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Chip brasileiro integrará nova estrutura do Grande Colisor de Hádrons

Circuitos eletrônicos do LHC serão atualizados e ganharão 88 mil novos chips: mais rápidos, compactos e completamente projetados no Brasil

Fonte: Galileu

Compacto, funcional e resistente à radiação. Este é o chip Sampa, desenvolvido por pesquisadores da USP e da Unicamp para substituir os circuitos eletrônicos do experimento Alice, parte do Grande Colisor de Hádrons (LHC), localizado na sede suíça da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (Cern).

Atualmente, o Cern está passando por uma série de atualizações no seu sistema para otimizar a performance das suas pesquisas. Por isso, uma equipe de físicos e engenheiros brasileiros foi procurada para produzir uma nova versão dos chips usados nos sistemas Time Projection Chamber (TPC) e Muon Chamber (MHC), do Alice.

"Entre 2019 e 2020, o LHC vai passar por um upgrade que vai aumentar o número de colisões por segundo que o acelerador é capaz de gerar, o que é muito importante para que consigamos medir eventos mais raros da física de partículas,” explica Marcelo Gameiro Munhoz, professor do Instituto de Física da USP e um dos coordenadores do projeto brasileiro.

Para se ter uma ideia da magnitude da atualização que está sendo feita no LHC, hoje, o experimento Alice opera com 500 colisões entre núcleos de chumbo por segundo. Já para 2020, os cientistas esperam gerar 50 mil colisões por segundo.

Para alcançar esse nível de performance, os pesquisadores tiveram que projetar um chip compacto e que abrangesse dois sistemas eletrônicos: um analógico e outro digital. Atualmente, o Time Projection Chamber tem dois tipos de chip para realizar essas funções. O primeiro recebe o pulso de carga e o transforma num pulso de tensão, transferindo-o para um segundo chip, que digitaliza o pulso e faz o pré-processamento digital.

Os cientistas não só conseguiram concluir essa missão, como também aumentaram o sistema de 16 canais para 32, a potência — diminuindo o consumo de energia — e garantiram um material resistente à radiação. Tudo isso em uma área de aproximadamente 0,82 cm²."O principal desafio foi combinar um chip compacto, com funcionalidades analógicas e digitais e com baixo consumo de potência”, afirma Munhoz.

O chip foi aprovado por uma comissão de especialistas em microeletrônica e agora está sendo fabricado em Taiwan, pela empresa Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC). As 88 mil unidades do chip devem ficar prontas no segundo semestre deste ano, quando passarão por mais testes para que, então, sejam instaladas no experimento Alice a partir de 2019.

Aplicações no Brasil

Além do chip desenvolvido para o Cern, a tecnologia criada no processo também poderá ter aplicações em outras áreas da tecnologia e, em especial, aqui no Brasil.

"Em paralelo, nós desenvolvemos várias propostas de sensores acoplados ao chip Sampa para projetos que estão sendo feitos no país,” conta Munhoz. "Estamos, por exemplo, desenvolvendo um medidor de nêutrons para os reatores nucleares do IPEN (Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares), aqui na Cidade Universitária da USP, e também para o futuro Reator Multipropósito Brasileiro (RMB) que será construído em Iperó, no interior de São Paulo.”

Esses mesmos sensores acoplados ao chip poderão realizar medidas de raio X. Eles serão úteis, por exemplo, para um outro grupo de pesquisa do Instituto de Física da USP, que estuda a preservação de patrimônios históricos através de radiografias.

Para o engenheiro Wilhelmus Van Noije, professor da Escola Politécnica da USP e também coordenador do projeto, a tecnologia desenvolvida no percurso da pesquisa poderá ajudar sua área de pesquisa também. Van Noije estuda meios de detecção do câncer de mama e do colo uterino para a medicina nuclear. "Como projetamos um chip tolerante à radiação, esse aspecto pode ser muito útil para a pesquisa em circuitos integrados aplicados na área da saúde”, afirma o professor.

Lute pela ciência

Cada etapa da pesquisa exigiu dos pesquisadores muito mais do que uma ideia genial: a falta de recursos e a instabilidade na equipe foram as principais dificuldades que tiraram o sono dos cientistas brasileiros.

"Foi bastante desafiador conseguir montar uma equipe de engenheiros porque normalmente nos laboratórios internacionais há uma equipe técnica grande e bastante qualificada à sua disposição, caso você tenha um projeto interessante como esse”, exemplifica Munhoz. Mas no Brasil não é assim. "Tivemos que caçar engenheiros e pagá-los com bolsa ou prestação de serviço com recursos da Fapesp. O que sempre é muito instável, já que você os contrata por um tempo curto e eles não podem ter vínculo empregatício. Se aparece uma oportunidade de emprego, a pessoa obviamente sai do projeto.”

Os pesquisadores também tiveram dificuldade para encontrar uma empresa brasileira com "know-how" para fabricar os sistemas que ainda seriam testados. Por isso, vários equipamentos mais avançados tiveram que ser importados, o que prolongava o tempo de pesquisa.

"Realmente, está muito difícil fazer pesquisa em tecnologia no país. E, em um país sem tecnologia, infelizmente é muito difícil que haja avanço econômico”, pontua Van Noije, que também critica os recentes cortes à Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) e aos fundos de financiamento à pesquisa do BNDES e do CNPq. "O governo precisava se preocupar mais em investir na tecnologia para, então, garantir o desenvolvimento social e econômico”, avalia o engenheiro.

*Com supervisão de Isabela Moreira

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