dos materiais,
têm a capacidade tecnológica de os manipular.
Podem portanto imaginar criar em laboratório novos materiais compósitos
combinando molécula a molécula, àtomo a àtomo,
as vantagens de uns e outros.
Por exemplo, quanto mais um material é constituído por grãos de matéria
pequenos e apertados entre si mais ele será duro.
Quanto mais os grãos se podem deformar, mais o material será mole.
Podemos imaginar combinar assim as vantagens do metal e do plástico
fabricando um novo material, um nano-composto duro e mole.
Os carros são um bom exemplo. Contêm muitos materiais diferentes,
plásticos, cerâmicas, vidro, metais.
Os progressos desses materiais estão ligados à pesquisa da escala nano,
é o que fará os nossos carros mais seguros e melhores para o meio ambiente.
Bom, primeiro num carro temos metal cuja objectivo principal é a protecção
em caso de acidente, é a sua capacidade de resistir aos impactos.
Os materiais nano-estruturados, os metais, são desenvolvidos
para ameliorar essa capacidade.
É preciso fabricar um material de fraca densidade, isto é, leve,
de maneira a não consumir muita gasolina,
mas que seja também resistente à deformação mecânica,
muito sólido e rígido.
Teoricamente este material já existe, mas seremos
capazes de desenvolver a sua produção em grande escala
para construir um carro?
Outro exemplo, o vidro, hoje em dia já o conseguimos tornar muito resistente.
Certamente não terei mais a oportunidade de fazer isto.
Muito obrigado!
Actualmente estamos a trabalhar num tipo de vidro
que não só nos permite ver através mas que integraria nano-partículas
capazes de decompor alguns dos gases nocivos presentes na atmosfera,
como por exemplo os gases dos tubos de escapes.
Esse vidro poderia portanto ter um papel ambiental
além da sua função básica.
O que é bom é que, como vemos aqui, visto a quantidade massiva de carros,
os progressos poderiam ter mais vantagens.
Isto permite fazer avançar as pesquisas.
Existe um mercado para este tipo de carros com capacidade melhoradas.
Conceber carros mais performantes passa também por outra forma
de consumir energia e pela utilização
de formas de propulsão alternativas.
Nesta história ainda há as pilhas de combustível
que produzem electricidade a partir de hidrogénio e oxigénio.
Mas para isso elas precisam de um catalisador: a platina.
Beneficiando da relação superfície/volume,
que é mais importante na escala nano do que a micro,
as nano-tecnologias permitem ultrapassar barreiras até ao limite.
Em França, o departamento de Nicolas Bardi,
no laboratório de inovação para as tecnologias das energias,
trabalha nessa direcção.
Não foi a chegada das nano-tecnologias
que permitiu inventar a pilha a combustível.
Nós tomamos como princípio que foi inventada por um inglês
que mergulhava placas numa solução de ácido no séc. XIX
A capacidade que temos para manipular e construir nano-objectos
permite-nos fazer de maneira mais eficaz e com menos matéria
coisas que antigamente faziámos com mais material.
Num carro precisamos de algumas dezenas de kilowatts de potência eléctrica
isto daria algumas dezenas de gramas de platina.
A platina vale nos mercados de matéria prima 30 euros a grama,
ora, digamos 100 kilowatts daria três mil euros
de platina num carro.
Podemos ver portanto que não é sustentável.
O que está activo é a superfície da platina e não o seu interior,
por isso vamos usar uma superfície de carbono, que é barato,
e pôr em cima os pequenos grãos de platina.
É somente a superfície destes grãos que fica activa
e assim obtemos as mesmas capacidades com um menor volume de platina.
O nosso objectivo na pesquisa, e é nisto que trabalhamos actualmente,
é reduzir dez vezes mais a quantidade de platina.
Isto é uma imagem do microscópio electrónico
que mostra o resultado dessa superfície.
Os pequenos pontos brancos são os grãos do catalisador,
e os redondos um pouco maiores são os grãos de carbono.
Está a escala aqui: 100 nanômetros.
A chegada de novas ferramentas com cada vez mais capacidade
para estudar essas reacções químicas complexas
e os comportamentos particulares da matéria na escala nano,
permitiram imensos progressos.
Quanto mais os cientistas avançam, mais as pesquisas necessitam
de máquinas poderosas, rápidas e capazes de simular
situações extraordinariamente mais delicadas.
Os seus limites, hoje em dia, talvez se encontram na potência de cálculo
e no armazenamento de dados.
Estamos a tentar estudar as reacções dos materiais.
Essas reacções ocorrem no espaço de poucos segundos
ou menos ainda.
Se não formos suficientemente rápidos para as observar
falhamos tudo.
E deste modo o tempo que demoramos para adquirir uma imagem no microscópio,
para observação é o principal travão das nossas pesquisas.
E isso está dependente do nosso material informático,
da sua potência, velocidade de cálculo e da velocidade de tranferência de dados,
enfim, está dependente de questões electrónicas, de processador.
É desta velocidade de informação que depende o nosso trabalho.
Sempre mais rápidos, sempre mais pequenos,
e mais poderosos, estes eram já os objectivos
da informática na época em que os transístores
ainda ocupavam salas inteiras.
A revolução informática veio da miniaturização desses transístores.
Este componente fundamental da electrónica permite
controlar e amplificar um sinal.
A miniaturização permitiu a electrónica estar acessível e indispensável a todos.
Hoje em dia o micro-processador, o chip,
este pequeno quadrado de silício de apenas 1 cm quadrado
está no coração de todas as nossas máquinas.
Graças aos milhões de transístores que contem,
ele efectua tranquilamente milhares de operações por segundo.
E quanto mais transístores estiverem na superfície de um chip
maior é a sua capacidade de cálculo.
Actualmente os micro-processadores contém 500 milhões de transístores
e isto não é nada comparado com o que nos espera .
Segundo a teoria de Gordon Moore, um dos fundadores da Intel,
todos os 18 meses o tamanho dos chips reduziriam-se
a metade e a sua potência aumentaria para o dobro.
Mas na prática esta teoria tem um problema:
a sua fabricação atinge o limite da capacidade do silício,
os pesquisadores já não conseguirão introduzir nem mais um transístor.
A indústria que quer a todo o custo continuar os seus progressos
apoia-se na nano-tecnologia para encontrar a solução.
Em França, Jean Christophe Gabriel procura respostas inovadoras
para essas questões.
Os pesquisadores nunca se encontraram numa situação
com tantas dificuldades numa escala de tempo tão próxima.
Há 50 anos que fazemos electrónica à base silício
e já chegamos ao limite das propriedades do silício.
O chip está no seu computador, que mede cerca de 1cm quadrado,
contem mais ou menos 500 miliões de transístores
e dentro de 1 ou 2 anos vamos ultrapassar o bilião.
Actualmente temos dificuldade em reduzir o tamanho
portanto o que se faz agora é empilhar, fazer vários níveis
é o chamamos o três dimensões.
São estruturas com fios uns em cima dos outros,
um, dois, três fios...
cada um destes fios é um transístor.
Temos portanto uma estrutura tri-dimensional de transístores
e isto vai permitir aumentar a densidade não só no plano mas em 3 dimensões.
É preciso entender que estruturas como esta conseguimos fabricá-las
com fios que medem na ordem da dezena de nanómetros.
Prevemos ter estruturas como esta lá para 2020-2025.
Actualmente utilizamos fios tão pequenos que o isolante
irá medir apenas alguns átomos.
E isso significa que vai haver fugas eléctricas
e quando temos um bilião de pequenos fios ou biliões,
isso vai aquecer.
Não sei se já se apercebeu mas quando tem o portátil em cima
dos joelhos é o limite, queima quase.
Há quem pense que para evitar este tipo de problemas de aquecimento
deveria-se substituir os electrões, deixar de usar a electrónica
e usar outra coisa que poderia ser o que chamamos de "spin".
O spin é quando o electrão gira, há uma carga que cria
um pequeno magneto ao qual chamamos de spin.
Ora o spin pode estar geralmente orientado ou para cima ou para baixo
como o campo magnético da terra.
Podemos então dizer que alto e baixo é zero ou um,
se o conseguirmos medir.
Teríamos então menos energia em jogo e menos problemas de calor.
Spin do electrão, nano-fios ou nano-tubos como transístores,
computador quântico, quaisquer que sejam as possibilidades,
cada nova solução para o desenvolvimento das capacidades
dos computadores dependem das nano-ciências e nano-tecnologia.
Na Califórnia, James Heath também trata desse assunto.
Com a sua equipe do Caltec ele conseguiu fabricar
transístores com moléculas, os transístores moleculares,
e juntando-os ele conseguiu fabricar um chip com
apenas o tamanho de um glóbulo branco
mas capaz de armazenar a informação equivalente
ao conhecimento desta universidade.
As nano-tecnologias são bottom-up.
É como para nós, no início é só a combinação de
duas células, a do pai e a da mãe.
Nas nano-tecnologias o processo é igual
E foi assim que fabricamos um sistema informático
que funciona como um computador normal
só que foi montado à escala molecular,
bem longe da escala usada nos chips actualmente.
Trabalhamos muito mais pequeno.
Quer dizer que usam moléculas em vez de silício?
De facto usamos alguns componentes em silício,
eram simples fios com o diâmetro de uma molécula
e com espaços entre eles do tamanho de uma grande molécula.
Havia também uns interruptores que eram de facto moléculas.
Utilizando esses interruptores moleculares e esses fios
extremamentes pequenos, construímos um circuito,
uma memória de 160 mil bytes.
Não é grande coisa mas é o suficiente para armazenar
o conteúdo de um pequeno livro
no espaço do tamanho de um glóbulo branco ou mais pequeno.
Além disso desenvolvemos um processo de fabricação
industrial à escala molecular que nos permite
trabalhar com uma precisão digna da electrónica.
Se nos perguntarmos por exemplo para quando uma
empresa como a Intel seria capaz de produzir esse chip,
não seria antes de 2020 ou 2021.
Nós sabemos que podemos progredir até lá e em 2030
poderemos fabricar um chip dez vezes mais pequeno.
Mas a pesquisa de James Heath não fica por aqui:
O seu objectivo é de dar a esses dispositivos electrónicos
a mesma complexidade e robustez que os seres vivos.
De facto a nossa ideia é aquilo que já se encontra na natureza,
é trazer redundância no sistema.
Por exemplo se pegarmos num chip actual
e espetarmos uma chave de fendas numa parte desse chip
o sistema completo vai falhar.
No corpo humano, se arrancarmos um pedaço
de pele do dedo, o corpo vai continuar a funcionar.
Será talvez um bocado doloroso mas o corpo
continuará a funcionar correctamente.
Isto porque o corpo está dotado de sistemas redundantes,
o funcionamento de uma pessoa não depende do bom funcionamento
de uma pequena parte do corpo.
E portanto nós queremos conceber uma arquitectura
similar às ruas de Los Angeles.
Essas ruas formam cruzamentos.
De maneira que se quiser ir da intersecção destes dedos
para um outro ponto de um outro dedo,
há muitos caminhos possíveis.
A nossa ideia então é que se conseguirmos
fabricar fios e interruptores a baixo custo
e em quantidade suficiente, mesmo no caso de alguns
se partirem encontraremos sempre alternativas para ir
de um ponto a outro.
Neste caso para proceder a outros cálculos informáticos.
É isso que a nano-tecnologia nos pode trazer,
peças a baixo custo e muito precisas fabricadas de maneira
que mesmo que algumas se tornem defeituosas
o sistema poderá continuar a funcionar.
Assim deixando o James e a Califórnia, já não tenho preocupações
com a indústria electrónica.
Os nossos computadores têm um belo futuro.
Querer imitar a natureza é bom.
Utilizar os modelos de arquitectura à nossa volta ainda é melhor.
Estou de volta à costa este americana para descobrir de novo
o que podemos já fazer à escala nanoscópica
no domínio da electrónica.
Prazer, Vladimir Bulovic.
Então é isto o milagre da ciência?
Não conheço o lugar. Vamos?
Vladimir Bulovic, pesquisador no M.I.T., é um bom exemplo para satisfazer
a minha sede de conhecimento.
Pela primeira vez somos capazes de ir da escala macroscópica
até à escala nano com uma visão coerente e compreender
o que se passa.
Quando tivermos descodificado isso tudo seremos capazes de
fazer coisas até agora inimagináveis.
Por exemplo, se eu quiser fabricar uma televisão do tamanho desta mesa,
era preciso eu ser capaz de colocar algumas camadas de moléculas
sobre toda esta zona com uma precisão de 10 a 15 moléculas
de espessura, 20 moléculas no máximo.
Como fazer? Peguemos num ecrã LED.
Um ecrã LED, o que significa diodo électro-luminescente,
é constituído por três camadas.
A primeira, no meio, é uma camada de um material
que produz luz quando excitado.
Por cima e por baixo estão duas outras camadas que
mantém permanentemente essa excitação.
Estas estão ligadas à fonte de energia graças a duas outras camadas
que garantem os contactos eléctricos.
O que muda agora quando estamos na escala nano
é a unidade operacional, isto é, a que faz functionar o ecrã.
Neste caso é a camada do meio com 5 ou 10 moléculas
de espessura que faz o trabalho.
Com olhamos um ecrã LED essa camada é a única luminescente.
E o mais incrível é que esta camada mede apenas 10 nanómetros.
10 nanómetros representa o quê?
A espessura de um cabelo tem mais ou menos 15 microns,
portanto 10 nanómetros são 5 milésimos de um cabelo,
e é portanto a única parte do sistema que funciona.
E é preciso conseguir espalhá-la sobre uma superfície
tão extensa que esta mesa com precisão
para termos um ecrã perfeitamente uniforme.
Muito obrigado.
O que dá a cor do interior deste pepino é também uma molécula.
O que acontece com esta molécula e com quaisquer outras,
é que podem servir de semi-conductor
com um estado excitado e um estado inicial.
Se eu conseguir arranjar uma maneira de excitar este pepino,
de excitar as moléculas dentro deste pepino,
de as fazer passar de um estado a outro,
então conseguiria obter luz.
Se gerirmos uma excitação suficiente e podemos excitar quase tudo,
chegamos a um ponto onde obteremos luz.
Portanto se eu o excitar suficientemente com electricidade
você ficaria luminescente.
Utilizar moléculas orgânicas para fabricar
um OLED, com um "O" de orgânico,
que interesse teria?
O ecrã teria maior desempenho, mais fino e consumiria menos energia.
Isto é o que vamos acender.
Basta para isso aplicar 110 volts de corrente alternada
neste pepino LED.
Vamos ver se ele acende.
Aqui vamos, ligue o botão.
Está a ver a luz, uma luz amarela
que corresponde à excitação das moléculas orgânicas
no pepino.
Agora se quiser uma cor diferente para o ecrã de TV
então tem usar um outro tipo de molécula.
Há montes de moléculas aí dentro,
existe em cada centímetro quadrado 10 elevado a 21
e cada uma delas pode brilhar mais de um milhão de vezes
e algumas um bilião de vezes.
Isso dá-nos a ideia da duração de vida de tais dispositivos.
No caso deste ecrã é preciso aplicar 110 volts
porque o pepino é demasiado grosso.
Se quisermos fazer funcionar este LED com somente 5 volts
é preciso então cortá-lo em camadas muito finas
e colocar os eléctrodos por cima e por baixo.
Poderemos então obter o mesmo resultado que aqui
mas numa estrutura muito mais pequena.
Estes ecrãs à base de moléculas orgânicas de alguns nanómetros
são impressionantes: imagem de qualidade,
cores vivas, escuros profundos
e espessura de alguns milímetros.
O que é excepcional com as nano-tecnologias é que
mudamos de paradigma na maneira como construímos as coisas.
Os ecrãs orgânicos LED são agora uma realidade.
Se formos mais além podemos imaginar ecrãs flexiveís,
ecrãs que poderíamos enrolar, ecrãs transparentes
parecidos com vidro quando apagados.
Imagine que eu queira um dia que a minha parede seja um ecrã,
para substituir a minha pequena televisão.
E que o meu ecrã não ultrapassasse algumas moléculas de espessura,
como conseguí-lo?
Como fabricar uma televisão maior do que esta
e que não custe muito caro?
Eu penso que uma das soluções seria imprimi-la.
Venderiam-me um bocado de tecido ou uma folha flexível em plástico
coberta com uma estrutura orgânica e só precisaria
de cortá-la no tamanho desejado e fixá-la à parede
com agrafes.
E pronto é uma televisão! Um dia talvez.
Podemos imaginar todo o tipo de ecrã
até mesmo pintado directamente na parede.
Tudo é possível.
Os OLEDs também permitem contornar um outro problema,
o da energia.
Actualmente 1% da electricidade americana é consumida pelos ecrãs
de televisão e outro 1% pelos ecrãs informáticos.
São 2% no total e o número vai aumentando,
é impossível continuarmos nessa via.
OLED significa poucas moléculas,
significa pouca energia.
Vou poder continuar a ver televisão de consciência tranquila.
Graças à nano-tecnologia vai ser possível
melhorar fortemente as tecnologias que usamos para recolher, converter
e armazenar a energia, sobretudo para a energia solar.
Que as nano-tecnologias possam dar origem a coisas novas
ou acrescentar novas capacidades às tecnologias já existentes,
em todos os casos ela as tornará duas ou três vezes mais eficazes.
E isso é para daqui a muito tempo?
Não, não. Está a acontecer, é agora.
O sol da Califórnia é um incentivo para os pesquisadores,
razão pela qual se mudou para cá Alan Heeger, prémio Nobel da química.
O ambiente é descontraído, o que não impede
progressos prometedores.
À beira de uma sociedade pós petróleo e de um apocalipse climático,
a solução milagre segundo Heeger encontra-se mesmo à nossa frente:
Melhorar uma tecnologia já conhecida que é a solar.
Ah, bela vista!
Neste laboratório concentramos os nossos esforços
para melhorar a tecnologia solar.
Estas células solares são fabricadas aqui
com novos materiais e nova arquitectura,
o que permite o seu melhoramento.
Mas porquê a escala nano para chegar a esse objectivo?
Se estivéssemos na escala micro não poderíamos
aproveitar tanta energia. Não funcionaria.
O nosso dispositivo só funciona se fôr montado à escala nano.
Essa montagem não é fácil porque temos de trabalhar
com medidas de 10 nanómetros.
É demasiado pequeno para fazer manipulações,
é preciso então que as nano-estruturas se criem
por si mesmas, que se auto construam.
Se olharmos de muito perto podemos ver dois ingredientes
que se misturam e se juntam à escala nanométrica.
Portanto tudo o que temos de fazer é misturar estes dois compostos
num solvente que os vai dissolver antes de se evaporar.
O resultado é esta fantástica nano-estrutura
que nos permite transformar os fotões em electricidade.
Mas atenção, isso não acontece logo à primeira,
a dificuldade é conseguir agenciar os ingredientes de maneira a conseguir
uma boa estrutura nanométrica.
Alan Heeger é um militante da energia solar.
Ele resolveu mostrar-nos a sua própria instalação
lá nos montes de Santa Barbara.
Nós instalamos estes paineis solares há cerca de dois anos
e o resultado é fantástico.
De facto reduzimos a zero a nossa conta de electricidade.
O sol fornece numa hora a energia suficiente
para cobrir todas as necessidades do planeta durante um ano.
Impressionante, não?
E isto é o nosso contador eléctrico.
Como pode ver ele gira neste sentido.
Isso quer dizer que está a vender.
Sim, vendemos electricidade à rede.
À noite ele gira no outro sentido portanto compramos à rede.
Nós trabalhamos numa nova geração de células foto-voltaícas.
São de facto células solares em plástico parecidas a isto.
São muito leves, flexíveis e serão muito mais baratas
que as actuais.
Estas células em plástico são impressas a partir de uma solução.
Uma solução que contem uma espécie de tinta semi-condutora,
e portanto não nos sai mais caro que uma simples impressão.
Esta tecnologia é um dos melhores exemplos
do que podem fazer as nano ciências e tecnologia.
Imprimir um painel solar cuja estrutura se auto constroí ...
As nano-tecnologias trazem a solução e sua praticabilidade.
A solução perfeita. Tudo se torna possível,
leve, barato e fácil de fabricar.
Mas ainda há um problema a resolver,
a eficácia.
Até agora o rendimento destes paíneis solares flexíveis
é menor que o dos paíneis rígidos e estes também com redimento limitado.
Actualmente no laboratório, o rendimento é fraco,
cerca de 6% comparado aos 15 ou 18% que obtemos com estes.
Ainda há muito que fazer em termos de eficácia.
Um dia essas células em plástico serão incorporadas às telhas.
O sonho é que quando montar o telhado,
os paíneis solares já estarão integrados.
Sonhemos um pouco, isso pode acontecer.
Se tivermos células com 10% de rendimento,
podemos obter 100 watts por metro quadrado, certo?
O que são 100 watts?
100 watts é o suficiente para acender uma lâmpada.
100 watts para uma família que não tem electricidade
pode mudar a sua vida.
100 watts permite ter luz à noite, fazer funcionar um rádio
ou uma pequena TV.
Portanto um dos nossos sonhos com esta tecnologia
é de disponobilizar estas células flexíveis, simples, leves
a um preço muito baixo e fornecer estes 100 watts
às biliões de pessoas que não têm acesso à rede eléctrica.
Cidades como plantas alimentando-se do sol
por fotossíntese, é um belo sonho, não?
Estamos ainda longe de conseguir fazer o que a fotossíntese faz,
permitir à planta transformar a luz em energia com
tanta eficácia.
Mais ainda, era preciso saber como armazená-la,
porque à noite é impossível carregar o meu telefone
com este pequeno paínel solar.
Segundo Walter Kohn, outro prémio Nobel da química,
a utilização das células fotovoltaícas cobrirão
até 35% das nossas necessidades até 2050.
Brevemente grandes fábricas de células poderão surgir,
algumas com capacidade de produzir cerca de 200 milhões
de células por ano, isto é, uma potência total de 430 megawatts,
o suficiente para alimentar mais de 300 mil lares.
Se queremos transformar o mundo tal como é hoje em dia,
com alguns países ricos de um lado e muitos
países pobres do outro, nada é mais determinante do que
o acesso à energia: é aqui que temos de agir
para aumentar o nível de vida.
Sabe, basta que o nível de consumo de energia aumente
para que o nível de vida aumente.
Pode-se dizer que as nano-ciências são
uma espécie de renascença para a ciência,
porque encorajam a inter-disciplinalidade
e vão permitir ao conhecimento dar um grande salto à frente.
Será como uma revolução industrial
quando as nano-ciências estarão verdadeiramente operacionais.
Estamos só no início.
De facto, desde o fim do séc. XX e início do séc. XXI,
apercebemo-nos que com a inter-disciplinalidade
e aprendendo a comunicar entre nós,
seremos capazes de fazer coisas inimagináveis.
Há tantos projectos excitantes, tantas ideias novas,
tantos conceitos novos e também tantas ferramentas para usar.
Uau!! Quem me dera ter 25 anos de novo!
Esse futuro é prometedor.
A exploração do nano mundo está no seu início.
O que fazemos hoje em dia é tão primitivo comparado
com o que faz a natureza.
As nano-tecnologias são uma ferramenta
e não um fim em si.
No centro deste universo onde tudo é possível,
estamos nós, os humanos.
O nosso corpo será sem dúvida o mais
directamente tocado pelas nano-tecnologias
porque a medicina, transformando-se em nano-medicina,
irá nos oferecer um fabuloso campo de experimentação: a vida ...
Mas ao descobrir esse território nascem também os medos,
os fantasmas e as inquietudes legítimas
De caminho para outras viagens.