O Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), organização social vinculada ao Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI), oficializou no dia 8 de outubro o início das pesquisas em cinco novas estações de pesquisa do Sirius, o maior e mais complexo projeto científico já desenvolvido no Brasil, em Campinas, SP. Também foram oficialmente entregues um laboratório de apoio e a unidade de processamento de dados, equipada com supercomputadores.

Sirius é uma infraestrutura de pesquisa única no País, estratégica para a investigação científica de ponta e para a busca de soluções para problemas globais, em áreas como saúde, agricultura, energia e meio ambiente. Projetado e construído por brasileiros e financiado pelo MCTI, o Sirius é uma das fontes de luz síncrotron mais avançadas do mundo, uma estrutura de pesquisa aberta às comunidades científica e industrial.

As cinco novas estações experimentais do Sirius, conhecidas como linhas de luz, ganharam nomes inspirados na flora e fauna brasileiras: Carnaúba, Cateretê, Ema, Ipê e Imbuia. A partir de agora, essas linhas de luz passam a receber propostas de investigação de pesquisadores externos, vindos de universidades ou da indústria, nas mais variadas áreas do conhecimento.

“Temos muito trabalho pela frente, mas cada avanço do Sirius reforça que temos competência para lançar a ciência e a tecnologia do País a um novo patamar. A comunidade científica brasileira faz um ótimo trabalho e nós atuamos para apoiá-la, oferecendo condições de pesquisa inéditas no País. Estamos montando uma máquina para ser competitiva internacionalmente, projetada por brasileiros e construída em parceria com a indústria nacional. Trabalhamos para que o Sirius seja motivo de orgulho para o País”, afirma Antonio José Roque da Silva, Diretor-Geral do CNPEM e do Projeto Sirius.

Luz na pandemia

As estações de pesquisa onde são feitos experimentos em uma fonte de luz síncrotron como o Sirius são chamadas de linhas de luz. Elas permitem observar aspectos microscópicos dos mais diversos materiais, os átomos e moléculas que os constituem, seus estados químicos e sua organização espacial, além de acompanhar a evolução no tempo de processos físicos, químicos e biológicos que ocorrem em frações de segundo.

As linhas de luz do Sirius foram projetadas para abrigar instrumentação científica avançada, adequada para investigar problemas em áreas estratégicas para o desenvolvimento do País.

A linha de luz Manacá foi a primeira a entrar em funcionamento, em setembro de 2020, como parte do esforço do CNPEM para disponibilizar uma ferramenta de ponta à comunidade científica brasileira dedicada a pesquisas com SARS-CoV-2. Dedicada à cristalografia de proteínas, esta estação é capaz de revelar a posição de cada um dos átomos que compõem a proteína estudada, o que auxilia os pesquisadores a investigar a sua ação no organismo e sua interação com moléculas que têm potencial para o desenvolvimento de fármacos.

Outras oito estações de pesquisa seguem em diferentes fases de desenvolvimento, montagem e testes, e devem entrar em funcionamento dentro dos próximos meses. A primeira fase do projeto prevê a instalação de 14 linhas de luz, mas o prédio do Sirius será capaz de abrigar até 38 estações de pesquisa no total.

Novas estações de pesquisa

Agora, o CNPEM celebra a entrega de outras cinco linhas de luz que entram em fase de comissionamento científico, batizadas de Carnaúba, Cateretê, Ema, Ipê e Imbuia. Essas estações de pesquisa contribuirão para a solução de grandes desafios científicos e tecnológicos, como novos medicamentos e tratamentos para doenças, novos fertilizantes, fontes renováveis de energia, entre muitas outras potenciais aplicações, com fortes impactos econômicos e sociais.

Carnaúba

Poderá realizar análises dos mais diversos materiais nano-estruturados, visando a obtenção de imagens 2D e 3D com resolução nanométrica da composição e estrutura de solos, materiais biológicos e fertilizantes, por exemplo, além de outras investigações nas áreas de ciências ambientais.

“Carnaúba é um grande microscópio de raios X capaz de penetrar todo tipo de matéria e trazer à tona informações sobre sua estrutura, morfologia e estados químicos. Ela foi construída para estudar materiais de grande complexidade, principalmente aqueles heterogêneos, como catalizadores, células solares, solos e fertilizantes. Ela tem assim um impacto enorme no conhecimento de materiais que estão presentes no nosso dia, e que, de certa maneira, permitirão que vivamos num planeta melhor, fazendo uso de energias renováveis e garantindo nossa segurança alimentar para o próximo século”, diz Helio Tolentino, chefe da Divisão de Matéria Heterogênea e Hierárquica.

Cateretê

Otimizada para a obtenção de imagens tridimensionais com resolução nanométrica de materiais para as mais diversas aplicações. Nas ciências biológicas, por exemplo, será possível visualizar as organelas dentro de uma célula e, com isso, inferir sobre efeitos estruturais e metabolismo celular.

“Cateretê é, sem dúvida, uma grande ferramenta que nos permitirá estudar fenômenos biológicos em diferentes escalas que poderão resultar no entendimento aprofundado de doenças crônicas como o câncer e, consequentemente, no avanço de tratamentos médicos mais eficazes”, afirma Mateus Cardoso, Chefe da Divisão de Matéria ​Mole e Biológica do LNLS.

Ema

Possibilitará a realização de experimentos em materiais submetidos a condições extremas de temperatura, pressão ou campo magnético. O estudo da matéria nessas condições permite investigar novos materiais com características que não existem em condições normais. Este é o caso, por exemplo, dos materiais supercondutores, capazes de conduzir correntes elétricas sem resistência, com o potencial de revolucionar a transmissão e o armazenamento de energia.

De acordo com Narcizo Marques, chefe da Divisão de Matéria Condensada e Ciência dos Materiais do LNLS, “A estação experimental EMA possibilitará uma combinação única no mundo entre diversas técnicas de baseadas em luz sincrotron e condições termodinâmicas para o estudo de materiais. Isso abre oportunidades para descobertas em materiais de todas as áreas, seja ciência básica em matéria condensada, aplicações em metalurgia, geociências, dentre outros.”

Ipê

Será dedicada a estudar a distribuição dos elétrons em átomos e moléculas presentes em interfaces líquidas, sólidas e gasosas, e de como ela afeta as propriedades dos materiais. Dessa forma, Ipê permitirá sondar como as ligações químicas ocorrem nas interfaces de materiais como catalisadores, células eletroquímicas, materiais sujeitos a corrosão, ou ainda como a corrente elétrica se propaga em diferentes materiais, desde isolantes até supercondutores.

Imbuia

Dedicada a experimentos utilizando a luz infravermelha, que permite a diferenciação entre os distintos grupos funcionais e a análise da composição de praticamente qualquer material, com resolução nanométrica. Imbuia permitirá, assim, a realização de pesquisas de fronteira tanto em novos materiais sintéticos como para o entendimento de materiais naturais, como os biológicos.

Novos laboratórios de apoio ao Usuário

Além de permitir experimentos extremamente avançados, Sirius irá proporcionar toda a infraestrutura necessária para que os pesquisadores realizem suas investigações. Para isso, laboratórios de apoio, instalados ao redor das linhas de luz, atenderão as demandas de usuários quanto ao preparo e condicionamento de amostras, realização de reações químicas controladas e uso de equipamentos eventualmente indisponíveis na instituição de origem do pesquisador.

Uma dessas instalações é Laboratório de Condições Termodinâmicas Extremas. Neste laboratório de apoio podem ser geradas condições extremas, como altas e baixas temperaturas, altas pressões e campos magnéticos, de forma que as amostras dos materiais possam ser analisadas sob essas condições especiais. Isso porque sob essas condições os materiais podem se comportar de maneira diferente das que já conhecemos. Por exemplo, os átomos que compõem um material se aproximam ao se aumentar a pressão a qual ele é submetido. Isso produz um novo arranjo dos átomos, que pode levar formação de novos materiais ou a descoberta de novos estados ou fenômenos exóticos da matéria.

Neste laboratório os usuários das linhas de luz contam com a infraestrutura necessária para preparar suas amostras para os experimentos em diferentes condições extremas. Um desses dispositivos especiais, que cabe na palma da mão, é chamado de célula de bigorna de diamantes. Com ele é possível “espremer” a amostra do material estudado entre dois diamantes para aplicar a ela pressões tão altas quanto às encontradas no núcleo do planeta Terra.

Unidade de Processamento de Dados homenageia mulheres

Além dos laboratórios de apoio, os usuários do Sirius também terão a sua disposição uma infraestrutura de ponta para transferência, armazenamento, e processamento do gigantesco volume de dados obtidos nas linhas de luz.

Denominada TEPUI (Throughput Enhanced Processing Unit), a infraestrutura é composta por supercomputadores batizados em homenagem a mulheres importantes como Enedina Alves Marques, Tarsila do Amaral e Rosalind Franklin. Esses computadores possuem centenas de CPUs e milhares de GB de memória RAM. O componente de destaque são as placas de vídeo A100, a mais poderosa do momento, com 40 GB de memória por placa. Nelas são executados os algoritmos que necessitam de alto poder de processamento paralelo, capazes de processar as informações mais complexas em questão de segundos.

Já o armazenamento de dados tem capacidade para 2.000 TB enquanto a transferência de dados é capaz de operar com velocidades de 400.000 Megabits por segundo, mais de mil vezes a capacidade de armazenamento de computadores pessoais e da velocidade dos planos de internet doméstica.

Dessa forma, através do tratamento de dados rápido, amigável e flexível, o máximo da inteligência e criatividade humanas pode ser exercido na investigação científica.

Sobre o Sirius

Projetado e construído por brasileiros e financiado pelo Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI), o Sirius é uma das fontes de luz síncrotron mais avançadas do mundo. Este grande equipamento científico possui em seu núcleo um acelerador de elétrons de última geração, que gera um tipo de luz capaz de revelar a microestrutura de materiais orgânicos e inorgânicos. Essas análises são realizadas em estações de pesquisa, chamadas linhas de luz. O Sirius irá comportar diversas linhas de luz, otimizadas para experimentos diversos, e que funcionarão de forma independente entre si, permitindo que diversos grupos de pesquisadores trabalhem simultaneamente, em diferentes pesquisas nas mais diversas áreas, como saúde, energia, novos materiais, meio ambiente, dentre outras.

As diferentes técnicas experimentais disponíveis nas linhas de luz do Sirius permitirão observar aspectos microscópicos dos materiais, como os átomos e moléculas que os constituem, seus estados químicos e sua organização espacial, além de acompanhar a evolução no tempo de processos físicos, químicos e biológicos que ocorrem em frações de segundo. Em uma linha de luz é possível acompanhar também como essas características microscópicas são alteradas quando o material é submetido a diversas condições, como temperaturas elevadas, tensão mecânica, pressão, campos elétricos ou magnéticos, ambientes corrosivos, entre outras. Essa capacidade é uma das principais vantagens das fontes de luz síncrotron, quando comparadas a outras técnicas experimentais de alta resolução.

As linhas de luz do Sirius são instrumentos científicos avançados, projetados para solucionar problemas em áreas estratégicas para o desenvolvimento do País. Inicialmente, um conjunto de 14 linhas de luz foi planejado para cobrir uma grande variedade de programas científicos. Ao todo, Sirius poderá abrigar até 38 linhas de luz.

Sobre o CNPEM

Ambiente de pesquisa e desenvolvimento sofisticado e efervescente, único no País e presente em poucos polos científicos no mundo, o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) é uma organização social supervisionada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI). O CNPEM reúne equipes multitemáticas altamente especializadas, infraestruturas laboratoriais mundialmente competitivas e abertas à comunidade científica, linhas de pesquisa em áreas estratégicas, projetos inovadores em parcerias com o setor produtivo e ações de treinamento para pesquisadores e estudantes.

O Centro constitui um ambiente movido pela busca de soluções com impacto nas áreas de Saúde, Energia, Meio Ambiente, Novos Materiais, entre outras. As competências singulares e complementares presentes no CNPEM impulsionam pesquisas e desenvolvimentos inovadores nas áreas de luz síncrotron; engenharia de aceleradores; descoberta de novos medicamentos, inclusive a partir de espécies vegetais da biodiversidade brasileira; mecanismos moleculares envolvidos no início e progressão do câncer; doenças cardíacas e neurodesenvolvimento; nanopartículas funcionalizadas para combater bactérias, vírus, câncer; novos sensores e dispositivos nanoestruturados para os setores de petróleo e gás e saúde; soluções biotecnológicas para o desenvolvimento sustentável.