Um dos pontos mais interessantes que a realidade virtual nos traz é a possibilidade da imersão em um mundo virtual, onde você é “teleportado” para outro ambiente sem sair do lugar em que se encontra. Tonando prossivel encontrar amigos, fazer exercícios, jogar jogos ou treinar para uma missão espacial. Executar previamente qualquer tarefa de grande dificuldade usando um modelo virtual, e assim ser avaliado com relação ao seu desempenho. 

São tantas as possibilidades, algumas delas excitantes e animadoras, porém como funciona um óculos de realidade virtual? O que é necessário para fazer algo assim possível? Qual o Hardware de um dispositivo como esse para permitir essa imersão?

Tomando como exemplo a configuração de um dispositivo da Meta, e comercialmente conhecido por Quest 2, os detalhes da visualização são os seguintes:

O Dispositivo em questão, não dispõe da melhor configuração atualmente disponível, porém entrega uma experiência satisfatória. Combinado a um áudio em 3D que também permite uma experiência interessante. O sistema funciona com rastreamento de dentro para fora com 6 DoF (Graus de liberdade). Via quatro câmeras embutidas, controles touch, rastreamento de mãos, Bluetooth e microfones.

Conhecendo um pouco melhor por dentro do Quest 2

Considerado um dispositivo para abranger principalmente a realidade virtual, mas também pode interagir com o mundo real usando duas de suas câmeras para detectar o ambiente ao seu redor. Portanto consegue alertar o usuário de obstáculos ou permitir a interação/colaboração com outras pessoas.

Um exemplo de uma câmera usada no óculos Quest 2, pode ser vista logo abaixo. A combinação 2 duas câmeras mapeia o ambiente externo e verifica por possíveis colisões, antes que elas ocorram. Aqui temos a exploração de alguns conceitos interessantes, como processamento da imagem, inteligência artificial, sobreposição de imagem real com virtual. 

Observando o dispositivo por fora é possível notar as câmeras também na parte externa. Onde a função chamada tracking inside-out, ou seja, um rastreamento de dentro pra fora, é feito usando as câmeras em questão (observar círculos pretos nas bordas do item na imagem abaixo). Então um processamento de imagem de alta capacidade é necessário para fazer um sistema assim funcionar.

Nesta versão mais recente do Quest 2 o processador encarregado de fazer o processamento de todas as câmeras é integrado. E tem capacidade para entrada de até 7 câmeras. Iniciando uma contagem são 4 câmeras externas, sobrando então canais para outras implementações.

Sensores

Na placa principal um sensor conhecido como IMU (Inertial Measurement Unit) que é basicamente a junção de um acelerômetro, um giroscópio e uma bússola digital. Provento assim 9 graus de liberdade para uma detecção de movimentos precisa no ambiente em que se encontra. Sendo um total de 3 graus de liberdade para cada um dos sensores.

Há um sensor para medição da distância pupilar, conhecido como IPD sensor (Interpupillary Distance). Para uma melhor experiência ao navegar na imersão a imagem deve ser projetada de modo que atinja a pupila de modo adequado para cada um dos olhos. Isso significa inclusive que o usuário pode passar tempo no ambiente sem sentir tonturas, pois seus sistema de visão lhe dá informações importantes de posicionamento no ambiente.

O mesmo sensor está presente dentro dos dois controles manuais para aumentar ainda a imersão 

O Oculus VR Quest 2 é uma alternativa interessante dentre as opções disponíveis no mercado, e a um preço não tão elevado comparado aos seus concorrentes. Ele basicamente consiste de todo Hardware disponível em um Smartphone de última geração, com entradas para processamento de câmeras de maneira independente e comunicação sem fios com os controles. Sua tela é exposta de modo que fique muito próxima aos olhos do usuário, e trazendo assim a imersão desejada. 

O conjunto de lentes sobre as telas é responsável por fazer com que o usuário perceba as cenas de modo real, e imersivo, diferentemente do que tem ao observar a tela do celular em sua mão, pois ambas estão no mesmo nível de resolução e taxa de atualização.

Para completar a imersão como visto na imagem anterior há duas abas que se estendem para as laterais, estas são guias de sons para que o alto falante internamente ao óculos reproduza o som e direcione o mesmo sem precisar que este fique sobre o ouvido do usuário.

Engenharia e imersão virtual

Uma análise geral que pode se fazer de um dispositivo como esse é que é um produto de uma engenharia bem complexa, pois envolve diferentes ramos da engenharia para que combinados entreguem um produto que encante seu consumidor. Na parte de eletrônica há a engenharia de hardware e software (firmware). Na construção do conjunto a engenharia mecânica. Para experiência auditiva, há um engenheiro de acústica. Engenheiros com conhecimentos de ótica e também profissionais focados na experiência de uso e design do produto. 

As possibilidades para um engenheiro ao usar um dispositivo desse são muitas, e qualquer pessoa também pode usar apenas para fins de entretenimento, e essa é uma das belezas da engenharia, propiciando às pessoas a liberdade de fazer diferentes atividades com produtos por ela criados.

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São vários os tipos de conversores de energia utilizados, com diferentes funcionalidades, considerando que a finalidade que cada um deles atende. Até podem haver espaços de sobreposição com as características mais básicas. Entretanto, sempre há uma característica importante e determinante para a seleção de um conversor, normalmente pede-se que seja alcançado o menor custo possível.

Como conversores são baseados em chaveamento, normalmente em alta frequência, pois o proveito tirado disso está no tamanho dos magnéticos sendo usados, e também na eficiência de conversão, entre outros benefícios, como peso, temperatura, durabilidade.

Diferentes são as topologias que podem ser usadas para um conversor, entretanto uma delas é comum entre as mais variadas faixas de potência, o Flyback, o qual é o objeto de estudo deste trabalho.

O Flyback trabalha em estágios, quando a chave está fechada, o primário é carregado, e a tensão na fonte é a da indutância de magnetização do transformador. Quando a chave abre a carga é então transferida para o secundário, e o diodo de saída é reversamente polarizado.

Características do conversor Flyback

Em um mundo ideal a forma de onda da saída seria linear, e só haveria condução no primário quando a chave fecha, e no secundário quando a chave abre. Entretanto sabendo que podemos idealizar algumas coisas para facilitar o entendimento, mas a aplicação real pode ser muito diferente do ideal.

Há uma característica importante a ser ressaltada, que o transformador do conversor Flyback não é de fato um transformador. Ele normalmente possui gaps ou central (mais comum) ou lateral. E isso faz com que ele seja um indutor e por possuir primário e secundário o mesmo pode ser entendido como indutores acoplados, pois compartilham do mesmo núcleo magnético. 

Os indutores acoplados de um conversor Flyback podem ser montados de diferentes modos, há varias configurações mecânicas diferentes. Nesse artigo será considerado o núcleo do tipo EE, que assim como as letras são montados frontalmente um para o outro.

A construção do transformador com relação ao tipo de fio utilizado, ao material do núcleo e principalmente a maneira de como é enrolado afeta uma outra característica importante para o indutor que é a Indutância parasita, também conhecida como Indutância de leakage.

Quando o conversor está operando um driver aplica um sinal na chave que comuta em  alta frequência, e com uma razão cíclica menor que um. Portanto parte do tempo a chave está aberta e parte do tempo a chave está fechada. Os transientes que acontecem nos intervalos de tempo entre a chave abrir e fechar é que são afetados pelas características não ideais do transformador, como citado anteriormente pela indutância parasita.

Efetuando medições do circuito com osciloscópio

O efeito é que ao abrir a chave do primário, ele não descarrega instantaneamente, com toda a tensão passando para o secundário. A corrente armazenada no primário que é composto também pela indutância parasita precisa de um caminho para ser dissipada ou uma tensão muito grande será aplicada sobre a chave e esta pode não suportar ou degradar mais facilmente, como observado na Figura 2.

O mesmo é válido para o momento que a chave fecha e o circuito é carregado. Nesse momento o circuito não estabiliza instantaneamente, havendo uma oscilação que tende a multiplicar a tensão aplicada sobre a chave e a mesma pode se degradar ou não suportar.

Na Figura 3, é possível observar o efeito mencionado anteriormente, onde a tensão medida é sobre a chave, e a tensão de entrada é 220V, portanto um barramento DC de 311V, entretanto a tensão sobre a chave é aproximadamente 50% maior que a tensão de entrada, devido às indutâncias do circuito.

No desenvolvimento de uma fonte chaveada, é possível projetar circuitos grampeadores (clamp), e amortizadores (snubber), de modo que o circuito fique mais robusto. Considerando as não idealidades de um transformador, quando se está projetando o circuito é o ideal, entretanto não é possível somente calcular as perdas e não idealidades de um transformador baseado no seu projeto. É necessário que sejam produzidas partes que atendam o projeto e que estas sejam montadas no circuito para então ser avaliado o desempenho.

Portanto é preciso assumir uma condição de circuito de snubber que segue projetos anteriores, ou usar do bom senso com as variáveis, mas o recurso de poder simular a construção do transformador e obter as medidas necessárias antes mesmo de que uma amostra seja produzida é algo que trás muito ganho de tempo em projeto e também aumento de confiabilidade.

Simulação utilizando o pacote EDT da Ansys

Utilizando o Ansys Maxwell é possível fazer uma simulação do tipo Eddy current no qual as variáveis de interesse serão calculadas virtualmente a partir do modelo do transformador. A construção do mesmo é facilitada por uma biblioteca com materiais, e por uma extensão que constrói o modelo a partir das informações de entrada do usuário. 

A potência da fonte em questão é de 15W, com 12V, portanto um tamanho de núcleo adequado é o EE20, onde a dimensão D1, conforme Figura 4 dá nome ao núcleo, outras dimensões importantes são definidas e também o tamanho e localização do gap.

Outro ponto importante é a definição dos materiais, como cobre, com características corretas de condutividade elétrica e térmica. Bem como a definição do material do núcleo, pois este será responsável pela correta representação do comportamento magnético do mesmo. Na Figura 5 é possível observar a tabela com a definição do material do núcleo. Onde o ferrite 3C90 foi escolhido por apresentar as características mais similares ao material atualmente utilizado com amostras físicas.

O transformador quando enrolado pode ter suas camadas construídas de diferentes modos. Uma das maneiras adotadas é a montagem chamada sanduíche (ou split) no qual o enrolamento do primário é dividido ao meio e a primeira camada enrolada mais próximo ao núcleo, na sequência o secundário, e para finalizar a camada restante do primário. Em sua aparência externa não nota-se nenhuma diferença, entretanto a característica magnética e indutiva varia bastante procedendo de um jeito ou de outro. A Figura 6 ilustra a montagem do transformador como descrito anteriormente.

Ao modelar o transformador, considerando que a estrutura do mesmo é simétrica e a fim de simplificar a resolução das equações. Tomando como exemplo o transformador split a Figura 7 mostra o modelo geométrico em simetria.

Análise dos resultados

Um dos resultados possíveis para o Eddy current e as perdas no núcleo, nesse caso em perdas magnéticas e térmicas. Ver Figura 8, no qual é possível observar que o transformador sanduíche, possui mais perdas, e o mesmo é válido para perdas no cobre. Entretanto, essa configuração tende a entregar a saída como uma ondulação menor. 

A característica de interesse para cálculo do circuito de Snubber e circuito de grampeamento, como mencionado anteriormente, também foi obtida como resultado da simulação. Onde se comprova a teoria, e além disso tem-se um valor que pode ser entrada para os cálculos de circuito de maneira mais assertiva. No caso simulado o valor de indutância parasita do transformador split foi de 11.9uH enquanto para o não split foi de 23uH. Comprovando que a teoria é válida e além disso dando um número para essa diferença.

A simulação de um transformador para fonte chaveada pode ser muito mais completo e trazer muito mais informações do que essa simples simulação. Um conjunto de informações muito valiosas que é conhecido como CAE e tem sido cada vez mais aplicado em projetos de engenharia.

A partir daqui um modelo da placa como um todo contendo o transformador em questão poderia. Ser feita e então resolver a mesma para perdas térmicas, para compatibilidade eletromagnética. Onde cada projeto de transformador também impacta nas emissões conduzidas e radiadas de uma fonte. Portanto prever um comportamento desse antes de produzir amostras garantiria ações preditivas e não corretivas e pouparia ciclos de projetos.

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Eficiência po si é fazer mais com menos, não confundir com eficácia que essa significa cumprir com seu objetivo. Portanto se considerarmos que no mundo a primeira lei da termodinâmica permanece válida, onde há conservação de energia. Podemos expandir esse conceito para outros campos, abstraindo para entender o conceito de eficiência. 

Portanto, atualmente a energia elétrica é convertida em energia mecânica, que por consequência de um sistema de refrigeração remove calor de um ambiente isolado. Podendo refrigerar os compartimentos de um refrigerador, ambiente doméstico entre outros. Tudo isso seguindo a conservação de energia, onde uma forma de energia se transforma em outra.

Entretanto, no mundo nada é perfeito, existem as perdas, e elas são cruciais para fazer com que um sistema opere no seu melhor rendimento. Então, um caminho para aumentar a eficiência, é reduzir as perdas. 

No Brasil temos alguns organismos reguladores que estipulam metas de consumo energético dos equipamentos elétricos. São eles o Procel e Conpet, que foram abordados nesse artigo, sobre eficiência energética. 

Um ponto negativo quanto aos sistemas de etiquetagem e metas existentes hoje é que elas são antigas, datando 1985. E o mundo evolui muito rápido, com crescente adoção de novas tecnologias e também com demanda por mais equipamentos como refrigeradores.

Atualmente dificilmente alguém se vê sem um refrigerador e ou freezer em casa, para os mais variados fins, desde a comodidade de ter algo de fácil acesso para alimentação de maneira segura a conservação de alimentos por períodos prolongados e por conseguinte ter um refrigerador que para entregar seu benefício não gaste tanta energia é o melhor dos mundos.

Programa Brasileiro de Etiquetagem – PBE

O PBE é quem determina as regras para consumo de energia, e entendendo que os níveis de consumo atuais estão há muito ultrapassados novas regras foram definidas. O processo de implementação será feito em ondas, de modo que os fabricantes de eletrodomésticos possam se adaptar aos poucos as novas regras. No fim do ciclo entregar ao consumidor produtos ainda mais eficientes energeticamente. 

As regras foram definidas no ano anterior, mas estão a ponto de entrarem em vigor, onde a partir de 1° de Julho os equipamentos mais eficientes serão classificados com A +++ e demais atributos conforme pode ser visualizado na imagem acima, considerando que os níveis de consumo energético serão para o A+++ uma eficiência de até 30% em relação ao atual A; A++, indicando 20% a menos no consumo; e A+, com economia de 10%.

O objetivo inicial ao definir os refrigeradores como o primeiro item a ser coberto por essas novas regras é que esses equipamentos ficam ligados 24h por dia e 7 dias por semana, pois não são de uso sob demanda e sim de uso contínuo. 

Nota do Inmetro indica que o programa de redução do consumo energético foi feito em parceria com a indústria nacional, uma vez que a mesma atende a demanda de mais de 97% do mercado onde em 2020 foram vendidas 5.5 milhões de geladeiras.

De acordo com Danielle Assafin, analista do Inmetro “No processo de formulação da nova etiqueta, o Inmetro buscou articular as expectativas da sociedade para produtos mais eficientes com as possibilidades de a indústria incorporar as melhorias nos produtos e processos, conferindo sustentabilidade socioeconômica para a nova etiqueta”.

A mudança esperada para o mercado deve ser puxada pela indústria, que com inserção de produtos mais eficientes ajude a mudar a consciência do consumidor a optar por produtos melhores. Trazendo benefícios para si próprio e para todo o ecossistema de produção de energia e o país como um todo.

Transformação contínua

Este é só o começo de uma mudança com ainda mais impactos para a sociedade no que tange a eficiência energética.  Os detalhes de todas as etapas dessa mudança podem ser vistos nessa matéria escrita pelo Inmetro. Em resumo a expectativa é que as classes de consumo passem por transformações onde o novo A, terá uma redução do consumo de energia em até 40% comparado com o atual. E a entrada em vigor é Dezembro de 2025. 

Dando sequência para as metas de redução de consumo em 2030 o esperado para redução de consumo é de até 61%. Todas as metas também são embasadas em programas atualmente vigentes em outros países e no U4E (United for Energy) das Nações Unidas. O Brasil por sempre ter abundância em geração de energia de fonte limpa (hidrelétricas) acaba entrando tardiamente no caminho de produtos mais eficientes. Porém o aumento da demanda de energia e crescimento populacional faz com que esse seja um movimento necessário.

Um olhar voltado para a engenharia nisso tudo, pode se dizer como iniciado esse texto. De que modo as empresas que desenvolvem tais refrigeradores poderão trabalhar, para fazer os mesmos mais eficientes? Dividindo o produto em partes, e avaliando a contribuição de cada uma delas na eficiência total, é possível então melhorar o sistema com um todo. A parte elétrica corresponderá pela eficiência do motor, dos circuitos eletrônicos.

O sistema mecânico que envolve todas as partes móveis e seus acoplamentos deve ser estudado, para reduzir atrito, melhorar transmissão de energia mecânica. Também a parte de refrigeração, que dependerá de uma boa troca de calor, portando um sistema de degelo automático é indispensável. Bem como uma boa vedação para não haver perdas térmicas com o ambiente.

Portanto a melhor eficiência de um sistema como esse passará por vários testes e analises antes de ser implementada em produção. E de modo que não encareça a fabricação e também o produto final a ponto de ficar inviável.

Com certeza um trabalho de engenharia muito bem elaborado e envolvendo a cooperação de diferentes times!

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São muitas as deficiências que podem acometer o ser humano, e para tal se entende como situações ou limitações que os impede de conseguir executar uma tarefa de maneira independente, precisando recorrer a tecnologia para acessibilidade.

As deficiências podem ser classificadas de três modos: momentâneas, temporárias e permanentes.

Momentânea: Quando se está segurando caixas, um bebê de colo, um animal de estimação e não consegue abrir a porta, chamar o elevador, acender luzes, por exemplo.

Temporária: Significa que temporariamente a se tem alguma limitação, por exemplo uso de muletas, bengala, bota ortopédica, entre outros.

Permanente: Quando se tem uma condição que não há perspectiva ou solução possível para ciência atual lhe devolver a sua autonomia, ou para isto tem um custo muito elevado.

Em cada uma dessas situações há possibilidades de lidar com elas com as ferramentas mais adequadas, e dependendo do tipo de deficiência também. O que podemos classificar entre quatro principais tipos, mas elas se estendem a partir de derivações dessas ou mesmo outros tipos. Essas classificações são visual, motora, auditiva, cognitiva.

Deficiência visual

É a que mais acomete brasileiros, sendo que como visto no gráfico acima, onde a que baixa visão que pode acometer certos ângulos de visão do indivíduo. Podendo comprometer visão periférica, lateral entre outros, como dificuldade de enxergar sob luz forte. Quando levado para grande dificuldade ou impossibilidade que está relacionado com a cegueira total.

BeNgala Eletrônica

Um dos instrumentos que auxilia deficientes visuais a se locomover com independência é uma bengala. No qual eles batem contra o chão tendo resposta de um obstáculo à sua frente. O problema acontece quando esse obstáculo é maior que a altura de sua cintura e não necessariamente com suporte no chão. 

Para contornar essa situação, bengalas eletrônicas foram desenvolvidas, e contam com sensores, semelhantes aos de estacionamento de veículos (ultrassom) para alertar o usuário seja com vibração ou efeito sonoro. Um exemplo de uma pessoa utilizando uma bengala dessa pode ser visto na figura acima.

Óculos Guia

Avanços no processamento de imagens e inteligência artificial, fizeram com que fosse possível também o desenvolvimento de óculos que funcionam de maneira semelhante a um cão guia que mostra o caminho seguro para o indivíduo. 

Ele funciona analisando imagens em tempo real que são capturadas por câmeras de amplo ângulo de abertura, filtrando e removendo informações não necessárias e processando em tempo real através de algoritmos (modelos) baseados em inteligência artificial.

Os modelos foram treinados para reconhecer uma gama muito grande de obstáculos e situações do cotidiano, como escadas e rampas, paredes, galhos de árvore entre outros. Desse modo, estímulos através de vibração nas hastes são providos ao usuário, bem como guia por áudio como se fosse um GPS.

O mesmo dispositivo pode auxiliar fazendo a leitura de textos e placas à medida que ele pode reconhecer os mesmos e fazer a tradução do mesmo para o áudio. Fazendo com que o usuário esteja em um ambiente de realidade aumentada explorando outros sentidos para entregar uma experiência semelhante ao de uma pessoa não deficiente.

Deficiência motora

A perda de habilidades motoras normalmente vindo de um acidente é um dos tipos de deficiências mais comuns, e também pode afetar grandemente as capacidades de uma pessoa, podendo a acometer de diferentes modos, como uma amputação de um ou mais membros, e em situações até múltiplos membros. Pode também causar uma paralisia dos membros inferiores (paraplegia) e ou dos quatro membros (tetraplegia).

Próteses

Próteses são ferramentas muito antigas já utilizadas por pessoas com tais deficiências e que podem lhes devolver uma certa independência, entretanto não totalmente os devolve os sentidos e é o que a novas tecnologias vem fazendo com que seja possível.

Esses novos dispositivos são muitas vezes construídos de modo customizado para cada pessoa, e o diferencial é que elas podem por exemplo não ser apenas mais um acessório substituto mecanicamente, possuindo duas vias de comunicação.

A primeira é das terminações nervosas na ponta de um braço amputado que são lidas e fazem com que a pessoa consiga movimentar mão, pulso e dedos com uma precisão muito boa, onde o dispositivo é construído com refinada engenharia biomédica, contendo atuadores muito precisos.

A segunda via são sensores de pressão acoplados aos dedos de mão de uma prótese, que trazem a sensação de tato de volta para o usuário, ou através de vibração ou comunicação também com sistema nervoso central.

Cadeira de rodas automatica

Outros avanços tecnológicos fazem com que seja possível que as pessoas que são paraplégicas ou tetraplégicas contem com uma cadeira de rodas motorizada e dotada de diferentes sensores, o que permite uma interação muito boa com o usuário e com o ambiente ao seu redor, proporcionando deslocamentos mesmo em escadas ou rampas inclinadas.

Exoesqueleto

Exoesqueleto é um outro desenvolvimento que está ajudando a melhorar o deslocamento de pessoas com deficiências motoras. Fazendo com que uma estrutura de um material muito resistente e moldável de acordo com as articulações do corpo humano. Um controle com algoritmos avançados para estabilidade de balanço é executado.

Uma segunda vantagem de um sistema desse tipo é que permite a pessoa que por impossibilidade patológica, volte a andar. Estimulando a movimentação e não atrofia dos músculos pós trauma por permanecer muito tempo em uma só posição.

Deficiência auditiva

A deficiência auditiva limita seus portadores da percepção dos sons do ambiente e principalmente inibe um dos canais mais importantes para comunicação. Pois devido a não poder ouvir a própria voz muitas vezes não conseguem também desenvolver a fala.

Uma solução que não é nova por parte de aparelhos de audição, que fazem com que os sons sejam captados por um dispositivo externo e então direcionados para o ouvido médio.

Esse tipo de aparelho auditivo é chamado de Implante Coclear, mais detalhes de como a cirurgia para instalação desse dispositivo é feita pode ser acompanhada no vídeo abaixo.

Entretanto há outros tipos de aparelhos auditivos possíveis, os quais não requerem uma cirurgia, e são instalados similarmente a um fone de ouvido. Podendo suprir uma dificuldade em ouvir quando esta limitação é de no máximo 70 dB. E como a tecnologia evolui a passos muito rápidos essa barreira pode ser superada em questão de tempo conforme novos dispositivos são desenvolvidos.

A integração dos aparelhos auditivos com outros dispositivos com Bluetooth, permite que outras funções sejam agregadas ao dispositivo como audio-descrição de ambientes. Útil para quando se tem um guia no local, entregando uma maior sensação de pertencimento ao usuário.  

Deficiência cognitiva

Uma deficiência que dado seu grau pode causar outros tipos de deficiências, como no caso do ilustre e conhecido físico inglês, Stephen Hawking. Ele tinha esclerose lateral amiotrófica, doença de Lou Gehrig. Que é uma doença cognitiva-motora que ao longo da sua vida foi avançando e causando mais e mais dificuldades.

Ele utilizava uma cadeira de rodas especial para se locomover, controlada por ele mesmo através de um joystick. E quando perdeu a capacidade de falar, utilizou um dispositivo que convertia a vibração de suas cordas vocais em sons através de um computador. 

As tecnologias para esse tipo de deficiência, são focadas em aprendizado principalmente, pois considerando que a limitação imposta faz com que seja difícil absorver e aprender coisas novas. Portanto mais estímulos sensoriais são necessários para que seja possível a memorização e aprendizado. Mais detalhes sobre essa parte podem ser encontrados na parte 2 deste artigo.

Tecnologia para todos

Qualquer que seja a deficiência a qual a pessoas esteja acometida, e seja ela momentânea, temporária ou permanente.  Há meios de a tecnologia auxiliar nessas situações, seja com locomoção, comunicação, segurança, ou ainda implementando possibilidades. Como a de chamar elevador, ligar lâmpadas enquanto se estiver com as mãos ocupadas utilizando a voz ou gestos com a cabeça.

Ligar e operar eletrodomésticos com controle da voz ou através de um computador ou smartphone é uma possibilidade muito interessante. Também para quem tem dificuldade com a operação deles, dando autonomia para as pessoas.

Enfim há implementações complexas e simples que podem ser feitas com tecnologias atualmente presentes e algumas que estão ensaiando seus primeiros passos. Como a captação de terminações nervosas. E as necessidades de todas as pessoas deveriam ser levadas em consideração sempre que for construído um novo empreendimento ou dispositivo. Fazendo com que as tecnologias de acessibilidade fiquem acessíveis de fato.

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O fogo para ser iniciado precisa da junção de alguns elementos sendo ele explicado basicamente por um triângulo com os três elementos, como visto na figura abaixo. Onde é preciso calor, combustível e comburente. 

 Se os três elementos coexistirem e o combustível da equação for um material cuja disponibilidade não está controlada, o fogo pode iniciar um incêndio, onde combinado aos elementos iniciais aparece também uma reação em cadeia. Na qual mais combustível é adicionado, gerando mais calor e avançando para maiores áreas com maior disponibilidade de combustível (oxigênio).

Assim como para iniciar o fogo os três elementos precisam estar disponíveis, para extinguir o fogo é preciso fazer a remoção de ao menos um desses elementos, para tal propósito podem existir diferentes maneiras de agir, dependendo da situação.  Tempo é um elemento sensível quando lidando com um incêndio, e algumas ações podem significar a diferença entre um princípio de incêndio e um de grandes proporções.

Como avaliar a situação de maneira segura?

A tecnologia evoluiu muito em diversas perspectivas, e uma das frentes que observamos avanços, está relacionada a sistemas de medição. Onde antes  ferramentas consideradas de ficção fazem parte do cotidiano dos profissionais que lidam com várias grandezas a serem medidas. 

Um princípio que é válido para vários  contextos é que só podemos inferir, ou melhorar uma situação que conhecemos, e portanto precisamos medir, contar, avaliar e então definir um plano de ação.

Dado esse pressuposto e o triângulo anteriormente mencionado, grandezas que podem ser interessantes de ser medidas em um ambiente, são temperatura, local e fontes de calor, (calor), presença de gases (combustíveis), oxigenação do ambiente (comburente) , presença e localização de pessoas, presença de fumaça (integridade física).  

A maneira que um sistema eletrônico pode encontrar para executar identificar tais grandezas é através de sensores, estes são os olhos e ouvidos e até mais do que isso, que então disponibilizam informações aos usuários para que tomem ações ou sistemas automáticos.

Detecção de fumaça

Como diria o ditado onde há fumaça há fogo, portanto uma das maneiras de rapidamente detectar se há focos de incêndio em um ambiente é através de sensores de fumaça.

São detectores que normalmente são fixados no teto dos ambientes, e cujo elemento sensor é composto de um elemento composto volátil VOC que se altera na presença de fumaça e aciona um sinal para um sistema de controle 

Há diversos estudos da melhor maneira de posicionar este sensor dentro do ambiente de modo que possa ter uma abrangência e precisão de detecção nos mais variados tipos de ambiente.

Sprinkler – Irrigador

Há um sistema de controle de focos de incêndio que não é muito comum nacionalmente, mas há muitos países que utilizam tais sistemas, pois como mencionado anteriormente, controlar um foco, antes que uma reação em cadeia tenha se formado é muito mais fácil do que extinguir um incêndio de grandes proporções.

Esse sistema é conhecido como sprinkler, ou irrigador, pois ao ser ativado aciona um bombeamento de água em alta pressão, que pode funcionar de duas maneiras, removendo o calor utilizando somente a água para esse propósito. Entretanto se conhecido que o local a ser protegido conta com combustíveis que podem provocar outros tipos de fogo o mais adequado é remover o comburente, e isso é feito adicionando a água um composto químico conhecido como AFFF (Aqueous Film Forming Foam) que é líquido aquoso, formado de espumas.

O modo de acionamento desse equipamento pode ser totalmente eletromecânico, utilizando um bulbo ou junção bi-metálica, como pode ser complementar a outros sistemas, como o detector de fumaça.

Sensores de gás

A presença de gás seja, butano, propano ou natural em um ambiente fechado pode ser o início de um incêndio. E dependendo da sua concentração, até causar explosões, portanto altamente perigoso.

Poder detectar quando tais gases estão presentes no ambiente e de maneira segura acionar sistemas de exaustão e alarmes de evacuação é altamente valioso. E podem ser feitos utilizando um sensor de gases que além dos mencionados podem detectar uma gama ainda maior de gases. Na figura abaixo é possível observar um sensor desses

O sensor em questão é o SGAS711 do fabricante Renesas, e muitos outros sensores têm funções semelhantes. Um exemplo das medições dos gases podem ser observadas na gráfico abaixo. Baseado na concentração dos mesmos pode ser ativada um gatilho baseado em medições prévias.

Imagens Térmicas 

Uma tecnologia desenvolvida há não muito tempo e que ainda não tem sua acessibilidade como uma barreira por causa do custo. Entretanto em várias situações os benefícios superam os custos, são as imagens térmicas. Onde a sobreposição de imagens capturadas por uma câmera são feitas com informações de um sensor matricial de temperatura. Usando muitos pontos de temperatura que permitem a construção de uma imagem como vista abaixo.

Um sistema muito útil atualmente para medir a temperatura corporal rapidamente em um ambiente com muitas pessoas, e classificação de pessoas suspeitas de estarem doentes. Combinado com um algoritmo de classificação, e dados rapidamente se transformam em informações. 

Em um ambiente de escritório por exemplo um sistema como esse poderia ser utilizado para além do monitoramento de pessoas. Observar quando há o aumento excessivo da temperatura em algum equipamento, painel, etc. Que pode indicar o início de um incêndio e com um sistema integrado acionar a brigada de incêndio, acionando o alarme de evacuação. Podendo inclusive apontar as equipes o local do incêndio com uma precisão maior que outros sistemas.

Contagem de pessoas

Quando um incêndio ocorre, normalmente perdas são registradas, mas a primeira preocupação é remover todas as pessoas do ambiente, pois perdas de materiais e estrutura são menos importantes do que pessoas. 

Utilizando um exemplo o shopping center da figura abaixo, se nesse local um incêndio é iniciado. Uma equipe se desloca ao local e saber se existem pessoas no mesmo é muito importante. Pois pode mudar o modo de agir, e deslocar pessoas de resgate ao mesmo tempo que o combate ao foco central do incêndio é iniciado.

É muito importante e útil para uma equipe de socorro saber quantas pessoas estão em determinado local em chamas, e principalmente a sua localização dentro dele. Portanto se o edifício contar um um sistema de contagem de pessoas, essa informação estar disponível em situações de emergência pode ajudar a salvar vidas.

Sistemas de prevenção e combate a incêndio

A junção de diferentes tecnologias e dispositivos em um determinado ambiente pode oferecer um controle centralizado. Onde é possível monitorar o estado dos ambientes de modo que se este sistema centralizado estiver conectado a uma central. Que pode se comunicar diretamente com a equipe de brigadistas ou bombeiros portanto uma resposta mais rápida é possível.

Um sistema integrado é totalmente dependente do tamanho e tipo de ambiente no qual os dispositivos são instalados. Portanto eles podem ser simples e controlados a partir de um celular, como podem ser complexos e exigir uma equipe de monitoramento.

 Lidar com um sistema desses exige responsabilidade, redundâncias e normalmente um sistema tolerante a falhas. Não implemente um sistema como este se não estiver totalmente seguro das implicações que um problema em um sistema desses pode causar. Procure sempre profissionais com experiência para que seja feita a avaliação e certificação do projeto. 

As tecnologias evoluem muito rápido a cada dia surgem novas maneiras melhores e mais simples de lidar com problemas que antes pareciam complexos. Você já ouviu falar de outros modos de detecção de incêndio, tecnologia semelhantes ou alguma inovação desse meio? Deixe seu comentário.

Que tal começar a aprender mais sobre isso no 1º Workshop de Prevenção e Combate a Incêndio do Blog da Engenharia? Acesse esse link para saber mais e se inscrever.

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Engenharia Elétrica x Engenharia Eletrônica

A eletrônica é uma das sub áreas da engenharia elétrica, onde pode-se dizer que abrange todas as áreas de conhecimento que tem relação com energia elétrica e seus usos, portanto desde uma usina geradora de energia, as linhas de transmissão, e seus posteriores usos com máquinas elétricas em indústrias, comércios ou residências. 

A engenharia eletrônica sendo parte disso também está nos mesmos meios, entretanto pode-se colocar mais especificamente onde tensões e correntes (termos que serão estudados em disciplinas como eletricidade básica) são baixas. E claro, existem áreas com sobreposição, aí que entra a eletrônica de potência, onde dispositivos/circuitos eletrônicos são utilizados para conversão de energia de diferentes formas. 

Há cursos de engenharia elétrica no qual é possível escolher uma ênfase final no curso, a depender de disciplinas optativas que o aluno escolhe fazer, e as titulações variam com ênfase, em geração e distribuição, eletrotécnica, telecomunicações e eletrônica. Há outras possíveis a depender da universidade que o aluno escolher cursar.

O curso focado apenas em engenharia eletrônica, tem a vantagem de ser específico e trazer disciplinas focadas no desenvolvimento desse profissional voltado para área de eletrônica, mas também pode deixar de trazer conceitos e atribuições pelo conselho de classe que permitiriam esse profissional quando formado atuar em outras áreas também.

Quais locais um engenheiro eletrônico pode trabalhar?

Um dos principais trabalhos de um engenheiro eletrônico é o desenvolvimento de produtos, onde a eletrônica faz parte de tais produtos, portanto diferentes indústrias. Poderá trabalhar na indústria automotiva, com energia renovável, automação, robótica, máquinas e equipamentos, eletrodomésticos em geral, indústria de multimídia e informática. São diversos os campos de trabalho dentro dessa indústria. Fato é que o engenheiro poderá trabalhar tanto no projeto de Hardware que é a parte física, placas, circuitos e dispositivos. Tal qual no lado do software embarcado onde ele define a lógica de funcionamento dos dispositivos.

No campo de trabalho do engenheiro eletrônico em empresas maiores é comum haver a separação entre essas duas áreas o Software e o Hardware, mas também há empresas em que o mesmo engenheiro faz as duas funções, poupando a parte de integração, mas tendo mais trabalho para dominar diferentes ferramentas.

HARDWARE

O desenvolvimento de Hardware é onde os circuitos para cada uma das funções é projetado, portanto nessa parte é comum de se ter a parte do cálculos, para corrente, dissipação térmica, tensões máximas, distância de separação.

Nessa área também são utilizadas ferramentas de simulação de circuito que permitem visualizar antecipadamente efeitos que só seriam possíveis depois de construídos protótipos. Disciplinas relacionadas com essa área e comuns em cursos de engenharia eletrônica são:

• Circuitos Elétricos I & II;
• Eletricidade básica;
• Cálculos;
• Eletrônica Analógica I & II;
• Circuitos Digitais;
• Instrumentação;

FIRMWARE

Quanto ao desenvolvimento de software para essa área, também conhecido como software embarcado, ou ainda firmware é onde o comportamento definido por requisitos do usuário será implementado. Como exemplo, quando determinado botão for pressionado o comando será para aumentar ou diminuir o volume. Normalmente este é gravado em um micro controlador, onde a execução desse software segue uma sequência que se repete várias vezes por segundo e é comum que sejam executados a 8 MHz ou mais, portanto 8 milhões de vezes em um segundo.

A o tempo de execução das rotinas pode variar, e podem existir prioridades para execução de alguma tarefa baseado na ação do usuário ou na leitura de algum sensor que faz parte do sistema de aquisição, isso baseado em algo chamado de interrupção. Há mecanismos de reinício de atividade no caso de um travamento chamado de Watchdog. Disciplinas que estão relacionadas com essa área são:

• Introdução a programação;
• Microprocessadores I & II;
• Sistemas Digitais;
• Programação e controle de dispositivos;
• Processamento digital de sinais;

Onde estudar Engenharia eletrônica

Algumas universidades no Brasil oferecem o curso de engenharia eletrônica, entre eles o ITA, com o primeiro curso do Brasil de 1951, já tendo formado portanto muitos profissionais, e neste caso mais um dos exemplos de atuação nas indústrias de fabricação de aviões, ou ainda veículos espaciais.  

Há ainda o IME oferecendo este curso também, onde a área de defesa também se beneficia dos conhecimentos desse profissional, para desenvolvimentos de captadores para antenas de transmissão de rádio, radares, eletrônica embarcada em veículos de combate ou ainda robôs para missões sem humanos.

Outras universidades que oferecem o curso de engenharia eletrônica ou elétrica com ênfase são UFSC, UNIP, Feevale, UNB com ênfase e UFS. Essas não são as únicas universidades ou cursos com essas opções, se informe em locais próximos de sua residência.

Engenharia eletrônica é para você?

Essa é uma pergunta difícil de ser respondida, seja para este curso ou qualquer outro. Um aluno saindo do ensino médio normalmente não teve muitas experiências em campos como este. A menos que tenha feito cursos complementares como profissionalizantes ou cursos técnicos.

Essa área de engenharia é uma área complexa, mas que vale muito a pena ser estudada. Se há uma identificação do aluno com inovações, tecnologias novas, avanços na área de robótica e também na área de computação.

Fato é que haverá muito espaço no mercado de trabalho para esse profissional, pois das várias coisas que estão ao nosso redor no dia a dia, muitas delas tem algo de eletrônico nelas, e aí está a oportunidade para o profissional dessa área trabalhar com o desenvolvimento de tais produtos ou ainda prestar serviços de manutenção para os mesmos. 

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Mesmo antigamente com um rádio relógio ou um simples despertador, já era possível ver os primeiros passos dessa ciência que cada vez faz mais parte do nosso mundo. Vem comigo vamos olhar um pouco sobre a evolução da tecnologia e a importância da eletrônica.

O que é eletrônica?

Eletrônica é uma ciência que estuda a manipulação de sinais elétricos, normalmente de baixa corrente e tensão, através de componentes que permitem executar funções deste modo. Divisões como eletrônica analógica, digital, de potência são comuns e permitem um maior aprofundamento nos estudos, para o estudante de engenharias das áreas de Elétrica, Controle e Automação, Telecomunicações, Mecatrônica entre outras. 

Abaixo você pode ver uma representação de dois sinais: um analógico e outro digital em um mesmo intervalo de tempo. 

Enquanto um sinal analógico pode assumir infinitos valores em determinado intervalo um sinal digital pode assumir somente dois valores, 0 e 1. E essa é a “chave” que permitiu o avanço da eletrônica, trabalhando com dispositivos que chaveiam entre esses dois níveis, e a condensação deles permitiu a criação de processadores, memórias, sensores entre outros. 

Dispositivos eletrônicos

Muitos dispositivos foram concebidos seguindo muitos dos princípios da eletrônica analógica somente, ou a combinação deles com a Engenharia Química e de Materiais, pois sempre é importante a colaboração de diferentes áreas. O fato é que a criação de tais dispositivos permitiu que estes fossem usados como a base para futuros desenvolvimentos. Por exemplo, uma calculadora é um dos primeiros computadores, e por consequência o projeto de grandes computadores, permitiu que cada vez novos dispositivos mais e mais avançados fossem desenvolvidos.

Uma perspectiva bastante interessante é a vista a partir do vídeo abaixo onde antigamente tinha-se sua estação de trabalho composta por muitos dispositivos. E com os avanços que a eletrônica em colaboração com a computação e novos softwares permitiram que várias coisas fossem condensadas em um único dispositivo, o computador.

Um novo dispositivo que muito se assemelha ao computador e vem tomando também o seu espaço em muitas das mesmas atividades é o smartphon. Que hoje já possui muito mais poder de processamento e armazenamento do que um computador há uma década. 

E ainda trás consigo outros benefícios como a fácil portabilidade, e agregando ainda outras funcionalidades como câmera para fotografia e filmagem, GPS, rádio e música, relógio (que também evoluiu de um modo interessante), todos agregados ao dispositivo que deu origem, o celular.

Mobilidade e eletrônica

Muito do desenvolvimento da eletrônica foi através de requisitos da indústria automotiva, onde tudo era feito do modo analógico e aos poucos houve uma transição, com implementação de controles e algoritmos. Mas o ambiente de aplicação era hostil, com temperaturas elevadas, umidade, vibração, e em alguns locais gases nocivos no ambiente.

Das dificuldades é que surgem as melhores invenções e aos poucos carburadores foram substituídos por injeção eletrônica, sensores foram adicionados para controle da queima do combustível e otimização dos ciclos. Limpadores de para-brisa com detecção de chuva. Sensores foram adicionados para o conforto do motorista ao manobrar e detectar obstáculos. Acionamento automático dos faróis quando escurecer. 

Quando observado um painel de um carro antigo como na foto abaixo, é possível notar, que tudo se baseava em ponteiros, alavancas, isso somente na parte visível e  estética do veículo.

Quando observamos um painel de um veículo moderno do mesmo fabricante é possível ver uma enorme diferença, onde os ponteiros dão lugar a telas, e alavancas a botões e manipulas. Em todo painel é possível notar uma otimização ao conforto do motorista, e isso é trazido pela eletrônica. 

Em constante evolução

Como mencionado anteriormente um dos dispositivos com uma evolução singular e muito interessante foi o relógio de pulso. Porém hoje esse dispositivo faz muito mais do que somente mostrar a hora, ter alguns alarmes e luz para visualização noturna. Hoje se tornaram parte do que chamamos de dispositivos vestíveis ou wearables do inglês.

Além das funções básicas eles carregam monitores de saúde, com medição de movimentos, batimentos cardíacos, oxigenação, contador de passos, bússola, GPS, entre muitas outras possibilidades. Por exemplo ser uma carteira digital, tudo isso dado a possibilidade de miniaturização da eletrônica e ampliação de cargas de baterias.

Algo que se foi aprimorando ao longo das versões de dispositivos foi a conectividade. Ou seja com tantos sensores disponíveis os dados gerados podem ser enviados para outros dispositivos a fim de compartilhamento, acompanhamento, e planejamento de atividades baseado em histórico. Portanto os dados podem ser enviados diretamente para internet por wi-fi ou rede móvel, mas também através de uma comunicação ponto a ponto com um smartphone com NFC ou Bluetooth. 

O que esperar do futuro?

Em cada espaço na qual a eletrônica tem aplicações, a tecnologia atual, está colaborando para o desenvolvimento da próxima, ainda mais avançada. Ao passo que em meios como esse é que ficção começa a se misturar com realidade. Dando vida para situações que só se vislumbra pelas telas do cinema.

Informações e dados são commodities muito importantes para definir o curso da humanidade. Portanto disponibilizar maneiras de gerar dados, e utilizar eles em benefício das pessoas, como analise de saúde muito mais frequentes do que nas visitas ao médico.  Podendo indicar a necessidade de avaliação médica apartir da análise do sono, pressão arterial ou frequencia cardíaca. Auxiliando na medição dos poluentes no ar, indicando necessidade de usar máscaras.

Um dos próximos passos mais aguardados para a computação e já demonstrado muito nos filmes é lidar com hologramas. Nos quais imagens saltam para fora das telas, e viram tridimensionais, podendo aplicar para pessoas, locais, objetos, análises gráficas como mostrado na figura abaixo. Bem como outras demais aplicações que a imaginação permitir.

Como tudo isso se tornou possível

Muitas das descobertas e desenvolvimentos que permitiram todo esse avanço e que possibilita novas aplicações passaram por muitas pesquisas em laboratório. Alguns dos componentes que em certo momento eram somente teorias, foram viabilizados. Assim estes são transistor, capacitor, memória, processador, sensores (MEMs), atuadores, baterias, entre muitos outros.

Este é um artigo introdutório sobre a evolução da tecnologia e importancia da eletrônica. Outros artigos na sequência falarão a respeito da evolução individual de cada um dos itens mencionados. Assim como dos desafios para novos avanços da eletrônica em colaboração com outras engenharias, e também no processo produtivo dos equipamentos que usam eletrônica.

Um campo também a ser explorado nos próximos artigos será a spintrônica, que é a mais recente evolução da eletrônica, onde os conceitos de física quântica se misturam com desenvolvimento e evolução de eletrônica e cada vez mais aproximando as teorias da engenharia, permitindo a execução dos mesmos avanços.

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Causando inclusive paradas de fábricas de automóveis sendo essa uma das indústrias mais afetadas pela falta dos mesmos.. 

O que é semicondutor?

Semicondutor é a matéria prima base de toda a eletrônica atual, até mesmo no mais simples dos circuitos. Esses elementos possuem uma característica especial, e são manipuláveis para que executem determinadas funções nos circuitos. Tal qual agir como chaves, e amplificar sinais, permitir a passagem de sinais em somente um sentido entre várias outras funções.

O material semicondutor mais comum utilizado majoritariamente para fabricação dos tais componentes é o silício, pois é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre. Normalmente encontrado na forma de silicato SiO4 ou sílica SiO2, ele é o principal constituinte do cimento, vidro, cerâmicas e silicones.

O silício não é o melhor dos materiais para ser utilizado como semicondutor, há também o Germânio, porém a alta disponibilidade do primeiro faz com que o custo desse seja menor, e portanto é o mais explorado para suas aplicações em eletrônica.

Um processo chamado dopagem é feito com o silício na sua forma original que permite que ele opere do modo esperado como um semicondutor. Que pela morfologia da palavra fica entre um condutor (baixa resistência elétrica) e um isolante (alta resistência elétrica), ou seja, essa característica dá ao engenheiro o controle com o que acontecerá com o circuito dependendo das circunstâncias do projeto, hora agindo como condutor ora como isolante.

Dispositivos baseados em semicondutores

Quando se menciona o termo semicondutor, por experiências passadas ou aulas de disciplinas como Física III para alunos de outras áreas da engenharia, o Transistor é o primeiro componente que se lembra. Entretanto há muito mais que somente este. 

Processadores são totalmente dependentes dos transistores, há uma subdivisão interessante com processadores com funções específicas e itens genéricos com multipropósitos, mas todos eles sendo feitos de milhares de transistores e outros componentes.

Uma série de outros componentes são baseados em semicondutores como os diodos, reguladores lineares, triacs, comparadores, contadores, controladores. Alguns destes são chips que são classificados como ASICs, sigla em inglês para Circuito Integrado de Aplicação Específica.

Processo produtivo

Passo a passo dos processo para fabricação dos chips:

1. Um líquido fotorresistente é aplicado sobre o disco de silício;
2. O disco gira para haver uma distribuição uniforme do líquido;
3. Uma Luz UV é projetada para formar o desenho dos circuitos de acordo com o projeto;
4. Os pontos atingidos pela luz tornam-se solúveis e esse processo é chamado de litografia (semelhança com o processo de cópia de desenhos utilizando uma referência sobreposta);
5. A parte de material solúvel é removida e também o material fotorresistente;
6. Esse disco agora é chamado de Wafer (devido às várias camadas) e é aplicado uma camada de proteção para evitar curto circuitos;
7. E chip então é bombardeado por íons de cobre, e estes vão criar as conexões elétricas
8. O cobre em excesso é removido e o processo é reiniciado com a próxima camada do Wafer;
9. Os chips deste disco são então cortados para serem encapsulados;
10. A ligação entre os terminais do componente e o wafer é feito um uma fina linha de ouro ou material ótimo condutor, e o processo se assemelha a uma costura;

Um infográfico produzido pelo portal Tecmundo pode ser visualizado neste link e traz de maneira ilustrada o processo mencionado acima.

Na imagem abaixo é possível visualizar um wafer que foi transformado a partir de um disco de silício. A imagem é de um laboratório onde está sendo produzido um espécime para testes e validações.

MANUFATURA Automatizada

Uma produção em larga escala de um semicondutor normalmente é feita com máquinas automatizadas, onde todo o processo é milimetricamente controlado, e as variáveis de processo totalmente controladas por uma variedade de sensores de posicionamento e atuadores automáticos. Um exemplo de uma estação como essa é vista na figura abaixo, onde o fabricante é uma das empresas que fazem esse tipo de equipamento.

Uma automatização desse processo pode ser visualizada no vídeo abaixo com créditos da Intel, onde o processo desde a preparação de um lingote de silício, o corte em discos e a montagem final do chip é demonstrada. 

Demanda de mercado 

O Coronavirus causou uma alteração sem precedentes nos meios a como trabalhamos e nos comunicamos, prevendo uma diminuição da demanda de automóveis pois os deslocamentos seriam evitados a indústria automotiva enviou ofícios para os fabricantes de circuitos integrados com redução de volume anual comprado.

Por outro lado, a fabricação de outros eletrônicos e itens para casa cresceu, com mais pessoas ficando em casa e fazendo dela seu escritório, escola, etc.  Então a indústria de chips converteu a demanda e seus equipamentos para produção de tais semicondutores de outras indústrias. Abaixo é possível observar o tamanho e número de linhas de fabricação de celulares em uma fábrica da China.

Com a demanda aumentada de indústrias de linha branca e marrom, o gargalo não é o silício, mas a capacidade de produção de chips. Pois com perspectiva de retorno da demanda de automóveis acima do estimado anteriormente as empresas não conseguem atender a nova demanda das industrias automotivas. 

Fábricas da Fiat, Honda, Nissan, Volkswagen e Toyota foram afetadas, mas não é descartado que outros fabricantes tenham o mesmo problema. Bem como outras indústrias considerando que o aumento global da demanda por chips vem causando problemas também.

Ainda mais puxado pelo fato de que chips usados nos veículos possuem especificações diferentes para altas temperaturas principalmente. Uma mudança no processo produtivo dos fabricantes pode levar de 3 a 6 meses sendo que a normalidade só deve ser alcançada em 2022. 

Linha automotiva

Como mencionado no artigo sobre evolução tecnológica os carros possuem atualmente uma demanda por semicondutores muito elevada para citar alguns exemplos de locais onde se usam chips nos veículos podemos usar a imagem abaixo como referência. De um painel de um veículo com uma grande tela multimídia, que também é o GPS do veículo. 

Painéis apesar de possuírem ponteiros são movidos por pequenos motores e estes requerem um controle com um circuito integrado. Vidros elétricos, direção elétrica, câmbio automático, sistema de partida em rampa, controle de estabilidade, sensor de chuva, sensor acendimento automático de faróis, frenagem automática, ABS, sensores de estacionamento, câmeras de estacionamento, controle de temperatura interna, alarme.

Sem contar com o controle do funcionamento do motor com a injeção eletrônica, controle de emissão de poluentes, e em alguns casos sistemas de eletrificação de carros híbridos. 

A lista parece não ter fim com itens de cada um que precisa de um microchip. E o veículo hoje opera com uma rede de dispositivos exigindo ainda comunicação entre módulos. Segundo informações do fabricante, o Volkswagen Taos possui cerca de 300 microchips atualmente, onde há alguns anos esse número estava na média de 15.

A composição da eletrônica de um veículo representava aproximadamente 15% do custo total nos anos 2000, hoje representa até 40% e a demanda crescente por novas tecnologias, sendo diferencial para o consumidor que busca inovação ao trocar de carro, essa demanda tende a crescer para até 50% num futuro próximo.

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Este feito é fruto de uma das agências espaciais mais antigas do mundo, o INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), e coordenado pelo MCTI (Ministério da Ciência Tecnologia e Inovações). Vamos conhecer um pouco mais sobre o satélite brasileiro?

Sensoriamento remoto

Qual a melhor maneira de atualmente fazer a cobertura de uma região muito grande sem com isso demorar muito tempo e ter dados de qualidade? A resposta para essa pergunta está com um satélite. O objetivo do Amazônia 1 é monitorar a região amazônica, que é muito maior que somente o estado do Amazonas. 

Ele é um satélite de órbita polar, orbitando a cerca de 752 km de altitude, que irá gerar imagens do planeta a cada 5 dias. Sendo dessa maneira considerada uma alta taxa de revisita. Podendo disponibilizar uma grande quantidade de dados de uma mesma região do planeta, o que é uma característica valiosa em aplicações que precisam de resposta rápida. Consequentemente aumentando a probabilidade de captura de imagens boas em eventos de cobertura de nuvens, como observado na imagem abaixo, onde nuvens cobrem uma vasta região.

Tecnologia embarcada no satélite brasileiro

O satélite brasileiro conta com um imageador óptico de visada larga (câmera com 3 bandas de frequências no espectro visível – VIS – e 1 banda próxima do infravermelho – Near Infrared) capaz de observar uma faixa de 850 km com 64 metros de resolução.

Os satélites da série Amazônia serão formados por dois módulos independentes: um Módulo de Serviço, que é a Plataforma Multimissão (PMM), e um Módulo de Carga Útil, que abriga câmeras imageadoras e equipamentos de gravação e transmissão de dados de imagens. Como resultado abaixo é possível ver os dois módulos na parte de cima e de baixo, e os painéis solares recolhidos para o lançamento.

Desenvolvimentos e testes

Um satélite como o Amazônia 1 é constituído de vários módulos, e assim que um dos módulos é concluído ele passa por testes que irão validar se ele atende os requisitos de projeto.

Para tal quando lançado em órbita as condições ambientais nos quais o satélite estará são totalmente adversas, e precisam ser simuladas em laboratório, consequentemente uma equipe de Engenharia Térmica desenvolveu uma Matriz de Radiação Infravermelha que simula a carga térmica que incidem no satélite em especial sobre os radiadores, câmeras e antenas.

Testando com antecedência antes do lançamento é possível observar o comportamento dos sensores, e atuadores de controle de temperatura, e fazer quaisquer correções necessárias, pois o satélite uma vez em órbita torna-se muito difícil de fazer qualquer manutenção de reparo.

Como nesse vídeo é possível observar o teste de abertura do painel solar: (prepare-se para um estampido alto se ouvir com som).

Base de Lançamento

Como mencionado anteriormente a base de lançamento do satélite foi a em uma cidade da Índia onde fica a Indian Space Research Organization (ISRO). Na qual o lançador utilizado é o PSLV que opera em quatro estágios e projetado para lançar satélites em órbitas polares sol-síncronas.

Este lançador pode levar cargas de até 1800 kg com distâncias que variam de 600 a 900 quilômetros. Como sua massa total é de aproximadamente 640 kg, o mesmo lançador levou outros 18 satélites menores ao mesmo tempo.

Este foi o 53° lançamento deste foguete, sendo esta a primeira missão comercial da ISRO. Observe no vídeo abaixo a sequencia de lançamento.

Ganhos Tecnológicos

O Brasil pode ter muitos retornos investindo nessa área de pesquisa e não precisando depender de outros países para construção dos próprios satélites, podendo o fazer da maneira que mais atende uma necessidade local. 

Alguns dos ganhos com este lançamento são: a validação da PMM, que é uma das subdivisões do satélite. E com isso será possível validar importante variável que ajudará nos outros lançamentos. Portanto conhecimentos adquiridos para satélites que operam em 3 eixos, abertura de painel solar, desenvolvimento de propulsão do sistema de controle de altitude órbita.

Utilização e operação

Então a ideia principal é trabalhar em sinergia com os recursos já existentes  e trabalhar com novos recursos para fornecer imagens da região amazônica, monitorando o desmatamento e a diversidade de agricultura em todo território nacional. Alguns dos motivos pelos quais os dados capturados são interessantes são: monitoramento da região costeira, reservatórios de água, florestas naturais e cultivadas, desastres ambientais, entre outros.

Um conjunto de 3 satélites deverá entrar em operação, entretanto não sincronicamente, o primeiro deles a entrar em órbita é o Amazônia 1. Os demais satélites ainda estão em desenvolvimento.

Por que não lançamos o satélite do Brasil?

Apesar de possuir dois locais para lançamento de foguetes no Brasil, sendo o primeiro deles construído na década de 1960. Conhecido como Centro de Lançamento da Barreira do Inferno. Hoje se encontra muito próximo da região metropolitana de Natal devido ao crescimento da cidade, portanto não permitindo a utilização para esse fim, pois é difícil estabelecer uma área livre de voo. 

A segunda opção é a base de Alcântara, que é considerada um dos melhores pontos no mundo para o lançamento de foguetes, isso porque ela é a que fica mais próxima da linha do Equador, podendo representar uma economia de até 30% de combustível. Entretanto, o Brasil não tem tecnologia para tal, pois ainda está migrando de combustível sólido, atualmente usado em mísseis, para combustível líquido. 

Quanto à possibilidade de estabelecer parcerias, e tirar proveito da localização, o foguete deveria ser projetado para o local de lançamento, e isso é ainda algo que tem seus segredos, com pesquisas individuais de cada país. Que preferem usar da hegemonia nacional e lançar do próprio território. Somado a isso o acesso a base de Alcântara é difícil. E requer um grande investimento para infraestrutura da área portuária até a base de lançamento. Entretanto, seria o ideal para lançamentos de satélites brasileiros.

Para mais detalhes sobre a exploração espacial do Brasil siga o link deste livro do professor Júlio César Guedes Antunes. 

Tecnologia Nacional

Como enfatizado em toda publicação do INPE, que todo o desenvolvimento do Amazônia 1 foi interno. Apesar de que nem todas as peças foram adquiridas no mercado interno, portanto parcerias com outros países foram necessárias no desenvolvimento.

A parte mais importante disso tudo é a descoberta, e documentação detalhada de um desenvolvimento, o que pavimenta o caminho para o desenvolvimento futuro. Assim situações como esta nos fazem observar as deficiências que o país possui para o avanço de pesquisas científicas.

Em conclusão esta é uma obra prima da Engenharia Aeroespacial do Brasil.  Muito esforço foi dedicado para desenvolver essa ferramenta de monitoramento de recursos naturais. E contou com a colaboração de áreas multifuncionais para poder alcançar este feito.

———————–Atualização – 17/03/21 ————————————-

Primeiras imagens recebidas

As primeiras imagens enviadas pelo Satélite Amazônia 1 foram recebidas pelo centro de controle do INPE, fato que ocorreu após um inicio com alguns problemas e que chegou a ser cogitada a perda de controle do satélite. Entretanto o controle foi estabelecido e após dois dias de testes com todos os sistemas as imagens foram obtidas.

Dessa forma a fase de manobras de posicionamento do satélite em orbita foi concluída em 15 de Março de 2021, e agora inicia-se a fase de comissionamento do sistema de câmera WFI com duração aproximada de 2 meses. Portanto ao final desta fase o satélite e o sistema de recepção terão alinhados os melhores filtros e configurações necessárias para captura de imagens com a melhor resolução possível. Mais informações e imagens podem ser vistas nesse link no portal do INPE.

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Sabe-se que nem tudo dura para sempre, eventualmente um dispositivo destes estraga e precisa ser substituído. Porém, o que fazer com o item que está sendo substituído e virou agora um lixo eletrônico? Acompanhe este artigo para um panorama atual.

Há diferentes modos de operar dispositivos eletrônicos descartados, seja simplesmente dando um novo destino, pois o mesmo encontra-se funcional e com defeitos estéticos, consertar a parte defeituosa e destinar a um novo usuário, ou ainda quando não há possibilidade de conserto a destinação para reciclagem. 

Entretanto nem sempre isso ocorre, muitas vezes a destinação não é apropriada, como muitos outros tipos de lixo. Quando descartado juntamente com lixos orgânicos, cuja destinação são aterros sanitários na maioria dos casos. E mais lamentavelmente há o descarte dos mesmos em rios, matas entre outros locais inapropriados para descarte. Portanto o modo como estamos lidando com isso não é nada sustentável.

Volume de lixo eletrônico

O volume total cresceu 12,38% nos últimos cinco anos – abaixo da média mundial –, de 1,907 milhão de toneladas em 2016 para 2,143 milhões em 2019. Em termos de coleta e reutilização, o dado oficial mais recente é de 2012, de 140 toneladas. Utilizando dados disponíveis nos meios de divulgação o volume reciclado versus o volume de lixo descartado foi de 0,007%. O que coloca o Brasil em uma posição negativa quando observado percentualmente.

Observando em uma perspectiva global em 2019 o volume de lixo eletrônico gerado foi de 53.6 milhões de toneladas. Sendo que apenas 17.4% deste volume foram catalogados e reciclados de maneira adequada. Comparando números absolutos o volume de lixos eletrônicos reciclados desde 2014 vem aumentando a um passo de 1.8 milhões toneladas ao ano.

Entretanto o volume de dejetos gerados vem aumentando 9.2 milhões de toneladas. (ONU E-waste Monitor, 2020). Portanto esse descompasso mostra o porquê essa prática é insustentável. 

Qual o destino correto para equipamentos eletrônicos?

Dado que os lixo eletrônicos ou e-lixo (do mesmo acrônimo em inglês e-waste), possuem uma composição complexa. Possuindo desde diferentes tipos de materiais até mesmo a materiais com contaminantes, metais pesados e materiais explosivos se expostos ao fogo como baterias. Locais de descartes apropriados precisam ser utilizados, para posterior seleção e destinação adequada.

Espaços devem possuir mecanismos que permitem a retirada apenas por pessoas autorizadas e capacitadas a operar os itens descartados. Motivo esse da instituição da Lei nº 12.305/10, conhecida também como Política Nacional de Resíduos Sólidos, que é muito mais abrangente do que só para e-lixos.

Entretanto, quando observada a situação do Brasil quanto a disponibilização dos coletores, apenas 13% dos municípios têm a disponibilização dos 5570 municípios e apenas 740 contam com os mesmos.

A lei acima mencionada é parte da solução dos problemas, pois ela exige que os fabricantes dos equipamentos tenham política de retorno dos mesmos, disponibilizando locais de coleta ou recolhimento dos e-lixos. 

Considerando que o fabricante dos dispositivos normalmente não dispõe de toda uma estrutura necessária para reciclar o produto que ela produz, pois sua estrutura é feita para produzir não reoperar. Então com o intuito de cumprir com suas obrigações a empresa contrata empresas especializadas em fazer a logística reversa e reciclagem. Que por sua vez possuem postos de coletas especializados, e distribuem em locais de fácil acesso.

Estes coletores recebem o nome de PEV – Pontos de Entrega Voluntária, no qual a pessoa abdica dos itens ao depositar os mesmos. Operadoras de celular mantém em suas lojas locais para recebimento de celulares, baterias e tablets, algumas também aceitam outros itens, mas estes devem ser entregues juntos a uma declaração de posse.

Economia circular

Uma prática muito importante dado a escassez de recursos naturais, muitos elementos químicos necessários para contínua fabricação de equipamentos elétricos e eletrônicos são escassos na natureza. Devido a isso seu preço vem crescendo cada vez mais, pois há custos elevados para mineração dos mesmos na natureza também.

Portanto fechar o ciclo de produção com a reutilização de materiais de produtos reoperados, fazendo com que vários elementos voltem para produtos novos. Reduz impactos ambientais duas vezes, por não causar a poluição e por evitar novas explorações.

Segundo publicação da ONU o Brasil, deixa de aproveitar os benefícios de reutilizar os materiais que poderiam ser reoperados, e portanto deixar de ganhar em média US$2.2 bilhões por ano, pois acima de tudo o e-lixo se bem aproveitado pode ter muitos tesouros escondidos, basta que saibamos aproveitar, fazer coletas mais responsáveis e contribuir com a natureza, incentivos a pesquisa para esse ramo no Brasil deveriam ser mais abrangentes, dado o tamanho da riqueza que se esconde nessa montanha de lixo eletrônico.

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