Polyteck | Edição 17

R$ 8,00 | ISSN 2447-6897 | nº 17 - Set/Out

RADIOASTRONOMIA CÉREBRO

ASTRONOMIA

SPORTS

Projeto ambiciona mapear todas as conexões cerebrais humanas página 3

Por que construímos telescópios para observar o céu? página 08

How Olympic athletes benefit from technology página 17

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Mapeamento

das conexões

do cérebro

Por Raisa Jakubiak

O cérebro humano é uma máquina potente e misteriosa. Responsável por sinais que garantem o funcionamento de todo o organismo, ele é uma grande rede de conexões que vai além: sensações, emoções, habilidades, memórias, comportamento. O seu mapeamento certamente é um dos maiores desafios do século XXI e, nessa direção, o Projeto Conectoma Humano (HCP) desenvolve um aspecto fundamental desse desafio: descobrir as vias neurais responsáveis pelas funções cerebrais e comportamento. Desvendar essa rede com mais de 100 bilhões de células interconectadas pode revelar muitos segredos sobre o que nos faz humanos e o que torna uma pessoa diferente da outra.

“E

u estudo o cérebro humano, as funções e a estrutura do cérebro humano. E eu só quero que você pense por um minuto no que isso implica. Aqui está essa massa gelatinosa (...) de 1,5 kg que você pode segurar na palma da sua mão, e ela pode contemplar a vastidão do universo interestelar. Ela pode contemplar o significado de “infinito” e pode contemplar a si mesma contemplando o significado de infinito. E é essa qualidade de recursos que nós chamamos de autoconhecimento, que eu penso ser o Cálice Sagrado da neurociência, da neurologia.

Um dia, eu espero, nós iremos compreender como isso acontece”. Essa foi a fala do neurocientista Vilayanur Subramanian Ramachandra, professor da Universidade da Califórnia em San Diego, no TED de 2007 intitulado “3 Clues to Understand the Brain”. “Mas como estudar as funções de um órgão com 100 bilhões de células nervosas interagindo entre si? (...) É destas interações que surge todo o espectro de habilidades que chamamos de ‘natureza humana’ e ‘consciência humana’. Mas como isso acontece?”, pergunta. Talvez algumas das nuances

de como isso acontece estejam mais próximas de uma explicação quase dez anos mais tarde.

Existem muitas maneiras de analisar o funcionamento do cérebro humano, e uma delas é olhar diretamente para ele. Exames como a ressonância magnética e a tomografia por emissão de pósitrons (PET) podem ajudar nesta missão.

Mas pelo que procurar? Uma abordagem muito utilizada pela neurociência é observar pacientes com lesões crônicas ou com mudanças genéticas em uma região pequena do cérebro. Nesse caso, o paciente não tem uma redução drástica das capacidades cerebrais, prejudicando a habilidade cognitiva, mas apenas uma perda extremamente seletiva de uma função, com as outras sendo preservadas. Esse tipo de abordagem permite afirmar com certa confiança que aquela parte do cérebro está, de alguma maneira, envolvida em acionar determinada função. Assim, é possível mapear funções de acordo com a estrutura e então descobrir o que o circuito está fazendo para gerar aquele tipo de ação.

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Projeto Conectoma Humano

Também é possível mapear as áreas do cérebro que são ativadas em indivíduos saudáveis quando determinada atividade é realizada. É essa a abordagem utilizada pelo Projeto Conectoma Humano (HCP, do inglês Human Connectome Project), iniciado em 2010.

O programa é semelhante ao Programa Genoma Humano (que visava mapear todo o genoma humano) em suas intenções e surgiu quando o U.S. National Institutes of Health (NIH) decidiu mapear todas as conexões do cérebro, ou seja, o conectoma humano.

O projeto tem um fundo de cerca de U$40 milhões divididos em dois consórcios colaboradores, cujo objetivo é adquirir dados em alta resolução tanto sobre a estrutura quanto sobre a função das conexões do cérebro humano. Os pesquisadores vêm tentando entender as vias neurais que nos fazem humanos e como mudanças nessas vias nos deixam doentes. Mais do que isso, os pesquisadores devem dividir essas informações com a comunidade científica mundial na forma de um banco de dados com imagens e dados e, com isso, acelerar o processo de compreensão do funcionamento do cérebro.

O consórcio liderado pelas Universidade de Washington, Universidade de Minessota e Oxford (WU-Minn) está mapeando os circuitos cerebrais humanos, baseado em imagens neurológicas não invasivas de última geração de 1.200 indivíduos saudáveis. Esse estudo renderá informações valiosas sobre a conectividade cerebral, sua relação com o comportamento e as contribuições dos fatores genético e ambiental nas diferenças individuais nas conexões e no comportamento das pessoas.

O primeiro bloco de informações foi disponibilizado ao público em março de 2013, quando mais de 2 terabytes de informação foram colocadas à disposição para download no site do projeto. Dentre elas, há milhares de imagens dos cérebros de 68 voluntários saudáveis, com regiões diferentes brilhando em cores vivas. Quatro técnicas são utilizadas para adquirir as imagens: a ressonância magnética funcional no estado de repouso (rfRNM) e a imagem por difusão por ressonância magnética (DMI) fornecem informações sobre a conectividade cerebral. A rfRNM fornece descrições sobre a conectividade funcional entre duas áreas diferentes de substância cinzenta, baseadas em correlações no sinal da rfRNM em regiões cerebrais que interagem funcionalmente. Já a imagem por difusão é utilizada para mapear as trajetórias de feixes de fibras percorrendo a substância branca do cérebro. Através de imagens por difusão de alta resolução angular (HARDI, do inglês High Angular Resolution Diffusion Imaging),

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é possível adquirir dados e tractografias para estimar as trajetórias das fibras e gerar mapas da estrutura das conexões entre regiões de substância cinzenta.

Em líquidos e gases, as moléculas se movem de maneira randômica, o que resulta em colisões entre as mesmas e na mudança abrupta de direção de seu movimento. Por exemplo, ao pingar uma gota de tinta numa folha de papel toalha, após certo tempo a tinta se espalha ao longo da folha de maneira simétrica e semelhante em todas as direções. Isso acontece porque uma folha de papel toalha é macia e sua microestrutura é muito menor do que o tamanho das partículas de tinta. Elas não enfrentam grandes obstáculos em seu caminho, movendo-se livremente em todos os sentidos, assim como quando depositadas num copo de água. Nesse caso, a difusão é livre e dita isotrópica, e a probabilidade da possível localização dessas moléculas é igual em todas as direções, ou seja, uma esfera.

Já se o mesmo experimento for realizado com uma folha de jornal, a tinta tenderá a seguir o padrão da mesma. Isso porque o papel utilizado para confeccionar jornais é muito áspero e estruturado, representando maiores obstáculos para as moléculas de tinta. Nesse caso, as moléculas irão se mover numa direção preferencial, uma vez que é mais fácil se difundir paralelamente à barreira do que de encontro a ela. Esse padrão é chamado de anisotropia.

No cérebro humano, a difusão ocorre de forma semelhante: as fibras nervosas da substância branca dificultam a difusão, funcionando como barreiras para as moléculas de água. Essa substância consiste em grandes feixes de fibras paralelas que conectam diversas áreas funcionais do córtex e estruturas da substância cinzenta. O comportamento das moléculas de água é fortemente dependente do ambiente das membranas que envolvem essas fibras. Em uma ponta, as membranas formam barreiras que restringem o movimento das moléculas dentro das células, fazendo com que o coeficiente de difusão seja menor do que num meio livre de obstáculos – assim como na folha de jornal. A movimentação preferencial das moléculas de água é no sentido paralelo às fibras, formando um vetor também paralelo, tomado como a direção das fibras.

Utilizando-se dessas informações direcionais, é possível criar um tensor de difusão e reconstruir a organização dos tractos presentes na substância branca através de algoritmos de sequenciamento contínuo das fibras. As imagens resultantes utilizam esquemas de cores e são conhecidas como tractografias. Nelas, as fibras recebem uma codificação de cores referentes

No último mês de junho, o último bloco de informações do HCP foi disponibilizado com os dados de todos os 1.200 pacientes estudados, totalizando 9,5 petabytes de informação disponíveis a neurocientistas de todo o mundo. Até agora, cerca de 5.600 cientistas já acessaram a base de dados.

aos eixos x, y e z, sendo geralmente o vermelho para a direção direita/esquerda, verde para anterior/posterior e azul para superior/inferior. Os eixos indicam apenas a direção em que corre a fibra nervosa, sem informar seu sentido.

Enquanto isso, outras técnicas são utilizadas para compreender a funcionalidade do cérebro. A rfRNM por tarefa ajuda a compreender o funcionamento do cérebro, enquanto a RNM estrutural consegue detectar o formato do córtex cerebral altamente convoluído.

Finalmente, uma bateria de testes comportamentais capazes de acessar funções motoras, sensoriais e cognitivas torna possível avaliar os circuitos cerebrais associados a características ou traços comportamentais.

O cruzamento dos dados obtidos nas imagens com os dados comportamentais é a base para compreender diferenças individuais na cognição, percepção e personalidade. Esse tipo de dado, inclusive devido à sua disponibilidade, fornece aos neurocientistas no mundo todo informações sem precedentes sobre como certas partes do cérebro funcionam em tarefas simples como, por exemplo, reconhecer rostos.

Desenvolvimento tecnológico

Um dos grandes avanços do projeto foi o desenvolvimento e aperfeiçoamento de tecnologias e técnicas. O grupo de Bruce Rosen, do Massachusetts General Hospital, trabalhando em colaboração com a Universidade da Califórnia em Los Angeles, construiu uma RNM personalizada que eles chamam de Connectom. O equipamento fica localizado no Massachusetts General e oferece até dez vezes mais nível de detalhe do que RNM convencionais, além de fazer o trabalho muito mais rápido: imagens 3D do cérebro que levavam 24h para serem feitas agora levam 1h. Além disso, para coletar dados, a equipe do HCP foi pioneira no uso de uma abordagem “multibandas”.

Enquanto nas imagens convencionais a aquisição é feita separadamente em sessões, a abordagem multibandas varre três sessões do cérebro ao mesmo tempo. O novo método permitiu aos pesquisadores adquirir imagens de alta resolução até oito vezes mais rápido do que utilizando equipamentos de RNM tradicionais. David Van Essen, da Universidade de Washington, comentou durante o simpósio Connectome Celebration, em junho deste ano, que a nova abordagem fornece informações

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de maior qualidade além de gerar “toneladas” de dados.

Além disso, como toda a tecnologia usada no projeto é de caráter aberto, essa técnica poderá ser utilizada em hospitais em breve. “Isso terá um impacto profundo em como nós fazemos estudos clínicos de rotina de RNM”, disse Rosen ao IEEE Spectrum.

Impressão digital

No filme Minority Report, baseado numa história do escritor de ficção científica Philip K. Dick, a polícia utiliza técnicas para prender indivíduos antes mesmo que eles cometam os crimes. O filme também apresenta um sistema de reconhecimento, utilizando-se da premissa que a atividade cerebral de cada pessoa é única como uma impressão digital, podendo ser utilizada com 99% de exatidão. Isso pode ser um pouco assustador, mas o projeto está levando a neurociência para mais perto desta realidade.

Um estudo relacionado ao HCP, publicado na revista Nature Neuroscience em outubro de 2015, apresentou os resultados de testes com 126 indivíduos que foram examinados enquanto executavam várias tarefas cognitivas, como testes de memória e linguagem. Para estudar os padrões de conectividade, os pesquisadores dividiram o cérebro em 268 regiões, procurando as áreas que apresentavam atividade sincronizada durante as tarefas. Nas regiões do cérebro envolvidas em

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controlar funções simples como a visão e movimentos, os circuitos neurais se conectam de maneira semelhante na maioria das pessoas. Já nas outras regiões, como nos lobos frontais, os pesquisadores encontraram padrões bem definidos para diferentes indivíduos, indicando que o perfil de conectividade é intrínseco. Eles inclusive foram capazes de ligar exames anteriores aos pacientes durante novos exames, mesmo quando a pessoa estava realizando outro tipo de atividade. “Até então não sabíamos até qual extensão cada indivíduo tinha seu padrão único de conectividade”, disse o neurocientista Russel Poldrack, de Stanford, Califórnia, à Nature.

No entanto, a “digital neural” não é uma assinatura totalmente confiável, apresentando 98-99% de exatidão quando uma pessoa está em repouso e caindo para 80-90% quando a mesma realizava tarefas cognitivas na segunda sessão. Emily Finn, uma coautora do estudo e estudante de neurociência da Universidade Yale, em New Haven, Connecticut, acredita que um dia este tipo de estudo poderá auxiliar os médicos a criar tratamentos personalizados para cada paciente, ao contrário de muitas das drogas utilizadas em tratamentos psiquiátricos que ainda são testadas na tentativa e erro.

Estilo de vida

Em abril de 2015, um estudo com dados dos conectomas em repouso de 460 indivíduos entre 22 e 35 anos

foi disponibilizada no site do HCP e publicado na Nature Neurosciences. A cada exame de imagem foram adicionadas informações sobre as pessoas como idade, se eles tiveram um histórico ou não de abuso de drogas, seu estado socioeconômico, os traços de personalidade e a seu rendimento em diversos testes de inteligência.

A equipe de cientistas realizou então uma análise robusta para identificar como essas características variavam entre os voluntários e se relacionavam com padrões diferentes de conectividade. Os resultados foram surpreendentes: pessoas com mais variáveis “positivas”, como maior grau de educação, melhor resistência física e desempenho acima da média em testes de memória apresentaram os mesmos padrões. Seus cérebros se mostraram mais fortemente conectados do que os de pessoas com mais variáveis “negativas”, como o fumo, comportamento agressivo ou histórico familiar de abuso de álcool.

Marcus Raichle, neurocientista da Universidade de Washington em St Louis, Missouri, disse à Nature estar impressionado a simples atividade e a anatomia dos cérebros foi suficiente para revelar este eixo “positivo-negativo”. No entanto, apesar de ser possível distinguir vidas de sucesso e insucesso, ainda é impossível determinar como características diferentes se relacionam entre si e mais, se as conexões enfraquecidas são a causa ou a consequência dos traços negativos. Ainda há um longo caminho até a compreensão dos riscos e características de cada indivíduo, mas no futuro, uma vez que estas relações sejam melhor compreendidas, pode ser possível fortalecer as conexões de cérebros mais enfraquecidos.

Gênio

atividade cognitiva, fizeram mais pontos no teste.

O mapeamento do conectoma humano em indivíduos saudáveis é o início de uma longa estrada de estudos dos circuitos cerebrais durante o desenvolvimento e envelhecimento das pessoas, além do estudo de diversas doenças e distúrbios neurológicos. No último mês de junho, o último bloco de informações do HCP foi disponibilizado com os dados de todos os 1.200 pacientes estudados, totalizando 9,5 petabytes de informação disponíveis a neurocientistas de todo o mundo. Até agora, cerca de 5.600 cientistas já acessaram a base de dados. Apesar de ainda haver muito a aprender sobre como as estruturas de conectividade diferem entre cada indivíduo, o mapeamento certamente irá transformar a nossa compreensão do cérebro humano.

Para saber mais • Megan Scudellari, “Brain Scanning Just Got Very Good—and Very Unsettling”, IEEE Spectrum (2016) • Human Connectome Project. https://www.humanconnectome. org/about/project/ • Eliza Strickland, “A Wiring Diagram of the Brain Advances in medical imaging allow the Human Connectome Project to map neural connections”, IEEE Spectrum (2013) • S. Carvalhal Ribas, Manoel J. Teixeira, “Tractografia: definição e aplicação na ressecção de tumores cerebrais”, Arquivos Brasileiros de Neurocirurgia n.30 (2011) • Maxime Descoteaux, “High Angular Resolution Diffusion Imaging (HARDI)”, Université de Sherbrooke, Québec, Canada • Rachel Ehrenberg, “ Brain scans pinpoint individuals from a crowd", Nature, (outubro de 2015) • Emily S Finn, Xilin Shen, “Functional connectome fingerprinting: identifying individuals using patterns of brain connectivity”, Nature Neuroscience 18, 1664–1671 (2015) • Sara Reardon, “Wiring diagrams' link lifestyle to brain”, Nature, 28 September (2015)

Sobre a autora Raisa Jakubiak é diretora de

Teste sua inteligência

As variações de conectividade também se estendem a outros setores da “psique” humana. Os pesquisadores observaram que os padrões de conectividade também se relacionam com a performance de um indivíduo num teste de inteligência. Isso não significa que você possa deduzir o quão inteligente uma pessoa é através da imagem de seu cérebro mas, segundo Poldrack, as singularidades aparentemente estão ligadas à função cognitiva. Em particular, pessoas com fortes conexões entre os lobos pré-frontal e parietal, especialmente ativos quando uma pessoa está desenvolvendo uma

redação da Revista Polyteck. Bacharela em Física pela Universidade Federal do Paraná, foi bolsista de iniciação científica no Group of Optoloectronic Organic Devices (GOOD), na UFPR, onde trabalhou no desenvolvimento de memórias orgânicas voláteis e aprendeu sobre a construção de transístores. Também trabalhou no LITS, na caracterização de um protótipo de lab-on-a-chip capaz de diagnosticar várias doenças com poucas gotas de sangue.

Apaixonada por ciência desde o berço, acha que o segredo para quem quer mudar o mundo é nunca parar de aprender. Trabalha na Polyteck para continuar aprendendo, e porque acha que faltam meios de comunicação feitos por quem vive a ciência no seu dia a dia.

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Por que construímos telescópios?

H

Por André Sionek

á no universo muito mais do que os olhos podem ver.

A frase, apesar de clichê, é verdadeira em vários sentidos. A primeira limitação dos nossos olhos é a sensibilidade, ou o número de fótons por segundo que devem chegar na retina para que consigamos enxergar um objeto. O limite de sensibilidade do olho humano depende de vários fatores, como o comprimento de onda da luz, mas, grosseiramente, cerca de 100 fótons/segundo devem atingir a nossa retina para que possamos ver um objeto. Esse limite de sensibilidade corresponde a enxergar uma lâmpada de 100 W a poucas centenas de quilômetros de distância. Isso significa que não vemos a maior parte dos objetos do universo simplesmente porque não recebemos fótons suficientes deles.

O poder de resolução, ou a capacidade de distinguir pequenos detalhes em um objeto, é outro aspecto que limita o que podemos enxergar no universo. A abertura circular do olho humano é análoga a uma versão 2D do experimento da fenda simples. Portanto a luz que passa pela pupila interfere consigo mesma criando um padrão circular de difração na retina. A resolução angular de um sistema óptico é definida pelo Critério de Rayleigh.* Se a distância

angular entre dois pontos for maior do que o critério, os dois pontos estão resolvidos (podem ser distinguidos um do outro), se é menor, eles não estão resolvidos. A resolução angular do olho humano é da ordem de 5.10-4 radianos, portanto qualquer objeto que tiver um tamanho angular menor do que esse valor torna-se indistinguível dos objetos ao seu redor. Essa resolução angular corresponde, aproximadamente, ao pingo do i em bulas de remédio a cerca de 30 cm dos olhos ou a uma mosca em uma parede a 10 m. O olho humano também só consegue perceber uma estreita faixa do espectro eletromagnético, denominado espectro visível ou óptico. As células fotorreceptoras da retina são sensibilizadas por fótons com frequências** entre 400 THz percebido como vermelho - e 750 THz - entendida pelo cérebro como violeta - sendo que cada frequência dentro desta faixa está associada à percepção de uma cor diferente. Até o século XVII, a luz visível era a única parte conhecida do espectro eletromagnético, porém sucessivas descobertas mostraram que as radiações eletromagnéticas compreendem desde ondas de rádio, com comprimentos de onda da ordem de metros, até raios gama, com comprimentos de onda da ordem de núcleos atômicos. Em

princípio, podem existir ondas eletromagnéticas com qualquer valor de λ entre 0 e ∞.

Por esses motivos construímos telescópios, equipamentos destinados a ampliar a sensibilidade, resolução e espectro percebidos pelos olhos humanos. Quanto maior for a objetiva de um telescópio, seja uma lente, espelho ou antena, mais fótons são captados e mais objetos podem ser observados. Também quanto maior for a objetiva, menor é a resolução angular que pode ser resolvida, ou seja, podem ser observados objetos mais distantes ou menores. E, finalmente, os telescópios nos possibilitam observar em outras janelas do espectro eletromagnético que não a luz visível. Para isso as ondas captadas pelas objetivas são enviadas para sensores (geralmente CCDs) que transformam essa radiação em sinais elétricos utilizados para gerar uma imagem em um computador.

A imagem mostra o telescópio de 8,2 m de diâmetro da ESO, Very Large Telescope (VLT), e ao fundo um telescópio auxiliar de 1,8 m de diâmetro no observatório Paranal, no Chile.

No céu é possível observar a conjunção da Lua, Júpiter e Vênus, assim como a Via Láctea próxima ao horizonte.

Crédito: ESO/Y. Beletsky

* O Critério de Rayleigh é definido por Θ=1,22 λ/D, onde Θ é a resolução angular, λ o comprimento de onda, e D é o diâmetro da objetiva. **Frequência e comprimento de onda estão diretamente relacionados por λ=c/f onde c é a velocidade da luz e f a frequência.

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ALMA

o mais ambicioso projeto de radioastronomia do mundo Por André S ionek

D

eserto do Atacama, Chile - um dos lugares mais secos do mundo. A 5.000 m acima do nível do mar, o corpo humano já sente vários sintomas semelhantes ao de uma ressaca - fadiga, dores de cabeça e dificuldades de raciocínio - devido à baixa pressão atmosférica e consequente redução dos níveis de oxigênio disponível. Mesmo este ambiente aparentemente inóspito consegue abrigar algumas formas de vida: microrganismos e vegetais, flamingos, lagartos, vicuñas - um parente das lhamas que evolutivamente se adaptou a viver em grandes altitudes - e cerca de 260 astrônomos, engenheiros e cientistas que trabalham no mais ambicioso projeto de radioastronomia do mundo: o ALMA. O ALMA (Atacama Large Millimiter/submillimiter Array) é um conjunto de 66 antenas instaladas no Altiplano de Chajnantor, um platô localizado no Deserto do Atacama, no Chile, a 5.000 m acima do nível do mar.

As antenas são chamadas de radiotelescópios, mas tecnicamente o ALMA não trabalha com ondas de rádio.

Elas captam ondas eletromagnéticas nas bandas de microondas e infravermelho - com comprimentos de onda da ordem de milímetros e micrômetros, ou frequências entre 84 GHz e 950 GHz. Inaugurado há apenas três anos, o ALMA abriu uma janela totalmente nova para universo graças à sua alta resolução e sensibilidade, permitindo que cientistas entendam melhor as nossas origens cósmicas. Estudar o universo na região de comprimentos de onda milimétricos e submilimétricos é

essencial para a investigação dos componentes mais frios do espaço como nuvens moleculares, regiões do meio interestelar compostas por gás e poeira onde a formação de estrelas está ocorrendo. Somente comprimentos de onda maiores conseguem escapar dessas regiões, já que a luz visível é espalhada e absorvida pela poeira.

As origens do ALMA datam de 1999, quando foi assinado um primeiro memorando entre a comunidade norte americana, representada pela NSF (National Science Foundation), e a comunidade europeia, representada pelo ESO (European Organisation for Astronomical Research in the Southern Hemisphere). Em 2002, as entidades fizeram um acordo para construir o ALMA em um platô no Chile. Posteriormente, o Japão se juntou à construção do ALMA através do NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan). O acordo entre os países previa a construção de 25 radiotelescópios pelos norte americanos, 25 antenas pelos europeus e outras 16 pelos japoneses.

Em 2007, as peças das antenas, produzidas por cada parceiro em diferentes lugares do mundo, começaram a chegar ao Chile para a montagem, já que seria inviável transportar uma antena de 100 ton e 12 m de diâmetro inteira por portos e estradas. O ALMA começou como um projeto ambicioso de colaboração global, envolvendo parceiros de quatro continentes, mas esta colaboração não se encerrou com a construção do complexo. Os países do consórcio também forneceram profissionais que, além de trabalhar na montagem dos

Crédito: André Sionek

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Vicuñas, um parente das lhamas que evolutivamente se adaptou a viver em grandes altitudes, e vegetação típica da região podem ser observados nos 28 km que ligam o OSF, a 2.900 m de altitude, ao Altiplano de Chajnantor, a 5.000 m, local onde ficam instaladas as antenas no AOS. Crédito: André Sionek

equipamentos, treinaram e transferiram conhecimentos sobre a tecnologia para os profissionais chilenos. Hoje cerca de 85% dos trabalhadores que cuidam da manutenção dos radiotelescópios do ALMA são chilenos. Em outubro de 2011, mesmo com menos da metade das antenas instaladas, o observatório abriu os olhos para o céu em uma série de observações científicas iniciais. Em março de 2013 a última das 66 antenas foi instalada no Altiplano de Chajnantor e o complexo foi oficialmente inaugurado.

No último ano o ALMA ofereceu 2.200 horas de observação para a comunidade científica e a expectativa é que este tempo aumente à medida que problemas de integração, software e defeitos nas antenas sejam resolvidos. O Chile tem direito a 10% do tempo de observação, os outros 90% são distribuídos entre os parceiros de acordo com a sua contribuição financeira ao ALMA. Embora aceitem projetos de pesquisa de pesquisadores de todo o mundo, é dada uma atenção especial a pesquisadores dos países que financiaram o projeto.

Trabalhando no ALMA

A equipe que opera o ALMA se reveza em turnos de 8x6 (oito dias de trabalho por seis de descanso). Nos dias de descanso, os trabalhadores são autorizados a voltar para suas

casas em cidades da região ou para Santiago. Já durante os dias de trabalho, eles vivem em uma instalação de suporte às operações chamada de OSF (Operations Support Facility), onde ficam as residências dos trabalhadores, os laboratórios, sala de controle, ginásio de esportes, entre outros. O OSF fica próximo à cidade de São Pedro de Atacama, e está a cerca 2.900 m sobre o nível do mar, uma altitude elevada para os padrões de vida da maioria das pessoas, mas comparável à de outros observatórios astronômicos onde cientistas trabalham. A 28 km de distância do OSF e 2.100 m mais alto fica o local de operação dos radiotelescópios chamado de AOS (Array Operations Site). As operações humanas no AOS são limitadas ao mínimo possível devido aos efeitos da altitude.

Por isso todo o controle, análise de dados e reparos nas antenas são realizados no OSF. Devido à complexidade em receber e alojar cientistas de todo o mundo no OSF, os cientistas que tiveram pedidos de pesquisa aceitos pelo ALMA não precisam se deslocar até o Deserto do Atacama para realizar as observações. Em vez disso os dados são enviados remotamente por uma equipe de astrônomos que trabalha na operação das antenas, interferometria e no processamento dos dados obtidos nas observações.

Vista do pôr do Sol na região de São Pedro de Atacama no Chile, próximo das instalações do ALMA. 1) Vulcão Licancabur, altitude 5.920 m; 2) Cidade de São Pedro de Atacama, altitude 2.400 m, 2.000 habitantes; 3) ALMA Array Operations Site (AOS), altitude 5.000 m, não visível, localizado atrás das montanhas. 4) ALMA Operations Support Facility (OSF), altitude 2.900 m, mancha branca visível na foto; Crédito: André Sionek

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Crédito: André Sionek

Crédito: André Sionek

Adele Plunkett, astrônoma

Pablo Carrillo, engenheiro

A astrônoma Adele Plunkett faz parte dos quadros do ESO e conta que teve a sua primeira experiência com astronomia no Chile em 2008, com um telescópio óptico, enquanto cursava a sua graduação em física. Durante o seu doutorado em astronomia na Universidade de Yale, nos EUA, ela começou a trabalhar com interferometria e radioastronomia.

Foi assim que teve a oportunidade de trabalhar com o ALMA em 2012, enquanto ele era construído. Ao concluir os estudos, candidatou-se para trabalhar no ALMA através do ESO. Ela conta que passa a maior parte do tempo em Santiago, mas que aproximadamente uma vez ao mês vai a São Pedro de Atacama para realizar trabalhos no OSF.

Pablo Carrillo é supervisor de manutenção das antenas. Formado em engenharia mecânica, começou a trabalhar no ALMA em 2010. Ele conta que participou de todo o processo de construção, integração eletrônica e instalação das antenas no platô de Chajnantor. “Depois da construção eu fui movido para o departamento de manutenção, e aqui você cuida das coisas típicas de manutenção, como trocar o óleo, graxa… Basicamente o mesmo cuidado que você tem com o seu carro, você tem que ter com as antenas” brinca, afirmando em seguida que a manutenção dos equipamentos eletrônicos e de alta tecnologia também faz parte de suas atribuições. As pessoas que trabalham na manutenção de equipamentos tão caros e sofisticados precisam ter um bom conhecimento de mecânica e de engenharia, mas não é necessário nenhum conhecimento específico, pois ao ingressar no ALMA elas recebem treinamento e tem à disposição uma extensa documentação sobre todos os procedimentos.

Ela conta que a sua área de interesse é estudar nuvens de gás frio que ainda não se tornaram estrelas. Com o ALMA é possível analisar a composição da nuvem de gás conforme ela colapsa, aumentando a pressão e temperatura, até que eventualmente se transforme em uma estrela. “Às vezes nós somos capazes de observar algo que as pessoas não sabem explicar, mas nós sabemos que está lá!”, afirma Plunkett, e é aí que entra o trabalho dos astrônomos: desenvolver teorias para explicar o que foi observado. Ela conta que muitas vezes, em reuniões de especialistas, não se chega a um consenso sobre uma explicação ou teoria para o que foi observado.

Ela aconselha os estudantes de doutorado que queiram se envolver a se candidatar para o ESO Studentship Programme e passar um período no Chile trabalhando com os telescópios da organização. Outra maneira de se envolver é trabalhar com astrônomos que utilizam os dados coletados pelos telescópios do ESO em suas pesquisas. “Os astrônomos do ESO gostam muito de colaborar e ensinar. Então se você tiver interesse em algum tópico, eu acho que você pode contatar o pesquisador. Se você for apaixonado por um assunto e o astrônomo também for apaixonado por este mesmo assunto, então é muito provável que vocês encontrem uma maneira de trabalhar juntos”, finaliza a astrônoma.

Os engenheiros de manutenção do ALMA precisam ter uma excelente saúde para trabalhar a 5.000 m de altitude e -20 ºC. Todos os funcionários passam por exames médicos periódicos e além disso utilizam cilindros de oxigênio enquanto trabalham no AOS. Essa medida é necessária, pois a falta de oxigênio prejudica o raciocínio e pode levá-los a tomar decisões equivocadas que podem eventualmente estragar um equipamento que custa alguns milhões de dólares.

“Se você tiver um excelente background técnico, com pós-graduações e coisas do tipo, você será beneficiado quando se candidatar para trabalhos deste tipo”, afirma Carrillo. Entretanto, ele acredita que relacionamentos sejam um aspecto mais importante para quem procura trabalhar na área: “Projetos como o ALMA são multiculturais. São pessoas de todas as partes do mundo.

Diferentes caracteres, diferentes personalidades, e você precisa aprender a trabalhar com muitas pessoas. E isso não é fácil! Então a sua atitude ao receber críticas e opiniões faz toda a diferença.”

Ele também conta sobre a sua rotina de trabalho. “Antes de vir para o ALMA eu costumava trabalhar por cinco dias e descansava nos finais de semana. E agora eu acho muito bom trabalhar aqui no ALMA durante sete dias seguidos. Aqui eu não tenho que lavar a louça ou arrumar minha cama, mas quando eu volto pra casa tenho que fazer tudo lá”, afirma aos risos, “mas a boa coisa é que se você tem uma família... Então você tem uma semana inteira para se concentrar neles e esquecer o trabalho, e depois outra semana para se concentrar totalmente no trabalho.”

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Interferometria - Como o ALMA funciona?

Visão esquemática do caminho seguido por um sinal astronômico depois que ele é captado por uma antena do ALMA. Primeiramente o sinal é coletado pela antena, então é convertido a um estágio criogênicamente resfriado a 4 Kelvin no Front End, digitalizado no Back End e transmitido por fibras ópticas até o prédio técnico do AOS. Lá ele é combinado com o sinal das outras 66 antenas no Correlator, um supercomputador.

As antenas são controladas a partir do OSF, onde a informação é recebida, arquivada e é testada para garantir que os dados foram coletados corretamente. Crédito: Antonio Hales e EPO team

P

elo Critério de Rayleigh, quanto maior for o comprimento de onda, maior deve ser o diâmetro da objetiva para se obter uma mesma resolução angular.

As antenas do ALMA captam comprimentos de onda da ordem de milímetros, muito maiores do que os comprimentos de onda de luz visível (da ordem de nanômetros). Por essa razão os radiotelescópios precisam ter objetivas muito maiores do que os telescópios ópticos. A objetiva do ALMA possui 14.000 m de diâmetro, enquanto o maior telescópio óptico em operação, o Gran Telescopio Canarias, na Espanha, possui uma objetiva com “apenas” 10,4 m de diâmetro.

No entanto, é impossível construir e operar, pelo menos com as tecnologias atuais, um radiotelescópio com 14 km de diâmetro. Então os cientistas recorrem a uma pequena

“trapaça”, chamada de interferômetro, para simular uma objetiva desse tamanho, utilizando várias antenas muito menores. A técnica de interferometria pode ser explicada de maneira simples: basta combinar ondas eletromagnéticas obtidas por duas ou mais antenas, aplicar algumas operações matemáticas sobre este sinal combinado e construir imagens que revelam várias informações sobre a fonte, seja ela um planeta, uma estrela ou uma galáxia. A resolução de um interferômetro não depende do diâmetro individual de cada antena, mas da separação máxima entre elas.

Colocar os radiotelescópios mais longe uns dos outros aumenta o poder de resolução do interferômetro, permitindo detectar detalhes menores.

Em termos mais técnicos: um sinal emitido por uma fonte segue um caminho ligeiramente diferente até cada antena. Isso faz com que

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ele chegue fora de fase (com uma pequena diferença de tempo). Se soubermos a distância exata entre um par de antenas é possível alinhar as ondas (colocá-las em fase novamente) e calcular a distância até a fonte.

Para produzir imagens com alta qualidade é necessário um grande número de separações diferentes entre os telescópios, ou diferentes baselines*. Esse alinhamento de fase entre as ondas captadas por um par de antenas é feito por um sistema eletrônico, mais precisamente um supercomputador chamado de Correlator.

O resultado deste alinhamento é um padrão de interferência chamado de interferograma. No caso do ALMA, 50 radiotelescópios são utilizados no processo de interferometria, resultando em 1225 baselines entre diferentes pares de antenas. Conforme estes sinais simultâneos são combinados pelo correlator, as ondas são *A separação entre dois telescópios projetada na direção da fonte é chamada de baseline.

Crédito: André Sionek

somadas e o interferograma é melhorado (as ondas sofrem interferência construtiva). Então a técnica de síntese de abertura é utilizada para matematicamente gerar uma imagem, pois cada baseline do padrão produzido pelo interferômetro é um componente da Transformada de Fourier da distribuição espacial do brilho do objeto observado. Também é possível realizar análises de espectroscopia ao separar os comprimentos de onda do sinal captado pelas antenas, por exemplo.

Em teoria essa noção de interferometria é bem simples, mas na prática não é tão simples assim.

Para operar corretamente, o ALMA deve ter todas as suas 66 antenas e todo o aparato eletrônico de suporte funcionando em perfeita sincronia com uma precisão de um milionésimo de um milionésimo de segundo.

Isto só é possível graças a um relógio atômico de hidrogênio instalado no prédio técnico do AOS. Ainda há o problema de reduzir as possíveis atenuações e perturbações sofridas pelo sinal, desde o momento em que ele toca cada antena até ele ser digitalizado e transmitido por vários quilômetros de fibra óptica até o supercomputador central, chamado de Correlator. E se tudo isso descrito acima não for desafiador o suficiente, o caminho que o sinal percorre pelas fibras ópticas desde cada antena até ser combinado no Correlator deve ser conhecido com exatidão de micrômetros, da ordem do diâmetro de um fio de cabelo. Ainda precisam ser feitas outras correções pois, quando a onda penetra a atmosfera da Terra, é parcialmente absorvida, desviada e atrasada por moléculas de CO2, oxigênio e até mesmo água (mesmo a 5.000 m de altitude e nas condições áridas do Deserto do Atacama). Por isso sete estações meteorológicas e radiômetros de vapor de água, especialmente construídos para o ALMA, são usados para corrigir estes efeitos atmosféricos.

Antenas - Engenharia de Precisão O ALMA possui 66 radiotelescópios em operação, 54 deles com objetivas (ou pratos) de 12 m de diâmetro e 12 antenas menores com diâmetro de 7 m cada. A parte mais visível de cada radiotelescópio é o prato, a grande superfície refletora que desempenha o mesmo papel do espelho dos telescópios ópticos: coletar a radiação de objetos astronômicos distantes e focá-la em um detector. A diferença entre os dois tipos de telescópios é o comprimento de onda da radiação detectada. Os comprimentos de onda maiores, cerca de 1.000 vezes os da luz visível, são a razão pela qual os pratos das antenas não são espelhos, mas possuem uma superfície de placas metálicas.

Para produzir resultados precisos, a superfície refletora de qualquer telescópio deve ser virtualmente perfeita. Como não existe nenhuma vaca esférica, construímos superfícies imperfeitas, mas com defeitos não maiores do que uma pequena porcentagem do comprimento de onda a ser detectado. Isso significa que os pratos do ALMA, embora tenham uma precisão de 25 µm, não precisam do acabamento mais fino utilizado nos telescópios de luz visível (que os tornam espelhados). Esta precisão da ordem de micrômetros faz com que os pratos sejam péssimas superfícies refletoras para fótons de luz visível, mas praticamente perfeitas para um fóton de comprimento de onda submilimétrico. Os pratos das antenas são compostos de pequenos painéis de alumínio precisamente posicionados um ao lado do outro, diferente da maioria dos espelhos utilizados em observações ópticas, que são formados por uma única peça. De tempos em tempos a equipe de manutenção precisa ajustar estes painéis para garantir a precisão das antenas.

Além da superfície refletora cuidadosamente construída, as antenas devem mover os pratos com uma precisão angular de 0,6 arcosegundos (um arcosegundo corresponde a 1/3600 de um grau). Como os sinais captados são combinados no processo de interferometria, elas também devem ser capazes de ser reposicionadas de acordo com o tipo de observação necessária. Diferente de um telescópio que é construído e permanece em um único lugar, as antenas devem ser robustas o suficiente para serem levantadas e movidas entre as diferentes fundações de concreto sem afetar a sua engenharia de precisão.

Os radiotelescópios também devem ser capazes de realizar este trabalho de precisão sem a proteção de um domo. Os pratos ficam expostos às condições ambientais severas do platô de Chajnantor: ventos fortes, luz solar intensa, e temperaturas entre +20 e -20 oC. Apesar de estarem em uma das regiões mais secas do planeta, de vez em quando as antenas também precisam sobreviver à neve.

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Crédito: André Sionek

Transportando uma Antena Apesar de serem robustas, pesadas (cerca de 100 toneladas cada) e muito bem construídas, as antenas apresentam defeitos. As condições ambientais no Array Operations Site (AOS), a 5.000 m de altitude, não são nada favoráveis para o trabalho humano. Por isso as antenas precisam ser movidas até o Operations Support Facility (OSF), numa altitude menor, onde os reparos são realizados pela equipe de engenharia. O ALMA conta com dois veículos especiais construídos para carregar as antenas sem precisar desmontá-las para viabilizar a logística de manutenção. Os gigantescos Otto e Lore, nomes dados aos dois veículos amarelos gêmeos, têm 20 m de comprimento, 10 m de largura, 6 m de altura e cada um possui 28 pneus. Descarregado cada veículo pesa 130 toneladas. Para dar conta de carregar uma antena, cada um possui dois motores a diesel de 700 HP (500 kW) - basicamente dois motores de Fórmula 1 - e dois tanques de 1.500 litros de combustível. Eles se movem a uma velocidade máxima de 12 km/h quando carregados, então uma viagem pelos 28 km que separam o OSF do AOS demora de 3 a 4 horas. Além disso o veículo possui um gerador a diesel que é utilizado para manter os sistemas de resfriamento dos radiotelescópios funcionando enquanto eles são transportados.

Além das viagens para manutenção, o veículo também é usado para deslocar e arranjar as 66 antenas, em diferentes configurações, com a distância máxima entre elas variando entre 150 m na configuração compacta, até cerca de 16 km na configuração estendida. Pablo Carrillo, supervisor de manutenção das antenas no ALMA, conta que existem quase duzentas fundações com energia e fibra óptica no AOS prontas para receber uma antena. De tempos em tempos, Otto e Lore são levados até o AOS para trocá-las de lugar e mudar a configuração do interferômetro. Apesar do tamanho monstruoso, os veículos são capazes de posicionar os radiotelescópios com precisão milimétrica sobre as fundações, condição essencial para que o processo de interferometria funcione perfeitamente. A realocação de uma antena demora cerca de meio dia para ser concluída, e ela geralmente está pronta para operar na nova posição no dia seguinte.

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Sensores e Processamento - Front End e Back End

O sistema de sensores e refrigeração (Front End) do ALMA é o primeiro elemento de uma complexa cadeia de recepção, conversão, processamento e gravação do sinal recebido por cada antena. O Front End foi construído para receber sinais em dez diferentes bandas de frequência, sendo um receptor diferente para cada banda. O ALMA faz observações em uma banda de cada vez. Todos os sensores são instalados em cartuchos dentro de um criostato, que opera a 4 Kelvin (equivalente a 269 oC abaixo de zero), no corpo da antena.

O refletor secundário é o responsável por direcionar o feixe radiação captado pelo prato, focando-o no receptor desejado para o estudo em questão.

Os dados analógicos produzidos pelo sistema eletrônico do Front End são processados e digitalizados e então encodados e multiplexados dentro de cada antena antes de serem transmitidos até o Correlator através de fibras ópticas.

A distância máxima entre o Correlator e uma antena (em uma das configurações) é de cerca de 15 km. No prédio técnico do Array Operations Site (AOS) os sinais ópticos que chegam de cada um dos radiotelescópios são demultiplexados e desencodados antes de entrar no Correlator.

O Correlator, um dos supercomputadores mais poderoso do mundo, possui mais de 134 milhões de processadores e executa até 17 quadrilhões de operações por segundo e é capaz de continuamente combinar e comparar os sinais recebidos por 64 antenas - são 2.016 combinações entre pares de antenas - permitindo que elas funcionem em conjunto como se fossem um único telescópio gigante. Só o seu sistema de resfriamento consome 140 kW de potência porque o computador está instalado a 5.000 m de altitude, onde o ar é mais rarefeito, consequentemente é necessário o dobro do fluxo de ar normalmente utilizado para resfriar o equipamento. Os disco rígidos também não são confiáveis em ar rarefeito, então o Correlator e os outros computadores associados precisam operar sem discos. A atividade sísmica na região também é comum, logo o supercomputador também deve resistir às vibrações associadas com terremotos. Todos os softwares também foram desenvolvidos por engenheiros para atender as especificações do projeto, e hoje o trabalho se concentra em novos releases dos programas utilizados no observatório - desde atualizações para as operações matemáticas realizadas pelo Correlator até melhorias nas interfaces utilizadas pelos astrônomos para visualizar os dados.

Depois de combinados no Correlator, os dados são enviados por fibras ópticas até o OSF, onde um grupo de astrônomos trabalha na análise dos dados e na efetiva produção das imagens geradas pelo conjunto de antenas. Quando os trabalhos de uma observação são finalizados, as imagens, espectros, e outros dados são finalmente enviados pela internet para os pesquisadores que solicitaram aquelas informações.

Pelo período de um ano, somente o cientista que teve o projeto de pesquisa aprovado tem acesso às observações. O tempo deve ser suficiente para elaborar e publicar um artigo científico. Após um ano, o ALMA torna público todos os dados e qualquer pessoa pode utilizá-los em suas pesquisas.

Ciência com o ALMA A astrônoma Adele Plunkett, do ESO, afirma que existem diferentes categorias de ciência no ALMA. Cosmologia, por exemplo, busca por galáxias muito distantes para entender quais eram as condições do universo em sua infância. Plunkett diz que “você não pode, por exemplo, pegar uma única galáxia e observar ela evoluir, porque isso levaria alguns bilhões de anos. Então observando galáxias semelhantes a diferentes distâncias, você pode dizer como uma galáxia evoluiu ao longo do tempo.” Outra categoria de ciência é o estudo de diferentes tipos de galáxias, “ALMA é poderoso o suficiente para você estudar o gás, as estrelas e as condições em muitas galáxias diferentes. Muitos astrônomos estão usando o ALMA para estudar a quantidade de monóxido de carbono e entender como as estrelas são formadas nessas galáxias.” O ALMA também nos ajuda a estudar a formação de estrelas dentro da nossa própria galáxia, a Via Láctea. Mas as descobertas mais relevantes do ALMA, na opinião de Plunkett, são relacionadas ao estudo de discos protoplanetários, pois o conjunto de radiotelescópios possui altíssima resolução e é capazes de observar a formação de planetas ao redor de estrelas muito jovens, algo que até então não era possível.

Antes mesmo da inauguração, o ALMA já fez importantes descobertas com suas observações de verificação científica. Em

agosto de 2012, um time de astrônomos encontrou moléculas de glicoaldeído - uma forma simples de açúcar - no gás que circunda uma jovem estrela com massa similar à do Sol, distante cerca de 400 anos-luz da Terra. Glicoaldeído já havia sido encontrado antes no espaço interestelar, mas essa foi a primeira vez que ele foi encontrado tão perto de uma estrela similar ao Sol - em distâncias comparáveis à distância de Urano ao Sol no nosso Sistema Solar. Esta é uma descoberta que mostra que alguns dos componentes necessários para a vida existiram neste sistema no momento da formação dos planetas. Já em junho de 2016, pesquisadores encontraram álcool metílico (metanol)

Correlator: supercomputador instalado no AOS, a 5.000 m de altitude, é o responsável por combinar os sinais captados pelas 66 antenas do ALMA. Crédito: André Sionek

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em um disco protoplanetário utilizando o ALMA. A detecção desta molécula auxilia os astrônomos a entender os processos químicos que ocorrem durante a formação de sistemas planetários. Entender como essas moléculas são incorporadas a um planeta em formação pode nos dizer muito sobre as origens da vida, tanto aqui na Terra como em outros lugares do universo.

O ALMA também já foi utilizado para medir a massa de buracos negros supermassivos - alguns têm bilhões de vezes a massa do Sol - que dominam o centro de galáxias. Para obter esse resultado, os astrônomos da Universidade da Califórnia em Irvine mediram a velocidade do gás monóxido de carbono ao redor do buraco negro no centro de NGC 1332, uma massiva galáxia elíptica a aproximadamente 73 milhões de anos luz da Terra. Essas observações forneceram uma das medidas de massa mais precisas de buracos negros fora da nossa galáxia, ajudando a definir uma maneira de estimar o peso de outros objetos semelhantes.

Uma outra imagem de um disco de poeira e gás captada em uma resolução nunca antes alcançada sugere que um planeta com uma órbita semelhante à da Terra está começando a se formar ali. Outra pesquisa realizada com o ALMA detectou um sinal claro de oxigênio em uma galáxia localizada a 13,1 bilhões de anos luz da Terra. É o oxigênio mais distante já detectado e ele parece estar ionizado por várias jovens estrelas gigantes.

Esta observação pode ajudar a entender a enigmática “reionização cósmica” que ocorreu no começo da vida do Universo.

Participação do Brasil

Em dezembro de 2010, o então Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação assinou um acordo com o ESO que previa tempo de observação na rede de telescópios da instituição, incluindo o ALMA. O acordo previa uma taxa de adesão de 132 milhões de euros, parcelada em dez vezes, mais uma anuidade de valor proporcional ao tamanho da economia brasileira. Segundo o repórter Herton Escobar, do Estadão, mesmo com o apoio da comunidade científica, o projeto nunca ganhou força em Brasília.

O diretor do ESO, Tim de Zeeuw, já teve que apresentar o projeto para seis ministros de Ciência e Tecnologia desde que o acordo foi assinado, menos de seis anos atrás. A Casa Civil levou dois anos para encaminhar o acordo ao Congresso; e o Senado levou mais dois anos e meio para ratificá-lo, em maio de 2015. Só falta uma assinatura presidencial, mas com o impeachment, surge agora o desafio de conquistar a simpatia de um novo governo. Outra dificuldade é o cenário econômico atual e a situação das contas públicas, que nunca foram tão desfavoráveis desde a assinatura do acordo.

Mesmo sem receber nenhum tostão do governo brasileiro, o ESO vem tratando o Brasil como membro interino - com acesso a todos os telescópios, mas sem poder de voto - desde que o acordo foi assinado. Porém, essa indefinição não é boa nem para o ESO, nem para os astrônomos brasileiros. No primeiro caso, a não ratificação do acordo prejudica a construção de telescópios que tinham sido planejados contando com a participação do Brasil. Já para os astrônomos, a incerteza sobre o acordo inviabiliza qualquer planejamento científico e pesquisas de longo prazo.

O ALMA continuará em operação pelos próximos 50 anos.

Isso significa que os seus maiores beneficiários serão os atuais estudantes de ensino fundamental, médio e universitários. Por isso é importante nutrir o interesse por astronomia e ciências exatas neles. Adele Plunkett, astrônoma do ESO, diz que “no ALMA existem muitas pessoas diferentes, os astrônomos talvez sejam a minoria aqui. Existem pessoas que trabalham na divulgação, engenharia, computação, mecânica, os caras que dirigem os transportadores das antenas. Então não importa se você quer estar dentro de uma sala com um computador, ou de lado de fora com um capacete e chave de fenda na mão, eu acho que sempre existe uma maneira de se envolver no ALMA. E ter interesse em astronomia, entender de astronomia, realmente ajuda. Porque mesmo que você esteja apertando um parafuso numa antena, se você entender de astronomia e souber o porquê daquilo, então você sabe exatamente o que você está fazendo e se sairá melhor no trabalho do que uma pessoa comum.”

Para saber mais • Atacama Large Milimiter-Submilimiter Array (ALMA), website: http://www.almaobservatory.org/

Imagem de um disco planetário ao redor da estrela jovem, semelhante ao sol, TW Hydrae. O recorte (superior direita) mostra detalhes do vazio mais próximo da estrela, que está à mesma distância que a Terra do Sol, sugerindo que uma versão infantil de um planeta parecido com o nosso pode estar emergindo do gás e poeira. As outras regiões escuras concêntricas na imagem representam outras regiões de formação de planetas no disco. Crédito: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA), ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

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• European Organisation for Astronomical Research in the Southern Hemisphere (ESO), website: http://www.eso.org/ •

ALMA Newsletter, 5, " How Will ALMA Make Images?" (2010)

• Inoue et al., “Detection of an oxygen emission line from a high redshift galaxy in the reionization epoch”, Science (16 de junho de 2016) • S.M. Andrews et al., "Ringed Substructure and a Gap at 1 AU in the Nearest Protoplanetary Disk", Astrophysical Journal Letters (2016) • Jørgensen et al., “Detection of the simplest sugar, glycolaldehyde, in a solar-type protostar with ALMA”, Astrophysical Journal Letters (2012)

SPORTS TECHNOLOGY

A U.S. cyclists are training equipped with Solos smart cycling glasses. Unlike bike computers, which require the athlete to look down to view data, the Solos offer real-time performance tracking without taking the eyes off the road. Credit: Solos Wearables

s expected, United States of America's athletes came to Rio Olympics and won more medals than any other country, a total of 122. China took the second place with a total of 70 medals.

But why do american athletes win so much medals one Olympic Games after another? The short answer is that sport walks along with science and technology, hands given, and U.S. invests heavily in sports technology. A study conducted by the International Olympic Committee (IOC) estimates that, in the last five years, more than U$2 billion were invested by enterprises from several

technology segments in order to improve since athlete’s performance, like cutting edge materials, to upgrades in broadcasting technology.

In addition, many of these improvements find their way out of the sports world, impacting in healthcare, education, telecommunications and more. When one buys new sneakers, for example, it is certain that the particular technologies on it have long been studied to reduce impact and heat and to improve speed and comfort. *Don’t miss Polyteck’s video “A Importância das Parcerias entre Empresas e Universidades recorded at the Braskem Simposium in 2015, available on YouTube. There, Mauro Oviedo talks about how Braskem developed a special EVA sole for new sneakers.

As far as the sports and technology combination is concerned, it is impossible not to mention the American athletes. The massive investments of the country on both areas guarantee high performance in every single sport, and Olympic athletes were training for Rio with the help of several different technologies. At the U.S. Olympic Training Center, in Colorado Springs, US athletes trained under Rio simulated weather conditions like heat and moisture for them to get used to such environment by the time of the competitions. “’We are simulating Rio sea level, hot and humid (…) when I go in there it’s 32 degrees, 73% relative humidity and it is at sea level” said Randy Wilber, a senior sport physiologist from the United States Olympic Committee.

U.S. cyclists also train equipped with wearable technology, like the Solos smart cycling glasses.

Unlike bike computers, which require the athlete to look down to view data on the metrics of power, heart rate and cadence of the pedal stroke, the Solos offer real-time performance metrics culled from the athletes’ bike sensors, heart rate monitors, other self-tracking devices and wind and weather conditions without taking the eyes off the road.

Although they were not allowed to wear them during competition, this

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kind of device helps them to improve their performance during training by gaining insights on how to maximize their energy expenditure.

In addition, several sportists all over the world, like professional boxers and basketball players, are also using different wearable technology to track their performance, like the Mynoteck Mbody Pro. They are compression shorts with sensors which monitor possible muscles imbalances in the legs. For example, the garment can help determine whether the athletes are favouring one leg or using their quadriceps disproportionately compared with their hamstrings by combining and comparing electromyography measurements of muscle activity with accelerometer and heart-rate data.

This feedback is really important for the athlete to improve their techniques and, more than that, prevent injury.

In Brazil, first time ever host of the Olympics, sports took part in the schedule of the Ciab FEbraba (Congress and Exhibition of Information Technology for Financial Institutions), the largest technology event for both the financial industry and the technology area in the country. The event had the presence of several brazilian athletes,

like Lars Grael, two times Olympic medallist in sailing and uncle of Gold medalist Martine Grael in the feminine 49er FX in Rio. Grael commented on how the sport is an innovative sport, like pioneering in the use of GPS – nowadays an everyday technology.

And if the Olympic athletes benefit from technology, Paralympic athletes do it even more. Not only improving performance, the role of technology in the Paralympic universe is to offer comfort for the athlete. For example, prosthesis can be used in any modality the ALA category (amputated and others).

Today, the main prosthesis provider for the athletes is Össur, an Island based multinational. Jairo Blumenthal, prosthesis specialist and director of Össur in Brazil, commented to O Estado de São Paulo that carbon fibre has the advantages of being really light, resistant, both absorbing and returning the energy really well - being the ideal material for that. He also comments that, despite the high costs, “the great innovations are put to test in an Paralympic environment. Everything which proves to be beneficial in that situation will be adapted to the everyday prosthesis”. Also, don’t miss the article “Biônica Extrema”,

in the 9th edition of Polyteck, where you can read about the story of Hugh Herr and how he dedicated himself to creating prosthesis which not only guarantee a better quality of life for the amputated, but also take the human performance beyond the human nature.

Read more • Matt Renoux, "Olympic athletes training with technology", KUSA, Q News (May 25, 2016) • Emily Waltz, “U.S. Track Cycling Team Training for Rio Olympics with Smart Sunglasses”, IEEE Spectrum (2 Jun 2016) • Emily Waltz , The Quantified Olympian: Wearables for Elite Athletes”, IEEE Spectrum (28 May 2015) • “Atletas olímpicos debaterão tecnologia no esporte durante congresso em São Paulo”, Startupi (15 de junho de 2016) • “Tecnologia de última geração ajuda atletas paralímpicos”, Organics News Brasil, (11 de maio de 2016)

The Solos offer real-time performance metrics culled from the athletes’ bike sensors, heart rate monitors, other selftracking devices and wind and weather conditions. Although they will not be allowed to wear them during competition, this kind of device helps them to improve their performance during training by gaining insights on how to maximize their energy expenditure. Credit: Solos Wearables

Revista Polyteck - Edição 17 | Setembro / Outubro 2016 Distribuição gratuita em mais de 40 universidades de todo o Brasil.

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Diretor Executivo: André Sionek Diretora de Redação: Raisa Requi Jakubiak Diretor Comercial: Fábio Adhemar da Silva Rahal Imagens: Shutterstock; Impressão: Gráfica Exklusiva Editora Polyteck Ltda - ME 41 9269-4372 / 9622-3369

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