Produção de células solares a um nível elevado

Em colaboração com a Asys Automatisierungssysteme GmbH, a Fraunhofer ISE desenvolveu um processo de metalização de células solares de silício. Com a ajuda deste processo, é possível produzir células solares num sistema de alto rendimento numa fracção do tempo anterior. O que beneficia em particular os maiores fabricantes de módulos solares. O revestimento é realizado com os processos de serigrafia rotativa e impressão flexográfica.
O sistema, chamado Rock-Star, funciona uma vez e meia mais rápido do que outros sistemas, com um rendimento de até 8000 peças por hora. Também podem ser utilizadas peças para outras áreas, tais como electrónica de potência, tecnologia de hidrogénio e tecnologia de sensores. O tempo de ciclo é reduzido para apenas 0,6 segundos por célula solar, o que representa uma enorme melhoria na gestão do tempo em comparação com os anteriores 0,9 segundos no processo de serigrafia plana.

Função do sistema

A linha tem um sistema de transporte de alto rendimento completamente novo. Durante a produção de componentes, os componentes são transportados em vaivéns a alta velocidade e precisão, passando por unidades de impressão feitas pela Gallus Ferd Rüesch AG, uma empresa de engenharia mecânica da Suíça, e revestidas no processo.
Uma unidade de serigrafia rotativa e uma unidade de impressão flexográfica podem ser adicionadas. Alguns processos de impressão e revestimento, tais como a impressão de gravuras, também podem ser integrados devido ao desenho. Desta forma, os componentes podem ser transportados a 600 mm/s e impressos com precisão. Ao metalizar as células solares, os barramentos e as grades de células são ligados à célula solar por serigrafia.

História do Instituto Fraunhofer

O Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energia Solar pertence à Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. (Sociedade Fraunhofer para a Promoção da Investigação Aplicada) e está localizado em Freiburg im Breisgau. Foi fundada em 1981 por Adolf Goetzberger. Em 1983, foi desenvolvido o primeiro inversor ISE totalmente electrónico. Em 1986, foi aqui criado o primeiro produto da série com um colector fluorescente para o fornecimento de energia, e em 1989, foi aberto o primeiro laboratório de sala limpa para o desenvolvimento de células solares. Desde 1998, foram também produzidas camadas absorventes solares selectivas para colectores solares térmicos.
Em geral, o instituto dedica-se à investigação aplicada e desenvolvimento em engenharia e ciências naturais no campo da tecnologia solar e fotovoltaica. Em Gelsenkirchen há um local fora do local que produz células solares. O instituto é o maior instituto de investigação solar da Europa com mais de 1100 empregados e um orçamento de aproximadamente 83,5 milhões de euros.

O Instituto Frauenhofer cobre 66 locais com mais de 22.000 empregados na Alemanha. A instalação Rock-Star foi fundada pelo Dr. Florian Clement, que é o chefe do Departamento de Estruturação e Tecnologia de Produção e Metalização no Fraunhofer ISE, e tem sido o seu director desde a sua criação.

História da ASYS Automatisierungssysteme GmbH

ASYS Automatisierungssysteme GmbH foi fundada em 1992 como uma empresa de engenharia mecânica em Dornstadt por Werner Kreibl e Klaus Mang. Entre outras coisas, produz stencil e impressoras serigráficas, que são utilizadas para revestir placas de circuitos impressos com pasta de solda e células solares com pasta de metalização. A empresa também produz sistemas de manipulação para o fabrico de electrónica e tecnologia de automação para a tecnologia médica e indústrias farmacêuticas. O volume de negócios da ASYS Automatisierungs- GmbH é de aproximadamente 151 milhões de euros por ano. A empresa emprega aproximadamente 1300 pessoas e cobre cerca de 75 por cento da linha de produção SMT.

Contribuição para a protecção do clima

Com as células solares, que podem agora ser produzidas muito mais rapidamente, as alterações climáticas podem ser reduzidas pelo menos ligeiramente. A electricidade renovável é aqui utilizada em vez de depender de fontes de energia convencionais e não renováveis, tais como petróleo ou gás, cuja utilização conduz a mais dióxido de carbono na atmosfera do que a electricidade renovável. Evidentemente, a produção acelerada de células solares é apenas uma pequena contribuição para a protecção do clima. Mas se cada vez mais pessoas mudarem para células solares, o efeito aumentaria de dia para dia. Assim, com participação suficiente, poderia ser suficiente para abrandar ou mesmo parar as alterações climáticas provocadas pelo homem.
Revolução na produção de células solares: a fábrica Rock-Star
Com os seus curtos tempos de produção e alta taxa de produção, a fábrica Rock-Star é um trunfo na produção de células solares, acelerando assim a produção de células solares na Alemanha e em todo o mundo. Dá uma contribuição não negligenciável para a estabilização sustentável do clima com células solares e outros produtos, tornando-se assim um verdadeiro trunfo para o mundo.

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O que a princípio parece um novo filme de sucesso de bilheteira é de facto uma região de investigação para a aeronáutica, espaço e geodésia na conurbação de Munique. O Space Valley é constituído por várias instituições de investigação da Universidade Técnica (TU) de Munique e empresas aeroespaciais estabelecidas e forma um ambiente único de trabalho em rede e cooperação.

A região metropolitana de Munique como um centro de inovação

A Faculdade de Aeronáutica, Astronáutica e Geodésia (LRG) da empresa TU Munique foi fundada na Primavera de 2018. A geodésia descreve a “ciência da medição e cartografia da superfície terrestre”. Os locais de investigação da universidade vão de Taufkirchen/Ottobrunn a Munique, Oberpfaffenhofen a Garching e formam um triângulo de investigação orientado para o futuro. Taufkirchen/Ottobrunn forma a sede da nova faculdade. Garching é o lar do campus de investigação da TU Munique, Oberpfaffenhofen ao aeroporto de investigação e Munique ao campus principal da TU Munique.

Visão do Vale do Espaço

Ao ligar em rede os locais de investigação em Space Valley, o know-how deve ser agrupado e a visão de uma região de alta tecnologia concretizada. O Ministro-Presidente da Baviera Markus Söder também prometeu o seu total apoio ao local de inovação e vê o potencial para que o Space Valley se torne o principal local espacial na Europa.

O novo Vale do Silício da Baviera para a investigação aeroespacial

Inspirado no Vale do Silício na Califórnia, o nome “Space Valley” destina-se a indicar um local de inovação com um elevado nível de intercâmbio entre a investigação e a indústria. A proximidade com empresas aeroespaciais e grandes corporações internacionais já aqui sediadas foi um factor decisivo na decisão da nova faculdade da TU de se localizar aqui. Nos últimos anos, cada vez mais start-ups de tecnologia se instalaram também na Região Metropolitana de Munique, criando um ambiente único para a inovação e investigação de ponta. Com o Space Valley, a região beneficia de simbioses dinâmicas entre instituições de investigação e empresas estabelecidas com o objectivo de desencadear uma nova força científica e económica. Através das cooperações, os estudantes podem aplicar os seus conhecimentos directamente na prática e é criado um espaço de trabalho em rede.

Um novo campus para o corpo docente em Ottobrunn

A Faculdade de Aeronáutica, Astronáutica e Geodésia da TU Munique faz parte da recém fundada Escola de Engenharia e Design desde Outubro de 2021 e está destinada a tornar-se a maior faculdade no campo da aeronáutica e da astronáutica na Europa. Michael Klimke foi nomeado director-geral da nova faculdade. Especialmente o local de investigação Taufkirchen/Ottobrunn, uma vez que se prevê que a sede do departamento tenha um elevado potencial. No primeiro trimestre de 2022, a faculdade mudar-se-á para uma propriedade recentemente alugada de 14.000 m2 em Ottobrunn. O Campus Ludwig Bölkow que ali está a ser construído será desenvolvido em cooperação com empresas e instituições de investigação localizadas em Ottobrunn e incluirá um centro de arranque, para além de laboratórios e salas de ensaio. A longo prazo, será aí criado um campus universitário para até 4000 estudantes e mais de 50 professores e centenas de empregados. O imóvel é propriedade da empresa comum imobiliária Accumulata Real Estate Group e da Pamera Real Estate Partners.

No entanto, o novo campus também traz desafios em termos de infra-estruturas para Ottobrunn. O grande número de novos estudantes e empregados precisarão de espaço de habitação e aumentar o tráfego na área.

Sinergias estratégicas da ciência e dos negócios no Vale Espacial

Para além de sinergias estratégicas com start-ups, a Faculdade de Aeronáutica, Astronáutica e Geodesia já está a trabalhar com a Airbus, a Universidade das Forças Armadas alemãs, a Aeroespacial de Munique, o Centro Aeroespacial alemão, a Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft mbH e a MTU Aero Engines AG, entre outras.

Também estão a ser criadas alianças nas universidades de Munique entre a TU Munique, a Escola de Robótica e Inteligência de Máquinas de Munique (MSRM) e o Centro de Tecnologia na Sociedade de Munique (MCTS) no campo da investigação aeroespacial.

Missão do Vale do Espaço

A missão inicial do Vale Espacial não é investigar outros planetas, mas sim explorar a Terra. Em particular, a aquisição de conhecimentos sobre o nosso clima é um objectivo central. A longo prazo, serão desenvolvidas novas tecnologias no Vale Espacial da Baviera que irão enriquecer a vida na Terra.

Áreas de investigação e projectos actuais em Space Valley

O Space Valley concentra-se em áreas de investigação de observação da Terra, tecnologia de comunicação e de satélite, detecção remota e investigação sobre veículos aéreos não tripulados.

Nos últimos anos, a TU Munique participou várias vezes no “SpaceX Hyperloop Pod Competition” do Elon Musk e ganhou quatro vezes seguidas. No processo, a equipa de estudantes da TU Munique construiu um protótipo de cápsulas Hyperloop e estabeleceu um recorde de velocidade de 482 km/h no processo. Hyperloop descreve um comboio de alta velocidade que viaja através de um tubo quase à velocidade do som num vácuo parcial e é considerado o sistema de transporte do futuro. Com uma infra-estrutura Hyperloop, pode-se viajar de Munique para Berlim em 40 minutos. Agora a Faculdade de Aeronáutica, Astronáutica e Geodesia está a iniciar o seu próprio programa de investigação Hyperloop e planeia instalar um tubo de ensaio no sítio de Taufkirchen/Ottobrunn.

Além disso, os estudantes do projecto interdisciplinar MOVE-III na TU Munique estão a pesquisar detritos espaciais e pequenas partículas de meteorito para melhor compreenderem o nosso ambiente terrestre. Outro projecto está a trabalhar em asas aeroelásticas para aviões para tornar o voo mais eficiente e, assim, mais barato e mais amigo do ambiente no futuro. Um start-up em Space Valley está actualmente a trabalhar no desenvolvimento de um sistema de alerta precoce com nanos satélites para poder detectar mais cedo os incêndios florestais a partir do espaço.

A indústria espacial mundial vale um total de 400 mil milhões de dólares e continuará a crescer e a ganhar em importância nas próximas décadas. O Vale do Espaço na Baviera oferece a oportunidade de estar na vanguarda deste mercado futuro dinâmico.

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Devido à digitalização cada vez maior, a tecnologia e a economia estão dependentes do progresso constante. Uma das áreas mais importantes é o desempenho dos computadores. O forte desempenho dos computadores permite uma melhor condução autónoma, dispositivos móveis ou progressos no campo da inteligência artificial. O desafio em melhorar é colocar cada vez mais transístores em pequenos chips.

Como funciona a tecnologia inovadora

Existem actualmente 10 mil milhões de transístores em pequenos microchips em smartphones. Estes já têm um milhão de vezes o poder computacional do computador utilizado para aterrar na lua em 1969. No início da década de 1970, microchips do mesmo tamanho continham cerca de 2000 transístores. Gordon Moore, o co-fundador da Intel, previu em 1965 que o número de transístores em chips iria duplicar de dois em dois anos. Nas décadas seguintes, verificou-se que ele estava certo. Esta lei ficou conhecida como “Lei de Moore”. No entanto, os passos que levam à melhoria tornam-se cada vez mais complicados após um certo tempo em progressões exponenciais.

Os microchips têm sido fabricados há 40 anos utilizando tecnologia litográfica óptica. As estruturas dos componentes electrónicos são transferidas de uma máscara para uma pastilha feita de silício. O processo é repetido cerca de 100 vezes enquanto são utilizadas máscaras diferentes. O resultado é uma estrutura tridimensional de condutores e transístores. Uma imagem nítida de pequenas estruturas depende de pequenos comprimentos de onda e grandes ângulos de abertura da óptica.

Nos últimos anos, este processo atingiu os seus limites devido às crescentes exigências da tecnologia e dos negócios. A litografia da EUV oferece novas oportunidades e pode empurrar estes limites, o que é particularmente interessante para as maiores empresas eléctricas da Alemanha. Em termos simples, um sistema litográfico EUV é composto por três componentes essenciais: Uma fonte de radiação com protecção de resíduos e um colector, uma bolacha com fotossensível e uma óptica de imagem e máscara. O novo processo utiliza outras gamas de comprimentos de onda e concentra-se numa luz ultravioleta forte como fonte de radiação. O ultravioleta é um comprimento de onda muito curto. Além disso, a orientação em sistemas ópticos e espelhos sofisticados permite a reprodução de estruturas minúsculas. O colector actua como uma óptica de recolha para que a radiação possa ser aproveitada para o processo de exposição. A radiação é então reflectida em direcção ao sistema litográfico. Um sistema ASLM expõe mais de 170 wafers por hora. A laca é precisamente estruturada por uma máscara óptica sobre bolachas. Isto permite a criação das mais finas estruturas com sete nanómetros. A seguinte comparação fornece uma ilustração: o sistema convencional trabalhou com bandas de luz de 193 nanómetros, enquanto que a litografia EUV funciona na gama de 13,5 nanómetros. A litografia EUV produz microchips que contêm dez mil milhões de transístores, mas que têm apenas o tamanho de uma unha.

A tecnologia não é apenas orientada para o futuro e para a poupança de espaço, mas também eficiente em termos energéticos. Em comparação com a tecnologia mais antiga com um comprimento de onda de 193 nanómetros, o novo processo requer 50 por cento menos energia. A eficiência em termos de utilização do espaço foi melhorada em 40 por cento.

Áreas de aplicação e exemplos de litografia EUV

O desenvolvimento contínuo no campo do desempenho dos computadores pode garantir a produção de circuitos cada vez mais pequenos e mais rápidos. Sectores como a economia, em particular, beneficiam de processos de fabrico mais eficientes.

No tráfego rodoviário, podem surgir rapidamente situações imprevisíveis e perigosas. A longo prazo, a condução autónoma oferece uma possibilidade de melhorar a segurança. Aqui é importante que o software não seja apenas capaz de travar e conduzir automaticamente. Os programas devem ser capazes de avaliar as situações de forma independente, a fim de agir com previdência e reconhecer os perigos potenciais. Este tipo de condução autónoma ainda não é padrão no tráfego rodoviário actual. No entanto, as técnicas EUV são uma forma promissora de realizar e melhorar permanentemente tais projectos. Importantes para a condução automatizada são as câmaras e sensores que ajudam a avaliar as situações. O ambiente é registado e analisado em pormenor. A nova informação é comparada com uma base de dados armazenada para calcular uma resposta apropriada. Os microchips melhorados são capazes de criar bases de dados cada vez maiores e processar rapidamente a grande quantidade de informação. Isto melhora a velocidade de reacção e a precisão.

Os lasers EUV permitem smartphones modernos e todas as funções especiais que eles contêm. Os telemóveis têm-se tornado cada vez mais seguros contra roubos com a introdução do reconhecimento facial. Várias características especiais do rosto são transmitidas da câmara frontal para o smartphone, tais como a distância de um olho para o outro. O programa integrado compara os dados recebidos com a informação armazenada e desbloqueia o telemóvel se o proprietário puder ser identificado com sucesso. O facto de os chips se terem tornado cada vez mais poderosos nos últimos anos tem contribuído para a melhoria significativa do reconhecimento facial. Programas de software semelhantes são utilizados nos aeroportos, por exemplo.

Em vários sectores de serviços, assistentes de voz e chatbots são utilizados para simplificar o trabalho. Estas inteligências artificiais são utilizadas no serviço ao cliente, por exemplo. Os programas são oferecidos em websites e podem responder a perguntas dos consumidores. Se o software não conseguir encontrar uma resposta adequada na base de dados, são necessários funcionários reais. A tecnologia EUV permite melhores “chatbots” e IAs. Através de melhorias, os programas são capazes de reconhecer e interpretar correctamente possíveis palavras ambíguas. Mesmo palavras mal soletradas podem ser correctamente reconhecidas e combinadas. O aumento do poder computacional permite bases de dados cada vez maiores a que a IA pode recorrer para alcançar melhores resultados.

Atribuído o Prémio Futuro Alemão

A 25 de Novembro de 2020 em Berlim, foram anunciados os vencedores do Deutscher Zukunftspreis 2020. Numa cerimónia oficial, os vencedores do projecto “EUV Litografia – Nova Luz para a Era Digital” foram homenageados pelo Presidente Federal Frank-Walter Steinmeier. A equipa de peritos liderada pelo Dr Peter Kürz, Dr Michael Kösters e Dr Sergiy Yulin recebeu o prémio nos campos da tecnologia e inovação.

O Prémio Futuro Alemão, um dos mais importantes prémios científicos na Alemanha, é atribuído desde 1997. O foco é honrar os produtos que estão prontos para aplicação nos campos da tecnologia, engenharia e ciências naturais. Ao atribuir o prémio, o júri também se concentra no potencial social e económico dos projectos inovadores. Apenas três equipas e as suas inovações são seleccionadas todos os anos.

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O nosso mundo de hoje é dominado pela engenharia eléctrica e a digitalização. O nível de desenvolvimento dos dispositivos electrónicos está a aumentar acentuadamente. Enquanto há 25 anos muito poucas pessoas tinham um telemóvel, hoje em dia quase toda a gente tem um computador de alta tecnologia no bolso. Esta tendência em forte crescimento no desenvolvimento está constantemente a gerar novas inovações e avanços tecnológicos. Uma vez que cada lar alemão está equipado com uma média de cinco a dez ecrãs electrónicos, não é surpreendente que a investigação também continue na tecnologia de visualização e que muitos conceitos interessantes estejam a ser desenvolvidos e tornados comercializáveis. Para além dos visores convencionais LED/LCD ou visores com tecnologia TN, os visores e-ink, ou seja, visores com “tinta electrónica”, também estão disponíveis há algum tempo. Estes são também conhecidos como e-ink film ou e-paper. O que está por detrás disto e como esta tecnologia funciona exactamente, é discutido no artigo seguinte.

Como funciona o E-Ink Film?

A tecnologia de visualização E-Ink Film está no mercado há já algum tempo e está a encontrar cada vez mais aplicações devido à sua tecnologia especial. A tecnologia recebeu o seu nome pelo facto de ter um forte paralelo visual com a tinta no papel. Os ecrãs mais utilizados até agora, tais como LED/LCD ou TN, baseiam-se na ideia de que a superfície é constituída por muitos pixels individuais, cada um dos quais pode apresentar uma única cor.
O filme E-ink, no entanto, depende de um sistema avançado com um conceito químico interessante. O ecrã E-Ink é composto por uma camada com inúmeras e minúsculas cápsulas. Cada cápsula individual é preenchida com partículas. Em ecrãs a preto e branco ou ecrãs em escala de cinzentos, estas cápsulas são preenchidas apenas com partículas a preto e branco. Para superfícies de exposição coloridas, as cápsulas são normalmente preenchidas com partículas das cores magenta, amarelo, ciano (turquesa) e branco. Estas partículas flutuam num líquido límpido. As cápsulas são ligadas a eléctrodos transparentes à frente e atrás. Estas partículas individuais são ajustadas de modo a poderem ser movidas por carga eléctrica. Neste processo, cada cor tem uma configuração diferente e as sequências das partículas coloridas podem ser alteradas por impulsos electrónicos.

Exemplo:

Numa visualização em escala de cinzentos, as partículas são colocadas de modo a que as partículas pretas subam quando há uma carga negativa e as partículas brancas subam quando há uma carga positiva. Cada área da exposição pode receber encargos diferentes. Agora, se a superfície for completamente branca, então cada cápsula recebe uma carga positiva. Se uma área tiver de exibir um ponto negro, então exactamente esta área recebe uma carga negativa e fica negra.
Com os filmes e-ink com ecrãs coloridos, o conceito funciona da mesma forma, excepto que a disposição das partículas de cor individuais requer vários estados de carga.

As vantagens do filme e-ink: consumo de energia

Este tipo de tecnologia de visualização oferece muitas vantagens em relação aos métodos tradicionais. O conceito de exibir as folhas de tinta electrónica consome muito menos energia. Isto porque um ecrã e-ink só requer energia quando é iniciada uma mudança na disposição das cores. Os ecrãs convencionais de LED utilizam luz colorida em todo o lado. Como resultado, os dispositivos móveis com película E-Ink também têm uma duração de bateria exorbitante. Esta característica significa que existem murais de parede com tecnologia e-ink que não consomem qualquer energia, desde que a imagem exibida na parede não seja alterada.

As vantagens do filme E-Ink: Fidelidade aos olhos

Além disso, existem também fortes vantagens dos ecrãs e-ink em relação às tecnologias convencionais de visualização na sua interacção com o olho humano. Os e-link displays são muito mais fáceis aos olhos. Isto acontece porque o ecrã não cintila, o que é comum com outras tecnologias de visualização. Ao reproduzir a cor sem luz, as diferentes cápsulas permitem uma imagem estática que tem um efeito semelhante no olho humano como uma imagem na parede ou uma folha de papel escrita. Isto é obviamente uma vantagem para cada utilizador, mas especialmente para as pessoas com deficiências visuais, estes ecrãs são uma melhoria significativa.

É também do conhecimento geral que os ecrãs com tecnologia LCD são deslumbrantes à luz solar. Em alguns casos, trabalhar ao sol aberto é simplesmente impossível. Quando um dispositivo com tecnologia e-ink está em uso à luz solar, a legibilidade é infinitamente melhor.

Áreas de aplicação: Leitores de e-books, informação, trabalho, automóveis.

Estas características especiais e vantagens da tecnologia e-ink revolucionaram alguns mercados e criaram também novos mercados. Em princípio, as áreas de aplicação dos filmes e-ink são ilimitadas, mas a tecnologia está a ganhar terreno em algumas áreas em particular.
O mercado dos leitores de livros electrónicos, em particular, foi revolucionado pelo e-ink. Já existiam leitores de e-books antes da introdução do filme e-ink. No entanto, estes estavam equipados com tecnologia LCD e dificilmente foram capazes de alcançar qualquer avanço significativo. Só em meados dos anos 2010, após a introdução do filme e-ink, é que vários novos leitores de e-books apareceram no mercado. A razão para isto foi o facto de a nova tecnologia ter conseguido fazer desaparecer em grande parte as desvantagens dos leitores anteriores e o conceito de leitores de livros electrónicos ter voltado a ser interessante para o consumidor final.Muitos painéis de visualização ainda hoje funcionam com tecnologias de visualização convencionais. Estes podem ser painéis publicitários em espaços urbanos ou painéis informativos nos aeroportos. A poupança em energia eléctrica através da conversão da tecnologia em película e-ink também poderia revolucionar este mercado. Além disso, os dispositivos com tecnologia e-ink também podem ser utilizados de forma excelente para o trabalho, para além da leitura. Também aqui, o foco está nas vantagens do papel de alumínio e-ink. Graças à exposição amiga dos olhos, o trabalho pode ser feito durante um longo período de tempo sem cansar ou cansar os olhos. Por último, mas não menos importante, o E-Ink Film está também a ser cada vez mais utilizado em termos de design. O fabricante de automóveis BMW apresentou um novo modelo do BMW iX no CES (Consumer Electronic Show) em Las Vegas, em Janeiro de 2022. Nomeadamente, o BMW iX Flow tem uma característica especial. Pode mudar a cor da pele exterior. Além disso, também podem ser criados gradientes de cor e padrões. A BMW conseguiu assim criar uma inovação para carros de luxo que estabelece novos padrões de design. A película e-ink é também utilizada aqui. O corpo inteiro é coberto por ele. Isto permite que a cor do carro seja alterada ao toque de um botão.

História do filme E-Ink

E-Ink tornou-se o nome popular para esta tecnologia. No entanto, por detrás do nome está na realidade a empresa que desenvolveu o filme. A E-Ink Corporation foi fundada em 1997 por alguns investigadores após a tecnologia ter sido desenvolvida por alguns cientistas e investigadores no Massachusetts Institute of Technology (MIT) em 1996. Com esta tecnologia patenteada, a E-Ink Corporation conseguiu entrar no mercado através do boom dos leitores de livros electrónicos em 2006 e foi mesmo admitida no Hall da Fama para Inventores Nacionais nos EUA em 2016. Desde então, a E-Ink melhorou e reformulou a sua tecnologia muitas vezes. E-ink agora também equipa dispositivos tais como comprimidos, computadores portáteis e smartphones.

Centro de dados é o nome dado a uma instalação que fornece acesso partilhado a dados e aplicações através de uma estrutura complexa de computação, armazenamento e rede. Para assegurar que os dados são seguros e altamente disponíveis, existem normas industriais que também são úteis para o planeamento e manutenção dos centros de dados.

O que é um centro de dados?

De uma forma ou de outra, os centros de dados, também conhecidos como centros de dados, existem desde o advento dos computadores. Nos dias dos gigantes do tamanho de uma sala, um centro de dados poderia ter consistido num supercomputador. À medida que o equipamento se tornou mais pequeno e mais barato e as exigências aumentaram, cada vez mais fornecedores começaram a interligar vários servidores em rede. Isto aumentou consideravelmente o poder de processamento.

Hoje em dia, estes servidores estão ligados a redes de comunicação para que as pessoas possam aceder remotamente à informação aí armazenada. Um quarto, um edifício ou vários edifícios alojam frequentemente vários servidores agrupados com as suas infra-estruturas associadas. Os modernos centros de dados têm centenas ou milhares de servidores a funcionar 24 horas por dia. É por isso que os maiores investidores em centros de dados da Europa estão também muito interessados nas tecnologias.

Devido à elevada concentração de servidores empilhados em filas, estes centros de dados são também chamados de explorações de servidores. Os centros de dados oferecem serviços importantes como, por exemplo:

+ Armazenamento de dados
+ Cópia de segurança e recuperação
+ redes
+ Gestão de dados
+ Serviços de rede

Os centros de dados armazenam e entregam sítios Web inteiros. Os servidores fornecem serviços tais como comércio electrónico, armazenamento em nuvem, correio electrónico, mensagens em formato Instand, jogos em linha, serviços financeiros e outras aplicações.

Quase todas as empresas, organizações, agências governamentais ou instituições de investigação científica necessitam do seu próprio centro de dados ou devem contar com os serviços de um terceiro fornecedor. Alguns utilizam o seu próprio edifício para este fim ou utilizam serviços públicos baseados na nuvem, tais como os oferecidos pela Amazon, Google ou Microsoft. Os centros de dados das grandes empresas são frequentemente distribuídos por todo o mundo para assegurar um acesso constante aos dados.

Porque precisamos de centros de dados

Embora o hardware informático esteja a tornar-se cada vez mais pequeno e cada vez mais potente, a necessidade de poder informático e de armazenamento de dados continua a crescer. Acima de uma certa dimensão, cada empresa, agência governamental, instituição de investigação, rede social e organização requer um enorme poder informático. A falta de dados rápidos e fiáveis pode levar à incapacidade de fornecer serviços importantes e a uma perda de satisfação do cliente e de receitas.

Todos estes dados têm de ser armazenados algures. É por isso que cada vez mais dados se deslocam para a nuvem para que não tenham de ser armazenados em computadores de trabalho. Estes dados são então acedidos através de servidores anfitriões, razão pela qual muitas empresas estão também a transferir as suas aplicações profissionais para a nuvem. Isto, por sua vez, reduz o custo de funcionamento dos seus próprios servidores e redes.

Tipos de centros de dados

Os centros de dados variam em tamanho. Vão desde pequenas salas de servidores a centros geograficamente distribuídos em todo o mundo. Os modernos centros de dados evoluíram a partir de uma infra-estrutura local. Hoje em dia, os sistemas locais estão ligados a infra-estruturas de nuvem onde as redes, aplicações e cargas de trabalho são virtualizadas em múltiplas nuvens privadas e públicas. Distinguem-se os seguintes tipos de centros de dados:

+ Centros de dados de co-localização – o espaço e os recursos são fornecidos por um fornecedor a um cliente. A administração é da responsabilidade do cliente.

+ Centros de dados empresariais – Estes centros de dados são utilizados por empresas individuais para fins internos.

+ Centros de Dados de Serviços Geridos – Aqui serviços como o armazenamento de dados, computação e outros serviços são executados directamente para o cliente.

+ Centros de dados em nuvem – Estes centros são distribuídos globalmente e são frequentemente oferecidos ao cliente com a ajuda de um prestador de serviços gerido externamente.

Dimensionamento e desenho

Quando pensamos num centro de dados, imaginamos muitas vezes enormes salas cheias de racks de servidores a piscar. Milhas de cabos ligam os servidores a routers, switches ou outros equipamentos. No entanto, os centros de dados vêm em todos os tamanhos e configurações. Vão desde poucos servidores numa sala, até dezenas de milhares de servidores em enormes salas. Alguns são tão grandes que o pessoal circula em bicicletas ou trotinetas eléctricas.

A configuração de servidores, topologia de rede e infra-estrutura de apoio pode variar muito dependendo da empresa, finalidade, localização, taxa de crescimento e conceito inicial de concepção do centro de dados. A disposição de um centro de dados pode afectar grandemente a eficiência do fluxo de dados e as condições ambientais dentro do centro. Alguns sítios podem agrupar os seus servidores por função, tais como servidores web, servidores de bases de dados, ou servidores de aplicações e servidores de bases de dados. Para outros, cada servidor pode realizar múltiplas tarefas. Não existem regras ou normas estabelecidas para tal.

Como funcionam os centros de dados

Uma unidade física básica de centros de dados são servidores ligados para formar clusters. Muitas vezes estes são do mesmo tipo, para que possam ser empilhados em armários abertos ou fechados. No entanto, por vezes, existem diferentes tipos, tamanhos ou idades de servidores. Por exemplo, existem servidores modernos e planos ao lado de antigos computadores Unix e grandes mainframes.

Cada servidor é um computador de alto desempenho, com memória, armazenamento, um processador ou processadores e capacidade de entrada/saída. Como um computador pessoal, mas com um processador mais rápido e mais potente e muito mais memória. Os monitores, teclados ou outros periféricos estão localizados num local central ou numa sala de controlo separada de onde os dispositivos são monitorizados.

Redes, software e infra-estruturas

Os dispositivos de rede e comunicação são necessários num centro de dados para manter uma rede de alta largura de banda para comunicação com o mundo exterior e entre servidores e outros dispositivos dentro do centro de dados. Isto inclui componentes tais como routers, switches, os Controladores de Interface de Rede (NICs) dos servidores e potencialmente milhas de cabo. A cablagem vem em várias formas, incluindo par torcido (cobre), coaxial (também cobre ) e fibra (vidro ou plástico). Os tipos de cabos e os seus vários subtipos afectam a velocidade a que a informação flui através do centro de dados.

Outros equipamentos importantes do centro de dados incluem dispositivos de armazenamento (tais como unidades de disco rígido, unidades SSD e unidades de fita robótica), fontes de alimentação ininterrupta (UPSs), baterias de reserva, geradores de reserva e outros dispositivos relacionados com a energia.

E, claro, é necessário software para executar todo este hardware, incluindo os vários sistemas operativos e aplicações que correm nos servidores, software de clustering framework como o MapReduce ou Hadoop da Google para distribuir trabalho por centenas ou mais máquinas, programas de controlo de redes de socket de Internet, aplicações de monitorização de sistemas e software de virtualização como o VMware para reduzir o número de servidores físicos.

Centros de dados virtuais

Um centro de dados virtual oferece as capacidades de um centro de dados tradicional, mas utiliza recursos baseados na nuvem em vez de recursos físicos. Fornece a uma organização a capacidade de fornecer recursos de infra-estrutura adicionais conforme necessário sem ter de comprar, instalar, configurar e manter aparelhos físicos. Desta forma, as empresas podem tirar partido da flexibilidade, escalabilidade e economia de custos da computação em nuvem.

Segurança do centro de dados

Para além dos sistemas de segurança de edifícios que suportam uma instalação de centro de dados, as redes de comunicações requerem uma análise completa de confiança zero. As firewalls dos centros de dados, os controlos de acesso aos dados, IPS , WAF e os seus sistemas modernos equivalentes de protecção de aplicações Web e API (WAAP) devem ser devidamente especificados para garantir que sejam dimensionados conforme necessário para satisfazer os requisitos de rede dos centros de dados.

Porque é que os centros de dados se tornam relevantes

Os centros de dados são a espinha dorsal da computação moderna. Eles são a linha da vida que mantém o nosso mundo digital a funcionar. Os centros de dados são muito mais seguros do que o armazenamento de dados em hardware tradicional. Os centros de dados virtuais na nuvem oferecem uma melhor protecção de segurança através de firewalls eficazes e dispositivos semelhantes, para além de serviços de backup.

Os modelos linguísticos que aprendem através da inteligência artificial (IA) são a conversa da cidade. Normalmente, o desempenho e a qualidade destes modelos linguísticos andam de mãos dadas com o seu tamanho. Quanto maior for o modelo, melhor será o seu desempenho. No entanto, os modelos maiores são mais opacos. Isto é visto de forma crítica pelos especialistas em ética, uma vez que os modelos se tornam cada vez mais opacos com o aumento do tamanho do modelo e os preconceitos se tornam cada vez mais difíceis de detectar. Isto leva a consideráveis preocupações éticas. Gopher é um modelo linguístico comparativamente pequeno que pode procurar informação numa base de dados e obter a sua informação a partir daí. Gopher foi treinado para ser amigável e para conduzir o diálogo de uma forma semelhante a um humano. Os utilizadores podem fazer perguntas concretas ao Gopher e receber respostas concretas, que são compostas por informações da base de dados. Isto permite a Gopher, apesar do seu tamanho mais pequeno, acompanhar os grandes modelos no mercado, mantendo-se ao mesmo tempo flexível. Os conhecimentos de Gopher também podem ser actualizados actualizando a base de dados sem a necessidade de voltar a treinar Gopher.

A empresa de desenvolvimento de Gopher, Deepmind, não é desconhecida neste contexto. A empresa foi fundada em 2010 e comprada pela empresa-mãe do Google, a Alphabet, em 2014. A empresa, que tem a sua sede em Londres, tem outros centros no Canadá, em França e nos Estados Unidos. Com Gopher, Deepmind estabeleceu um novo marco no campo dos modelos linguísticos.

Com 280 mil milhões de parâmetros, Gopher não é o maior modelo linguístico, mas traz consigo um enorme potencial através da sua ligação à base de dados. No artigo publicado pela Deepmind, com mais de 118 páginas, a empresa explica tudo o que vale a pena saber sobre o modelo linguístico e dá exemplos de conversas que descrevem as interacções entre Gopher e o utilizador. Os utilizadores podem fazer perguntas ao modelo linguístico sobre qualquer tópico imaginável. Não importa se os utilizadores querem saber sobre os dinossauros, a teoria da relatividade ou a capital da República Checa. Gopher tem uma resposta para cada pergunta.

Gopher, como todos os modelos linguísticos maiores, é um transformador. Isto significa que Gopher aprende a si próprio (aprendizagem mecânica) e traduz uma sequência de caracteres noutra sequência de caracteres. O modelo é treinado para o fazer utilizando dados de amostra e assim aprende a trabalhar. Gopher foi treinado em 300 mil milhões de caracteres, mas pode recorrer a quantidades muito maiores de conhecimentos devido à base de dados. No total, a quantidade de dados compreende 2,3 triliões de caracteres e é assim muitas vezes maior do que a quantidade de dados utilizados para treinar Gopher.

Gopher pode ser utilizado para diferentes áreas e foi testado e comparado em 152 tarefas pela Deepmind após o seu desenvolvimento. As tarefas variavam desde a verificação dos factos até à modelação da linguagem, passando pela resposta a várias perguntas dos utilizadores. Em cerca de 80 por cento das tarefas, Gopher conseguiu prevalecer sobre os modelos linguísticos concorrentes comparados, que incluíam o conhecido modelo GPT-3.

O modelo Deepmind saiu por cima, especialmente na conversa, onde mostrou um elevado grau de consistência. A conversa natural é muitas vezes um problema com modelos linguísticos que dependem da inteligência artificial. Embora os modelos sejam capazes de formar frases individuais e gramaticalmente correctas, têm dificuldade em estabelecer um contexto sobre uma secção ou texto inteiro. Isto é importante para uma conversa fluente, contudo, e é um dos maiores desafios no desenvolvimento de modelos de linguagem artificial.

Uma razão para o bom desempenho de Gopher é a sua ligação à base de dados. Aqui, a base de dados de Gopher é utilizada como uma espécie de folha de consulta ou livro de referência. Esta base de dados é utilizada por Gopher para pesquisar passagens com linguagem semelhante, o que aumenta assim a previsão e a precisão do modelo. Deepmind chama à tecnologia do modelo “Retro” (Retrieval-Enhanced Transformer). Traduzido para alemão, isto significa algo como um transformador melhorado por capacidades de pesquisa. Através desta tecnologia, Gopher é capaz de competir com modelos linguísticos que são 25 vezes maiores.

Embora Gopher seja convincente em muitas áreas e deixe os seus concorrentes para trás, esta IA, tal como outros modelos linguísticos, tem de lutar com as questões éticas semelhantes. No entanto, devido à ligação com a base de dados, Gopher deve ser avaliado de um ponto de vista ético diferente dos modelos linguísticos comparáveis sem uma base de dados. Gopher torna transparentes as secções da base de dados que foram utilizadas para as previsões. Isto pode ajudar a explicar os resultados e ao mesmo tempo leva ao facto de Gopher não ser uma caixa negra pura. Além disso, as influências distorcivas (enviesamento) podem ser alteradas directamente na base de dados e assim eliminadas.

O facto de o modelo linguístico, embora um modelo bastante pequeno, ter geralmente superado os seus concorrentes nos testes, levanta a questão de quão bons modelos linguísticos grandes com uma ligação a uma base de dados poderiam ser. Contudo, estes não estão actualmente no mercado e teriam de ser testados de uma perspectiva ética, para além do desenvolvimento.

Actualmente, no entanto, Gopher é o modelo linguístico mais eficiente, a julgar pelos dados do Deepmind, que pode aprender através de alterações na base de dados sem ter de ser completamente requalificado.

A madeira como material de construção tem sido utilizada pelos humanos para a construção de casas desde o início dos tempos. A madeira é fácil de trabalhar e vive com as suas condições. As casas de madeira têm um encanto incomparável e são imóveis residenciais muito procurados. No entanto, a construção em madeira pura é limitada nas suas dimensões permitidas, são aprovados até cinco andares. Qualquer coisa superior torna-se problemática para a construção em madeira. As razões para isto residem nos regulamentos de protecção contra incêndios e na estática. Desde 2008, porém, existe uma solução inteligente e inovadora para novos edifícios com seis ou mais andares. O método de construção híbrido combina madeira com diferentes materiais tais como aço, betão, alumínio e placas de fibra de gesso. Viva a “cooperação”, mesmo entre materiais!

Boas razões para a mistura de material

No entanto, a aprovação legal de um edifício não é a única razão para o método de construção híbrida preferido. São as vantagens económicas na construção da casa que convencem os construtores e arquitectos. A madeira é um material de construção popular que é muito fácil de trabalhar. Em combinação com o betão armado, pode tornar-se ainda mais portador de carga. O engenheiro de estruturas ainda recomenda a utilização de betão para os tectos e as fundações, mas no futuro poderá recorrer cada vez mais a misturas de materiais, uma vez que as realizações técnicas de ponta no desenvolvimento de elementos de madeira pré-fabricados tornam possíveis novas construções. Mas não foi apenas a mistura de madeira e betão que deu origem a edifícios ultra-modernos nos últimos anos; a produção inovadora da indústria de transformação de madeira também ajuda a tornar a madeira estável em alturas elevadas. O material tem então nomes tais como madeira laminada em cruz ou madeira maciça estrutural. Caracteriza-se por propriedades materiais especiais. Outra vantagem do método de construção combinado é o factor tempo. A fase de construção é encurtada pela pré-fabricação. No entanto, deve notar-se com justiça que o grupo de planeamento requer mais tempo de antecedência. Em qualquer caso, a construção híbrida com madeira é ambientalmente consciente. Afinal de contas, a utilização deste material poupa areia como uma matéria-prima valiosa. Em termos dos valores de isolamento acústico exigidos e de precisão no fabrico de certos componentes, o método de construção híbrido de madeira é também vantajoso. A redução das emissões de gases com efeito de estufa já foi provada. Finalmente, o clima interior e o aspecto de bem estar devem ser mencionados, critérios importantes para os ocupantes.

Exemplos vivos

O método de construção híbrido de madeira tem agora um grande número de exemplos vivos. Podem ser encontrados em todo o mundo. Por exemplo, em Viena, 24 andares de altura significa pouco menos de 85 metros, na Noruega, um metro e meio mais alto do que em Viena e este é também considerado o edifício híbrido de madeira mais alto do mundo. Foi inaugurado em 2019. No mesmo ano, foram concluídos os edifícios residenciais em Berlin-Adlershof. Três anos antes já havia um projecto bem sucedido no Canadá, uma residência estudantil feita de elementos de madeira, e em 2021 Pforzheim está de pé com os seus orgulhosos 45 metros. A construção híbrida de madeira não é apenas uma alternativa inovadora aos estilos convencionais, mas esta forma de construção faz lembrar um modo de vida natural, dá aos residentes um sentimento positivo em relação ao futuro, uma vez que a gestão sustentável está envolvida, e a consciência está em harmonia com a experiência. Viver com madeira corresponde às ideias do cidadão ambientalmente consciente, já que este material de construção consome muito menos energia para a sua produção do que o aço. É por isso que muitos promotores de projectos na Alemanha estão a analisar este novo tipo de conceito de vida.

Mistura – mas como?

A madeira é normalmente utilizada para o revestimento do edifício, o betão dá estabilidade aos tectos e ao poço do elevador. Em alguns projectos, são também utilizados tectos compostos de madeira/concreto. As partes de madeira que suportam a carga são reforçadas com aço ou revestidas com placas de fibra de gesso cartonado. Por vezes a fachada é apoiada com lã de rocha e a escadaria é feita de betão armado. O betão é também utilizado para as linhas técnicas e todo o núcleo de abastecimento, tornando esta área sensível à prova de fogo. A cave e a garagem são na sua maioria feitas de betão. Uma vez que o revestimento de madeira é escolhido para a fachada, o observador tem a impressão de que a estrutura é puramente uma casa de madeira. E o aspecto dos interiores também faz lembrar a construção em madeira pura. Que material de construção é utilizado quando num edifício não é especificado pela lei de construção; depende da perícia do arquitecto e da imaginação e da carteira do construtor.

Económico – mas porquê?

O dióxido de carbono é poupado pela tonelada, por um lado durante a produção, mas também porque a própria madeira armazena dióxido de carbono. A poupança de custos através de uma pré-construção precisa, tecnologia de ar condicionado melhorada e produção rápida tornam este método de construção promissor para o futuro. Uma fase de construção encurtada significa alívio para todos os envolvidos. Vários edifícios construídos com métodos de construção híbridos de madeira contam como casas eficientes em termos energéticos e podem ser elegíveis para subsídios bancários. A construção com madeira e betão ou alumínio tem também outro efeito positivo. Como há menos poeira e ruído durante a fase de construção, este método de construção está a tornar-se cada vez mais popular. O baixo peso morto da madeira significa que já não é necessária muita maquinaria pesada, e a flexibilidade na forma como funciona permite alterações nos planos e na construção. Os tectos compostos de madeira-concreto, por exemplo, podem ser desconstruídos. As economias através de construções de estruturas de madeira levam a uma maior área bruta de piso e, em balanço, isto significa muitas vezes mais um plano. E os apartamentos criados pela construção híbrida de madeira continuam a ser acessíveis a todos os residentes.