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Title:
Como os "smartphones" realmente funcionam
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Description:
Já imaginou como funciona o seu "smartphone"? Dê um passeio a nível atómico com a cientista Cathy Mulzer, que revela como quase todos os componentes dos nossos dispositivos de alta potência existem graças aos químicos — e não aos empresários de Silicon Valley em que pensa a maioria das pessoas. Como ela diz: "A química é o herói das comunicações eletrónicas".
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Speaker:
Cathy Mulzer
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Quando entrei no ensino secundário
com o meu novo telemóvel da Nokia,
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pensava que tinha o substituto
novo e mais moderno
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para o meu antigo "walkie-talkie"
cor-de-rosa princesa.
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Só que agora, os meus amigos e eu
podíamos enviar mensagens
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ou falar uns com os outros
onde quer que estivéssemos,
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em vez de fingir,
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quando corríamos nos nossos quintais.
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Vou ser honesta.
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Naquela época, eu não pensava muito
sobre como eram feitos estes aparelhos.
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Geralmente apareciam
na manhã de Natal,
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portanto, talvez fossem feitos
pelos elfos na oficina do Pai Natal.
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Vou fazer-vos uma pergunta.
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Quem acham que são os reais
duendes que fazem estes aparelhos?
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Se eu perguntar isto
a muitas pessoas que conheço,
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dirão que são os engenheiros
informáticos de Silicon Valley,
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que programam os códigos.
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Mas muito tem de acontecer
a estes dispositivos
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antes de eles estarem preparados
para qualquer tipo de código.
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Estes aparelhos começam
a um nível atómico.
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Então, se me perguntarem,
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os verdadeiros duendes são os químicos.
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Isso mesmo, eu disse os químicos.
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A química é a heroína
das comunicações eletrónicas.
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E hoje o meu objetivo é convencer-vos
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a concordarem comigo.
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Vamos começar de forma simples,
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e vejam o interior destes aparelhos
insanamente viciantes.
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Porque, sem química,
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o que é uma autoestrada
de informação que adoramos,
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seria apenas um pisa-papel
bastante caro e brilhante.
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A química possibilita todas estas camadas.
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Vamos começar pelo ecrã.
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Como acham que conseguimos
estas cores vivas e luminosas
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de que tanto gostamos?
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Vou dizer-vos.
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Há polímeros orgânicos
incorporados no ecrã,
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que usam a eletricidade, transformando-a
no azul, vermelho e verde
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que apreciamos nas nossas imagens.
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E se mudarmos para a bateria?
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Há investigação bastante intensa.
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Como é que tiramos partido dos princípios
químicos das baterias tradicionais
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e os juntamos aos novos elétrodos
de alta área de superfície,
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para podermos carregar mais carga
numa pegada mais pequena de espaço,
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para podermos alimentar
os nossos aparelhos o dia todo,
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enquanto tiramos "selfies",
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sem termos de recarregar as baterias
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ou sentarmo-nos amarrados a uma tomada?
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E se passarmos para os adesivos
que ligam isto tudo,
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para poder aguentar
o nosso uso frequente?
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Como sou da geração da Internet,
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tenho de pegar no meu telemóvel
pelo menos 200 vezes por dia,
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e, ao fazê-lo, deixo-o cair
umas duas a três vezes.
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Mas quais são os verdadeiros
cérebros destes dispositivos?
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O que os faz trabalhar da forma
que tanto gostamos?
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Tudo isso relaciona-se com
componentes elétricos e circuitos
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que estão amarrados a uma
placa de circuito impresso.
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Ou talvez vocês prefiram
uma metáfora biológica
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— a placa-mãe, como talvez
já tenham ouvido dizer.
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Não se fala tanto
em placa de circuito impresso
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e, vou ser franca, não entendo porquê.
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Se calhar é por ser
a camada menos sensual
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e está escondida sob todas
as outras camadas elegantes.
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Mas está na altura de dar
a esta camada Clark Kent
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o elogio digno de Super-Homem
que ela merece.
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E faço-vos uma pergunta.
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O que acham que é uma
placa de circuito impresso?
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Considerem uma metáfora.
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Pensem na cidade em que vivem.
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Todos têm aqueles pontos de interesse
a que querem chegar:
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a casa, o trabalho, os restaurantes,
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alguns Starbucks em cada quarteirão.
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Então construímos estradas
que os conectam todos juntos.
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Isso é o que é uma placa
de circuito impresso.
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Só que em vez de ter coisas
como restaurantes,
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temos transístores em "chips",
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condensadores, resistências,
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todos esses componentes elétricos
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que têm de encontrar uma maneira
de falarem uns com os outros.
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Então, como são as nossas estradas?
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Nós construímos pequenos fios de cobre.
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como é que fazemos estes
pequenos fios de cobre?
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São mesmo pequenos.
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Será que vamos à loja de ferramentas,
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pegamos num rolo de fio de cobre,
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pegamos num alicate,
um pequeno corte aqui, outro ali,
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montamos tudo junto e depois, bang
— temos a placa de circuito impresso?
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De modo algum.
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Estes fios são demasiado
pequenos para isso.
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Por isso, temos de confiar
na nossa amiga: a química.
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O processo químico para fazer
estes minúsculos fios de cobre
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é aparentemente simples.
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Começamos com uma solução
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de esferas de cobre com cargas positivas.
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Depois, adicionamos-lhes uma placa
de circuito impresso isolante.
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E alimentamos essas esferas
de carga positiva
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com eletrões de carga negativa
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ao adicionar formaldeído à mistura.
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Devem-se lembrar do formaldeído.
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Um odor bastante distinto,
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usado para preservar as rãs
nas aulas de biologia.
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Acontece que consegue fazer
muito mais do que isso.
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É mesmo uma componente chave
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para fazer estes fios de cobre minúsculos.
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Os eletrões em formaldeído têm um impulso.
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Tentam saltar por cima daquelas
esferas de cobre de carga positiva.
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E tudo isso devido a um processo
conhecido como a química redox.
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Quando isso acontece,
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podemos pegar nestas esferas
de cobre com carga positiva
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e transformá-las num cobre
brilhante, metálico e condutor.
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E depois de termos cobre condutor,
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seguimos a todo o vapor.
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Conseguimos que todos
os componentes elétricos
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falem entre si.
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Por isso, mais uma vez
obrigada à química.
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Vamos pegar num pensamento
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e pensar até que ponto
chegámos graças à química.
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Claro, nas comunicações eletrónicas,
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o tamanho é importante.
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Por isso, vamos pensar em como
podemos encolher os aparelhos,
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para podermos passar do nosso
telemóvel dos anos 90, à Zack Morris,
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para algo um bocado mais compacto,
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como os telemóveis de hoje
que cabem no bolso.
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Porém, sejamos honestas:
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nada consegue caber
nos bolsos das calças das senhoras,
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se é que conseguem encontrar
um par de calças com bolsos.
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Acho que a química não consegue
ajudar nesse problema.
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Mas mais importante do que
encolher o aparelho,
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é como encolhemos o circuito dentro dele,
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e o encolhemos 100 vezes,
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para podermos fazer passar
o circuito de uma micro-escala
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para uma escala nanométrica.
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Porque, diga-se a verdade,
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neste momento, todos queremos
telemóveis mas potentes e rápidos.
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E mais potência e mais rapidez
requerem mais circuitos.
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Então, como fazemos isso?
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Não temos nenhum raio de encolher,
eletromagnético e mágico,
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como o professor Wayne Szalinski usou
no "Querida, Eu Encolhi os Miúdos"
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para encolher os filhos,
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por acidente, claro.
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Ou será que temos?
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Na verdade, nesta área,
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há um processo bastante
semelhante a isso
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que se chama fotolitografia.
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Na fotolitografia, pegamos
em radiação eletromagnética,
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ou aquilo a que chamamos luz,
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e usamo-la para encolher
uma parte daquele circuito,
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para podermos comprimi-lo ainda mais
num espaço muito pequeno.
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Como é que isto funciona?
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Começamos com um substrato
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que tem um filme sensível à luz.
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Depois cobrimo-lo com uma máscara
que tem por cima
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um padrão de linhas finas
e de funcionalidades
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que vão fazer o telemóvel trabalhar
da forma que queremos.
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Depois, expomos a máscara,
a uma luz brilhante
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de forma que a sombra
do padrão aparece na superfície.
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Em qualquer lado a que a luz
conseguir chegar através da máscara,
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vai causar uma reação química.
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E isso irá queimar a imagem
daquele padrão no substrato.
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É provável que vocês estejam a pensar:
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"Como passamos de uma imagem queimada
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"para nítidas linhas finas
e funcionalidades?"
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Para isso, temos de usar
uma solução química
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chamada revelador.
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Esta solução é especial.
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Consegue pegar em todas
as áreas não expostas
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e removê-las seletivamente,
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deixando para trás linhas finas
e limpas e funcionalidades,
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pondo a trabalhar
os nossos aparelhos miniaturizados.
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Usámos a química para
construir os dispositivos,
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e já a usámos para encolher
os dispositivos.
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Talvez já vos tenha convencido
que a química é a nossa heroína,
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e podíamos terminar já esta palestra.
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Calma, ainda não acabámos.
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Não tão depressa.
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Porque somos todos humanos.
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E enquanto humana,
eu quero sempre mais.
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Quero pensar em como usar a química
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para extrair mais de um dispositivo.
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Agora, andam-nos a dizer
que queremos a 5G,
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ou seja, a prometida
quinta geração de redes sem fio.
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Vocês já devem ter ouvido falar do 5G
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em anúncios que estão
a começar a aparecer.
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Ou talvez alguns de vocês
já tenham experimentado
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nos Jogos Olímpicos de Inverno de 2018.
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O que mais me entusiasma no 5G
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é que, quando estiver atrasada
a sair de casa para apanhar um avião,
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posso baixar filmes
no meu dispositivo em 40 segundos
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em vez de 40 minutos.
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Mas quando chegar o verdadeiro 5G,
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vai ser muito mais
do que quantos filmes
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podemos colocar no nosso dispositivo.
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Então a pergunta é: porque é
que o verdadeiro 5G ainda não chegou?
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E vou contar um pequeno segredo.
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É muito fácil de responder.
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É simplesmente difícil de fazer.
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Estão a ver, se usarmos
esses materiais tradicionais e o cobre
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para construir dispositivos 5G,
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o sinal não consegue chegar
ao seu destino final.
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Habitualmente, usamos
camadas isolantes ásperas
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para aguentar fios de cobre.
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Pensem nos fechos de velcro.
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É a aspereza das duas peças
que os torna aderentes
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Isso é muito importante
se queremos ter um dispositivo
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que dure mais tempo
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do que o necessário
para tirá-lo da caixa
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e começarmos a instalar nele
todos os aplicativos.
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Mas essa aspereza causa um problema.
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Com a alta velocidade da 5G
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o sinal tem de passar
junto dessa aspereza,
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e perder-se-á antes de chegar
ao seu destino final.
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Pensem numa cordilheira.
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Temos um sistema complexo
de estradas que sobem e sobem,
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e queremos chegar ao outro lado.
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Não concordam comigo
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que, provavelmente,
levaríamos muito tempo,
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e provavelmente nos perderíamos,
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se tivéssemos de subir e descer
todas as montanhas,
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em vez de perfurarmos um túnel plano
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que pudesse seguir em frente?
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É a mesma coisa
nos nossos dispositivos 5G.
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Se pudéssemos remover essa aspereza,
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podemos enviar o sinal 5G
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direto, sem interrupção.
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Parece muito bom, não é?
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não acabei de dizer
que precisávamos dessa aspereza
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para manter o dispositivo unido?
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E se a eliminarmos,
ficamos numa situação
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em que o cobre não vai aderir
ao substrato subjacente.
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Pensem na construção
de uma casa com blocos de Lego,
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com todas as peças de cantos e recantos
que servem de travão
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e de outra só com blocos simples.
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Qual delas vai ter
maior integridade estrutural
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quando a criança de dois anos
entrar aos pulos na sala,
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tentando ser o Godzilla
e derrubar tudo?
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E se colocarmos cola
naqueles blocos lisos?
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É disso que a indústria está à espera.
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Estão à espera que os químicos
projetem superfícies novas e lisas
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com maior adesão inerente
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para alguns desses fios de cobre.
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Quando resolvermos esse problema
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— e vamos resolver o problema,
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e vamos trabalhar
com físicos e engenheiros
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para resolver todos os desafios do 5G —
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o número de aplicações vai disparar.
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E aí sim, teremos coisas
como carros autónomos,
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porque agora as redes de dados
podem lidar com as velocidades
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e a quantidade de informações
necessárias para fazerem esse trabalho.
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Mas usemos a imaginação.
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Eu imagino ir a um restaurante
com um amigo alérgico a amendoins,
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pegar no meu telefone
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abaná-lo sobre a comida
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e esperar que a comida nos dê
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uma resposta muito
importante a uma pergunta:
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"É mortal ou seguro para consumo?"
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Ou talvez os nossos dispositivos
passem a ser tão bons
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no processamento
de informações sobre nós,
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que se tornarão
nos nossos "personal trainers".
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Saberão qual a maneira mais eficaz
de queimarmos calorias.
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Eu sei que, em novembro próximo,
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quando tentar queimar
alguns desses quilos de gravidez,
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adoraria um dispositivo
que me dissesse como fazer isso.
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Eu não sei outra maneira de dizer isto,
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exceto que a química é fantástica.
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E possibilita todos estes
dispositivos eletrónicos.
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Da próxima vez que enviarem um texto
ou tirarem uma "selfie",
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pensem em todos os átomos
que trabalham no duro
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e a inovação que veio antes deles.
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Quem sabe,
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talvez alguns de vocês.
que estão a ouvir esta conversa,
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talvez até no vosso dispositivo móvel,
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decidam que também
querem ser um auxiliar
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do Capitão Química,
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o verdadeiro herói
dos dispositivos eletrónicos.
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Obrigada pela vossa atenção,
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e obrigada, química.
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