O Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LNNL), nos EUA, lançou oficialmente o supercomputador mais rápido do mundo, chamado “El Capitan”. Construído a um custo de 600 milhões de dólares, esta máquina gigantesca está programada para lidar com projetos altamente sensíveis, incluindo a proteção do arsenal nuclear dos EUA sem o auxílio de testes subterrâneos. De acordo com representantes do LNNL, El Capitan também terá um papel fundamental na descoberta de materiais e pesquisas em física de alta densidade de energia.

A construção começou em maio de 2023, e El Capitan entrou em operação em novembro de 2024 antes de ser oficialmente inaugurado em 9 de janeiro. Logo após se tornar totalmente operacional, o supercomputador alcançou uma pontuação sem precedentes de 1,742 exaFLOPS no benchmark High-Performance Linpack (HPL) – o teste usado mundialmente para medir o desempenho de supercomputação. Este desempenho torna El Capitan apenas o terceiro supercomputador a ultrapassar velocidades exascala, não ficando atrás de ninguém na corrida global pela máquina mais poderosa.

O desempenho é medido em operações de ponto flutuante por segundo (FLOPS). Um exaFLOP representa 1 quintilhão (10^18) FLOPS. Em comparação, computadores pessoais e laptops comuns frequentemente alcançam apenas uma fração disso. El Capitan, no entanto, ostenta um impressionante desempenho máximo de 2,746 exaFLOPS, colocando-o firmemente no topo dos rankings mundiais de supercomputação.

O papel nuclear do El Capitan

Desde que os EUA restringiram testes nucleares explosivos em 1992, supercomputadores no LNNL tornaram-se essenciais para garantir que o arsenal nuclear americano permaneça confiável. Agora, espera-se que El Capitan revolucione esses esforços ao lidar com as enormes cargas computacionais necessárias para pesquisa nuclear, análise de dados e modelagem. Suas capacidades de alta velocidade também permitem que cientistas executem cenários complexos relacionados ao design de armas e outras aplicações de segurança nacional.

Encomendado pelo programa CORAL-2 do Departamento de Energia dos EUA, El Capitan substitui o supercomputador Sierra, que foi implantado pela primeira vez em 2018. Embora o Sierra continue em uso, ele foi classificado apenas em 14º lugar na última lista Top500 dos supercomputadores mais rápidos do mundo.

Especificações poderosas

O impressionante poder do El Capitan vem de 44.544 unidades de processamento acelerado AMD MI300A. Estas contêm tanto CPUs AMD Epyc Genoa quanto placas gráficas AMD CDNA3, além de 128 gigabytes de memória de alta largura de banda compartilhada entre cada chiplet de CPU e GPU. Esta configuração não só oferece desempenho recorde, mas também o faz de forma eficiente, usando menos energia que sistemas de memória mais antigos.

Logo atrás do El Capitan está o supercomputador Frontier no Laboratório Nacional Oak Ridge em Illinois, que atingiu um desempenho padrão de 1,353 exaFLOPS com pico de 2,056 exaFLOPS. No entanto, por enquanto, o novo rei da computação está firmemente estabelecido com El Capitan no LNNL, preparado para resolver alguns dos desafios científicos e de segurança mais prementes do mundo.

A energia é um recurso extremamente importante e essencial para garantir o sucesso de missões de exploração espacial, especialmente aquelas que visam regiões remotas do nosso sistema solar. Para atender a essa demanda, a Perpetual Atomics, uma empresa derivada da Universidade de Leicester, está à frente do desenvolvimento de uma tecnologia nuclear inovadora desenvolvida especificamente para missões espaciais.

Essa nova empresa, recentemente lançada como uma spin-off acadêmica, é especializada na criação de sistemas avançados de energia baseados em radioisótopos. Esses sistemas têm a capacidade de fornecer uma fonte de energia altamente confiável, que dura por longos períodos de tempo, ideal para missões profundas em áreas distantes do espaço, onde as fontes tradicionais de energia, como a solar, são limitadas ou inviáveis.

Além disso, a empresa tem como objetivo desenvolver soluções energéticas capazes de suportar as condições extremamente desafiadoras e hostis do ambiente espacial. O espaço sideral é um local de temperaturas extremas, altos níveis de radiação e ausência de atmosfera, o que torna o fornecimento de energia um desafio significativo.

A Perpetual Atomics busca superar essas barreiras criando tecnologias que não apenas resistam a esses ambientes adversos, mas que também funcionem de maneira eficiente e contínua, garantindo o sucesso e a sustentabilidade de longas missões de exploração no espaço profundo.

Potencial da energia nuclear

A energia nuclear é extremamente reconhecida como um fator crucial para a transferência da capacidade da humanidade de explorar além dos limites da Terra, seja em missões para a Lua ou até mesmo para destinos distantes, como o planeta Marte, também conhecido como a Usina Vermelha.

O uso da energia nuclear em projetos espaciais já foi mostrado extremamente eficaz e confiável. Um exemplo notável disso são as sondas Voyager, que atualmente estão localizadas a bilhões de quilômetros de distância da Terra e continuam sua jornada pelo espaço interestelar, demonstrando a durabilidade e eficiência dessa fonte de energia.

Essas sondas são equipadas com geradores termoelétricos de radioisótopos (RTGs), dispositivos que convertem o calor gerado pela invenção radioativa do plutônio-238 em eletricidade. Esse processo garante um fornecimento constante de energia, mesmo em regiões do espaço onde outras fontes, como a energia solar, não seriam viáveis.

A longevidade e o sucesso das sondas Voyager exemplificam como a energia nuclear podem desempenhar um papel fundamental na exploração espacial de longo alcance.

Explorações ainda mais ambiciosas

Concebidas e projetadas na década de 1960, as sondas Voyager representaram um marco de inovação tecnológica para a época, introduzindo soluções que permitiram a exploração de regiões do espaço antes inacessíveis.

Com o conhecimento mais aprofundado que temos hoje sobre tecnologias espaciais e os avanços no uso da energia nuclear, existe o potencial para missões futuras ainda mais ambiciosas.

Evidentemente, essa combinação de expertise moderna e inovação abre caminho para explorar áreas mais distantes do nosso sistema solar e além, com níveis de eficiência e segurança energética sem precedentes.

Motores nucleares podem ser o futuro

A NASA está avaliando seriamente o uso de energia nuclear para o futuro acampamento na base lunar, previsto para estar em pleno funcionamento até o final desta década. Os reatores nucleares serão essenciais tanto para gerar eletricidade quanto para fornecer calor, tornando o ambiente lunar mais habitável e autossustentável.

Além disso, os motores movidos pela energia nuclear podem ser o próximo grande passo na propulsão de naves espaciais. Tanto a NASA quanto a DARPA têm planos ambiciosos de lançar uma nave espacial equipada com propulsão nuclear nos próximos anos.

Enquanto isso, a Agência Espacial Europeia também está investigando essa tecnologia em seus estudos, explorando como os motores nucleares poderiam transformar as missões espaciais de longa distância.

De maneira interessante, a tecnologia nuclear poderia simplificar consideravelmente as missões para Marte. As missões espaciais atuais enfrentam restrições de janelas de lançamento e trajetórias complexas para economia de combustível.

Com o desenvolvimento dessa tecnologia, a Perpetual Atomics está em uma posição privilegiada para se beneficiar do interesse crescente global pela energia nuclear, tanto para a exploração lunar quanto para futuras missões interplanetárias.

Materiais de construção à base de cimento, especialmente aqueles utilizados na edificação de estruturas, precisam apresentar características de resistência e tenacidade em níveis elevados. A resistência se refere à habilidade de um material em suportar diversas cargas sem sofrer danos, enquanto a tenacidade está relacionada à capacidade de uma estrutura em resistir a fissuras e outros tipos de comprometimento ao longo do tempo.

Recentemente, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Princeton desenvolveu uma massa de cimento inovadora que se destaca pela sua força impressionante, sendo 5,6 vezes mais robusta do que os cimentos e argamassas tradicionais. O estudo foi publicado na revista Advanced Materials.

Essa pasta inovadora é projetada com uma estrutura tubular, cuja inspiração vem da anatomia do osso humano, especificamente a camada externa do fêmur, o osso da coxa. Essa abordagem biomimética, que replica a eficiência das estruturas naturais, não só aumenta a resistência do material, mas também melhora sua capacidade de absorver impactos e resistir a danos, garantindo edificações mais seguras.

Arquitetura inovadora

Segundo os pesquisadores, “A pasta de cimento implantada com uma arquitetura semelhante a um tubo pode aumentar significativamente a resistência à propagação de fissuras e melhorar a capacidade de deformação sem falha repentina.” Chamada de pasta de cimento bioinspirada, ela também tem o potencial de substituir 
materiais plásticos e de cimento reforçados com fibras.

Nesse contexto, um edifício construído com materiais que possuam baixa resistência está sujeito ao risco de colapso de maneira inesperada, o que pode resultar em danos significativos tanto para a propriedade quanto para a segurança das pessoas.

Segundo Shashank Gupta, pesquisador principal e doutorando da Universidade de Princeton, “um dos grandes desafios enfrentados na engenharia de materiais de construção frágeis é que eles falham de maneira abrupta e catastrófica”.

Por essa razão, torna-se essencial o desenvolvimento de materiais de construção que possuam elevada resistência a fissuras. Além disso, em situações onde ocorrem danos, esses materiais devem ser projetados para distribuir o impacto de forma segura ao longo de toda a estrutura, evitando que isso leve a um colapso súbito.

Ciência por trás do super cimento

Na busca por compreender a ciência por trás do cimento resistente a rachaduras, os pesquisadores se dedicaram a identificar materiais que possuíam, de forma intrínseca, elevadas características de resistência e tenacidade.

Durante suas investigações, eles se depararam com o osso cortical humano, uma estrutura que demonstra grande capacidade de resistir a fraturas, conferindo ao fêmur a robustez necessária para suportar o peso do corpo humano.

De acordo com Gupta, “o osso cortical é composto por elementos tubulares elípticos, conhecidos como ósteons, que estão sutilmente integrados em uma matriz orgânica”. Essa configuração arquitetônica singular tem a habilidade de desviar o percurso de fissuras ao longo da estrutura, redirecionando-as em torno dos ósteons. Esse mecanismo não apenas evita falhas abruptas, mas também aumenta significativamente a resistência geral do material à propagação de rachaduras.

Estrutura tubular

Inspirados pela arquitetura tubular do osso cortical, os pesquisadores realizaram uma pasta de cimento inovadora que incorpora tubos cilíndricos e elípticos em sua composição. Essas estruturas tubulares têm o efeito de aprimorar as propriedades do cimento em relação à resistência às rachaduras, de maneira semelhante à função dos ósteons que conferem robustez ao fêmur.

Por exemplo, quando uma fissura surge em uma estrutura construída com essa pasta de cimento, os tubos atuam como barreiras que restringem a propagação da rachadura, retardando sua evolução para outras partes da construção.

Esse processo de contenção é crucial, pois absorve a energia que, caso contrário, acelera o crescimento da fissura. Ao dissipar essa energia, o cimento ganha um tempo adicional para resistir aos danos, contribuindo assim para a prevenção de um colapso abrupto da estrutura.

Segundo Gupta, “o que torna esse mecanismo gradual realmente único é o fato de que cada extensão da trinca é cuidadosamente controlada, evitando falhas catastróficas súbitas. Em vez de romper de uma vez, o material tem capacidade de suportar danos progressivos, aumentando significativamente sua resistência.”