Posts Tagged ‘eletrônica’

Computador Quântico – Já é possível comprar um?

abril 11, 2013

 

Computador Quântico fabricado pela D-Wave

Computador Quântico fabricado pela D-Wave

Matéria do jornal THE NEW YORK TIMES, publicada hoje no caderno THE NEW YORK TIMES INTERNATIONAL WEEKLY, do Jornal Folha de São Paulo (8 de abril de 2013), afirma que a computação quântica já entrou na era comercial.

Como é comum nos jornais, nem sempre a manchete corresponde ao conteúdo da reportagem. Há dois anos, a empresa Lockheed Martin comprou da canadense D-Wave Systems uma versão de um computador quântico e agora afirma que utilizará essa tecnologia em escala comercial com uma versão mais moderna daquele computador.

O diretor técnico Ray Johnson, da Lockheed, afirma que usará o computador quântico para testar sistemas complexos de radares, espaçonaves e aviões.

Apesar do otimismo das duas empresas, há vários críticos que não corroboram com essas previsões. Scoott Aaronson do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), um dos mais respeitados centros de tecnologia do mundo, afirmou na reportagem que a empresa D-Wave “disse coisas simplesmente ridículas, coisas que lhe dão pouca credibilidade”, referindo-se a afirmações que a empresa tinha feito em 2007 e depois voltou atrás.

Um computador quântico não é somente uma máquina mais veloz, como se estivéssemos comparando um Fusca com uma Ferrari. Trata-se de uma mudança de paradigma, uma mudança na forma de computação.  Fazendo uma analogia grosseira, seria como comparar o transporte através de um Fusca com o teletransporte.

Em teoria, um computador quântico poderia realizar infinitos cálculos ao mesmo tempo, graças às propriedades da física quântica. Mas na prática há problemas que limitam essa possibilidade. Ainda assim, se a computação quântica se mostrar viável, cálculos, que levariam semanas ou até mesmo meses para serem feitos, poderiam ser realizados em segundos.

Mas que propriedades físicas são essas que tornam um computador quântico tão diferente dos computadores “normais”? Para explicar isso, um blog não é o local mais adequado, é preciso discutir como um computador normal funciona e algumas propriedades quânticas.

Como a proposta desse blog é explicar e discutir questões científicas e tecnológicas e não somente servir como um meio de divulgá-las, aceitei enfrentar esse desafio, mas vou pedir um pouco de paciência a vocês. Vou colocar nesse mesmo post uma matéria procurando explicar essas diferenças. Aqueles que não quiserem ou não tiverem tempo podem ignorar essa parte ou tentar ler em outro momento. Espero concluí-la até o final dessa semana.

 

Referência:

QUENTIN HARDY –  “NEW YORK TIMES”

Jornal Folha de São Paulo Dia 08/04/2013 – Disponível em:

http://www1.folha.uol.com.br/tec/1258141-computador-quantico-chega-ao-mercado.shtml

acesso em 11/04/2013

 

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Baterias? Isso é coisa do passado

fevereiro 17, 2012

Quem tem mais de trinta anos deve se lembrar dos primeiros celulares que apareceram no mercado. Após certo tempo eles passaram a ser apelidados de tijolos. Alem de enorme eram extremamente pesados. O principal motivo? A bateria.

Agora um novo conceito está surgindo na conversa entre cientistas e ambientalistas: “colheita de energia”. A ideia é aproveitar a disponibilidade de energia disponível no próprio ambiente, na forma de ondas eletromagnéticas, vibrações mecânicas, energia solar, e energia térmica (calor).

As possibilidades são várias: Polímeros eletroativos, ou músculos artificiais como são conhecidos produzem uma corrente elétrica quando sofrem variação de tamanho, sendo esticados ou relaxados. Há vários tipos de materiais que podem ser utilizados para isso, em agosto do ano passado pesquisadores americanos desenvolveram um sapato que conseguia gerar cerca de um watt por cada passo:

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=sapato-gerador-energia&id=010115110816 (acesso em 15/02/2012)

Um watt parece muito pouco, mas é suficiente para recarregar o celular ou outro dispositivo pessoal eletrônico. O mais importante desse trabalho é que estão verificando também a possibilidade de usar esse material para gerar energia elétrica através das ondas do mar. Um braço mecânico comprime o material quando as ondas passam.

Pesquisadores norte americanos interessados nos sapatos que geram energia, acabaram descobrindo outra forma de gerar energia elétrica, conhecida como “eletroumectação reversa”. Nesse processo energia mecânica é usada para mover gotas de um microfuido que ao circular no interior de microcanais gera energia elétrica, os detalhes da técnica podem ser lidos em:

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=sapatos-geram-energia&id=010110110825&ebol=sim (acesso em 17/02/2012)

Mas se estamos interessados em colher energia do ambiente, porque não usarmos uma antena? Afinal as ondas eletromagnéticas (luz, ondas de rádio, raios-X, ondas de celulares, radares, TV) são ondas de energia que inundam tudo que está a nossa volta. Os primeiros rádios eram construídos com um cristal chamado galena, o qual funcionava como amplificador natural, dessa forma não havia necessidade de fonte de energia para o rádio, ele usava a energia da própria onda que trazia a informação.

Dr. Manos Tentzeris, da Universidade da Geórgia, nos Estados Unidos, criou um novo tipo de antena que consegue captar essas ondas e converter diretamente em energia elétrica:

No estágio atual, elas são capazes de captar energia da faixa de frequência das rádios FM até a frequência dos radares – de 100 megahertz (MHz) a 15 gigahertz (GHz).

Na faixa de frequência de TV, os testes mostraram uma capacidade de “colheita” de várias centenas de microwatts – com a antena de colheita de energia posicionada a 500 metros da antena da estação de TV.

Trecho retirado de:

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=energia-ar-ondas-eletromagneticas&id=010115110708&ebol=sim (acesso em 17/02/2012)

Já a empresa japonesa Fujitso criou uma célula termossolar. Ela retira energia da luz do sol ou do calor do ambiente e converte em energia elétrica:

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=celula-termossolar-energia-luz-calor&id=010115110118 (acesso em 17/02/2012)

Esses são apenas pequenos exemplos do que a pesquisa de novos materiais e a nanotecnologia estão prometendo. Ficar sem bateria no notebook, ou no celular será coisa do passado. Mas não posso deixar de mencionar o contraste, enquanto o simples andar com um tênis ou uma mochila vai gerar energia útil, ainda usaremos por um bom tempo carros com um motor movido a queima de um combustível, que polui, é barulhento, e possui eficiência menor do que 40%.

PS: materia de hoje (26/02/2012)  do site inovação tecnológica traz matéria sobre roupa que utiliza o calor do corpo humano para gerar energia:

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=tecido-termoeletrico-calor-corpo-eletricidade&id=010115120223&ebol=sim

 

 

Linguagem binária, eletrônica e física

março 9, 2011

Vocês já pararam pra pensar por que usamos o sistema decimal?

Com dez números podemos escrever qualquer número, desde cedo, antes mesmo de entrarmos na escola, aprendemos a contar:  0, 1, 2, 3, 4 , 5, 6 ,7, 8, 9, e aí temos a dezena: 10, 11, 12, …..99, centena, depois milhar e assim por diante.

Provavelmente o sistema decimal foi adotado porque iniciamos a contar usando os dedos das mãos e como temos dez dedos nas mãos, foi esse o sistema adotado pela maioria dos povos. Mas se tivéssemos optado pelo sistema hexagonal teríamos vantagem nas contas realizadas de cabeça, pois existem mais números divisíveis por 6 do que por 10.

Para a linguagem computacional a decisão foi escolhida de forma prática, a facilidade de uso da linguagem binária. Para usarmos um sistema decimal no computador precisaríamos de um sistema eletrônico bem mais complexo. A linguagem binária é fácil, pois se baseia na passagem ou não de corrente elétrica. Um componente eletrônico chamado transistor é o responsável por esse controle. O transistor pode funcionar como um amplificador de corrente elétrica ou como um interruptor, uma espécie de chave automática que permite a passagem de elétrons através de uma barreira de potencial. Essa função era feita, antes da eletrônica, pelas válvulas. Temos assim: passagem de corrente: estado ligado ou informação: Sim (1), ou bloqueio da corrente, estado desligado: não (0).

Transistor

Um computador só “entende” zeros e uns. Qualquer número que você digitar ele converterá para um conjunto de 0 e/ou 1. A menor unidade de informação, portanto é um bit (um algarismo zero ou um algarismo um). O conjunto de oito bits forma um byte. Quando dizemos que uma música em mp3 tem 3,5 MB (megabytes) significa que ela ocupa 3,5 milhões de bytes de informação, ou 8 x 3,5 = 28 milhões de bits de informação. Se seu HD tem 500 GB você já sabe quanto de informação ele pode conter, 500 bilhões de bytes.

Mas como fazemos para escrever um número com zeros e um? Por exemplo, como pode ser escrito o número 243 em linguagem binária?

A ideia é bem simples, é fácil fazer uma máquina somar, então somamos todos os bits que formam um byte. Dispomos cada byte numa linha e cada bit formará uma coluna (veja a tabela abaixo). Na primeira coluna da esquerda para a direita temos: 27 = 128, a segunda 26 = 64, na terceira 25 = 32, na quarta 24 = 16, na quinta 23 = 8, na sexta 22 = 4, na sétima 21 = 2 e na oitava 20 = 1 (qualquer número elevado a zero é um).

Dessa forma somando-se todos os números dessa linha teremos o total: 128+64+32+16+8+4+2+1 = 255, mas só fazemos essa soma se todos estiverem marcados com o numero 1. Ao se colocar zero significa que não devemos contar aquela coluna. Por exemplo: marcando zero em toda linha teremos o número 0. Marcando apenas a última coluna teremos o valor 20 = 1. O número 2 pode ser escrito como 10, que significa: não considere nenhuma coluna apenas a antepenúltima, que significa 21 =2. Já o três teremos que somar o 2 com o 1, portanto marcamos 1 na coluna 7 e na coluna 8: 21+20=2+1=3. Seguindo esse raciocínio obtemos a tabela abaixo:

2^7 2^6 2^5 2^4 2^3 2^2 2^1 2^0 TOTAL
0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1 1
0 0 0 0 0 0 1 0 2
0 0 0 0 0 0 1 1 3
0 0 0 0 0 1 0 0 4
0 0 0 0 0 1 0 1 5
0 0 0 0 0 1 1 0 6
0 0 0 0 0 1 1 1 7
0 0 0 0 1 0 0 0 8
0 0 0 0 1 0 0 1 9
0 0 0 0 1 0 1 0 10
0 0 0 0 1 0 1 1 11
1 1 1 1 0 0 1 1 243

Note que o número 100 em decimal equivale ao número 4 em linguagem binária e o 1000 ao número 8. Para encontrarmos o número 243 devemos escrever: 11110011.

Válvula

Para escrever letras o computador utiliza um código de conversão alfanumérico.

O transistor permitiu a miniaturização da eletrônica. As válvulas eram grandes e dependiam do aquecimento para funcionar, eram lentas. O transistor é rápido e minúsculo e pode ser tornado menor ainda em chips (circuitos integrados). A física quântica teve um papel fundamental nisso, assim como o eletromagnetismo foi importante para o desenvolvimento dos motores elétricos e para a linha de montagem. Assim como sem as leis da termodinâmica não seria possível a primeira revolução industrial.

O desenvolvimento da fibra óptica e do laser está sendo fundamental para a eletrônica digital. Os zeros e uns podem ser obtidos pelo mesmo princípio, mas ao invés de corrente elétrica, utiliza-se a luz do laser. Luz = 1, escuro = 0. Um CD ou DVD, por exemplo, possui trilhas que refletem a luz, ou absorvem a luz.

Circuito Integrado (Chip)

A física teve e ainda tem um papel fundamental no avanço tecnológico, na verdade isso vale para toda ciência. É preocupante então, que nosso país não incentive os alunos a se dedicarem a área científica, principalmente à física e química. Alcançamos o posto de sétima economia mundial, mas para avançarmos ainda mais e também para mantermos isso, precisamos investir em tecnologia de ponta, e sem mão de obra qualificada e sem pesquisadores de alto nível (em quantidade) estaremos sempre atrás.

Praticamente todo jornal traz um caderno diário de política, esportes, economia, mundo, cotidiano e até horóscopo. Será que algum dia teremos um caderno diário de ciência?

feixes de laser

Comparação entre poder de transmissão da fibra optica e dos fios de cobre convencional

fibra óptica sendo percorrida por laser

Cérebro eletrônico?

maio 10, 2010

 

Quando a vida começou?

Qual o exato momento em que podemos dizer que houve uma reação química que propiciou o aparecimento de uma molécula orgânica capaz de se auto-reproduzir? Que etapas cruciais foram indispensáveis?

Provavelmente nunca saberemos essas respostas.

Mas se um evento, talvez tão importante como esse, fosse acontecer novamente no mundo seríamos capazes de perceber? É possível ter a noção de que estamos imersos numa profunda revolução?

No dia 25 de abril de 2010 foi publicado na revista Nature Physics um artigo de cientistas japoneses e americanos que até agora passou despercebido pela grande mídia brasileira. Nesse artigo, Anirban Bandyopadhyay, Ranjit Pati, Satyajit Sahu, Ferdinand Peper, e Daisuke Fujita, relatam que conseguiram pela primeira vez a obtenção de um processador molecular que pode resolver problemas complexos imitando a forma como o cérebro humano processa as informações.

O mais incrível ainda é que este circuito é capaz de se autoconsertar, podendo evoluir para resolver problemas ainda mais complexos, assim como nosso cérebro.

Será que a fronteira foi quebrada? Será que estamos prestes a ver surgir à verdadeira inteligência artificial?

Com certeza ainda é muito cedo para afirmar uma coisa dessas, principalmente porque definir o que é inteligência é algo extremamente difícil. Não há um consenso. As pesquisas envolvendo inteligência artificial atuam em diversas áreas distintas como a neurociência, redes neurais, psicologia evolutiva, ciência da computação e outras.

Mas o que há de tão revolucionário nesse trabalho? Os computadores já não são extremamente rápidos? Já não superaram nosso cérebro?

Sim e não. Um computador é muito rápido em seu processamento. A velocidade de chaveamento de um transistor pode chegar atualmente a 10 trilhões de vezes por segundo, enquanto nossos neurônios disparam mil vezes por segundo. Mas o que isso significa? Podemos dizer que o computador pode realizar um calculo 10 bilhões de vezes mais rápido que nosso cérebro. Isto não implica em dizer que ele poderá resolver qualquer problema mais rápido. Pois, enquanto os circuitos eletrônicos de um processador de silício são seriais, o nosso cérebro opera em paralelo. Em outras palavras, os circuitos digitais de um computador delimitam um caminho e o seguem, resolvendo um problema de cada vez, ainda que de forma muito rápida. Já nosso cérebro é lento no processamento, mas por operar em paralelo pode resolver vários problemas de uma vez.

É claro que um computador pode realizar várias tarefas ao mesmo tempo, mas ele deve ser programado para isso. Vejamos um exemplo do que estou querendo dizer: tente ler a frase abaixo:

Não tvie flihos não traimsnti a neunhma critaura o leagdo de nsosa miérsia.

Provavelmente você deve ter conseguido ler, mesmo estando as letras embaralhadas. Isso acontece porque nosso cérebro não lê cada palavra letra por letra. Ele reconhece a palavra inteira provavelmente como uma imagem, e ainda que esta esteja deformada, ele consegue procurar aquela que faça sentido. Um computador que fosse ler essa frase acusaria erro em quase todas as palavras, pois compararia as mesmas, a um banco de dados previamente gravado. Como vocês bem sabem, programas editores de texto corrigem automaticamente ou fazem sugestões de palavras, em casos como esses. Mas para isso ele teve que ser programado: “Compare palavras desconhecidas com palavras parecidas armazenadas em seu banco de dados e sugira a alteração”. Essa programação deve ser feita quando o programa todo foi criado, ela não surge sozinha depois que ele está pronto e é algo que consome bastante tempo e espaço de memória, tornando o programa lento.

Tarefas que são corriqueiras para nós, e que fazemos tão bem, demandam muitas vezes problemas intratáveis de computação. Andar sobre duas pernas por exemplo. Um inseto pode levantar três pernas que ainda terá outras três para permitir o equilíbrio. Mas quando nós andamos temos que equilibrar todo peso de nosso corpo num único pé de cada vez, seja qual for o formato do terreno que estamos pisando. Programar um robô para andar é um verdadeiro desafio de engenharia, computação e física do movimento. Nosso cérebro não nasce sabendo fazer isso. Mas em alguns anos já estamos dando passos firmes, correndo, dando saltos e virando cambalhota.

E a engenharia das mãos? O controle perfeito da força quando seguramos diferentes coisas como um pacote de açúcar de 1 kg, uma bola de tênis ou um frágil ovo. A rapidez e precisão para pegar, ainda no ar, um objeto atirado em sua direção. A suavidade necessária para ofertar um carinho.

Atualmente existem programas de computador que reconhecem impressões digitais de uma pessoa ou a íris dos olhos. Isso é feito comparando uma imagem digitalizada com imagens previamente gravadas em um banco de dados. Mas programar um computador para o reconhecimento facial não é nada fácil. Muitas são as variáveis envolvidas e, além disso, se uma pessoa que digitalizou sua imagem estivesse de bigode, ao aparecer sem ele o programa não reconheceria como a mesma pessoa, a não ser que isso fosse previamente adicionado no software, o que demandaria mais linhas de programação e mais demora de processamento, pois teríamos que pensar em todas outras variáveis como um diferente corte de cabelo, óculos escuros, maquiagem ou não, espinhas e cravos na pele, etc.

Nosso cérebro consegue não só reconhecer vários rostos, com certa precisão, como trás junto a imagem um histórico sobre aquela pessoa (é meu irmão, minha tia, amigo de infância, colega de trabalho, alguém que acabei de assistir num programa de televisão).

O psicólogo e cientista cognitivo Steven Pinker em seu brilhante livro de 666 (espero que não se assustem com o número) páginas: “Como a mente funciona” nos chama a atenção para algo aparentemente banal que nossa mente faz, mas que nenhum computador do mundo consegue repetir:  O bom senso. Nas palavras de Pinker:

“A razão de não haver robôs semelhantes a seres humanos não surge da idéia de uma mente mecânica estar errada. É que os problemas de engenharia que nós, humanos, resolvemos quando enxergamos, andamos, planejamos e tratamos dos afazeres diários são muito mais desafiadores do que chegar à Lua ou descobrir a sequencia do genoma humano. A natureza, mais uma vez, encontrou soluções engenhosas que os engenheiros humanos ainda não conseguem reproduzir. Quando Hamlet diz: “Que obra de arte é um homem! Que nobreza de raciocínio! Que faculdades infinitas! Na forma e no movimento, que preciso e admirável!”, nossa admiração deve se dirigir não a Shakespeare, Mozart, Einstein, ou Kareem Abdul-Jabbar, mas para uma criança de quatro anos atendendo a um pedido de guardar um brinquedo na prateleira.”

À medida que crescemos, nosso cérebro vai aprendendo coisas que, se programadas em um computador, provavelmente iria sobrecarregar seus bancos de memória. Pinker nos mostra que coisas simples e óbvias para nós, que nem chegamos a pensar sobre elas estão de alguma forma inseridas em nosso programa cerebral, seja lá o que ele for:

“Saber quem é solteiro é apenas uma questão de bom senso, mas não há nada de banal no bom senso. De algum modo, ele tem de encontrar seu caminho em um cérebro de ser humano ou de robô. E o bom senso não é simplesmente um almanaque sobre a vida que pode ser ditado por um professor ou transferido como um enorme banco de dados. Nenhum banco de dados poderia arrolar todos os fatos que conhecemos tacitamente, e ninguém jamais nos ensinou esses fatos. Você sabe que, quando Irving põe o cachorro no carro, o animal não está mais no quintal. Quando Edna vai à igreja, sua cabeça vai junto. Se Doug está dentro da casa, deve ter entrado por alguma passagem, a menos que tenha nascido ali e dali nunca tivesse saído. Se Sheila está viva às nove da manhã e está viva às cinco da tarde, também estava viva ao meio-dia. As zebras na selva nunca usam pijama. Abrir um vidro de uma nova marca de manteiga de amendoim não encherá a casa de vapor. As pessoas nunca enfiam termômetros para alimentos na orelha. Um esquilo é menor que o monte Kilimanjaro.”

Desculpem-me por essas imensas citações, e por um post tão grande, mas o assunto é muito interessante, e o livro mais ainda, além disso, Steven Pinker é dotado de um excelente senso de humor como vocês devem ter percebido.

Apesar de não sabermos como o cérebro consegue armazenar essas coisas todas, podemos deduzir que elas não nascem com a gente. É fácil nos lembrar de como as crianças nos surpreendem ao fazer certas besteiras. Lembro-me bem de um amigo meu de infância Toninho, que correndo para não apanhar da mãe se deteve em frente ao espelho e disse: “Aha! Agora a senhora não vai poder me bater! Não vai saber se sou eu ou o espelho”. Não preciso dizer que ele aprendeu de uma forma dolorida que estava errado.

 Nosso cérebro é um órgão fascinante e até onde sabemos único.  Pelo menos até agora. Será que esse novo processador desenvolvido vai conseguir imitar nosso cérebro? Será que ele vai evoluir e aprender?

Segundo o estudo, esse novo processador foi criado a partir de um processo denominado automontagem, onde moléculas que se organizam automaticamente em padrões funcionais criam minúsculos circuitos. A molécula utilizada por eles é chamada DDQ, uma molécula hexagonal formada por átomos de nitrogênio, oxigênio, cloro e carbono.

 Essa molécula pode funcionar como um interruptor abrindo e fechando, mas diferente dos circuitos de silício convencional, que só permitem duas posições 0 e 1, criando assim um código binário, a molécula DDQ pode estabelecer 4 estados condutores 0, 1, 2 e 3. Com isso esse circuito evolutivo permite interconexões simultâneas de até 300 bits. Por isso dizemos que se trata de uma ligação paralela, formando redes dinâmicas ao invés de um único caminho possível para o sinal elétrico, como acontece nos atuais circuitos digitais que são seriais.

Nas palavras de um dos autores, Ranjit Pati:

“A melhor parte é que aproximadamente 300 moléculas ‘falam’ umas com as outras de uma vez só durante o processamento das informações. “Nós realmente imitamos como os neurônios se comportam no cérebro.”

A promessa é grande, poderemos ter um salto tecnológico incrível, uma verdadeira revolução na informática. Problemas hoje intratáveis poderão ser resolvidos com esse novo tipo de processamento.

Mas e a inteligência artificial? Será que poderemos dizer que esse processador realmente pensa? Será que o que a ficção previu vai se tornar realidade? Poderemos ser ultrapassados por máquinas pensantes? Deixemos a discussão sobre essas questões para o próximo post: Cérebro eletrônico? – parte II

Referências Bibliográficas:

Massively parallel computing on an organic molecular layer
Anirban Bandyopadhyay, Ranjit Pati, Satyajit Sahu, Ferdinand Peper, Daisuke Fujita
Nature Physics
25 April 2010
Vol.: Published online before print
DOI: 10.1038/nphys1636

 Site: Inovação Tecnológica – Tudo o que acontece na fronteira do conhecimento http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=processador-molecular-imita-cerebro-humano&id=010150100426 – Acesso em 26/04/2010

Pinker, S. “Como a mente funciona” – Companhia das Letras – 2001