May the Force (Shoes) Be With You

May 28, 2014

Maintaining astronaut bone and muscle health in microgravity is an ongoing concern for NASA, and now the agency is “forcing” the issue with a new investigation.

On May 29, 2014, NASA will fly the ForceShoe, designed by XSENS, to the International Space Station (ISS) and, although these shoes don’t measure the same force of Star Wars lore, they will help NASA collect data for studying the loads, or force, placed on crew member bodies during exercise on the space station’s Advanced Resistive Exercise Device (ARED).

NASA will fly the ForceShoe, developed by XSENS, to the International Space Station in May 2014. The ForceShoe engineering evaluation will help validate the use of portable load monitoring devices in space.

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Andrea Hanson, Ph.D. and ISS Exercise Hardware Specialist, demonstrates the use of the ForceShoe on the Advanced Resistive Exercise Device.

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HRP ForceShoe Evaluation Video

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To reduce the loss of bone and skeletal muscle strength experienced by astronauts during long duration spaceflight, NASA developed the ARED. The device provides crew members with the ability to perform weight-bearing exercises in space by supplying resistance through the power of vacuum cylinders.

“ARED is a sophisticated exercise device,” said Andrea Hanson, Ph.D. and ISS Exercise Hardware Specialist. “Although it has helped NASA provide better health outcomes for crew members, there is still progress to be made in understanding the effects of exercise on bone and muscle health, and the ForceShoe will help us do that.”

The Force Shoes investigation is an engineering evaluation. Although a number of portable load monitoring technologies (often referred to as force shoes) are under evaluation on Earth, NASA elected to fly the ForceShoe on the space station because it offers comprehensive load measures. During the investigation, researchers will use the shoe to measure exercise loads and ground reaction forces. These are the forces supplied by the ground to a body in contact with it. The device measures force in three axes: up and down, side-to-side and front-to-back. It also captures the torque, or twisting force, applied under foot during ARED exercise.

”We are eager to understand how joint forces may be different between exercise performed on the ground and in space, and force shoe technology might help us do this in future investigations,” said Hanson.

Enhancing researchers’ understanding of exercise form and the forces applied to the human body while using this unique spaceflight exercise hardware will help them recommend the best exercise regimens for safe and effective bone and muscle strength maintenance during spaceflight.

How will the investigation achieve this?

Researchers will ask two to four crew members to collect static load and dynamic exercise data while wearing the shoes, which look like high-tech sandals. During the static load test, crew members will be asked to set the ARED to provide specific loads in the same way they would set loads on a weightlifting machine at the gym. They will then lift the exercise bar and stand still on ARED while the shoes collect data. This simple and repetitive test is necessary to make sure the force measuring shoe works as well in microgravity as it does on Earth. Once the shoe is successfully demonstrated in space, researchers will use it as a tool to measure both human performance as well as the loads ARED is applying to the body during exercise. Dynamic exercise will include squats, deadlifts and bicep curls.

As crew members perform these exercises, the ForceShoe, which acts like an enhanced bathroom scale that measures loads applied downward as well as during front-to-back and side-to-side movements, will transmit data via Bluetooth technology to computers on the space station. Researchers on Earth will receive this data a couple of days later.

Initially, researchers will use these measures to validate the technology. The ultimate goal of using the technology; however, is to provide researchers with data they will use to calculate the force felt at specific joints such as the ankle, knee and hip. At the end of the evaluation, researchers will be able to determine whether or not they can use the tool for other Human Research Program research or for ongoing day-to-day operations on the space station and in future exploration missions.

“As we prepare for future missions to asteroids, Mars and beyond, we need to think about minimizing and miniaturizing equipment because spacecraft will be smaller,” says Hanson. “The ForceShoe is a great example of the way we can shrink some of our research tools for future missions.”

Hanson also adds that it is unknown what terrain crew members might face when they reach new planetary surfaces. By optimizing the effects of muscle and bone strength training and increasing the efficiency of exercise, devices like the ForceShoe will help properly train and strengthen crew members in preparation for exploring these planetary surfaces after long periods of weightlessness.

Lessons learned from exercise performed during long duration missions in microgravity can be directly applied to populations here on Earth that are restricted from activity due to injury, aging, busy lifestyles, or confined work and living spaces.

The force is certainly strong with this one.

Roupas inteligentes finalmente prontas para o mercado

roupa-eletronica-esportes.jpg - 15/01/2014

Os sinais fisiológicos podem ser vistos em um smartphone, tablet ou PC. [Imagem: Fraunhofer IIS]

Camisa inteligente para esportistas

As roupas inteligentes - tecidos e vestimentas incorporando circuitos eletrônicos - passaram um longo tempo na fase de protótipos.
Mas já está tudo pronto para que elas cheguem às lojas no Instituto de Circuitos Integrados em Erlangen, na Alemanha.
A camisa esportiva inteligente deverá estar disponível ao público no decorrer de 2014, já que um investidor já está cuidando da comercialização.
A camisa eletrônica mede continuamente sinais fisiológicos, como respiração, pulsação e alterações no ritmo cardíaco - métricas usadas na avaliação de adaptabilidade ao esporte e carga de estresse.
Fibras condutoras integradas ao tecido da camisa capturam a atividade cardíaca do usuário, enquanto um elástico em volta da parte superior do corpo detecta o movimento do tórax durante a respiração.
Uma unidade eletrônica removível presa com grampos digitaliza os dados brutos e calcula parâmetros adicionais, como taxas de pulsação e respiração.
Os dados são transmitidos por conexão sem fios a um smartphone ou computador, onde são avaliados e podem ser armazenados. O software analisa funções vitais durante a prática do esporte, como estresse, desempenho, esforço ou relaxamento.

Corredores poderão evitar lesões em ligamentos ou músculos graças ao tênis de corrida "médico". [Imagem: Fraunhofer IPMS]

Dr. Tênis
Uma camisa inteligente, contudo, não tem bola de cristal para saber o que está acontecendo nos pés.
E, se correr é o esporte mais popular, apesar de seus inúmeros efeitos positivos, a corrida é também um esporte com muitos efeitos colaterais indesejáveis.
Corredores correm riscos de torção ou ferir uma articulação do tornozelo, especialmente em terreno irregular ou quando muito cansados. Sem um aquecimento adequado, quem sofre são os joelhos e músculos.
Para minimizar esses danos, seis parceiros estão desenvolvendo um tênis de corrida inteligente no Projeto RUNSAFER, financiado pela União Europeia.
Sensores e circuitos eletrônicos integrados na sola do tênis medem os dados biomecânicos do atleta e avaliam a forma do corredor com a ajuda de medições em tempo real.
"Relógios de pulso ou fitas toráxicas detectam apenas sinais vitais como a respiração e a frequência cardíaca. Em contraste, nosso tênis de corrida avalia e monitora o treinamento de 'forma médica'. Ele informa ao corredor, por exemplo, sobre posição incorreta do pé, carga assimétrica e alerta sobre exaustão ou sobrecarga. Nunca existiu um dispositivo comparável a este," garante o Dr. Andreas Heinig, coordenador do grupo.

Luva muda de cor quando toca em substâncias tóxicas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/06/2013

Como os sensores são aplicados nos tecidos por meio de impressão, a técnica não ficará restrita às luvas.[Imagem: Fraunhofer EMFT]

As luvas protegem bem as mãos de trabalhadores e pesquisadores.
Mas basta uma coceirinha indiscreta para pôr tudo a perder, levando uma substância perigosa para partes não protegidas do corpo.
Assim, o ideal é saber se as luvas estão tocando em alguma substância realmente tóxica, para que a pessoa possa tomar cuidados adicionais.
A solução está pronta, na forma de luvas fabricadas com um tecido que muda de cor imediatamente ao entrar em contato com uma substância tóxica.
Luva sensorial
Segundo a Dra. Sabine Trupp, do Instituto de Tecnologias de Estado Sólido, na Alemanha, a luva sensorial é voltada sobretudo para trabalhadores da indústria química, de semicondutores e de laboratórios, onde muitas substâncias agressivas são imperceptíveis aos sentidos humanos.
"Sensores que mudam de cor podem detectar gases, como o monóxido de carbono, por exemplo, ou sulfeto de hidrogênio. E um equipamento de proteção representa apenas uma área potencial de aplicação. Materiais sensores também poderiam ser utilizados para a detecção rápida de vazamentos em tubulações de gás," disse Sabine.
O sinal de alerta é disparado por um corante integrado no tecido da luva, que reage com a presença de analitos, neste caso as substâncias tóxicas.
Como os sensores são aplicados nos tecidos por meio de impressão, a técnica não ficará restrita às luvas, podendo ser usada em roupas, aventais e até instrumentos e móveis.
O próximo passo da pesquisa, segundo Sabine, é criar módulos sensores miniaturizados, que possam detectar as substâncias tóxicas, gravar as imagens e transmitir os dados para um sistema de alerta central.
Isto também permitirá medidas adicionais de proteção ao trabalhador, contando quantas vezes cada indivíduo fica exposto a materiais tóxicos.

Ele fugiu da alfaiataria para ficar rico com sapatos

Luiz Flores Carrera andava 20 km por dia para vender calçados, até começar a abrir lojas e nunca mais parar de ganhar dinheiro.

GISELE TAMAMAR, ESTADÃO PME

Nilton Fukuda/Estadão

Luiz Carrera com o filho, que também se chama Luiz e, hoje, cuida da administração da marca CNS

 Luiz Flores Carrera começou a aprender o ofício de alfaiate aos 10 anos. Profissão que seguiu até a indústria baratear a produção de ternos e colocar o setor em crise. A solução encontrada foi pegar 300 cruzeiros emprestados com a sogra para comprar uma amostra, com a qual ele vendia sapatos por São Paulo. Assim começou o envolvimento do empresário no setor, onde ele se consolidou com a CNS. Hoje, a rede tem 59 lojas, todas próprias.

Para conquistar a clientela, Carrera precisou andar muito. Eram cerca de 20 quilômetros por dia percorrendo bancos, escritórios e corretoras para anotar os pedidos e entregar os sapatos. “Todo mundo tinha o mesmo mostruário por aí. Eu queria ser diferente. Peguei três modelos de alta qualidade de duas lojas e levava junto. Falava que tinha uma coisa especial e tirava do saquinho. Todo mundo vendia 30, 20 sapatos. Eu vendia 120 por mês”, lembra.

Quando chegou a hora de montar uma loja, Carrera resolveu aproveitar a fama positiva dos sapatos italianos e também “italianizou” seu nome, batizando a loja de Luigi, instalada no subsolo onde hoje é a Galeria do Rock, na Rua 24 de Maio. Sem estoque, os poucos modelos eram apoiados em caixas de fósforo para melhorar a apresentação em cima de uma madeira envernizada.

Com o dinheiro da venda de uma Brasília, Carrera conseguiu comprar uma nova loja no andar de cima e passou a fazer sucesso com a venda de sapatos de bico fino. Já a primeira loja CNS, que significa Companhia Nacional de Sapatos, surgiu em 1991, a partir de um projeto desenvolvido pelos filhos para as lojas de shoppings.

A decadência do centro e a expansão dos shoppings fortaleceram os negócios da CNS, uma das principais marcas de calçados masculinos do País. Todos os filhos: Luiz, Antonio, Richard e Marina estão envolvidos na operação. “A cama estava pronta”, brinca o empresário, de 79 anos. Hoje ele tem quatro lojas. O restante está dividido entre os filhos. “Nunca tive intenção de querer mais. Eles não. Eles têm apetite”, conta. Apetite que inclui um plano de expansão no Nordeste e em mais três estados em 2014.

Um erro
Na opinião do empresário, talvez um erro foi comprar um apartamento (ele já tinha uma casa) em vez de investir em uma loja no início do Shopping Center Norte, quando os valores estavam baixos. Já em relação ao grupo, os filhos investiram em uma nova marca chamada Basko, que não teve boa aceitação e durou um ano e meio.

Um acertoDesde quando vendia sapatos por pedidos, Luiz Flores Carrera sempre buscou se diferenciar e se especializou na venda de sapatos masculinos. “Tive sorte. Tinha amigos que trabalhavam com sapatos masculinos e femininos. Os sapatos de bico fino deram uma alavancada. Nunca gostei de trabalhar igual todo mundo trabalha.”

Uma dicaA dica do empresário para quem pretende investir no próprio negócio é ter persistência, dedicação e buscar um diferencial. “Hoje é muito mais difícil abrir qualquer coisa.” Para quem tem interesse na marca, expandir por franquias não está nos planos. As novas lojas serão abertas pelos filhos.

Calço inteligente estabiliza pés de mesas e de humanos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/03/2013

O material é uma espécie de "espuma com memória", sempre retornando ao seu formato original - com a vantagem de ser resistente e elástico. [Imagem: Dan Addison]

Viscoelástico
Nada mais incômodo do que uma mesa ou uma cadeira "mancas", cujos pés não se ajustam ao piso.
O problema é muito maior na indústria, onde qualquer desajuste no apoio de uma máquina vai significar vibrações, mais consumo de energia e uma quebra certeira.
Sapatos novos são outro exemplo de desajuste incômodo causado por formatos que não se encaixam - neste caso, o seu pé e o próprio sapato.
A solução para situações tão diferentes está nascendo na forma de um material que é simultaneamente rígido e fluido - é o que os pesquisadores chamam de sólido viscoelástico.
O material pode ser colocado como um calço embaixo do pé da mesa ou da máquina, onde se conforma ao formato do desajuste entre as duas superfícies, preenchendo perfeitamente o espaçamento.
O exemplo é bom, mas as utilizações desse "calço anatômico" vão muito além de evitar que mesas e máquinas balancem.
Palmilhas verdadeiramente anatômicas, encaixes para próteses, empunhaduras para ferramentas e equipamentos esportivos são outros exemplos, que poderiam ser listados à exaustão.
Espuma com memória
Segundo seus criadores, o material é uma espécie de "espuma com memória", sempre voltando ao seu formato original - com a vantagem de ser resistente e elástico.
"Ele se encaixa em uma estampa, conformando-se ao formato, por exemplo, de um pé, mas ele pode retornar ao seu formato original, que pode ser plano ou qualquer outro," explica Lou Bloomfield, da Universidade da Virgínia, criador do material, que ele afirma ser o "equivalente molecular ao Velcro™".
Como é plástico, o material pode se conformar a detalhes muito precisos, como uma impressão digital.
E, para torná-lo ainda mais prático, o material viscoelástico gruda nele próprio, mas sujeira e poeira podem ser removidos com um espanador.
"Imagine se seus sapatos novos se adaptarem aos seus pés para lhe dar a mesma sensação que seu sapato velho apenas alguns segundos depois de você comprá-los," exemplifica o pesquisador, que já está em negociações com indústrias interessadas em fabricar o novo material.

Materiais aeroespaciais são fabricados em panela de pressão

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/05/2014

Estas "microflores" são feitas de PPPI, o polímero mecanicamente mais estável que se conhece, produzido no interior do reator de pressão.[Imagem: TU Vienna]

Química desafia física

Em uma descoberta que parece desafiar as leis da física, químicos descobriram que é possível sintetizar frágeis compostos orgânicos sob altas temperaturas e pressões elevadas.

A síntese hidrotermal é um fenômeno bem conhecido dos geólogos, sendo responsável por produzir diamantes e outras gemas nas profundezas da Terra.

Mas compostos orgânicos - formados primariamente por carbono e hidrogênio - são materiais sensíveis, leves e flexíveis.

É por isso que eles são usados em aviões, naves espaciais, artigos esportivos e uma infinidade de outros usos genericamente chamados de "alta tecnologia".

Entre os compostos orgânicos de maior interesse estão os polímeros - ou plásticos - de alto desempenho, mas há também aqueles usados na eletrônica orgânica, incluindo telas e painéis solares flexíveis e transparentes.

Processo geomimético

Hoje os materiais mais avançados são fabricados pela indústria química por meio de processos envolvendo aditivos e solventes tóxicos e consumindo muita energia.

Bettina Baumgartner e seus colegas da Universidade de Tecnologia de Viena, na Áustria, descobriram que não precisa ser assim. Eles criaram um processo de produção inspirado na geologia, um processo geomimético.

A equipe conseguiu sintetizar fibras de alto desempenho usando uma espécie de panela de pressão, um reator onde se desenrola um processo no qual os únicos fatores envolvidos são o calor e a pressão.

Tudo parece absolutamente contra-intuitivo, afinal, centenas de graus Celsius e mais de 17 bars de pressão deveriam destruir as moléculas orgânicas complexas que formam os polímeros de alto desempenho.

Contudo, os polímeros formam-se e cristalizam-se simultaneamente com base apenas nas condições hidrotermais - a água fervente sob alta pressão -, dispensando aditivos e solventes químicos.

Reator químico

Segundo os pesquisadores, as vantagens dessa abordagem são várias: não se gera subprodutos perigosos, o consumo de energia é reduzido drasticamente e a síntese no reator de pressão é muito mais rápida do que seria em qualquer outra técnica.

Além disso, os polímeros produzidos têm melhor qualidade: "O nosso método produz materiais com maior cristalinidade, o que melhora ainda mais a rigidez mecânica," disse Miriam Unterlass, uma das descobridoras da nova técnica.

Ela ressalva que é necessário um complicado ajuste fino para que o processo funcione a contento.

O transporte de massa e de energia no interior do reator tem que ser muito bem controlado, o que exige uma sonda de infravermelho para monitorar o que está ocorrendo.

A sonda, capaz de suportar as condições extremas no interior do reator, permite controlar a temperatura e a pressão e determinar a hora de desligar tudo e recolher o polímero já pronto.

Conheça a tecnologia da brazuca, a bola da Copa

Alejandra Martins - BBC - 16/05/2014

Para especialistas, novidades tecnológicas fazem da Brazuca uma bola melhor que a Jabulani. [Imagem: Adidas/Divulgação]

Brazuca, a bola oficial da Copa 2014, é a 12º bola criada pela Adidas para os mundiais de futebol.

A empresa foi duramente criticada pela Jabulani, a bola oficial da África do Sul, em 2010.

"Sua trajetória é imprevisível", disse na época o goleiro italiano Gigi Buffon. "É sobrenatural", afirmou o atacante Luis Fabiano em 2010.

A empresa afirma, no entanto, que neste ano será diferente, e que a Brazuca proporciona uma "maior estabilidade no campo".

Especialistas em aerodinâmica também estão interessados em entender como a Brazuca se comportará durante a Copa.

1. Painéis em forma de hélice

A Brazuca conta com seis painéis, dois a menos do que os oito da Jabulani e os 14 da Teamgeist (a bola da Copa da Alemanha, em 2006) ou os 32 das bolas tradicionais.

Os painéis são termosselados, ou seja, são unidos com calor e não costurados a máquina, como na Jabulani.

E a Brazuca incorpora uma nova superfície, com pequenas protuberâncias para criar mais aderência.

A forma dos painéis e a maneira como são unidos são elementos cruciais, pois mudam a forma em que a bola agita o ar ao se deslocar.

2. Diferenças nas emendas

Simon Choppin, pesquisador do Centro de Engenharia de Esportes da Universidade Sheffield Hallam, na Inglaterra, analisou as uniões dos gomos da bola.

"Descobrimos que a profundidade das emendas da Jabulani é de cerca de 0,48mm, enquanto as da Brazuca têm 1,56mm - mais de três vezes. Por outro lado, medi a longitude das uniões de cada bola delineando-as com uma corda. A longitude total é cerca de 203 cm na Jabulani e 327 na Brazuca," relatou.

Choppin explicou que, quando uma bola se move no ar, suas emendas "agitam o ar, assim como a felpa de uma bola de tênis."

Apesar do menor número de painéis, as emendas mais profundas e longas aumentam uma das características cruciais: a rugosidade.

3. Rugosidade

"O mais importante em uma bola de futebol é seu grau de rugosidade, porque isso afeta a velocidade na qual se produz o máximo do chamado knuckling effect", disse Rabi Mehta, especialista em aerodinâmica do centro de pesquisa Ames, da NASA.

Esse efeito, também conhecido como knuckleball, é produzido quando a bola, movendo-se sem ou com pouca rotação, torna-se imprevisível e muda de direção ao alcançar certa velocidade.

"Quanto mais lisa a bola, maior a velocidade na qual ela produz esse efeito", disse o engenheiro da NASA. Para ele, o problema da Jabulani era justamente sua menor rugosidade.

"Na minha opinião, o que aconteceu é que, ao fazer uma bola mais lisa em 2010, a velocidade crítica para esse efeito aumento e coincidiu com a velocidade típica dos chutes livres, cerca de 80 quilômetros por hora.

"A velocidade crítica para esse efeito no caso da Brazuca é de cerca de 48 quilômetros por hora. Acredito, então, que ela se comportará mais como a bola tradicional de 32 painéis, por isso deve haver menos queixas do que as que vieram à tona no Mundial anterior," disse Mehta.

4. Vai mais longe

Uma bola rugosa também vai mais longe, e isso pode ser visto nas bolas de golfe.

"Todo mundo sabe que as bolinhas de golfe têm umas protuberâncias. Isso surgiu quando os 'caddies' praticavam golfe com bolas velhas e notaram que elas iam mais longe do que as novas", explicou o engenheiro Raúl Bertero, professor titular de Mecânica da Faculdade de Engenharia da Universidade de Buenos Aires.

5. O efeito Magnus

"Quando a bola não gira ou gira muito pouco, temos o chamado efeito knuckling. Quando gira, temos o efeito Magnus, que faz com que a bola tenha o efeito de uma curva," explica Rabi Mehta, da NASA.

Raúl Bertero explicou que esse efeito "é conseguido ao se fazer girar a bola sobre seu eixo. Ao fazer isso e ao avançar na corrente de ar, cada lado da bola passa por uma velocidade do ar distinta."

"Como a diferença de velocidade implica em uma diferença de pressão, a bola recebe uma força lateral - e isso se chama efeito Magnus."

6. A altitude

Segundo Bertero, o efeito Magnus varia com a altitude porque a densidade do ar é alterada.

Em 2013, ele se propôs a investigar se era factível o que havia dito o então técnico da Argentina, Daniel Passarella, quando sua seleção perdeu por 2 x 0 em uma partida eliminatória em 1996 em Quito, a mais de 2.700 metros de altitude: "Aqui, a bola não faz curvas."

"Propus-me a fazer um modelo do comportamento de uma bola em um planície e no estádio de Siles Suazo, na Bolívia, que está a 3.700 metros de altitude", contou o engenheiro.

Ele pegou como exemplo o famoso chute de Roberto Carlos, que colocou a bola no ângulo com uma curva espetacular, que deixou atônito o goleiro da França, Fabian Barthez, em um amistoso em 1997.

"Se essa mesma bola entra no ângulo na planície, vimos que em La Paz ela chega 4 metros fora do arco", explica. "Assim, Passarella, que foi muito criticado e ridicularizado, tinha razão. Na altitude, a bola faz menos curvas, mas não da mesma maneira."

7. Poliuretano

Os painéis da Brazuca são de poliuretano.

"Ao se passar das bolas de couro para esses materiais artificiais, como o poliuretano, as bolas se tornaram totalmente impermeáveis, de maneira que, quando chove, a massa da bola não muda", explica Mehta, da NASA.

No entanto, a água pode afetar outro aspecto: "Quando (o argentino) Riquelme vai bater um escanteio, ele seca a bola com a camiseta. Isso não é uma mania dele", disse o engenheiro Bertero. "Ele faz isso porque sabe, instintivamente, que a bola tem um comportamento diferente se está molhada. A água cobre os gomos e deixa a bola lisa - então o efeito que se quer dar com um determinado chute pode não funcionar por não haver essa rugosidade necessária."