Engenharia Física: Ciência vs. Tecnologia.

 

 

 

F. M. Araújo-Moreirafaraujo@df.ufscar.br

José M. Povoa - povoa@df.ufscar.br

Departamento de Física – Universidade Federal de São Carlos
Caixa Postal 676
São Carlos SP - 13565-905 -  Brasil

 

 

 

Resumo - A tecnologia tem se aproximado cada vez mais da ciência básica. Essa crescente aproximação entre ambas, associada com a rápida evolução da tecnologia, estão nos forçando a repensar a formação necessária dos futuros engenheiros. Essa formação deverá ser capaz de prepará-los para aprender com, e para, a demanda que o futuro vai lhes impor. Para isso, uma formação básica sólida sem uma formação, a priori, como especialista ou generalista será indispensável.

Procurando atender a essa demanda, foi que criamos na UFSCar no ano de 2000, o primeiro curso de Engenharia Física do Brasil. Esse curso tem por objetivo formar multiespecialistas com ampla preparação nas áreas de aplicações da física contemporânea. Essa formação deverá estar focalizada no conhecimento, onde o importante não é o que eles sabem fazer, mas a capacidade que eles terão para fazer coisas novas, ou seja, a capacidade de inovar.

Neste trabalho mostramos de que maneira a convergência atual entre ciência e tecnologia demanda mudanças radicais na formação do engenheiro. Ainda, apresentamos alguns resultados obtidos durante os 7 semestres de existência do curso de engenharia física da UFSCar, onde ambas formações, científica e tecnológica, são muito fortes.

 

Palavras-chave: Engenharia Física, Ciência, Tecnologia, Economia e Negócios, UFSCar

 


1 .   INTRODUÇÃO

 

Até apenas algumas décadas atrás, a distância entre a pesquisa fundamental e as suas aplicações (i.e., a engenharia associada) era muito grande. Para se ter uma idéia da evolução dessa distância, Michael Faraday descobriu a indução eletromagnética em 1835 e o uso desse fenômeno físico básico para gerar eletricidade demorou quase 50 anos. Da mesma maneira aconteceu com a energia nuclear, a supercondutividade e outros fenômenos menos conhecidos popularmente, porém de enorme importância para a nossa civilização. Entretanto, essa distância entre a descoberta do princípio fundamental e a sua aplicação tem ido diminuindo década após década. Já, entre a descoberta do laser ocorrida em 1960 e a primeira aplicação o intervalo de tempo foi de apenas alguns anos. Atualmente, os intervalos entre uma descoberta e sua aplicação estão cada vez menores, a ponto de, muitas vezes, não ser possível detectá-la claramente. Entretanto, essa tendência não tem sido acompanhada pelos profissionais de cada área, em particular, pelos engenheiros formados na grande maioria das universidades brasileiras. A tecnologia, hoje, é muito intensiva e dependente fortemente do conhecimento científico. Da mesma maneira, a exploração científica é cada vez mais dependente de instrumentos sofisticados, frutos de desenvolvimento tecnológico. Assim, a interdependência entre elas é enorme, e o bom relacionamento entre ambas é fundamental para o avanço da sociedade em todos seus aspectos.

O extraordinário desenvolvimento que experimentou a Física no século XX deu origem às diversas divisões que constituem a chamada Física Moderna, formada basicamente pelas disciplinas Relatividade, Mecânica Quântica, Física Atômica e Molecular, Física Nuclear, Física da Matéria Condensada, entre outras.Porém, foi somente a partir da segunda metade do século XX que foram feitas as principais descobertas e invenções que resultam nas aplicações destas ciências. Entretanto, análise feita por especialistas comentam que no ano de 2000, 80% dos produtos consumidos foram inventados nos últimos 50 anos, e que em 2010, 50% dos produtos de consumo terão sido inventados nos 10 anos anteriores, PIRRO E LONGO (1998). Assim, já estão surgindo novas descobertas que darão origem a novas tecnologias que permitirão o desenvolvimento dos novos produtos de consumo. Apesar do extraordinário avanço verificado em ciência e tecnologia nas últimas décadas, os próximos anos serão extremamente mais ativos – e produtivos – que os anteriores. A globalização de empresas e mercados, associada às novas exigências de comércio e consumo em termos de qualidade e satisfação do cliente, levou ao aparecimento de processos e procedimentos de engenharia com alto conteúdo inter e multidisciplinar. Entretanto, um dos grandes obstáculos para essa nova era da engenharia, tem sido justamente a falta de pessoal adequado para enfrentar esse novo desafio, onde se valoriza – não o engenheiro especialista – mas o engenheiro multiespecialista, com forte aptidão em ciências básicas e engenharia. É neste novo contexto que no ano de 2000 implantamos em São Carlos-SP, o primeiro Curso de Engenharia Física do Brasil.

 

2 .   Engenharia Física: forte conteúdo científico e tecnológico

 

O aluno de engenharia física deverá adquirir ao longo dos cinco anos de duração do curso, uma forte base nas ciências matemáticas e físicas, característica que hoje nenhum outro curso de engenharia oferece. Mas, esta formação básica, que consideramos essencial para o seu sucesso profissional, nunca perderá de vista o seu lado aplicado, e sempre levará em conta que a principal característica do engenheiro é justamente a criatividade. Assim, o objetivo do curso de Engenharia Física será dar ao estudante as ferramentas básicas para se tornar um multiespecialista com ampla preparação nas áreas de aplicação da Física moderna, que o capacitará a trabalhar em áreas como desenvolvimento, instrumentação, criogenia, e ciências dos materiais. Neste último aspecto, o curso de Engenharia Física não terá superposição com o curso de Engenharia de Materiais, mas o complementará já que o primeiro aborda os aspectos mais básicos da ciência dos materiais, envolvendo sofisticados conceitos das mecânicas quântica e estatística, e da Física do estado sólido. Desta maneira, o engenheiro físico será um tipo de profissional que hoje não existe no nosso meio, sendo caracterizado por uma sólida preparação técnica e científica nas diferentes áreas da Física que será complementada por uma intensiva atividade laboratorial e um amplo contato com indústrias. Esse engenheiro poderia ser de acordo com Silval ZZ. Gama e Marcos A da Silveira (2002) como um engenheiro REENGE.

O programa proposto para o curso de Engenharia Física está dirigido ao estudo dos fenômenos físicos nos quais se baseiam a maioria das aplicações tecnológicas, usando as ferramentas físicas e matemáticas necessárias para sua compreensão. Assim, esta ênfase em Matemática e Física combinadas com a experiência direta dos alunos com computadores modernos, eletrônica avançada, optoeletrônica, criogenia, vácuo, interfaceamento de equipamentos, etc., fornecerão, como veremos a seguir, uma excelente preparação para um campo de trabalho extremamente amplo. Sem dúvidas que o programa que estamos propondo é um desafio para todos nós, e principalmente para o estudante que enfrentará um conteúdo planificado para expandir a sua mente. A Engenharia Física está direcionada a alunos com uma forte aptidão para ciências e matemática, e que desejem aplicar esses assuntos básicos na investigação e na resolução de problemas tecnológicos, deixando de lado a histórica divisão entre as disciplinas, e atacando o problema proposto através do uso de uma estratégia multidisciplinar, fazendo proveito da sua formação de multiespecialista. No mundo existe cursos de Engenharia Física há varias décadas, só para ter uma idéia no México existe cursos de Engenharia Física há mais de 30 anos, nos EUA há mais de 40 anos, em Portugal há mais de 10 anos, assim como em vários países da Europa. A existência desse curso no mundo só é justificada pela demanda desse tipo de profissional. Existem engenheiros físicos trabalhando há varias décadas,em diversos países, em diversas áreas de fronteira entre a ciência e a tecnologia tais como: em eletrônica do estado sólido, no aumento da miniaturização de componentes. A revolução na microeletrônica tem mudado drasticamente o nosso mundo, onde quase diariamente o custo dos componentes diminui e a potência das máquinas aumenta. Assim, engenheiros físicos estão envolvidos no projeto e implementação de novos elementos em eletrônica do estado sólido, utilizados no desenvolvimento de sondas para a exploração e diagnóstico em diversas áreas. Engenheiros físicos desenvolvem espelhos e células solares, novas técnicas de transmissão de informação e dispositivos utilizados em Física de plasma para a obtenção de fusão termonuclear controlada. Também, estão diretamente relacionados com projetos de desenvolvimento em indústrias química e petroquímica, projetando e testando novos produtos, ou desenvolvendo sofisticados dispositivos que utilizam a ciência e a tecnologia das cerâmicas supercondutoras de alta temperatura crítica. Da mesma maneira, engenheiros físicos desenvolvem a utilização de laser em ciência, tecnologia e medicina, através de projetos de instrumentação ótica, ou desenvolvem projetos ligados a técnicas de imagem aplicadas a medicina e a biotecnologia.

Para atingir esses objetivos, a grade curricular do curso de engenharia física implantado na UFSCar consta das seguintes disciplinas: 1o Semestre: Química Tecnológica Geral, Geometria Analítica, Cálculo Diferencial e Integral, Física Experimental A, Física A; 2o Semestre: Química Analítica Experimental, Equações Diferenciais e Aplicações, Cálculo Diferencial e Séries, Física Experimental B, Física B; 3o Semestre: Resistência de Materiais, Álgebra Linear 1, Cálculo Diferencial e Integral, Física Experimental C, Física C, Física Computacional 1; 4o Semestre: Física Experimental D, Física Matemática 1, Física D, Fenômenos de Transporte 4, Física Computacional 2, Eletrônica 1; 5o Semestre: Circuitos e Máquinas Elétricas, Mecânica Clássica 1, Física Matemática 2, Física Moderna 1, Fenômenos de Transporte 5, Lógica Digital; 6o Semestre: Microprocessadores e Microcontroladores, Eletromagnetismo 1, Termodinâmica, Mecânica Quântica 1, Física Moderna Experimental 1, Estatística Experimental, disciplinas optativas, disciplinas eletivas; 7o Semestre: Controle e Servomecanismos, Mecânica Estatística, Estado Sólido 1, Engenharia Eletroquímica, disciplinas optativas, disciplinas eletivas. Estas disciplinas já foram todas oferecidas para os alunos das quatro turmas cursando Engenharia Física desde 2000, e mostraram que, embora a carga horária não seja muito pesada, o conteúdo das mesmas é extremamente trabalhoso.

A partir do próximo semestre, os alunos da primeira turma, ingressada em 2000, iniciarão seu 8o Semestre: Desenvolvimento de Projeto 1, Estrutura e Propriedades dos Sólidos, Métodos de Caracterização I : (difração e microscópica eletrônica), Ciências do Ambiente para Engenharia Física, Desenho e Tecnologia Mecânica, disciplinas optativas, disciplinas eletivas; 9o Semestre: Desenvolvimento de Projeto 2: Estágio Industrial; 10o Semestre: Trabalho de Graduação; disciplinas optativas, disciplinas eletivas.

Dentro das disciplinas optativas e eletivas, a formação multidisciplinar é completada, onde se têm as seguintes disciplinas: Introdução à Engenharia Física, Tecnologia, Ciência e Sociedade, Comunicação e Expressão, Português, Sociologia Industrial e do Trabalho, Filosofia das Ciências, Laboratório de Controle e Servomecanismos, Reologia, Ensaios não Destrutivos, Tecnologia de Vidros, Difusão em Sólidos, Reciclagem de Materiais, Estado Sólido 2, Eletromagnetismo 2, Mecânica Quântica 2, Métodos Numéricos Avançados, Técnicas de Crescimento de Cristais e Filmes Finos, Síntese e Processamentos de Sólidos, Criogenia e Vácuo, Estado Sólido Experimental, Interfaceamento de Equipamentos, Métodos de Caracterização 2: (Técnicas Espectroscópicas), Tecnologia e Aplicações de Materiais Ferroelétricos, Tecnologia e Aplicações de Semicondutores, Tecnologia e Aplicações de Materiais Magnéticos, Tecnologia e Aplicações de Supercondutores,  Economia Industrial, Gestão de Produto, Controle de Qualidade, entre outras.

Dessa maneira, acreditamos alcançar o objetivo da formação multidisciplinar, visando fornecer forte aptidão em ciência e tecnologia num único profissional.

 

3.         Economia e Negócios: necessidade de profissionais multidisciplinares

 

Praticamente todos os campos do conhecimento estão sentindo a necessidade de pessoal altamente qualificado tanto em ciência quanto em tecnologia, levando a notável valorização do profissional multidisciplinar. Entre esse enorme número de áreas, queremos chamar a atenção para três delas onde a presença do engenheiro físico será de enorme importância em função do seu caráter de multiespecialista: a nanotecnologia, as novas fontes de energia baseadas em células combustível, e o agronegócio. É interessante destacar que nas três áreas há alunos do curso de engenharia física da UFSCar desenvolvendo atividades de iniciação científica, em instituições acadêmicas ou de pesquisa da região de São Carlos.

 

Nanotecnologia - Segundo o Dr. Cylon Gonçalves da Silva (2002), professor emérito da Unicamp, e responsável pela proposta de criação de um Programa Nacional de Nanotecnologia, a indústria e a economia mundiais sofrerão uma verdadeira revolução a partir da nanotecnologia, que se constitui numa nova área multidisciplinar do conhecimento situada nas fronteiras da física, química, biologia e ciências dos materiais. A estimativa da National Science Foundation (NSF) é que na próxima década o mercado global para produtos e processos baseados em nanotecnologia será da ordem de um trilhão de dólares. Só no ano passado,os países desenvolvidos investiram mais de cinco bilhões de dólares em nanotecnologia, tanto com capital estatal quanto privado.Os Estados Unidos estão fazendo um esforço enorme de educação em nanotecnologia, onde já nas primeiras séries do ensino fundamental se fala de átomos, moléculas, ligações químicas, tabela periódica, etc., mostrando uma clara preocupação em preparar uma força de trabalho capacitada para lidar com esse novo conhecimento. Assim, essa era da nanotecnologia promete ser mais intensa tecnologicamente do que a era da microeletrônica, baseada em dispositivos semicondutores. A nanotecnologia é a tecnologia dos materiais, processos e produtos cujas dimensões críticas estão na faixa de 0,1 a 100 nanômetros. A nanotecnologia envolve, portanto, todas as possibilidades que surgiram a partir do momento em que nos tornamos capazes de visualizar e manipular individualmente os átomos e as moléculas. Esse novo campo do conhecimento situada nas fronteiras da física, química, biologia e ciência dos materiais, e incluindo também a simulação e modelagem computacional que deverá se dedicar a projetar materiais, elaborar modelos e experimentos em computador, envolvendo nano-sistemas. Todas estão envolvidas com o esforço multidisciplinar que vem se realizando para resolver problemas de nanotecnologia. Esse novo campo do conhecimento que se está configurando está mais para uma superdisciplina, situada nas fronteiras do saber tanto científico quanto tecnológico.

 

Células de Combustível - De acordo com o relatório de 2002 do Centro de Gestão e Estudos Estratégicos (CGEE) do Ministério de Ciência e Tecnologia, a melhoria do padrão de vida da sociedade brasileira requer uma melhor qualidade da energia distribuída assim como nos serviços que podem ser oferecidos a partir do uso dessa energia. Esse processo deve ocorrer de maneira sustentável, ou seja, sem o esgotamento dos recursos naturais e sem a deterioração das condições ambientais. Atualmente, a sociedade dependente de combustíveis fósseis o qual não atende a essas características, já que esses combustíveis não são renováveis e seu beneficiamento e uso gera poluentes atmosféricos, como o dióxido de carbono, principal responsável pela ocorrência do efeito estufa, que provoca o aquecimento global. Além disso, existem fatores estratégicos e econômicos que devem ser considerados, pois suas jazidas estão concentradas em poucas regiões do mundo e seus preços estão sujeitos a grandes instabilidades. Desta forma, é necessário pesquisar novas tecnologias para geração de energia, que façam uso mais eficiente dos recursos naturais e mesmo usem recursos renováveis, e que ainda sejam menos agressivas para o meio ambiente. Entretanto, todas as novas formas de energia renováveis e sustentáveis, requerem a convergência de várias áreas do conhecimento, necessitando, portanto, de profissionais de engenharia altamente capacitados e com ampla visão e preparação multidisciplinar.

As células de combustível, também denominadas pilhas de combustível, têm enorme destaque entre as diferentes opções tecnológicas para geração de energia elétrica de forma mais sustentável. Estas são equipamentos capazes de converter a energia química de certos combustíveis em energia elétrica, sem a necessidade de combustão, com maior eficiência e menores emissões de poluentes que os equipamentos atuais. O melhor combustível para pilhas parece ser o hidrogênio, que pode ser produzido por uma variedade de recursos fósseis (carvão, petróleo e gás natural), renováveis (biomassa), e a partir de eletricidade, por eletrólise da água, usando energias renováveis (como eólica, fotovoltaica, hidráulica, geotérmica, a energia nuclear, entre outras). Alguns especialistas chegam a prever que as células a combustível representarão para o século XXI o que o computador representou para o século XX, embora elas tenham sido descobertas por H. Grove há mais de 150 anos, em 1839. As células a combustível podem ser aplicadas para a geração estacionária de energia elétrica para uso residencial, comercial e industrial, para a geração de energia nos meios de transporte em substituição ao motor de combustão interna, em caminhões, ônibus, automóveis, trens, navios e aviões, para a alimentação de equipamentos eletro-eletrônicos em substituição às baterias, nos telefones celulares, computadores, calculadoras, entre outros. As células a combustível constituem uma rota tecnológica que está ainda em evolução. Turbinas a gás também estão penetrando rapidamente no mercado mundial. As companhias mais importantes de energia e multinacionais relacionadas com a fabricação de veículos estão apostando em muitas opções, incluindo as células a combustível. Os governos de diversos países também estão apostando em várias transições, mas com enorme ênfase em hidrogênio e células a combustível. Os países que conseguirem importantes conquistas nesta área mais rapidamente eles assumirão posição de predominância e terão, assim, a chance de usufruir o enorme retorno econômico associado. De acordo com o mesmo relatório, uma das áreas mais promissoras para aplicações de células a combustível atualmente no Brasil é a de sistemas para produção de energia elétrica de 5 kW a 200 kW para atender especialmente os casos de cargas essenciais, isto é, consumidores que necessitam de suprimento de energia elétrica com alto grau de confiabilidade. Esses consumidores são formados por empresas de telecomunicações, bancos, centros de pesquisa, hospitais, aeroportos, entre outros. Para essas finalidades células de eletrólito polimérico e de ácido fosfórico são atualmente as melhores opções. O Brasil dispõe de recursos humanos e tecnologia provenientes das experiências nacionais na área de energia nuclear com os mesmos tipos de materiais apropriados para as células de óxido sólido, cujos regimes de operação exigem materiais resistentes à corrosão e que possam operar a altas temperaturas. Entretanto, na sua grande maioria, os recursos humanos disponíveis para trabalhar nessa área não tem formação multidisciplinar em nível de cursos de graduação. Assim, para alcançá-la se faz necessário continuar no ambiente universitário freqüentando cursos de pós-graduação, o que nem sempre é comum em áreas de engenharia. Assim, novamente, aparece como essencial dispor de profissionais da área de engenharia com a formação multidisciplinar do engenheiro físico.

 

Agronegócios – Como citado em C. LUZ e D. MOREIRA (2003), o Ministério da Agricultura informou recentemente que o Brasil estará colhendo uma safra recorde de mais de 112 milhões de toneladas de grãos, o que significa um crescimento de mais de 70% num prazo de apenas dez anos. Dessa maneira, o agro-negócio brasileiro passou para um valor acima dos 424 bilhões de reais, o que corresponde a quase 30% do produto bruto interno (PIB) do país. Assim, pela primeira vez na história, a soja exportada pelo Brasil superou as exportações similares dos Estados Unidos, que detém a maior agricultura do planeta. Essa proeza foi alcançada sem um aumento significativo (ao redor dos 10%) da área plantada que se manteve em torno dos 40 milhões de hectares cultivados. A alta tecnologia e o profissionalismo dos produtores está por trás dessa supersafra. De acordo com o último levantamento realizado pela FAO, Fundo Mundial de Alimentação, entidade gerenciada pelas Nações Unidas, até o ano de 2020 a demanda mundial por grãos está aumentando consideravelmente, a demanda por carne deverá aumentar 55%, assim como a demanda de raízes e tubérculos, e mais grãos por planta e mais plantas por cova serão necessárias. O mesmo organismo reporta que, globalmente, 40% das áreas de cultivo do mundo estão degradadas, de 20 a 30% das florestas mundiais já foram derrubadas, 40% dos estoques de peixe já estão sendo explorados no seu limite, e ainda 70% da água doce disponível é utilizada para irrigação. Assim, fica evidente que a racionalização dos recursos e o aumento da produtividade de forma sustentada serão vitais para a nossa sobrevivência. A única opção que hoje parece poder viabilizar essas condições é através do uso de alta tecnologia. E esta, necessariamente, deverá ser pesquisada e implementada por profissionais de formação multidisciplinar. No Brasil, por trás dessa alta tecnologia estão as instituições que a desenvolvem pesquisa agropecuária, tais como a Embrapa, em particular, as divisões que desenvolvem instrumentação agropecuária. De acordo com o Dr. Silvio Crestana (2003), pesquisador sênior da Embrapa-UPDIA de São Carlos, a agenda da instituição inclui os seguintes desafios nacionais de claro conteúdo multidisciplinar: biodiversidade e recursos genéticos, manejo de recursos naturais, biologia avançada, biosegurança, saúde animal e vegetal, segurança alimentar, agricultura familiar, rastreabilidade e certificação, mudanças globais, e conservação. Esse conteúdo multidisciplinar é evidenciado através das fronteiras que, segundo o Dr. Crestana, a Embrapa considera com fronteiras para a sua atividade de pesquisa em agropecuária: nanotecnologia, genômica funcional, proteômica, tecnologia da informação, data mining, modelagem, energia, e engenharia do metabolismo, entre outras. Assim, a disponibilidade de profissionais de engenharia com formação multidisciplinar terá, claramente, uma enorme relevância na área de agronegócios.

 

4 .  

Sumário

 

Neste trabalho, mostramos que a separação tradicional entre ciência e tecnologia, hoje é quase inexistente, e leva a necessidade de formar recursos humanos, em particular na área de engenharia, com aptidão fortemente multidisciplinar. A indistinguibilidade entre ambas é refletida em produtos, processos e procedimentos cada vez mais sofisticados que exigem profissionais cada vez mais preparados. Estes deverão ter um amplo domínio não somente do know-how, mas, especialmente, do know-why. Acreditamos que o engenheiro físico detenha ambas virtudes.

 

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

 

C. LUZ e D. MOREIRA – A Salvação da Lavoura Revista Época de 28/04/2003 – pgs 54-59

 

CGEE -  Centro de Gestão e Estudos Estratégicos do Ministério de Ciência e Tecnologia, - Relatório de 2002 – [online]  - Disponível na Internet via  www.cgee.org.br/eventos/ relatorio2002.htm - pagina consultada em 20/06/2003

 

CYLON G. SILVA -  l Simpósio Brasileiro de Engenharia Física I-SBEF – 11 a 16 agosto de 2002 – UFSCar – São Carlos - SP

 

SILVIO CRESTANA  l Simpósio Brasileiro de Engenharia Física I-SBEF – 11 a 16 agosto de 2002

 

SILVAL Z. GAMA e MARCOS A DA SILVEIRA - Definindo competências para engenharia: A visão do mercado de trabalho - Revista de Ensino de Engenharia v-21 n. 2, p. 1-15, 2002

 

W. PIRRÓ E LONGO -  "Reegenharia” do ensino de Engenharia : uma necessidade – 1998 – [online] Disponível na Internet via http://www.engenheiro2001.org.br /programas/ 971207a.doc  - pagina consultada em 20/06/2003

 

 

Physical Engineering:  Science vs. Technology

 

 

Abstract – Year after year, technology and basic sciences have becoming closer. This increasing approximation between them, associated to a fast evolution of technology, is pushing us to review the necessary formation for future engineers. That should be enough to prepare them learn with and to the new challenges that future will demand them. To achieve that, it would be essential a solid basic formation. As a consequence of that, in 2000 we have created at UFSCar the first Brazilian undergraduate course in Physical Engineering. Its main goal is the formation of multi-specialist engineers with a broad preparation in all areas of applied contemporary Physics. That formation will be focalized to knowledge where the most important feature is not what they know to do but their ability to innovate.

In this work we show how the actual convergence between sciences and technology demand drastic changes in the formation of engineers. Also, we present some recent results obtained over the first seven semesters of the existence of our Physical Engineering course, where both formation are very strong.

 

Key words: Physical Engineering; Technology vs Sciences; Economy and Business; UFSCar