Desafios da ciência



As próximas conquistas

O ritmo atual dos avanços científicos estimula a nossa imaginação e permite-nos vislumbrar um futuro radicalmente diferente do mundo que hoje conhecemos: vacinas contra o cancro e as infeções, energias limpas e inesgotáveis, viagens interestelares, robôs inteligentes, teletransporte... Porém, exceto se surgir alguma surpresa, estes e outros desafios estão longe de serem materializados, segundo os especialistas. O mesmo não acontece com outros campos de investigação que, pelo atual estado de desenvolvimento ou pela sua urgência social, económica ou ambiental, verão a luz do dia em breve. É o caso dos organismos sintéticos, dos computadores quânticos, do sequestro dos gases do efeito de estufa e da capa de invisibilidade. Escolhemos dez sonhos com ar de virem a tornar-se realidade a muito curto prazo.

E.S./A.P.S

Elevador espacial

Tal como o nome indica, trata-se de um elevador com um extenso cabo ligado, numa extremidade, à superfície terrestre e, na outra, a um contrapeso orbital. O objetivo é transportar carga e passageiros de forma barata e prática. A ideia foi sugerida, pela primeira vez, em 1895, pelo cientista russo Konstantin Tsiolkovski, o qual pensou numa torre gigante ligada a um “castelo celestial”.
A fim de manter o contrapeso numa posição estacionária em relação à Terra, deverá ficar situado a 35 790 quilómetros de altura (cerca de um décimo da distância até à Lua). Nessa altura, precisaria de 24 horas para completar uma órbita, as mesmas que o nosso planeta demora a dar uma volta completa sobre o seu eixo. A base seria instalada perto da linha do equador, para assim aproveitar melhor a força centrífuga terrestre e manter a tensão do equipamento. De preferência, também, perto do mar, para evitar acidentes.
É muito provável que o cabo venha a ser fabricado com nanotubos de carbono, fibras de moléculas de carbono organizadas em configurações hexagonais. Até agora, foram produzidas com um comprimento 132 milhões de vezes superior ao do seu diâmetro. Contudo, o filamento mais comprido que existe, atualmente, não ultrapassa os 20 centímetros, muito longe, portanto dos 35 mil quilómetros que seriam necessários.

Outro desafio é a grande diferença de velocidade entre as extremidades do cabo, provocada pelo efeito Coriolis: embora demorem o mesmo tempo a completar uma rotação, a ponta inferior move-se mais devagar do que a de cima, pelo que a força centrífuga poderia desestabilizar todo o sistema. Em fevereiro, a companhia japonesa de construção Obayashi Corporation anunciou a sua intenção de desenvolver, até 2050, um elevador espacial cujo contrapeso orbitaria a 96 mil km de altitude, num esforço para contrariar a força centrífuga. A estação do terminal ficaria a 36 mil km e, como o elevador subiria a uma velocidade de 200 km/h, levaria uma semana a chegar ao seu destino. Parece que a Google também está a trabalhar no projeto.
Outra ideia semelhante, desenvolvida no Reino Unido, é a de um cabo espacial que requer apenas materiais já amplamente usados, como o kevlar. Neste caso, ambas as extremidades estariam na Terra, de modo que o elevador levitaria através de um jogo de campos magnéticos. No próximo dia 25 de agosto, a sede da Microsoft em Redmond (Estados Unidos) irá receber uma importante conferência para abordar o futuro do ousado invento. Falta resolver o problema do lixo espacial.



Água e comida sem falta

Em 2050, a Terra poderá abrigar uma população de nove mil milhões de seres humanos. Haverá alimentos para todos? Só se houver uma segunda Revolução Verde, afirmavam recentemente especialistas da Royal Society. O que significaria recorrer à biotecnologia para obter plantas que possam resistir à seca e crescer no deserto, culturas com raízes mais eficazes para retirar nutrientes do solo, frutas e verduras que não se estraguem durante o transporte, ce­reais com propriedades melhoradas, etc.
Em poucos anos, o regime alimentar da humanidade poderia sofrer algumas alterações. Por exemplo, a procura global de carne bovina (uma forma pouco eficiente de obter proteínas para o nosso organismo) é hoje desorbitada. Além disso, produzi-la acarreta grandes emissões de dióxido de carbono. A alternativa poderia vir do peixe proveniente da aquicultura marinha, a qual deverá ultrapassar a pesca tradicional a partir de 2030.

Contudo, de pouco servirá assegurar a comida se não houver que beber. Apenas 2,5 por cento da água da Terra é doce; dessa percentagem, apenas menos de 1% se encontra em estado líquido e acessível. As reservas subterrâneas estão a esgotar-se e não são repostas, afirma Marc Bierkens, da Universidade de Utrecht (Holanda), na revista Geophysical Research Letters. Quanto à água potável, descobriu-se, no início do ano, que as sementes da chamada “árvore milagre” (Moringa oleifera, originária da Índia) podem purificá-la e eliminar micro-organismos que provocam doenças, como a bactéria Escherichia coli. Outra opção poderia ser a utilização generalizada das saquetas de chá nanotecnológicas concebidas por cientistas da Universidade de Stellen­bosch (África do Sul), compostas por um polímero que elimina os contaminantes químicos e por um biocida que aniquila os micróbios.
Há também a solução de transformar a água salgada em doce. “Por enquanto, trata-se de um processo dispendioso e que envolve um elevado gasto energético”, diz Menachem Elimelech, engenheiro da Universidade de Yale. Por agora, utilizar minúsculos nanotubos de carbono na osmose inversa poderia reduzir os custos; podemos também recorrer à dessalinização nuclear, que aproveitaria o excesso de calor das centrais atómicas para evaporar a água do mar e condensá-la numa forma limpa e potável.

Mapa do epigenoma

"Tudo muda sem cessar”, dizia o filósofo Heráclito de Éfeso no século V antes de Cristo. Mais de dois milénios depois, podemos assegurar que os genes se transformam. Em 2009, investigadores do Instituto Salk da Califórnia publicaram o primeiro mapa detalhado do epigenoma de duas células humanas, isto é, o conjunto de possíveis modificações dos seus ADN causadas pela alimentação, o álcool, o tabaco, o estilo de vida, as hormonas, o stress, o exercício, a poluição ambiental e outros fatores do meio.
O Consórcio Internacional do Epigenoma Humano (IHEC) propôs-se ampliar a lista até  conseguir obter o mapa de mil células diferentes do organismo humano cerca do ano 2020. Através desses dados, será possível criar um “livro de instruções” com as receitas para podermos viver e alimentarmo-nos sem ser vítimas de cancro ou doenças cardíacas, neuro­psiquiátricas e autoimunes. Além disso, ajudar-nos-ia a envelhecer mais devagar. Não é por acaso que os cientistas dizem que, se o genoma é formado pelas “letras” (e “palavras”) com que se escreve o livro da vida, o epigenoma representa os espaços, as vírgulas e os pontos que determinam o seu verdadeiro significado.
Como afirmam os responsáveis pela rede europeia EpiGeneSys, especializada na matéria, vai deixar de ser uma justificação alegar que se nasceu “assim”. A epigenética está a contribuir para explicar, entre outros enigmas, por que razão os gémeos que partilham os mesmos genes podem desenvolver comportamentos, características físicas ou doenças completamente distintos.

Invisibilidade

Tornar algo invisível implica que o que está por trás seja visível. O primeiro passo para conseguir a ilusão foi dado por David Smith, da universidade norte-americana de Duke, que criou, em 2006, um dispositivo para bloquear as micro-ondas do espetro eletromagnético. Assim, os feixes fluem em redor do objeto como se este fosse uma rocha no meio do rio, ou seja, quase como se não existisse. O segredo do invento consistia na utilização de metamateriais, compostos artificiais cuja estrutura lhes confere propriedades óticas que não se encontram na natureza e que proporcionam novas formas de focar e projetar a luz, assim como outras radiações. “Para criá-las, inserimos numa substância minúsculos implantes que obrigam as ondas a curvar-se de formas heterodoxas”, escreve o cientista e divulgador Michio Kaku no livro A Física do Impossível. A chave reside na capacidade para manipular o índice de refração, a curvatura que a trajetória da luz descreve ao atravessar um meio homogéneo. Para um objeto se tornar invisível, o metamaterial utilizado para criar a camada exterior deve ter um índice de refração negativo.
Gunnar Dolling e os seus colegas do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (Alemanha) inventaram um protótipo com camadas de prata e fluoreto de magnésio sobre uma placa de vidro que pode fazer as coisas desaparecer quando são observadas de todos os ângulos. Ou seja, um metamaterial em 3D. Por outro lado, em março, a Universidade Autónoma de Barcelona apresentou na Science um cilindro revestido de ferro, níquel e crómio, arrefecido com azoto líquido, que torna os seus conteúdos inexistentes para o campo magnético em que for colocado. Outro grupo internacional anunciou, no ano passado, o desenvolvimento de um método de impressão para criar grandes lâminas de metamateriais de até 9 cm de comprimento. O avanço é importante: até agora, os fragmentos maiores não ultrapassavam os 200 microns (milésima parte do milímetro). O objetivo é a produção em massa de suficiente material para elaborar a primeira capa de invisibilidade.
O próximo passo, segundo Smith, será criar um composto flexível que possa interagir com todo o espetro eletromagnético: não só com as micro-ondas das experiências atuais como, também, com as frequências de rádio, os raios X e a luz visível.



A receita (completa) do universo

Qual é a origem da massa? Por que é que as coisas têm peso? De que é feita a matéria escura? Como era o cosmos no momento da sua criação? São perguntas relacionadas com a estrutura e a composição do universo que ainda estão por desvendar.
A comunidade internacional continua emocionada com a surpreendente descoberta, em 1998, da matéria escura, que configura 74 por cento do universo e está a acelerar a sua expansão. Não fazem ideia do que possa ser. Sabe-se também que a não menos enigmática energia escura perfaz 22% da realidade. Restam, pois, 4% para a massa total presente em todos os objetos que podemos observar diretamente.
Pensa-se que a matéria escura é composta por partículas massivas que interagem tão pouco com o universo visível que os instrumentos não têm conseguido detetá-la. Por isso, os físicos repetem constantemente o mesmo truque: fazem explodir os protões que compõem o núcleo dos átomos a velocidades impressionantes no interior de aceleradores como o Large Hadron Collider (LHC), do CERN, em Genebra (Suíça), e esperam para ver que novas divisões subatómicas resultam das infernais colisões. É mais ou menos como dar uma martelada num relógio para estudar as peças que voam pelos ares.
Por outro lado, em 1964, o físico Peter Higgs, da Universidade de Edimburgo, sugeriu que devia haver um mecanismo capaz de conferir massa a todas as coisas. Batizado com o nome de bosão de Higgs, seria um elemento omnipresente no espaço que se juntaria às outras partículas durante a sua viagem pelo cosmos. Ganhariam peso dessa forma.
Em 2011, dois grupos de cientistas anunciaram possuir “indícios promissores” de ter conseguido caçar o esquivo bosão, 500 mil vezes mais pesado do que um eletrão. Talvez haja mais dados sobre ele até ao final deste ano.

Pastilhas de inteligência

Quem não gostaria de ter em casa um comprimido que ajudasse a reter toda a informação contida num livro depois de lhe dar uma rápida vista de olhos, aprender um novo idioma com toda a facilidade ou saber tomar sempre as melhores decisões? Há muito que os neurocientistas procuram identificar moléculas que permitam tirar o máximo partido do nosso órgão pensante e, simultaneamente, evitar as maleitas neurológicas do envelhecimento. Não é descabido pensar que conseguirão condensar grande parte delas numa pastilha até ao final da próxima década.
Se tivéssemos de adivinhar a sua composição, o comprimido poderia incluir um composto denominado P7C3, o qual potencia, segundo um estudo norte-americano publicado na revistaCell, a formação de neurónios no hipocampo, a zona ligada à memória e à aprendizagem. É também provável que incorpore C3a, um elemento que regula a maturação das células estaminais para formarem novos neurónios. Não poderá também faltar um fármaco que ponha a funcionar a molécula RBE1, encarregada de ativar genes associados à longevidade e de aumentar o rendimento cognitivo, além de reduzir os níveis de agressividade e impedir o avanço da doença de Alzheimer. Outros ingredientes seriam os ácidos gordos ómega-3, que não apenas melhoram os resultados em testes de memória e raciocínio como evitam, também, que o cérebro encolha com a idade, como acabam de demonstrar neurologistas da Universidade do Oregon.
O ideal seria que o suplemento em questão emulasse os benefícios do exercício físico, pois já se comprovou que se estimula, assim, o córtex pré-frontal e se promove a criação de neurónios e de vasos sanguíneos que os abastecem de glicose e oxigénio. É por isso que os praticantes de desporto têm o cérebro até dois por cento maior e uma memória de elefante. Além disso, tomam melhores decisiones e planificam com maior eficácia do que a população sedentária, segundo assegura uma investigação feita no Japão.
Contudo, não se trata apenas de aumentar o número de células nervosas. O verdadeiro segredo reside em estabelecerem abundantes interligações. Moléculas como a Dasm1 encarregam-se de multiplar tais ligações, enquanto a proteína PSD-45, descoberta por investigadores do MIT, é responsável por fortalecê-las.
Por último, uma boa dose do neurotransmissor GABA irá ajudar a formar novas recordações e arquivar a informação de forma permanente, segundo explicou recentemente Inna Slutsky, da Universidade de Telavive (Is­rael), na revista Neuron.



Computador quântico

Até agora, a eletrónica regia-se pela lei de Moore, segundo a qual o poder computacional duplica a cada 18 meses, à medida que os chips se tornam mais pequenos. O problema é que os processadores estão a atingir o seu limite de miniaturização, e a solução que se propõe é saltar para os domínios do átomo.
Os computadores clássicos são feitos com transístores que permanecem em estado ligado ou desligado, representados respetivamente por um e zero. É aquilo que se designa por “código binário”, o que permite à máquina ler instruções e informação. Em vez disso, os computadores quânticos funcionariam com os chamados “qubits”, que poderiam ser 1, 0 ou ambos em simultâneo. Outra qualidade desse estranho e minúsculo mundo é a interligação, quando partículas separadas por grandes distâncias interagem instantanea­mente. Através dessas duas características, “é possível resolver problemas com muitas variáveis e fazer em segundos o que levaria um tempo infinito aos computadores convencionais, que têm de efetuar milhares de milhões de operações para obter o mesmo resultado”, afirma o professor David Awschalom, da Universidade da Califórnia.
Os resultados dos protótipos deixavam muito a desejar, mas, agora, esforços e investimentos milionários voltam a animar o panorama. As universidades da Califórnia e de Yale estudam a forma de tornar possível a computação sub­atómica com tecnologias padrão. Além disso, Zhengbing Bian, da empresa canadiana D-Wave, anunciou, em janeiro, ter conseguido efetuar o cálculo quântico mais extenso da história em 270 milésimos de segundo, com recurso a 84 qubits.

Organismos sintéticos

Em 2010, o biólogo norte-americano Craig Venter incubou uma célula após sintetizar o seu genoma em laboratório, peça por peça. Em princípio, Venter limitou-se a montar o ADN de um ser vivo ao copiar o de outro já existente, e introduziu-o numa bactéria à qual extraíra o material genético. Contudo, será que conseguiremos criar toda a maquinaria celular de um micro-organismo completamente novo? E de uma criatura mais complexa?
Ainda distantes desse feito, o primeiro passo consiste em dominar a edição e a escrita do genoma. No fim de contas, os componentes genéticos são a versão biológica dos transístores e interruptores utilizados na eletrónica, embora, neste caso, os especialistas os manipulem para montar o sofisticado circuito de um espécime vivo.
Por enquanto, o MIT já criou um Registo de Partes Biológicas Padrão, que se encontra à disposição de qualquer investigador através da internet (partsregistry.org). A base de dados contém mais de 5000 peças, embora não haja informação em todos os casos sobre como funcionarão se forem combinadas.
De facto, os cientistas terão necessidade, para além de poder contar com um arquivo de biotijolos, de perceber com exatidão as suas formas de interação. Será tão importante conhecer o funcionamento do software (o programa genético) como o trabalho do hard­ware (proteínas, membranas celulares...). Devem mesmo estar preparados para o novo organismo poder evoluir, conforme a teoria de Darwin. Nesse sentido, serão sem dúvida muito úteis os modelos de simulação por computador. Estará a biorrevolução industrial ao virar da esquina?

Tecnologia de enrolar

"Imagino uma sala revestida de papel eletrónico, programado para mostrar uma série de pinturas de Van Gogh, e jornais dobráveis e reutilizáveis, que vão sendo atualizados com as notícias de cada dia”, vaticina Zheng-Hong Lu, investigador da Universidade de Toronto (Canadá) e criador dos díodos emissores de luz orgânicos e flexíveis (FLOED). Através deles, todos os ecrãs poderiam ser substituídos por uma fina película, leve e transparente, capaz de se adaptar a qualquer forma. Outro material de que se fala é o grafeno, uma forma alotrópica do carbono extremamente maleável, resistente e condutora de eletricidade.
No futuro, os painéis solares serão também flexíveis. A empresa DuPont aposta na sua última invenção: o kapton, ideal como base para se obter módulos fotovoltaicos de telúrio de cádmio, finos como uma folha de cartolina. É cem vezes mais fino e 2000 vezes mais leve do que o vidro utilizado, até agora, nas placas solares, suporta temperaturas elevadíssimas e detém o record mundial de eficiência na conversão de luz solar em eletricidade.
Por sua vez, engenheiros belgas desenvolveram uma tecnologia para implantar um chip num substrato flexível. Denominada Ultra Thin Chip Packaging, permitiria, por exemplo, andar com música incorporada na camisa, mostrar o nível de humidade e a temperatura no casaco, ou ver na roupa desportiva como acelera o ritmo cardíaco enquanto se corre. Tudo isso seria possível se se acrescentasse ao algodão ou ao poliéster uma película com uma espessura de apenas 25 milésimos de milímetro.
De igual modo, se quiser saber a que temperatura está o café antes de dar um golo, o Human Media Lab da Universidade de Queen (Canadá) concebeu um papel eletrónico tátil que o permitirá: um computador interativo, que poderá caber na carteira de notas. “O escritório sem papéis nem impressoras está aí”, vaticina Roel Vertegaal, um dos autores do invento, que se adapta a qualquer superfície: lata de refrigerante, pratos, móveis, sapatos...
Por outro lado, o Instituto de Ciência e Tecnologia Avançada da Coreia (KAIST) anunciou, no ano passado, na revista Nano Energy, a criação de um tipo de LED (díodo emissor de luz) de nitreto de gálio, flexível e biocompatível, o qual, depois de implantado sob a pele ou num órgão, se ilumina ao detetar a presença de determinadas doenças.



Caçar e sequestrar o dióxido de carbono

Segundo um relatório do Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente, “o aumento observado na concentração de gases de efeito de estufa de 1750 até aos nossos dias provocou um aquecimento de entre 1,4 e 4,3 ºC. Sem uma alteração das políticas ambientais, a temperatura global irá aumentar até 6 ºC” durante este século.
Reduzir as concentrações de dióxido de carbono atmosférico para níveis anteriores à Revolução Industrial é uma impossibilidade. A alternativa é contê-las nos atuais 550 ppm (partes por milhão), sem deixar que aumentem. Para isso, a quantidade de CO2 que deveríamos enterrar seria de três mil milhões de toneladas por ano, um oitavo das emissões globais. O equivalente, para termos uma perspetiva, à produção mundial anual de petróleo.
A estratégia de captura e armazenamento de carbono (Carbon Capture and Storage, CCS) combina tecnologias para captar, comprimir, transportar e injetar o gás em reservas subterrâneas ou sob o leito marinho, ou para transformá-lo em materiais sólidos como pedra. O conceito não é novo, já que é utilizado há várias décadas nas indústrias química, petrolífera e energética. A novidade reside no esforço de investigação para otimizar e integrar os atuais procedimentos e ferramentas. Segundo o Global CCS Institute, existem no mundo cerca de 230 projetos, em estudo ou já em execução. Todavia, até agora, não há operações a funcionar em grande escala.
Sem escapatória

Existem várias maneiras de proceder ao armazenamento geológico do CO2: pode ser injetado em campos de petróleo ou de gás natural que já se encontrem desativados, ou em formações salinas de grande profundidade, basaltos e outros tipos de jazidas. Para funcionar, deve ser introduzido a uma profundidade não inferior aos 800 metros. Os candidatos são refinarias de petróleo e fábricas de eletricidade, amoníaco, fertilizantes e cimento. A fim de evitar que haja uma fuga do gás sepultado para a superfície, são escolhidos locais sob camadas de rocha impermeável. Outra possibilidade que está a ser estudada é escolher aquíferos adequados para dissolver o CO2.
Em 2005, o Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Climáticas estimou que o mundo possui uma capacidade de armazenamento de dois biliões de toneladas de CO2. Outros peritos opinam que esse potencial aumentará para onze biliões de toneladas graças aos últimos avanços.

Todavia, o maior desafio consiste, atualmente, em reduzir os custos. Segundo o World Resources Institute, o sistema de captura ainda não é competitivo comparado com outras formas de evitar as emissões. Estamos a falar de cerca de 70 dólares por tonelada se o objetivo for mesmo conseguir um impacto na mudança do clima. Por outro lado, a tecnologia existente deveria multiplicar a sua potência por mil para se tornar eficaz.

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