Fonte: Nick Reddyhoff

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Precisamos desenvolver a implantação de materiais avançados.

  • Maio / Junho 2012
  • Por Cyrus Wadia
  • Tradução por Elisa Matte (Opinno)

Precisamos desenvolver a implantação de materiais avançados.

O Boeing 787 Dreamliner provoca inveja, admiração, e à pergunta "Como eles fizeram isso?" Ele tem 20 por cento mais eficiência energética do que aviões comparáveis anteriores, sua cabine é mais espaçosa e suas janelas escurecem com o toque de um botão. Totalmente explicando como foi feito é complexo, mas a primeira parte é simples: é tudo sobre materiais avançados. Um corpo e as asas feitos de um compósito de fibra de carbono conferem maior eficiência energética, por exemplo, enquanto que as janelas incorporam um gel eletrocrômico.

A maioria das pessoas não percebem que pode levar 20 anos ou mais para um material recém-descoberto ser incorporado em produtos comerciais. Baterias de lítio-íon foram propostas em meados dos anos 1970, mas não foram amplamente adotadas até a década de 1990. Supercondutores, energia solar fotovoltaica e iluminação de estado sólido surgiram em prazos semelhantes. Isso é muito tempo, dado o papel que materiais avançados podem desempenhar na resposta a muitas das necessidades mais urgentes da nação (ver "High-Speed ​​Materiais Discovery," TR10).

Uma vez que um material novo é descoberto, a melhor prática atual para adequá-lo para o mercado é uma longa sequência de etapas que envolvem muitas experiências repetidas. Cada passo tem uma finalidade diferente, como otimização de propriedades ou aumento de escala de processo. Os engenheiros têm de lidar com e, finalmente, controlar dezenas de propriedades elétrica, química e mecânicas. Modelos preditivos de software poderiam complementar e em alguns casos, substituir essa experimentação demorada, mas essas ferramentas estão faltando. Para piorar a situação, uma comunidade muito possessiva e fragmentada inibe uma cultura de partilha de conhecimentos, dados e ferramentas. Como resultado, as invenções boas permanecem dormentes e ciclos de desenvolvimento permanecem lineares e lentos.

No caso do Dreamliner, a Boeing percebeu que o desenvolvimento de materiais não têm de ser linear. A empresa unificou sua cadeia de fornecimento multinacional em uma plataforma de design única virtual. Alterações de design feitas no Japão tornaram-se imediatamente visíveis para os parceiros nos Estados Unidos e uma equipe global rodou através de milhares de projetos antes de um único parafuso ser transformado. Este tipo de abordagem colaborativa em rede poderia revolucionar e acelerar significativamente o processo.

No ano passado, o presidente Barack Obama lançou um novo programa ambicioso chamado Iniciativa Genoma de Materiais, que visa ajudar a comunidade de materiais dos EUA a fomentar abordagens semelhantes. Mas enquanto o governo federal puder incentivar a mudança, caberá aos cientistas  colocar esta nova visão para funcionar.

Ao longo das últimas duas décadas, os avanços na nanotecnologia nos deram as ferramentas para sintetizar, caracterizar e modelar materiais em escala nanométrica, a escala em que o comportamento dos materiais pode ser controlado. Precisamos cultivar uma infraestrutura de acompanhamento nacional para desenvolvimento de materiais em computação, experimentação, e informática de dados. Combinado com uma abordagem mais aberta, colaborativa, essas ferramentas irão acelerar a descoberta e o desenvolvimento de materiais avançados.

Cyrus Wadia é diretor-assistente de energia limpa e P&D de materiais no Escritório da Casa Branca de Política Científica e Tecnológica.

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