Revista Controle & Instrumentação – Edição nº 107 – Agosto de 2005
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A corrida em busca do desenvolvimento nanotecnológico

Pense num automóvel totalmente silencioso movido por células combustíveis, com componentes estruturais e peças feitas em material plástico mais resistente do que o aço, películas que refletem o calor em pára-brisas, vidros e espelhos, utilizando lubrificantes de longa duração ou com motores que não necessitam de lubrificação. Ou equipamentos miniaturizados, com muito mais capacidade que os atuais e com novas e múltiplas funções. Ou ainda, tecidos que não percam a cor, mesmo depois de lavado exaustivamente e adaptáveis ao frio e ao calor. Interessante, não? Considerada por especialistas como a quarta Revolução Industrial, a nanotecnologia vem ampliando o conhecimento humano para campos até então inimagináveis. Os exemplos acima são uma pequena amostra do vasto campo desta ciência do século XXI, que baseia-se no estudo da menor parte da matéria, os átomos.

A nanotecnologia, cujo nome vem do grego “nano” (muito pequeno, anão), é um campo multidisciplinar, que reúne a Química, a Física, a Biologia, a Ciência, a Engenharia de Materiais e a Computação de última geração. A medida nessa escala é um nanômetro, que equivale a um bilionésimo do metro – ou se você preferir um milionésimo de milímetro. Um fio de cabelo, por exemplo, se dividido em aproximadamente mil vezes será da ordem de 50 nanometros (50nm) – a largura da “porta” de um transistor em um chip Pentium, por exemplo, é desta ordem.

A revolução nanotecnológica é resultado da crescente capacidade de manipulação de átomos e moléculas. Os estudos acerca da tecnologia ofereceram ao homem a possibilidade de trabalhar com a menor parte da matéria, as moléculas, e conseqüentemente os átomos, desenvolvendo novas moléculas, novos materiais, com efeitos e propriedades jamais vistos, originando novos produtos de consumo e processos industriais.

A nanotecnologia permite aumentar a capacidade de armazenamento e processamento de dados dos computadores, possibilita a criação de materiais mais leves e mais resistentes do que os atuais, e outras aplicações que ultrapassam os limites tradicionais da imaginação e da criatividade humana.

O pesquisador da Eletrocell (órgão do IPEN - Instituto de Pesquisa Energéticas e Nucleares), Volkmar Etti, juntamente com sua equipe, trabalham com nanotecnologia aplicada aos setores de eletrônica e energia elétrica. Um dos experimentos da equipe do pesquisador é o desenvolvimento de célula combustível.

As células combustível são geradores eletroquímicos de eletricidade, que convertem energia química em energia elétrica, através das reações de oxidação do combustível (no caso, hidrogênio) e redução do comburente (oxigênio) promovidas pelo catalizador.

Na célula combustível, a nanotecnologia é empregada nas membranas, nos catalisadores, nas placas coletoras e de armazenagem de eletricidade, na eletrônica de controle e potência, nos cilindros de hidrogênio de alta pressão e também na tecnologia dos reformadores. Esses aparelhos estão em fase pré-comercial, mas já são empregadas em automóveis e reformadores. Nos automóveis, por exemplo, geram um menor consumo de combustível, ausência de ruído, baixa emissão de poluentes, baixo custo de manutenção, entre outros.

Investimentos e negócios

Possibilidades tão promissoras para o ambiente industrial estão estimulando aplicação de polpudos recursos no estudo da tecnologia. Em 2004, a nanotecnologia movimentou investimentos de mais de US$ 80 bilhões em pesquisa nos países mais desenvolvidos, e projeta, para 2015, a realização de negócios internacionais de cerca de US$ 1,3 trilhão.

No Brasil, a atividade, embora avançada cientificamente, demanda aplicações de recursos mais consistentes. Segundo o coordenador da Renami (Rede de Nanotecnologia Molecular e de Interfaces), o professor Doutor Petrus Santa Cruz, da UFPE, o Brasil possui uma comunidade cientifica respeitada, mas tem uma defasagem de investimento em ciência e tecnologia que gera um descompasso com os outros paises.

O país ainda importa todos os componentes que utiliza na indústria eletroeletrônica. “Nesta nova tecnologia (nano) não precisa importar conhecimento, já que o estudo se inicia com a menor parte da matéria, as moléculas. Isso eu considero uma questão de independência do país. No ponto de vista estratégico, deve ser tratado como uma questão prioritária para futuramente não precisarmos de programas emergênciais, como o Fome Zero na área social, por exemplo”, afirma o professor.

O nosso país sempre teve que importar tecnologia de fora, e ficar a mercê da boa vontade dos detentores desses avanços. Estima-se que o mercado mundial de micro eletrônica especificamente, esteja em torno de US$ 1 trilhão ao ano, mas o Brasil se mantém na periferia desse nicho mais por falta de comprometimento institucional que por falta de projetos.

De acordo com Abinee (Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica), as importações gerais dos setores industriais cobertos pela associação ficaram 17,7% acima do apontado em junho do ano passado, e 10,2% superior a maio deste ano. A Abinee divulgou ainda, que as importações da área de Componentes Elétricos e Eletrônicos atingiram US$ 4,4 bilhões o que representa 64% das importações totais de produtos do setor. Desse total, apenas de componentes eletrônicos, somam-se US$ 3,5 bilhoes, em função, principalmente, dos semicondutores (US$ 1,3 bilhao), dos componentes para telecomunicações (US$ 717 milhões) e dos componentes para informática (US$ 697 milhões).

No fim de agosto, o presidente Luis Inácio Lula da Silva e o ministro da Ciência e Tecnologia, Sérgio Rezende, anunciaram a criação do Programa Nacional de Nanotecnologia. Ao todo, serão R$ 71 milhões em 2005 e 2006 para fomentar ações na área considerada estratégica para a política industrial e tecnológica do país. Todavia, em 2005 foram retidos R$ 900 milhões dos fundos setoriais, criados em 2000, para fomentar o desenvolvimento tecnológico justamente como forma de garantir continuidade de verbas.

Veja no quadro 1 os indicadores de importação do setor eletroeletrônico.

O comportamento dos elétrons nos átomos e nas moléculas sob ação da luz

O desenvolvimento alcançado pela aplicação da nanotecnologia é resultado de um trabalho de pesquisa iniciado há décadas. Em 1981, uma equipe do laboratório da IBM em Zurique, na Suíça, apresentou o microscópio de tunelamento, criado para enxergar átomos. Este invento valeu a Gerd Binnig e Heinrich Rohrer o Prêmio Nobel da Física, em 1986.

Com o microscópio de tunelamento os cientistas que estudavam a matéria derrubaram sólidos conceitos da Física clássica e criaram a Física quântica, em que dizem que às partículas como os fótons e os elétrons não se comportam sempre da mesma maneira. Os elétrons presentes no átomo sofrem de dupla personalidade e comportam-se ao mesmo tempo como partículas e como ondas. Foi comprovado também que os elétrons, às vezes, andam livremente. Isto foi apenas a comprovação das idéias contidas em dois artigos de 1905 do físico alemão Albert Einsten (1879 - 1955), no qual descreve o comportamento dos elétrons nos átomos e nas moléculas sob ação da luz (efeito fotoelétrico) e a existência dessas espécies como partículas livres, responsáveis pelo movimento browniano.

Normalmente, os elétrons param de se mover quando não tem energia para transpor uma barreira a sua frente. Na Física quântica, há determinadas ocasiões em que os elétrons encontram uma barreira tão fina que há probabilidade de que eles simplesmente a ignorem e sigam em frente, é o chamado efeito túnel.

Programa Nacional de Microeletrônica - Desing visa baixar dependência tecnológica do Brasil

O Ministério da Ciência e Tecnologia criou um programa de incentivo ao desenvolvimento do setor de eletroeletrônico. O programa engloba os setores universitários, financeiros, de comunicação de dados e empresas de tecnologia especifica e de bens finais de grande, médio e pequeno porte. O projeto do MCT tem objetivo de diminuir o impacto negativo dos circuitos integrados (chips) na economia do país e criar a nossa própria tecnologia.

Os componentes eletrônicos foram responsáveis por um déficit da balança comercial da ordem de R$ 3 bilhões em 2000. Mais da metade deste valor, R$1,7 bilhões, deveu-se aos circuitos integrados. Com alta produção local e com o constante aumento da participação desses componentes no valor dos produtos eletrônicos, em praticamente todos os setores industriais, esta cifra só tende a aumentar.

A proposta do Programa Nacional de Microeletrônica – Design - inova no foco empresarial, buscando atrair, fixar e promover o crescimento de Design Houses – empresas de projeto de circuitos integrados - no país, valendo-se do racional da capacitação básica existente, da enorme demanda de pessoal capacitado em projeto em todos os países desenvolvidos, da oportunidade de atração externa que o crescimento acelerado do setor das Tecnologias da Informação vem trazendo, e da constatação que a agregação de riqueza local oriunda dos segmentos de maior valor agregado na cadeia de produção de CIs (chips) – o projeto é muito mais abrangente, com maior oferta de trabalho de alto nível e de melhor relação custo/benefício.

Paralelamente, as estruturas de apoio a processo implantadas nas universidades ajudam a viabilizar a ação de capacitação na área de processos em geral, incluindo-se aí a nanotecnologia.

Trabalhos de pesquisador brasileiro representam a América Latina no NanoEurope 2005

Alguns projetos estão tentando diminuir a nossa dependência tecnológica e criar produtos inéditos no cenário mundial. O professor Petrus Santa Cruz, da Universidade Federal de Pernambuco, criou a Ponto Quântico, empresa pertencente à incubadora da UFPE, com intuito de ser um braço tecnológico do Laboratório Associado de Nanodispositivos Fotônicos.

No laboratório da empresa, ele coordena um pequeno grupo de alunos que desenvolvem minuciosamente teses em química e ciências dos materiais que, muitas vezes, acabam em produtos de sucesso. Feito isso, o passo seguinte seria “despertar o interesse” de companhias maiores pelo licenciamento dos produtos, mantendo a marca da Ponto Quântico.

Petrus Santa-Cruz fez a Ponto Quântico com recursos universitários – ele não teve ajuda do investimento privado, apenas uma ajuda de recurso feito pelo Banco do Nordeste, que não surgiu efeito devido ao desconhecimento do Banco diante do trabalho do professor. O coordenador do Renami afirma que faltam empresas que incentivem a inovações. “Comprar soluções prontas lá fora pode ser bom para o empresário, mas péssimo para o país. Por outro lado, comprar soluções nacionais é ótimo para o país, para a sua independência tecnológica e desenvolvimento social, e também pode ser ótimo para o empresário, economicamente e moralmente” declara o professor.

Em setembro, Petrus estará na Suíça apresentando, na NanoEurope 2005, o n-Domoled, produto que usa emissores orgânicos de luz, para indicar o nível de exposição a raios ultravioleta, vindos do sol ou de fontes artificiais. Seu trabalho será o único da América Latina exposto no NanoEurope.

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