Cérebro Quântico: Somos computadores quânticos biológicos?

Já que todas as analogias do cérebro com um computador falharam, a ideia agora é ver se ele não seria um computador quântico.[Imagem: Peter Allen/UCSB]

Projeto Cérebro Quântico

Nos últimos séculos, os cientistas têm-nos comparado com máquinas e as máquinas conosco - temos uma "maquinaria celular" e computadores são "cérebros eletrônicos", lembra-se?

Com o advento das tecnologias quânticas, físicos e neurocientistas estão pensando em dar um upgrade nessas comparações.

"Será que nós poderíamos ser computadores quânticos, em vez de meros robôs inteligentes que estão projetando e construindo computadores quânticos?" propõe o professor Matthew Fisher, da Universidade da Califórnia em Santa Barbara, nos EUA.

E ele vai tentar responder a essa pergunta; não sozinho, mas junto a uma equipe interdisciplinar e interinstitucional que está se reunindo em torno de um projeto multimilionário batizado de Projeto Cérebro Quântico, ou QuBrain (Quantum Brain Project).

Computação quântica biológica

Algumas funções que o cérebro realiza continuam a iludir a neurociência - o substrato que "guarda" as memórias de longo prazo, por exemplo, ou mesmo como o cérebro registra, retém e recupera todas as memórias.

A mecânica quântica, que lida com o comportamento da natureza em níveis atômicos e subatômicos, pode ser capaz de dar algumas pistas. E isso, por sua vez, poderia ter grandes implicações em muitos níveis, da computação quântica e das ciências dos materiais à biologia, saúde mental e até mesmo na conceituação do que é ser humano.

A ideia de uma computação quântica ocorrendo em nossos cérebros não é nova. O que Fisher planeja fazer é identificar um conjunto preciso e único de componentes biológicos e mecanismos chave que possam fornecer a base para o processamento quântico no cérebro.


De fato, um estado quântico tipicamente marcado pela fragilidade sobreviveu 39 minutos, uma verdadeira "eternidade" pelos padrões da física de partículas, usando átomos de fósforo como qubits. [Imagem: Stef Simmons/CC BY]

Qubits bioquímicos

A marca registrada dos computadores quânticosreside em sistemas infinitesimais de átomos e íons que podem funcionar como qubits ao apresentar o estranho fenômeno do entrelaçamento, ou emaranhamento quântico. Vários qubits podem formar redes que codificam, armazenam e transmitem informações.

Ocorre que, nos computadores quânticos que estamos tentando construir, esses efeitos são gerados e mantidos em ambientes altamente controlados, isolados e a baixas temperaturas, porque qualquer interferência do ambiente faz com que os dados e a computação inteira se percam - e, na escala dos átomos, há sempre outros átomos, elétrons e fótons interferindo uns com os outros.

Assim, o cérebro, quente e úmido, tipicamente não é visto como um ambiente propício para exibir efeitos quânticos, já que esses efeitos devem ser facilmente "lavados" pelo movimento térmico de átomos e moléculas.

No entanto, Fisher afirma que os spins nucleares (no núcleo dos átomos, e não o spin dos elétrons) fornecem uma exceção à regra.

"Spins nucleares extremamente bem isolados podem armazenar - e talvez processar - informações quânticas em escalas de tempo humanas de horas ou mais," disse ele, acrescentando que os átomos de fósforo - um dos elementos mais abundantes no corpo humano - têm o spin nuclear necessário que pode servir como um qubit bioquímico.

Assim, um dos primeiros esforços experimentais de Fisher será monitorar as propriedades quânticas dos átomos de fósforo, particularmente o entrelaçamento entre dois spins nucleares de fósforo quando os dois átomos estão ligados em uma molécula que passa por processos bioquímicos.

Enquanto isso, Matt Helgeson e Alexej Jerschow, da Universidade de Nova York, investigarão a dinâmica e o spin nuclear das moléculas de Posner - nanoaglomerados esféricos de fosfato de cálcio - e se elas têm a capacidade de proteger os spins nucleares dos qubits atômicos de fósforo, o que poderia viabilizar o armazenamento de informações quânticas. Eles também explorarão o potencial do processamento não-local de informações quânticas que poderia ser ativado pelo emparelhamento e dissociação das moléculas de Posner.


Recentemente, um pesquisador brasileiro criou um design radical de computador quânticotambém baseado em qubits de fósforo. [Imagem: Tony Melov/UNSW]

Neurônios entrelaçados

Em outro conjunto de experimentos, a equipe do professor Tobias Fromme, da Universidade Técnica de Munique, na Alemanha, estudará a possível contribuição da mitocôndria para o entrelaçamento e seu acoplamento quântico com os neurônios. O objetivo é determinar se essas organelas celulares - responsáveis por funções como o metabolismo e a sinalização celular - podem transportar moléculas de Posner dentro e entre os neurônios através de suas redes tubulares.

A expectativa é que fundir e fissionar as mitocôndrias possa permitir o estabelecimento do entrelaçamento quântico não-local intra e intercelular. A subsequente dissociação das moléculas de Posner poderia desencadear a liberação de cálcio, correlacionado através da rede mitocondrial, ativando a liberação de neurotransmissores e o subsequente disparo sináptico através do que seria essencialmente uma rede quântica de neurônios - um fenômeno que Fromme pretende emular em laboratório.

"Se a questão sobre se processos quânticos ocorrem no cérebro for respondida de forma afirmativa, isso pode revolucionar nossa compreensão e o tratamento da função cerebral e da cognição humana," disse Matt Helgeson.

Agora será uma questão de acompanhar os progressos do Projeto Cérebro Quântico e ver se todas essas hipóteses sustentam-se na prática - ou se vamos precisar usar nossos cérebros misteriosos para bolar outras teorias.

Fonte: Inovação Tecnológica

Nota: É incrível como se reconhece que o cérebro e todo o corpo humano é muito complexo, organizado e melhor que qualquer computador ou máquina feita por mentes inteligentes de cientistas, mas que muitos ainda acreditam que a vida é fruto do acaso, de mutações randômicas, seleção natural e muito tempo. A impressão que fica é a de que muitos querem conscientemente negar que fomos planejados por um Ser todo poderoso e onisciente, que criou "computadores quânticos biológicos" de forma impressionante e Suas digitais estão exatamente nesses aspectos de complexidade irredutível, perfeição, informação e ordem. Sinais de design inteligente por toda a vida. Ao ler artigos como este acima, lembro do Salmo 139:14: "Graças te dou, visto que por modo assombrosamente maravilhoso me formaste; as tuas obras são admiráveis, e a minha alma o sabe muito bem;" e de uma advertência de Paulo: "Pois desde a criação do mundo os atributos invisíveis de Deus, seu eterno poder e sua natureza divina, têm sido vistos claramente, sendo compreendidos por meio das coisas criadas, de forma que tais homens são indesculpáveis;" (Romanos 1:20) [ALM]

Aviões com asas metamórficas se parecerão mais com pássaros

Os aviões não chegarão a bater asas, mas as asas totalmente fixas parecem estar com seus dias contados. [Imagem: SMS]

Asas metamórficas

Os aviões do futuro terão certamente asas morfológicas, ou metamórficas, asas que mudam de formato para cada situação de voo.

Modificar a forma das asas para atingir o máximo desempenho aerodinâmico deverá ajudar a reduzir os custos de combustível e reduzir as emissões dos aviões. Essa capacidade de adaptação ajudará ainda a reduzir o ruído e a vibração, aumentando o conforto e a segurança dos passageiros.

E essa tecnologia inteligente também terá aplicações em setores muito diferentes da aviação: Sistemas sensoriais eletroativos incorporados podem ser instalados, por exemplo, em turbinas eólicas, hélices de navios e até em carros.

Sensores de fibra óptica

O projeto SMS, financiado pela União Europeia, está começando um teste tecnológico de asa morfológica instalando sensores baseados em uma nova geração de fibras ópticas que fazem medições de pressão em tempo real durante o voo, coletando os dados necessários para que as asas se adaptem às condições sempre variáveis no céu.

O veículo de testes é nada menos do que um Airbus A320, que irá coletar dados em voo. Esses dados servirão para fundamentar o projeto de novas asas com extremidades móveis. O primeiro protótipo deverá ser capaz de atingir pelo menos 1% de redução no consumo de combustível e cerca de 0,5% nas emissões de CO2, segundo as simulações.

"Uma coisa que torna o projeto SMS único é o grau em que o sistema sensorial em desenvolvimento está ligado à ativação em tempo real.

"É assim que as aves de rapina operam em voo. Seus sistemas sensoriais internos capturam flutuações de pressão, que são instantaneamente analisadas e usadas através de seu sistema de penas, ailerons e asas em múltiplas escalas, para otimizar o desempenho aerodinâmico em tempo real. Isso permite que essas aves mergulhem rapidamente sobre a presa de forma silenciosa e eficiente, aumentando a sustentação e diminuindo o arrasto. Adaptar a forma e o comportamento vibratório das asas de um avião em tempo real tem o mesmo efeito," explicou Marianna Braza, do Instituto Nacional Politécnico de Toulouse, na França.


Protótipo de asa morfológica, sobreposta com as simulações de arrasto aerodinâmico. [Imagem: SMS]

Asas com músculos artificiais

Os sensores de fibra óptica inéditos lançados pelo projeto fazem parte de um sistema conhecido como "morfologia eletroativa híbrida" - ligeiras variações de pressão captadas pelos sensores são transmitidas para um flap deformável na asa, projetado para controlar o nível de sustentação para cada situação, como decolagem, cruzeiro e pouso.

As mudanças na forma do flap são feitas por ligas com memória de forma - também conhecidas como músculos artificiais - que estão incorporadas na estrutura. Essas ligas lembram sua forma original e, quando deformadas, podem retornar à sua forma inicial - recentemente, a agência espacial alemã (DLR) demonstrou um dos protótipos de flap biônico que deverão ser testados pela equipe, inspirado em uma planta carnívora.

"Esse comportamento imita o desempenho das penas dos pássaros em voo", prosseguiu Braza. "É claro que os pássaros nunca voam em velocidade de cruzeiro, então o projeto SMS é apenas parcialmente bioinspirado."

A NASA também já está testando sua asa que muda de formato.

Fonte: Inovação Tecnológica

Nota: como conceber que o avião é obra de mentes inteligentes e as próprias aves, que estão sendo aos poucos copiadas, não são? Na verdade, essas matérias que venho constantemente postando aqui sobre design inteligente da natureza sendo copiado pelo homem, são evidências mais que o suficiente para se crer que fomos planejados, a vida como um todo. [ALM]

Nano-ouvido supera tímpano humano

Os nano-ouvidos são formados por camadas atomicamente finas de molibdenita. [Imagem: Case Western Reserve University]

Ouvido em nanoescala

Membranas com a espessura de poucos átomos estão permitindo construir "nano-ouvidos" superpotentes, capazes de receber e transmitir uma faixa de frequências muito acima daquela que o ouvido humano pode ouvir.

As membranas atomicamente finas são trilhões de vezes - 10 seguido de 13 zeros - mais finas do que o tímpano humano.

A ideia é construir uma nova geração mais eficiente e ultraminiaturizada de dispositivos, incluindo não apenas microfones e alto-falantes, mas toda uma gama de tecnologias sônicas - brocas, sistemas de levitação e raios tratores são alguns exemplos.

O problema em miniaturizar os dispositivos sônicos está justamente na obtenção de uma faixa dinâmica mais larga.

"No final, precisamos de transdutores que possam manipular sinais sem perder ou comprometer a informação, tanto no 'teto do sinal' (o nível mais alto de um sinal não distorcido), quanto no 'piso de ruído' (o menor nível detectável)," explicou o professor Philip Feng, da Universidade Case Western, nos EUA.

Membranas atômicas

O tímpano humano normalmente tem um alcance dinâmico de 60 a 100 dB na faixa de 10Hz a 10kHz, e nossa audição diminui rapidamente fora dessa faixa de frequência. Outros animais, como o gato doméstico ou a baleia beluga, podem ter faixas dinâmicas comparáveis ou ainda mais amplas em bandas de frequência mais altas.

As membranas vibratórias em nanoescala desenvolvidas pela equipe foram fabricadas de camadas atômicas de cristais semicondutores. Foram testadas de uma a quatro camadas de cristais de molibdenita (MoS2), medindo 0,7, 1,4, 2,1 e 2,8 nanômetros, respectivamente. Cada membrana mede 1 micrômetro de diâmetro.

Os nanotímpanos alcançam a qualidade de audição dos gatos. [Imagem: Case Western Reserve University]

Audição dos gatos

O resultado é um nano-ouvido superior ao ouvido humano, comparável em capacidade de detecção ao ouvido de um gato.

As nanomembranas apresentam uma excelente capacidade de "sintonização", o que significa que seus tons podem ser manipulados esticando as membranas usando forças eletrostáticas, semelhante ao que se faz quando se afina o som de um instrumento musical. O consumo de energia fica na faixa dos picowatts (10-12 Watt) aos nanowatts (10-9 Watt) para um funcionamento sustentado.

Bibliografia:

Electrically tunable single- and few-layer MoS2 nanoelectromechanical systems with broad dynamic range
Jaesung Lee, Zenghui Wang, Keliang He, Rui Yang, Jie Shan, Philip X.-L. Feng
Science Advances
DOI: 10.1126/sciadv.aao6653

Fonte: Inovação Tecnológica

Nota: Mais um exemplo de dedicação dos pesquisadores, que gastam tempo e raciocínio para desenvolver algo que já existe na natureza, o ouvido. O aparelho auditivo desenvolvido supera a capacidade do ouvido humano, mas perde com certeza em outros quesitos, como impermeabilidade e automontagem do corpo, sendo o ouvido uma parte de um sistema interligado de forma perfeita, com os olhos, nariz, tato das mãos e pés etc. Quero focar na capacidade quase igual à capacidade da audição dos gatos, quanto a esse nano-ouvido: como conceber que ele é uma obra-prima de inteligência humana, ainda que cópia em nano-escala do original biológico, e o ouvido biológico ser concebido pelos evolucionistas como produto de uma evolução aleatória e não racional? O ouvido humano não é o mais potente da natureza, mas é um show de tecnologia também. E mais ainda o do gato. As evidências de design inteligente na natureza estão cada dia mais aumentando, apontando para aquEle que tudo sabe e tudo fez. [ALM]