Polyteck | Edição 10

Distribuição Gratuita - nº 10 | Fev / Mar 2015

Vai além da sala de aula

Tecnologias

de rastreamento É possível rastrear aeronaves com maior precisão? página 9

IMPRESSÃO 3D peças de motores a jato mais leves e eficientes página 3

ALIMENTAÇÃO

o que é melhor: orgânico ou convencional? página 6

GUERRA vs CIÊNCIA como conflitos influenciam a produção científica página 16

DO MODELO

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Fone: (41) 3156 9100

C

A fabricação aditiva, nome atribuído à versão industrial da impressão 3D, pode baratear a construção de peças complexas e revitalizar vários setores que trabalham com fabricação avançada.

O desenvolvimento de turbinas de propulsão a jato mais leves e inteligentes é um exemplo.

texto por André Sionek

riar um arquivo digital ou fazer o download da internet, ajustar alguns parâmetros, apertar “imprimir” e esperar que um objeto 3D seja impresso em alguns minutos não faz mais parte de livros e filmes de ficção. No começo dos anos 90, um grupo de engenheiros do MIT patenteou “técnicas de impressão tridimensionais”. Desde então a tecnologia básica evoluiu bastante e hoje é possível comprar impressoras 3D ou imprimir objetos sem precisar desembolsar fortunas. A tecnologia cria objetos ao adicionar camadas de material, uma a uma, e já é utilizada rotineiramente para a prototipagem rápida de projetos de engenharia e design.

Algumas universidades brasileiras já contam com espaços dedicados à impressão 3D e prototipagem rápida. Um exemplo é o GIP3D - Grupo de Impressão 3D da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). O coordenador do GIP3D é o professor do Departamento

Acadêmico de Engenharia Mecânica, David Kretschek. Segundo ele, já foram atendidos alunos dos cursos de Engenharia Mecânica, Técnico em Mecânica, Mestrado em Eletrônica, Design, Automação assim como funcionários e membros do hotel tecnológico da universidade.

No momento, o laboratório possui duas impressoras 3D em funcionamento e duas em construção, se uma delas um projeto próprio. As tecnologias utilizadas são FDM (Fused Deposition Modeling), que faz a extrusão de um filamento plástico para a confecção da peça 3DP (originalmente denominada 3D Printing e hoje classificada como Binder Jetting), que trabalha com a impressão de aglutinante sobre pó. O grupo foi criado para proporcionar aos estudantes da instituição um espaço para desenvolvimento de projetos a baixo custo.

Ciro Copetti Rodriguez, estudante de engenharia mecânica e um dos idealizadores do grupo, conta que os

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Foto: Tumblr, General Electric

Um modelo de turbina a jato produzido por impressão 3D pelo time de fabricação aditiva da General Electric. Foi produzido utilizando a técnica de fusão seletiva a laser. O modelo possui peças móveis que foram impressas em suas posições finais, isso elimina a necessidade de soldas e montagem.

estudantes podem “desenvolver os seus projetos até o fim, por menores que sejam seus conhecimentos a respeito de técnicas de fabricação.”

Somente no começo dos anos 2000 é que engenheiros começaram a perceber que a tecnologia de impressão 3D poderia ser aplicada à fabricação.

Hoje, um dos pioneiros em adotar esta tecnologia industrialmente é o setor aeroespacial. A fabricação aditiva (FA) - nome técnico dado à versão industrial da impressão 3D - permite a criação de geometrias complexas necessárias para o fluxo de ar e resfriamento.

Isso, somado à redução de peso, pode levar ao desenvolvimento de turbinas mais compactas e eficientes. Isso significa que os engenheiros aerespaciais estão na fronteira da tecnologia, tentando imprimir metais e ligas.

Empresas aeroespaciais de todo o mundo estão introduzindo partes produzidas por fabricação aditiva. A EADS, indústria aeroespacial e de defesa européia, utiliza a técnica para produzir componentes para os seus satélites. Dutos de refrigeração produzidos por sinterização a laser foram usados pela Boeing no caça F-18 há cerca de 13 anos, e o mais novo jato comercial da companhia, o 787 Dreamliner, utiliza 32 componentes produzidos por FA de sinterização a laser. Porém, nenhuma

peça tem função crítica no funcionamento e segurança da aeronave.

Mais recentemente peças que sofrem alto stress mecânico também começaram a ser produzidas com a técnica. A Pratt & Whitney, fabricante de motores para aviação, utiliza FA para criar algumas peças de suas turbinas. No final de 2013 o novo jato Bombardier Série C foi o primeiro a voar utilizando uma turbina da empresa que possui partes produzidas por FA. Segundo a empresa, prototipagem rápida foi utilizada extensivamente para acelerar o desenvolvimento de diferentes interações no desenho da turbina, e as peças finais passaram por numerosos testes antes de serem aprovadas para uso. Já a General Electric está utilizando técnicas de FA na criação de bicos de combustível para um novo motor a jato.

Mudança de Paradigma

A fabricação aditiva representa uma mudança radical na maneira tradicional de fabricar peças metálicas. O que antes consistia na fundição e moldagem do metal, agora passa à impressão, camada por camada, utilizando lasers e feixes de elétrons para fundir o metal. Para construir um único bico de combustível utilizando as técnicas tradicionais seria preciso fabricar e unir cerca de 20 pequenas

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Turbina CFM LEAP fabricada pela General Electric estará Airbus A320neo e no chinês COMAC C919.

peças, num processo trabalhoso e em que uma elevada percentagem do material acaba sendo descartado.

A técnica pode reduzir dramaticamente o tempo de produção, e é mais eficiente que métodos subtrativos (como a fresadora CNC), pois reduz o desperdício e consumo de matéria prima. O processo de FA utiliza menos materiais que as técnicas convencionais, pois a impressora pode executar a impressão de formas complexas que eliminam volumes desnecessários. Isso reduz os custos de produção, resultando em peças mais leves e significativa economia de combustível para as companhias aéreas.

Por exemplo, quando um bico de combustível é fabricado com técnicas de moldagem tradicionais, os orifícios e tubos precisam ser feitos utilizando usinagem. Na fabricação aditiva é possível criar a peça em de uma só vez, permitindo economias substanciais. O bico de combustível produzido pela GE é construído a partir de pó de cobalto-cromo. Um laser controlado por computador é disparado na camada de pó metálico para fundir a liga nas áreas desejadas, criando camadas com 20 micrômetros de espessura, uma a uma.

A estimativa é que os bicos de combustível produzidos com impressão 3D pela GE Aviação serão utilizados no motor a jato CFM LEAP, previsto

Foto: Jamie Douglas/LLNL

á presente no Boeing 787 MAX,

Uma máquina de fabricação aditiva pode imprimir estruturas tridimensionais.

para ser implementado em aviões no final de 2015 ou início de 2016. Como cada motor vai utilizar de 10 a 20 bicos, a GE precisará fabricar 25 mil peças anualmente para suprir a demanda.

Em contraste com as técnicas de fabricação tradicionais, tais como fundição e usinagem, a fabricação aditiva fornece uma flexibilidade muito maior sobre o design de novos produtos. A máquina imprime diretamente a partir de um modelo digital, de modo que os engenheiros podem conceber projetos que não seriam possíveis de serem executados com técnicas convencionais de fabricação. Uma única peça pode ser composta por várias ligas diferentes, possibilitando o ajuste das propriedades do material de uma maneira que não é possível com os métodos de moldagem. Os novos formatos e propriedades dos materiais que são alcançados com a tecnologia tornam possíveis, por exemplo, a fabricação de uma lâmina para turbina com diferentes materiais, de forma que uma ponta seja otimizada para resistência mecânica e a outra para resistência ao calor.

Estudos

Uma possibilidade explorada pela Pratt & Whitney são motores que contenham menos partes, o que exigiria menos esforços na montagem e os tornariam mais baratos. O engenheiro

chefe de materiais e processos da companhia, Frank Preli, antecipa a possibilidade de projetos mais radicais de aeronaves: “algo como várias turbinas integradas na asa para uma ultra-eficiência aerodinâmica.” Para chegar a este ponto, pesquisadores precisam entender a física em escala molecular de como lasers e feixes de elétrons interagem com materiais em pó, melhorando a precisão na impressão e a habilidade de criar detalhes menores com taxas de deposição maiores.

A Pratt & Whitney não revelou exatamente o quanto investiu em fabricação aditiva. Mas eles financiaram um centro de pesquisas de 4,5 milhões de dólares na Universidade de Connecticut e se comprometeram a investir 3,5 milhões por ano pelos próximos três anos. O investimento em pesquisa acadêmica não só ajuda a empresa a desenvolver tecnologias de fabricação, como também auxilia na hora de recrutar talentos para os seus quadros.

Faz sentido que a indústria aeroespacial esteja entre as primeiras a adotar a fabricação aditiva, pois até mesmo ligeiras melhoras no desempenho ou pequenas reduções de peso podem resultar em grandes economias de combustível. Porém outras áreas já começam a identificar peças que possam ser fabricadas com este processo.

No momento as aplicações já se estendem a turbinas eólicas e transdutores cerâmicos utilizados em equipamentos ultrassom para diagnóstico médico.

Engenheiros exploram o uso de fabricação aditiva com uma grande variedade de ligas metálicas, incluindo alguns materiais especificamente desenvolvidos para impressão 3D. A GE Aviação, por exemplo, estuda o uso de titânio, alumínio e ligas de níquel-cromo.

O menor custo de trabalho, economias com materiais e a redução nos custos de manutenção de estoques com milhares de componentes pequenos e caros são fatores que contribuem para que as empresas considerem migrar de processos convencionais para a fabricação aditiva. Por enquanto boa parte desta mudança ainda está nos projetos 3D nos computadores de engenheiros e designers, mas em breve estará voando sobre as nossas cabeças. ■ Fontes: »» Kevin Bullis, MIT Technology Review, 06/02/2015 »» Martin LaMonica, MIT Technology Review 23/04/2013 »» Ben Sampson, Institution of Mechanical Engineers 19/08/2013 »» General Electric e Pratt & Whitney

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Estimando a exposição a pesticidas a partir de

hábitos alimentares texto por Raisa Jakubiak e André Sionek

Estudo mostra que indivíduos que ingerem alimentos orgânicos apresentam menor exposição a organofosforados do que aqueles que consomem alimentos cultivados de maneira convencional.

A

s práticas de agricultura atuais empregam, em sua maioria, o uso de pesticidas para garantir o crescimento da lavoura. Eles trabalham destruindo, prevenindo ou pelo menos reduzindo a proliferação de pragas como insetos, ratos, ervas daninhas e microrganismos.

Dentro de uma variedade de pesticidas disponíveis no mercado, os organofosforados (OFs) são os mais utilizados. A sua utilização crescente se deve, em parte, à substituição de outra classe de pesticidas, os organoclorados. Por serem altamente tóxicos, cancerígenos e apresentarem alto poder de acúmulo na cadeia alimentar, compostos como o DDT e o BHC foram banidos no Brasil e em outros países há cerca de 30 anos. O princípio de funcionamento dos OFs é a inibição das colinesterases, enzimas responsáveis pela hidrólise da acetilcolina, um neurotransmissor que controla os impulsos nervosos para os músculos. Os efeitos sobre indivíduos expostos ocupacionalmente (agricultores regularmente expostos aos compostos) são conhecidos, e caracterizam-se principalmente por lacrimejamento, salivação, sudorese, diarreia, tremores e distúrbios cardiorrespiratórios (sendo os últimos consequências de broncoconstricção). Pesquisadores do Instituto Adolfo Lutz, em São Paulo, vem desenvolvendo pesquisas há mais de 20 anos sobre os efeitos e possíveis antídotos para intoxicações por OFs. Muitas pessoas podem entender os benefícios de incluir frutas e vegetais nas suas dietas, mas, em geral, não podem mensurar a quantidade de

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pesticidas que elas ingerem junto com vitamina C e fibras. Já que a maioria da população não entra em contato direto com pesticidas, a sua exposição a OFs deve ser influenciada principalmente pelo consumo de alimentos tratados com estes compostos. Por isso um novo estudo publicado por pesquisadores da Universidade de Washington, de Harvard e do Centro de Ciências da Saúde da Universidade do Texas na revista Environmental Health Perspectives associou a exposição de uma pessoa a OFs com base em informações sobre suas dietas usuais.

Os pesquisadores analizaram a exposição dietária à organofosforados de aproximadamente 4.500 pessoas de seis cidades americanas. Os cientistas queriam descobrir se a ingestão de produtos orgânicos diminuiria a concentração de metabólitos de 14 OFs na urina dos participantes.

O estudo incluiu dados dietários coletados de participantes do Estudo Multiétnico de Aterosclerose (MESA), um projeto multi-institucional financiado pelo Instituto Nacional do Coração, Pulmão e Sangue dos EUA, além do Departamento de Agricultura dos EUA sobre níveis de resíduos de pesticidas em cada tipo de alimento.

Os pesquisadores conseguiram predizer a exposição de cada participante a pesticidas OFs ao cruzar informações sobre o tipo e quantidade de alimentos que cada participante ingere com medidas dos níveis de resíduos de pesticidas encontrados nestes alimentos. Os participantes foram subdivididos em três subgrupos de acordo com o nível de exposição calculado com

Orgânicos

x

Convencionais

Não utiliza nenhum tipo de herbicida, fertilizante ou pesticida, durante o cultivo. Sementes geneticamente modificadas e aditivos químicos e sintéticos são proibidos.

10 alimentos

O uso de herbicidas, fertilizantes e pesticidas é frequente durante o plantio.

1

6 Espinafre

Maçã

com mais pesticidas

O Grupo de Trabalho Ambiental (EWG, na sigla em inglês) analizou dados do Departamento de Agricultura dos EUA sobre níveis de resíduos de pesticidas em cada tipo de alimento e organizou um guia de compras para alimentos com pesticida. Entre os alimentos que apresentam maiores concentrações de pesticidas estão a maçã, morango e a uva. Os alimentos que apresentaram os menores níveis são abacaxi, milho verde e abacate.

Metodologia O guia classifica 48 frutas e vegetais populares com base na análise de mais de 32 mil amostras coletadas pelo Departamento de Agricultura dos EUA e pelo Food and Drug Administration (órgão semelhante à Anvisa). Os alimentos não são testados todos os anos, por isso o EWG utilizou a amostragem mais recente para cada produto. Quase todos os testes que servem de base para o guia foram realizados pelo Departamento de Agricultura, onde os alimentos foram lavados ou descascados para replicar as práticas dos consumidores. É razoável assumir que alimentos não lavados provavelmente terão maiores concentrações de resíduos de pesticidas.

Para conseguir comparar os alimentos, o EWG analisou seis métricas de contaminação por pesticida: • Porcentagem de amostras com algum pesticida detectável; • Porcentagem de amostras com dois ou mais pesticidas detectáveis; • Número médio de pesticidas em uma única amostra; • Quantidade média de pesticidas por amostra, medido em partes por milhão; • Número máximo de pesticidas em uma única amostra; • Número total de pesticidas no alimento.

2 Morango

7 Pimentão

3

Uva

8 Nectarina

4

Salsão

9

5 Pêssego

Pepino

10 Tomate cereja

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base na dieta: Consumidores convencionais, que afirmaram raramente ingerir produtos orgânicos; consumidores medianos, que consumiam orgânicos às vezes; e os consumidores frequentes de alimentos orgânicos.

As previsões foram comparadas aos níveis de dialquil-fosfato (DAF), metabólito dos OFs comumente utilizados como biomarcadores de OFs, em amostras de urina de um subgrupo de 720 pessoas participantes do MESA. Os resultados mostram que, entre indivíduos que ingerem quantidades semelhantes de frutas e vegetais, aqueles que afirmam comer apenas alimentos orgânicos têm níveis de exposição a OFs significativamente menores do que os que consumem frutas e vegetais cultivados de maneira convencional. Além disso, consumir alimentos tipicamente tratados com OFs durante, incluindo maçãs, nectarinas e pêssegos, foi associado com níveis maiores de exposição. A análise revelou diferenças significativas entre eles: a concentração média de DAF

nos consumidores convencionais foi de 163 nmol DAF por grama de creatinina e nos consumidores medianos foi de 121 nmol de DAF por grama de creatinina. Enquanto isso, os consumidores frequentes apresentaram concentração média de 106 nmol DAF por grama de creatinina na urina.

Este estudo não é o primeiro a relacionar alimentos orgânicos à exposição reduzida a pesticidas, mas o método utilizado pode ter implicações significativas em pesquisas futuras. Ao combinar informações sobre o consumo típico de alimentos com medidas do Departamento de Agricultura dos EUA, os pesquisadores poderão conduzir pesquisas sobre a relação entre a ingestão de pesticidas e os efeitos sobre a saúde de grandes populações, sem a necessidade de realizar testes de urina. Os cientistas ainda salientam a necessidade do desenvolvimento de melhores métodos de detecção de OFs, já que os metabólitos encontrados na urina têm curta duração.

Como estão associados a uma concentração mais baixa de DAF, os orgânicos podem ser comprovados como reais aliados à saúde. Uma maneira de reduzir a exposição a pesticidas é trocar os alimentos que contém mais resíduos de OFs pelas suas versões orgânicas. Ou seja, aquele tomate orgânico lindo – e mais caro pode ser a melhor opção. No entanto, os cientistas explicam que mesmo os indivíduos com maiores concentrações de DAF não apresentam níveis inaceitáveis de contaminação, compatíveis com estado de intoxicação. ■ Fontes: »» Cynthia L. Curl et al., Environmental Health Perspectives (2015) »» Kathleen Tuck, Boise State University 05/02/2015 »» USA Environmental Protection Agency »“Shopper’s » Guide to Pesticides in Produce”, Environmental Working Group (2014)

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Tecnologias de rastreamento texto por Raisa Jakubiak

As dificuldades para encontrar as aeronaves que caíram sobre oceanos em 2014 chamaram a atenção para o fato de que as tecnologias de monitoramento de voos comerciais e cargueiros estão ultrapassadas. Será que é possível monitorar aviões de maneira mais precisa?

O Electra de Amelia Erhardt desapareceu no Oceano Pacífico em julho de 1937 sem deixar vestígios. Na década de 40, vários voos simplesmente sumiram no famoso Triângulo das Bermudas (inclusive uma esquadrilha com cinco bombardeiros Avengers, o famoso Voo 19). Em 1979, um cargueiro da Varig saindo de Tóquio sumiu, e até hoje ninguém tem a mínima ideia do que aconteceu.

No final dos anos 40 e no começo dos anos 50 as aeronaves não eram equipadas com computadores e os rádios, apesar de bons, não eram 100% confiáveis. “Algo poderia dar errado e você nunca saberia, pois esta informação jamais sairia do avião”, comentou Bob van der Linden, Diretor do Departamento de Aeronáutica do Smithsonian’s National Air and Space Museum, à revista Forbes em um artigo sobre acidentes aéreos que ocorreram antes do MH370 – ou seja, ainda antes do acidente com o AirAsia 8501.

Ele ainda comentou que os gravadores de voo estilo caixa preta apenas começaram a ser usados extensamente no começo dos anos 1960.

No entanto, por que continuamos ainda hoje a presenciar voos que simplesmente desaparecem? Depois do Air France 447 em 2009, cujas caixas pretas só foram encontradas quase dois anos após o acidente, 2014 foi um ano marcado por sumiços de aeronaves.

O MH17 foi aparentemente abatido em uma região de conflitos na Ucrânia. Mais recentemente, o AirAsia 8501, ainda sob estudo da perícia, caiu no mar de Java e levou dois dias para que os destroços começassem a ser encontrados. Em março de 2014 o voo 370 da Malasyan Airlines, que ia de Kuala Lumpur para Pequim, perdeu contato com os radares sobre o Mar do Sul da China. Até hoje nenhum destroço foi encontrado e o desaparecimento da aeronave continua um mistério.

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Todos os dias...

8,6

milhões de passageiros

99.700 voos em quase 50 mil rotas

U$17,5 »» Fonte: ATAG

bilhões em bens transportados

25.332

aeronaves comerciais em serviço

Tecnologia atual

Desde o começo dos voos transoceânicos, em 1919, a indústria de aviação encontra grandes desafios no rastreamento de aeronaves sobre grandes extensões de água. Na época de Amelia Erhardt os aviões contavam apenas com um rádio primário para se comunicar com as torres de controle. Hoje em dia, as aeronaves são “rastreadas” sobre o oceano através de algo simples: os pilotos reportam suas posições frequentemente através de ondas de rádio de Alta Frequência – rádios HF. Esta faixa foi escolhida pois, ao contrário dos rádios que utilizam ondas de Frequência Muito Alta (VHF), que abrangem a faixa de 30 MHz até 300 MHz, e Frequência Ultra Alta (UHF) no intervalo de 300 MHz a 3 GHz, ondas HF podem se propagar através da ionosfera terrestre, não sendo limitadas pela curvatura da Terra. No entanto, como estas frequências devem ser compartilhadas entre centenas de voos simultâneos, não é viável atualizar o controle de voo constantemente

em curtos espaços de tempo.

Segundo Rick Castaldo, que já foi Engenheiro de Vigiânica do Departamento de Transportes dos EUA e consultor de diversas empresas aeronáuticas no mundo todo, boa parte dos radares estão localizados no topo de montanhas, de maneira que “enxerguem” o mais longe possível. Contudo, a distância até a qual os radares conseguem rastrear com sucesso um alvo limita-se a cerca de 400 km. Após isso, o sinal de retorno do radar é tão pequeno que o sistema torna-se pouco confiável na detecção de objetos.

No entanto, apesar de o voo AirAsia 8501 estar dentro dos alcance dos radares quando desapareceu, a falta de informações sobre o que possa ter causado o acidente torna as investigações demoradas: durante o voo, sabia-se que o avião estava lá e o que o piloto havia relatado problemas, mas apenas isso. Segundo as notícias mais recentes da investigação da perícia, o piloto desabilitou o Flight Augumentation Computer (FAC).

Apesar de possível, outros pilotos afirmam que esta ação não é nada usual.

O procedimento é realizado apenas quando há uma emergência extrema, pois permite que um piloto leve um avião além dos limites de segurança.

Nova tecnologia ADS-B

Com tantas dificuldades inerentes ao sistema de monitoramento por rádio, os órgãos responsáveis pelo fornecimento de serviço de navegação de vários países estão mudando aos poucos para outros sistemas, principalmente o ADS-B (Automatic Dependent Surveillance Broadcast, algo como Transmissão de Vigilância Automática), baseado em GPS. O ADS-B utiliza uma combinação de satélites, transmissores e receptores para fornecer informações muito específicas sobre a localização e velocidade de aeronaves tanto aos controladores de voo em terra quanto às tripulações de outros voos.

Da perspectiva do avião, o ADS-B tem duas funções: os sinais de saída (ADS-B Out) são transmitidos pelas aeronaves para receptores localizados em terra ou em outros aviões. Os

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sinais do ADS-B viajam em linha de visada do transmissor ao receptor - em geral operam 1,09 GHz (UHF). Linha de visada é uma linha reta imaginária que une dois objetos sem interceptar obstáculos, de modo que uma pessoa na posição de um dos objetos possa ver o outro (o que acontece quando você consegue ver uma pessoa através de um espelho, logo ela pode ver você também). Isto também ocorre com ondas eletromagnéticas, ou seja, um transmissor pode “ver” uma antena e vice versa.

Este tipo de transmissão é característico de ondas de rádio de altas frequências, e os modos de propagação destas ondas dependem fortemente da frequência e da intensidade do sinal transmitido – características do transmissor e da antena. O ponto mais afastado em que um receptor a determinada altura consegue detectar o sinal emitido por um transmissor a outra altura chama-se horizonte de rádio e, caso este limite seja excedido, o sinal é bloqueado. O horizonte de rádio é 4/3 maior do que o horizonte óptico, devido à curvatura da Terra e às limitações do olho humano.

Assim que os sinais de ADS-B são recebidos por outros aviões na vizinhança, informações como latitude, longitude, altitude, velocidade e número do voo aparecem para o piloto em um display com informações sobre o tráfego aéreo.

Logo, o sinal recebido é chamado de ADS-B In (sinal de entrada).

No caso do ADS-B, o horizonte de rádio entre o avião transmissor e o receptor é de 100 milhas náuticas (cerca de 185 km), o que permite que o display forneça informações tanto sobre o tráfego próximo quanto mais longe. Ao mesmo tempo, satélites de navegação enviam informações precisas que permitem que aeronaves equipadas com Sistema de Navegação Por Satélite (GNSS) ou GPS possam determinar suas próprias posições e velocidades.

Diferente do radar comum, o ADS-B trabalha em baixas altitudes e em solo, logo também pode ser utilizado para monitorar o tráfico de aviões em taxiamento. O sistema também pode

Foto: Wikimedia Commons, Josullivan.59

Mapa global das rotas aéreas comerciais

Todos os dias 8,6 milhões de passageiros são transportados em quase 100 mil voos distribuídos em 50 mil rotas.

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Como funciona o ADS-B

Sátelite de sistema de navegação global

Utilizando uma combinação de satélites e receptores, o ADS-B fornece informações sobre a posição e velocidade de aeronaves presentes na área, tanto para a tripulação quanto para a equipe de controladores em solo.

informações sobre posição e velocidade Aeronave informando posição e velocidade com transmissor ADS-B Out

Aeronaves com receptores ADS-B In recebem informações sobre outros aviões na área

Torre de controle em solo recebe informações sobre a aeronave

Receptor ADS-B

Receptores remotos

O que significa ADS-B

A

Automatic (Automático) As informações sobre posição e velocidade são periodicamente transferidas de maneira automática (pelo menos uma vez por segundo) sem intervenção da tripulação ou operadores de voo. Outros parâmetros na transmissão são pré-programados e estáticos.

D

Dependent (Dependente) A transmissão é dependente da operação correta dos equipamentos que determinam a posição e velocidade, além da disponibilidade de um sistema de envio de dados.

S

Surveillance (Vigilância) Posição, velocidade e informações sobre outros aviões são dados de vigilância transmitidos.

B

Broadcast (Transmissão) A informação é transmitida para quaisquer aviões ou estações em solo com um receptor ADS-B.

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»» Fonte: “New Air Traffic Surveillance Technology”, William R. Richards, Kathleen O’Brien e Dean C. Miller, Boeing

ser efetivo em áreas remotas onde não há cobertura de radar.

Segundo os desenvolvedores do sistema, há várias vantagens em relação ao sistema convencional utilizando radares. Como a tripulação sabe sua localização e velocidade em relação a outros aviões, isso torna o voo mais “consciente”.

Por exemplo, se um avião se desvia do seu plano de voo, a informação é acessada rapidamente tanto pelo controle de solo quando por outras aeronaves na vizinhança.

O ADS-B atualiza seus dados a cada 6 segundos nos terminais e a cada 12 nos aviões, contrastando com os 14 minutos de espera entre as atualizações no sistema convencional. Assim, caso haja mudanças no tráfego que possam gerar conflito, ele informa de maneira praticamente instantânea se o piloto deve acelerar, subir ou descer, fornecendo maior tempo para a tomada de decisões do que o sistema de radar convencional. Finalmente, este tipo de melhoria pode permitir que número de voos aumente, já que mais aviões poderão ocupar o mesmo espaço aéreo de maneira mais segura.

No momento o ADS-B ainda necessita de uma estação em solo num alcance de 400 km que capte os sinais, impossibilitando seu uso sobre o oceano no que diz respeito ao monitoramento de solo. Entretanto, o fato de poder ser transmitido pelo ar, permitindo que uma aeronave possa detectar a outra, torna a tecnologia de grande interesse dos órgãos de serviço de navegação.

Para permitir o uso de ADS-B sobre o oceano, duas empresas, Aireon, na Virgínia, e ADS-B Tecnhologies, no Alasca, estão trabalhando na implementação do sistema em combinação com soluções de vigilância por satélite. A Aireon espera lançar um receptor ADS-B a bordo de um satélite de comunicações em 2015. O sistema da empresa deve contar com 66 satélites operacionais ainda em 2017. Já a ADS-B Technologies planeja utilizar o conglomerado de satélites Globstars, que já existe, porém ainda não tem cobertura no mundo todo.

Caixas pretas

Os aviões também são equipados com “caixas pretas”, que recolhem dados em tempo real sobre a saúde dos sistemas da aeronave, além de suas coordenadas e altitude.

Porém esta informação permanece na caixa até que as equipes de resgate consigam recuperá-la. As caixas pretas transmitem sinais para auxiliar na localização quando estão submersas, mas pode ser complicado localizá-las. No caso do AirAsia 8501, que caiu no Mar de Java no final de dezembro, as equipes de resgate levaram duas semanas para recuperar as caixas pretas. Já no acidente com o Air France 447 que seguia do Rio de Janeiro para Paris, foram necessários aproximadamente dois anos.

Uma nova tecnologia chamada Flyht poderia enviar os dados das caixas pretas para times de emergência no momento em que as situações de emergência estão ocorrendo.

A unidade pode ser equipada com uma bateria adicional que manteria o envio de informações mesmo após a aeronave perder a energia elétrica. A Flyht pode enviar as informações quando o sistema é acionado pelo piloto ou durante eventos extremos, como despressurização da cabine e falhas nos motores.

Monitoramento em automóveis

Não é apenas o setor aeronáutico que tem investido em melhores sistemas de rastreamento. A indústria automobilística também vem desenvolvendo diversos projetos de rastreamento de veículos ao longo da última década. Na Europa, uma lei deve inferir que em breve todos os carros deverão sair de fábrica com módulos de telemática que enviam informações importantes sobre o estado do veículo quando ele sofre uma colisão.

Assim que o acidente ocorre, um sistema embarcado baseado em celular manda um sinal para a central de emergência e aciona um equipamento de áudio exclusivo para o sistema. Isto permite que os socorristas se comuniquem com a pessoa que sofreu o acidente durante a chegada do socorro.

Um dos maiores empecilhos deste sistema seria a integração com todos os países da comunidade europeia. Seria necessário uma central que pudesse receber os sinais de todas as ocorrências do continente, redirecionando-as para as centras de bombeiros e socorro de cada país e região. Esta logística ainda é uma grande complicação e tem arrastado o projeto desde 2005. Estima-se que o sistema integrado só estará funcional em 2018.

Aqui no Brasil também há projetos sendo desenvolvidos na área, mas com o objetivo de segurança pública. Ao invés de um sistema de monitoramento (juristas questionam uma possível invasão de privacidade), os carros poderiam vir de fábrica com um localizador que funciona como sistema anti-furto. Em caso de furto ou roubo, o localizador seria acionado e o carro bloqueado. Neste caso, realmente esperamos que os trâmites legais deste projeto corram rápido. ■ Com a colaboração de Evaldir Negrelli, Engenheiro de Sistemas da Renault – Curitiba, nas informações sobre monitoramento de veículos terrestres.

Formado em Engenharia Elétrica com ênfase em Eletrônica pelo antigo CEFET-PR (atual UTFPR), Especialista em Engenharia e Design de Produto pela PUC. Atualmente também é professor no curso de Especialização em Engenharia Automotiva da UTFPR.

Fontes: »“New » Air Traffic Surveillance Technology”, William R. Richards, Kathleen O’Brien, Dean C. Miller, Boeing »» “Could Passenger Planes Be Tracked More Closely?”, Dave Majumdar, MIT Technology Review, 30/12/2014 »“When » Will Airlines Improve Their Tracking Technologies?”, Kristin Majcher, MIT Technology Review, 14/01/2015 »“Telemetria » e conceitos relacionados”, Alessandro Nicoli de Mattos »» http://www.airservicesaustralia.com »» http://www.ads-b.com/ »“5 » Missing Flights That Eerily Echo MH370”, Forbes, 27/09/2014 »“Aviation » Benefits Beyond Borders”, Air Transport Action Group (ATAG), Abril 2014

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Monoclonal antibodies have high molecular weights and/or peptidic structures.

They are more than 100 times larger than conventional small-molecule drugs.

Turning antibodies into small molecules text by Andre Sionek with excerpts from Christoph Rader

Targeted protein-based therapeutics, or “biologics�, have revolutionized cancer treatment during the past decade. Today there are more than 30 monoclonal antibodies (mAbs) marketed for treating cancer, autoimmune diseases and other serious medical conditions. A similar number are in late-stage clinical trials. They have come to market after decades of research and development at pharmaceutical companies, and some are paying off the bill: at least five mAbs have each garnered more than US$5 billion in annual revenue.

Monoclonal antibodies possess excellent specificity and affinity for cancer cell targets. Tripartite Y-shaped antibodies can selectively and tightly bind to foreign molecules with their two Fab regions (targeting functions) and recruit components of the host immune system with their Fc region (effector functions). The Fc region also mediates the recycling of the antibody molecule, resulting in its retention in the blood. These three natural features of antibody

molecules grant pharmacological properties to mAbs that are generally unmatched by small molecules.

The problem is that monoclonal antibodies have high molecular weights and/or peptidic structures - they are more than 100 times larger than conventional chemically synthesised small-molecule drugs. Given their size, composition and heterogeneity (mAbs are populations of similar, but not identical, molecules), their production requires more-expensive and less-precise biological synthesis.

Potential disadvantages include the possibility of allergic reactions, poor tissue penetration, immunogenicity, lack of oral bioavailability, requirement for low-temperature storage, difficulties in large-scale preparation, and high cost. All this has prevented the development of generics, and has slowed down the production of similar versions. Good for the pharmaceutical companies which are profiting and paying off the R&D. Bad for patients, because as there is no competition,

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the prices tend to be higher.

Therefore, a new class of small molecules which possess both the targeting and effector functions of antibodies, while being less than 1/20th (5%) of their molecular weight. They mimic mAbs pharmacological properties, and have the potential to become highly competitive drugs. Those small molecules can penetrate tissues and cells more efficiently and reach sites that are inaccessible to mAbs. They would have lower manufacturing costs and enable competition from generics.

And unlike mAbs, which often trigger immune responses in patients, small molecules are not immunogenic.

These compounds were reported by McEnaney et al. at the Journal of the American Chemical Society, and were called synthetic antibody mimics (SyAMs). In direct analogy to antibodies, SyAMs induce the formation of three-component complexes between effector and target cells, thus leading to multivalent crosslinking and

Nature, vol 518 pp 38-39 (2015)

a, Tripartite antibody molecules bridge target and effector cells by simultaneously engaging two structures (antigens) on the target-cell surface with their Fab regions and one effector-cell surface receptor with their Fc region.

b, Small molecules that mimic Fab regions can be docked to whole antibodies (not shown) or Fc regions (depicted) to produce molecules that have the pharmacological properties of antibodies.

c, McEnaney et al. now report a quadripartite synthetic antibody that is 20 times smaller than naturally occurring antibody molecules and readily generated by chemical synthesis.

activation of Fc receptors, followed by destruction of cancer cells.

The discovery and development of peptides, peptidomimetics and other small molecules that have a specificity and affinity for biological targets comparable to those of mAbs have been key in efforts to replace mAbs by small molecules. McEnaney et al. used chemical synthesis to combine a known Fab-mimicking small molecule that binds to a cell-surface receptor on prostate-cancer cells with a known Fc-mimicking cyclic peptide that selectively binds to an Fc receptor called CD64 on immune cells. The resulting compound mimics two of the three principal natural features of antibodies.

The authors used computer modelling to predict that less than one-third of the naturally occurring distance between Fab and Fc regions in an antibody is required to simultaneously engage receptors on two different cells, and they used this information to design their linker. They also found that two copies of each

Fab- and Fc-mimicking component are essential for efficiently mediating targeting and effector functions in vitro. The result is a quadripartite molecule that resembles tripartite antibodies with respect to composition and function, but which is 20 times smaller, homogeneous (all the molecules are the same) and readily generated by chemical synthesis.

Meanwhile, proponents of "biologics" are not sitting idle. Antibody engineers have generated a large variety of antibody molecules that have improved targeting and effector functions. For example, a new class of ‘bispecific’ antibody can recruit and activate T cells, which are particularly potent effector cells that cannot be directly engaged by natural antibodies and mAbs. Although not as miniaturized as synthetic antibody mimics, these bispecific antibodies are three times smaller than mAbs and can be clinically potent, safe and profitable. Intriguingly, however, synthetic antibody mimics might be better copies of these T-cell-engaging

biologics than of conventional mAbs, because the biologics bind to just one kind of effector-cell receptor (CD3) and do not need prolonged circulatory half-lives. All things considered, synthetic antibody mimics have the potential to become a new class of pharmaceutical. ■ Sources: »» Christoph Rader, “How to minimalize antibodies”, Nature, vol 518 pp 38-39 (2015) »» Patrick J. McEnaney et al. “Chemically Synthesized Molecules with the Targeting and Effector Functions of Antibodies”, J. Am. Chem.

Soc. 136, 18034−18043 (2014)

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os Efeitos de uma guerra

na produção científica

Foto: NBC News

texto por Raisa Jakubiak

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Tudo o que sobrou dos laboratórios de ensino e pesquisa em que o decano Alexander Shendrik, exilado da Universidade Nacional de Donetsk, trabalhava foram fotos em seu laptop. Espectrômetros, equipamentos de cristalografia por raios-x e outros equipamentos caros ficaram para trás, na mão dos separatistas.

O atual conflito na Ucrânia teve início com a decisão do governo de não assinar o acordo com a União Europeia em 2013. O fato de o governo ucraniano cogitar estreitar relações com a Europa deixou parte da população preocupada, inclusive cientistas. O receio por ter de aceitar certos valores e posturas europeus aumentava ainda mais a tensão no país.

Desde então diversas denúncias sobre a corrupção no país culminaram em manifestações, violência e mudança de regime, com a queda do Presidente Yanukovych. Após isso, as coisas se acalmaram na região oeste do país. No entanto, a Ucrânia é um país grande e que abriga vários grupos étnicos, principalmente Tártaros, Ucranianos e Russos. As regiões oeste e leste são completamente diferentes etnicamente.

Há várias visões sobre a origem da Rússia e da Ucrânia, mas a geral é baseada nos estudos dos historiadores do século XIX, que ligam a origem da Rússia a Kiev, capital da Ucrânia. Logo, muitos russos consideram a Ucrânia como parte da Rússia, e que a separação dos dois países foi um grande erro. Há divergências até entre o próprio povo Ucraniano: alguns são nacionalistas fervorosos, tanto que recentemente muitos recrutas têm desertado por se recusarem a lutar contra seus próprios cidadãos. Outros se sentem sobre a influência errada, achando que deveriam ser russos. A queda do presidente Yanukovych, considerado um líder no leste e no sudeste, resultou em combates entre separatistas e o governo ucraniano, com ápice na invasão de tropas russas à península da Criméia. A Criméia tem maioria étnica russa, cerca de 58% da população. Depois de sua anexação pela Rússia, muitas pessoas no leste e no sul ucraniano, que também têm grandes porcentagens de etnia russa, tinham esperança de que suas regiões também fossem anexadas. Desta maneira, separatistas em Donetsk e Luhansk declararam independência da Ucrânia e criaram referendos para dar um ar de legitimidade ao fato.

Guerra x Ciência Todo este conflito começou a trazer problemas sérios sobre os setores acadêmico e científico ucranianos. No início do outono de 2014, o Ministério da Ciência começou a deslocar 11 universidades que se localizavam em território de conflito, temendo o ataque por parte dos separatistas pró-Rússia.

Alguns dos campi foram dominados por separatistas. A maioria destas instituições foi relocada em cidades próximas e que ainda estão sob o comando do governo ucraniano. Porém laboratórios, amostras, espécimes e o trabalho de uma vida toda foram deixados para trás. Até agora cerca de 1.500 cientistas e professores, além de 100.000 estudantes foram forçados a deixarem suas vidas, trabalhos e estudos para trás.

O sudeste da Ucrânia é um polo de universidades, institutos e centros de pesquisa. Desde o tempo da URSS, as autoridades

investiram na região como um eixo de indústria e mineração, especialmente de carvão. A maioria da pesquisa desenvolvida por lá era direcionada à indústria: os centros de pesquisa de Donbas foram responsáveis por trabalhos pioneiros em nanotecnologia voltada para o fortalecimento de metais e materiais cerâmicos. Também havia investimento em ciência de base, principalmente em matemática e meio ambiente. Ao final dos anos 60, a cidade de Donetsk se tornou um dos seis centros científicos da Ucrânia, sendo a Universidade Nacional de Donetsk (DonNU) uma das de maior prestígio na Ucrânia.

Com muitas destas instituições deslocadas ou abandonadas, a comunidade acadêmica e o próprio governo temem uma queda drástica na produção e desenvolvimento de ciência no país. Por exemplo, Universidade Nacional de Donetsk foi deslocada em nada mais nada menos que 800 km a oeste, em Vinnytsya. Também há um grande número de pesquisadores que continua na região evacuada, pois se recusam a deixar familiares idosos, estudantes e projetos de pesquisa para trás.

Há ainda a porção que ficou por ser a favor dos separatistas, pois acreditam que uma anexação à Rússia pode significar a grande chance de recuperar o prestígio e o valor da ciência e tecnologia das suas universidades. Após a Ucrânia se tornar independente da URSS, a economia da região piorou e a infraestrutura para pesquisa e desenvolvimento se deteriorou.

Com a aproximação do governo ucraniano da Europa, muitos cientistas ficaram preocupados: “Eles tinham medo que isso significaria competir em nível europeu. Eles sabiam que teriam que publicar muito e trabalhar duro. Porém, aliados à Rússia, eles poderiam ser iguais”, disse um geólogo do Insituto Estadual R&D de Geologia de Minas, que é a favor do governo Ucraniano, sobre seus colegas pró-Rússia.

A Academia Nacional de Ciências da Ucrânia (NASU), que gerencia cerca de uma dúzia de institutos de pesquisa e outras entidades em Donbas, sofreu ataques por ter demorado demais a tomar providências em relação ao conflito. O físico Maksym Strikha, representante do Ministério da Educação e Ciência, comentou à revista Science que até certo momento havia a possibilidade de retirar os equipamentos, e que implorou para que os pesquisadores o fizessem às pressas. “Porém, eles foram muito conservadores e tentaram se esquivar de qualquer decisão”. Resultado: o instituto teve de ser abandonado às pressas, deixando trabalhos inteiros para trás.

“As pessoas achavam que seria um problema temporário”, explicou o físico Anton Naumovets, vice-presidente da NASU. Já na região de Luhansk, o zoólogo Igor Zagorodnyuk, da Universidade Nacional de Luhansk, chegou a sofrer ameaças de morte dos separatistas por não deixar a universidade até o fim de maio de 2014.

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Grandes perdas e contrabando de ciência Além de muitas universidades e institutos de pesquisa, o governo ucraniano perdeu o controle sobre o que é considerado um dos bens mais preciosos para a ciência nacional: o Observatório de Astrofísica da Criméia. Durante a década de 60, a equipe do observatório desenvolveu trabalhos pioneiros na medida da distância entre a Terra e a Lua, e mais recentemente desenvolvia estudos importantes em geodinâmica, como detectar irregularidades na rotação da Terra. Além disso, cientistas marinhos estão sofrendo com a falta de duas instalações dedicadas ao estudo das condições biológicas e físicas do Mar Negro, o Instituto de Hidrofísica Marinha (MHI) e o Instituto de Biologia dos Mares do Sul, ambos em Sevastopol. Outras perdas incluem a Reserva Natural de Karadag e a o campus da Criméia do Instituto Ucraniano de Arqueologia.

Alguns pesquisadores conseguiram “contrabandear” amostras e dados das antigas universidades. Já relocado em sua nova sala – na verdade um vão entre salas de exibição no Museu Nacional de História Natural da Ucrânica, em Kyiv, Zagorodnyuk exibe seu hd de 200 gigabytes enrolado em plástico bolha, com todo o conteúdo de seus dados e publicações: “Adivinha como eu consegui tirar isso de Luhansk?”, ele pergunta no artigo da Science. Ele explica que passou com o hd preso com fita crepe em sua perna por vários checkpoints onde os separatistas vasculharam seus pertences.

Alguns outros “contrabandos” conseguiram chegar com seus alunos, como algumas caixas formadas de várias caixas de fósforo coladas umas nas outras. Algumas contêm espécimes importantes, como tubos de ensaios contendo ossos minúsculos e a descrição em cirílico: “É uma toupeira coletada em 1912 no sul da Ucrânia”.

Enquanto isso, em Donbas a situação apenas piora. Na Universidade Estadual de Medicina de Dontesk, o regime separatista questionou a equipe remanescente sobre sua lealdade. De cerca de 800 pessoas, apenas 11 tiveram coragem de se declarar pró-Ucrânia. “O resto estava com muito medo”, apontou Maksym Netsvetov, chefe do departamento de fitoecologia do Jardim Botânico de Donetsk.

Não há consenso sobre o que irá acontecer daqui para frente.

Não há certeza sobre como a Rússia irá tratar a Criméia, nem se a Rússia irá mover mais a oeste. Enquanto isso, da mesma forma que a população da Ucrânia, a ciência sofre.

Fontes: »» Science, “Exodus from the East”, Richard Stone, Kyiv and Vinnytsya, Ukraine »» Harvard Summer School, “The Conflict in Ukraine: a Historical Perspective”, Lauren McLaughlin »» Global Research, “Ukrainians Against War. Conscripts Refuse to Fight against Their Own Citizens”, Stephen Lendman 29/01/2015

Edição 10 Fevereiro / Março 2015 Vai além da sala de aula

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Города, контролируемые Novohnativka

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