O papel electrónico reflecte a luz ambiente em vez de emitir luz própria, criando um aspecto mais próximo da tinta comum sobre papel. Esta abordagem pode proporcionar uma leitura confortável, amplos ângulos de visão e legibilidade sob luz solar directa.

Um Ecrã que Reflecte a Luz

Os ecrãs planos convencionais consomem energia para emitir luz. O papel electrónico funciona de forma diferente: reflecte a luz já existente à sua volta.

Esta diferença altera a relação visual entre um ecrã e uma página.

Um ecrã ideal de papel electrónico mantém-se legível sob luz solar directa, sem que a imagem pareça esbater-se. Por reflectir a luz ambiente, o papel electrónico pode imitar o aspecto da tinta sobre papel, em vez de apresentar uma superfície iluminada.

Muitas tecnologias de papel electrónico conseguem conservar texto e imagens estáticos indefinidamente sem electricidade.

Electroforese: Mover Pigmento com Electricidade

Uma das principais vias para o papel electrónico é o ecrã electroforético, ou EPD. Este forma imagens ao reorganizar partículas de pigmento carregadas através de um campo eléctrico aplicado.

Num EPD simples, partículas de dióxido de titânio, com cerca de um micrómetro de diâmetro, encontram-se dispersas em óleo de hidrocarbonetos. O óleo contém também um corante escuro, surfactantes e agentes de carregamento que conferem carga eléctrica às partículas. Esta mistura fica entre duas placas condutoras paralelas, separadas por um intervalo de 10 a 100 micrómetros.

Quando é aplicada tensão entre as placas, as partículas carregadas deslocam-se para a placa com carga oposta. Se se deslocarem para a face frontal do ecrã, voltada para o leitor, o ecrã parece branco, porque as partículas de titânia dispersam a luz de volta para o leitor. Se se deslocarem para a parte posterior, o ecrã parece escuro, porque o corante absorve a luz. 

Um ecrã torna-se uma imagem quando o eléctrodo traseiro é dividido em pequenos elementos de imagem, ou píxeis. A aplicação da tensão adequada a cada área cria um padrão de regiões que reflectem e absorvem luz.

Das Partículas às Páginas

Os ecrãs electroforéticos são considerados exemplos de excelência de papel electrónico devido ao seu aspecto semelhante ao do papel e ao baixo consumo energético. São normalmente controlados com tecnologia de transístores de película fina baseados em MOSFET, frequentemente utilizada para criar imagens de elevada densidade.

A tecnologia também tornou possível uma característica prática associada ao papel: a persistência. Muitas tecnologias de papel electrónico conseguem manter texto e imagens estáticos indefinidamente sem electricidade. Assim, a página não é apenas uma projecção temporária. Depois de formada, a imagem pode permanecer no lugar.

O papel electrónico tem aplicações para além dos livros. Entre elas contam-se etiquetas electrónicas de prateleira, sinalização digital, horários em paragens de autocarro, painéis publicitários electrónicos, ecrãs de smartphones e leitores electrónicos de livros e revistas digitais. A tecnologia E Ink está disponível em escala de cinzentos e a cores, sendo utilizada em leitores electrónicos, sinalização digital, relógios inteligentes, telemóveis, etiquetas electrónicas de prateleira e painéis arquitectónicos.

Microcápsulas e a Ascensão da E Ink

A história inicial do papel electrónico inclui o Gyricon, desenvolvido na década de 1970 por Nick Sheridon, no Centro de Investigação de Palo Alto da Xerox. O Gyricon utilizava pequenas esferas de polietileno, cada uma com um lado preto carregado negativamente e um lado branco carregado positivamente, suspensas em óleo dentro de uma folha transparente de silicone. A tensão determinava qual dos lados coloridos ficava voltado para cima, fazendo cada ponto parecer branco ou preto.

Na década de 1990, uma equipa de estudantes de licenciatura do MIT concebeu e desenvolveu protótipos de outra forma de tinta electrónica: o ecrã electroforético microencapsulado. O trabalho envolveu Barrett Comiskey, J.D. Albert, Joseph Jacobson, Jeremy Rubin e Russ Wilcox.

A ideia inicial consistia em pequenas esferas metade brancas e metade pretas, que rodavam para tornar visível o lado pretendido. Durante as experiências, Albert criou esferas inteiramente brancas, e Comiskey explorou o carregamento e o encapsulamento destas partículas em microcápsulas misturadas com corante escuro. O resultado foi um sistema de microcápsulas que podia ser aplicado a uma superfície e carregado de forma independente para criar imagens a preto e branco.

O MIT apresentou uma primeira patente para o ecrã electroforético microencapsulado em Outubro de 1996, seguida de uma segunda patente em Março de 1997. Albert, Comiskey, Jacobson, Wilcox e Rubin fundaram a E Ink Corporation em 1997.

A microencapsulação resolveu desafios práticos identificados em anteriores ecrãs baseados em partículas. Segundo o resumo do artigo da Nature citado, a microencapsulação resolveu problemas de durabilidade e permitiu fabricar um ecrã electrónico biestável apenas por impressão.

Dispositivos de Leitura e uma Superfície Digital Diferente

Os ecrãs electroforéticos baseados em TFT tornaram-se comuns nos leitores electrónicos. Entre os exemplos comerciais incluem-se os ecrãs utilizados no Amazon Kindle, Barnes & Noble Nook, Sony Reader, Kobo eReader e iRex iLiad. O Motorola Fone também utilizava esta tecnologia, enquanto o Motorola F3 usava E Ink no ecrã para beneficiar do consumo energético extremamente reduzido.

A E Ink é uma marca de tecnologia de ecrãs de papel electrónico comercializada pela E Ink Corporation. A sua tecnologia é produzida sob a forma de película e integrada em ecrãs, permitindo aplicações em telemóveis, relógios, revistas, dispositivos vestíveis e leitores electrónicos.

O resultado não é apenas um livro digital colocado num ecrã. É um sistema de visualização baseado na reflexão, em partículas de pigmento carregadas e em imagens que podem permanecer visíveis depois de a tensão deixar de ser aplicada. Isto faz da tinta electrónica um ponto de encontro distinto entre o controlo digital e a experiência visual familiar da tinta sobre papel.

Conclusão

Através da electroforese, os campos eléctricos reorganizam partículas carregadas para produzir áreas claras e escuras que reflectem ou absorvem a luz ambiente. Com os ecrãs electroforéticos microencapsulados, este princípio tornou-se uma base prática para ecrãs de baixo consumo, semelhantes ao papel, utilizados em leitores electrónicos e em muitas outras aplicações de visualização.

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O tear Jacquard era uma máquina têxtil assente numa ideia poderosa: um padrão podia ser codificado numa sequência de cartões perfurados e executado automaticamente. Patenteado pelo tecelão e comerciante francês Joseph Marie Jacquard, em 1804, tornou mais fácil produzir desenhos tecidos complexos e constituiu um passo importante na história das máquinas programáveis.

Da criação manual de padrões ao controlo mecânico

Antes do sistema Jacquard, os têxteis figurados eram habitualmente produzidos num tear de liços. Um segundo trabalhador, conhecido como ajudante de liços, seleccionava manualmente os liços que elevavam determinados fios da urdidura. O processo era lento e exigia muita mão-de-obra, e os limites práticos restringiam a complexidade do padrão.

A máquina Jacquard alterou esta relação entre o trabalhador, o desenho e o tear. Era instalada num tear, e o conjunto passou a ser conhecido como tear Jacquard. O seu objectivo era simplificar o fabrico de têxteis com padrões complexos, incluindo brocados, damascos e matelassé.

A invenção não surgiu do nada. Inventores franceses anteriores tinham desenvolvido abordagens fundamentais: Basile Bouchon introduziu, em 1725, o controlo do tear por meio de furos numa fita de papel; Jean-Baptiste Falcon aperfeiçoou o desenho em 1728; e Jacques Vaucanson contribuiu com novos desenvolvimentos em 1740. Estes sistemas anteriores continuavam a exigir um assistente para operar o mecanismo, mas estabeleceram o princípio de que os furos podiam orientar um processo de tecelagem.

Jacquard desenvolveu esta linha de trabalho num sistema que automatizava o funcionamento do tear através de cartões ligados entre si.

Um desenho guardado em cartões

A máquina Jacquard era controlada por uma cadeia de cartões perfurados, atados numa sequência contínua. Cada cartão continha várias filas de furos, correspondendo um cartão completo a uma fila do desenho têxtil.

Tratava-se de uma forma prática de instruções armazenadas. No sistema Jacquard, os cartões avançavam pela máquina, um após outro. A cada quarto de rotação, um novo cartão chegava à cabeça Jacquard e representava uma fila, ou uma passagem, da lançadeira que transportava a trama.

A presença ou ausência de um furo determinava o que acontecia em seguida. Quando havia um furo, uma haste de controlo atravessava-o e permanecia imóvel. Quando não havia furo, a haste era empurrada para a esquerda. As hastes actuavam sobre ganchos, e uma barra ascendente elevava os ganchos que se mantinham em posição. Cordões ligavam esses ganchos aos liços, que elevavam os fios da urdidura e criavam a abertura por onde passava a lançadeira.

Deste modo, os cartões perfurados não se limitavam a decorar o tear ou a documentar um desenho concluído. Dirigiam a sua sequência de operações. Cada cartão continha instruções para a formação da cala, isto é, a elevação e descida da urdidura, e para a selecção da lançadeira numa única passagem.

A cadeia podia ter qualquer comprimento, permitindo exprimir desenhos complexos através de uma série contínua de instruções físicas.

Maior detalhe e um tipo diferente de automatização

Uma das vantagens atribuídas ao mecanismo de Jacquard era a capacidade de formar a cala do padrão em cada passagem. As máquinas anteriores de tecelagem de damasco formavam-na geralmente uma vez em cada quatro passagens. Assim, a nova configuração podia produzir tecidos com contornos mais definidos.

Jacquard também aumentou a capacidade da máquina para criar figuras. O seu desenho utilizava oito filas de agulhas e montantes, em comparação com a fila dupla de Vaucanson, e é-lhe atribuído o aperfeiçoamento da perfuração completa dos quatro lados do cilindro quadrado de cartões.

O resultado não foi um único tipo específico de tear. «Jacquard» designava o mecanismo adicional de controlo que automatizava a criação de padrões, e não um modelo fixo de tear. O processo podia também ser utilizado em malhas com padrões e em têxteis de malha produzidos à máquina, como as camisolas.

A sua importância residia na variedade de padrões que tornava possível. A formação de cala Jacquard permitia a produção automática de variedades ilimitadas de tecidos com padrões complexos. Numa oficina têxtil, tratava-se de automatização num sentido muito concreto: operações repetidas podiam ser organizadas por uma sequência preparada, em vez de serem novamente seleccionadas por um segundo trabalhador durante a tecelagem.

Trabalho, resistência e adopção em França

O tear revelou também uma tensão recorrente na história da automatização. A invenção de Jacquard foi fortemente contestada pelos tecelões de seda, que receavam que a redução da necessidade de mão-de-obra lhes retirasse o sustento.

A adopção da máquina não foi imediata. Jacquard apresentou uma invenção na Exposition des produits de l’industrie française, em Paris, em 1801, e recebeu uma medalha de bronze. Em 1803, foi chamado a Paris e integrado no Conservatoire des Arts et Métiers, onde um tear de Jacques de Vaucanson lhe sugeriu aperfeiçoamentos que desenvolveu gradualmente.

O tear foi declarado propriedade pública em 1805, e Jacquard recebeu uma pensão e uma remuneração por cada máquina. Embora tenha sido contestada a alegação de que existiam 11 000 teares Jacquard em utilização em França em 1812, as fontes indicam que inicialmente foram vendidas poucas máquinas devido a problemas no mecanismo dos cartões perfurados. As vendas aumentaram depois de 1815, quando Jean Antoine Breton resolveu esses problemas.

O próprio sistema podia continuar a exigir uma manutenção intensa. Enfiar uma máquina Jacquard exigia tanto trabalho que muitos teares eram enfiados apenas uma vez; as urdiduras posteriores podiam ser ligadas à urdidura existente com um robô de atar nós. Mesmo voltar a enfiar um tear pequeno, com apenas alguns milhares de pontas de urdidura, podia demorar dias.

Dos padrões tecidos à informática

O legado mais duradouro do tear Jacquard poderá ser a ideia geral subjacente aos seus cartões. Cartões perfurados substituíveis controlavam uma sequência de operações, uma abordagem considerada um passo importante na história do equipamento informático.

O tear inspirou a Máquina Analítica de Charles Babbage. Babbage propôs «cartões numéricos» perfurados como parte da sua descrição da memória da Máquina de Calcular, embora não haja provas de que tenha construído um exemplar funcional.

Mais tarde, os cartões perfurados passaram a ser amplamente utilizados no processamento de dados, no controlo de máquinas automatizadas e na informática. As primeiras aplicações incluíam o controlo de teares e o registo de dados censitários. No final do século XIX, Herman Hollerith desenvolveu tecnologia de processamento de dados por cartões perfurados para o censo dos Estados Unidos de 1890, inspirado em parte pela tecnologia de tecelagem dos teares Jacquard.

As máquinas Jacquard modernas são controladas por computadores, em vez dos cartões perfurados originais, e podem ter milhares de ganchos. A antiga cadeia de cartões foi substituída, mas a ligação entre instruções armazenadas e acção mecânica continua visível.

O tear Jacquard pertence à história dos têxteis, mas a sua lição vai além do tecido. Mostrou que uma máquina podia seguir uma sequência de instruções preparada, transformando trabalho complexo num processo organizado e repetível. Muito antes da era digital, um padrão tecido tinha-se tornado um programa.

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