Stephen Fonash
Cátedra Bayard D. Kunkle em Ciências da Engenharia
Diretor, Centro Penn State para Educação e Utilização de Nanotecnologia
Diretor, Parceria de Tecnologia de Fabricação de Nanofabricação PA
Diretor, Centro Nacional de Aplicações de Nanotecnologia e Conhecimento de Carreira da National Science Foundation
Universidade Estadual da Pensilvânia
Parque Universitário, PA, EUA
Educação:
- BS, Ciências da Engenharia, Universidade Estadual da Pensilvânia
- Ph.D., Engenharia, Universidade da Pensilvânia
Foco de Trabalho:
Dr. Stephen Fonash ocupa a Cátedra Bayard D. Kunkle em Ciências da Engenharia, na Universidade Estadual da Pensilvânia. Suas atividades na Penn State incluem atuar como diretor do Centro de Educação e Utilização de Nanotecnologia (CNEU) da Penn State, diretor do Centro Nacional de Aplicações de Nanotecnologia e Conhecimento de Carreira (NACK) da National Science Foundation e diretor da Parceria de Tecnologia de Fabricação de Nanofabricação da Pensilvânia.
Conselhos aos alunos:
Converse com seus professores do ensino médio – mas esteja ciente de que eles podem não ter muito conhecimento em nanotecnologia e em tudo o que ela pode fazer. Lembre-se de que quando você vai para uma universidade, você não vai entrar na nanotecnologia imediatamente – você vai entrar nos cursos básicos de STEM (ciência-tecnologia-engenharia-matemática).
Links:
– Universidade Estadual da Pensilvânia
Entrevista:
P: Quando você descobriu que sua carreira se concentrava em nanotecnologia?
Fonash: No final dos anos 80, como minha área de pesquisa são dispositivos eletrônicos, fui naturalmente levado pelo caminho de coisas cada vez menores. Naquela época eu trabalhava com sensores, transistores e diodos e também com energia fotovoltaica – como continuo fazendo. A evolução do tamanho dos sensores e da microeletrônica foi em direção a coisas cada vez menores, e comecei a perceber as vantagens oferecidas pela singularidade da nanoescala em muitas aplicações. Também nessa altura os meus interesses alargaram-se muito – e fiquei bastante interessado nas aplicações biológicas da nanotecnologia. Devido a esse interesse crescente na nanoescala e à sua importância, estabeleci a Penn State Nanofabrication Facility em 1992. Eu meio que trouxe a nanotecnologia para a Penn State – acho que isso é bastante reconhecido na Penn State. Mais ou menos nesse período, trabalhei com Cornell, Stanford e Howard, e juntos fundamos o que foi chamado de Rede Nacional de Usuários de Nanotecnologia (NNUN) da National Science Foundation (NSF) para disponibilizar instalações de nanotecnologia para uso por pesquisadores e empresas em todo o mundo. país. Tivemos 10 anos de financiamento NNUN da NSF para esta missão, e então liderei a Penn State na Rede Nacional de Infraestrutura de Nanotecnologia da NSF (NNIN), a sucessora da NNUN, que continua até hoje. Em 1998, fundei também o Centro de Educação e Utilização de Nanotecnologia (CNEU), que continuo a dirigir.
Além de professor, sou pesquisador – geralmente ministro cursos de pós-graduação. No entanto, por volta de 1998, a indústria da Pensilvânia veio até mim com a necessidade de mais técnicos treinados em micro e nanotecnologia na AP. Então, juntos fomos para o estado e estabelecemos em 1998 a Parceria de Tecnologia de Fabricação de Nanofabricação da Pensilvânia (NMT). Este foi o início do meu interesse pela educação eficaz para o desenvolvimento da força de trabalho em nanotecnologia. O conceito do NMT era - e é - que a Penn State compartilhasse seus recursos com a comunidade PA e faculdades técnicas para dar aos alunos de dois anos de graduação uma educação prática em micro e nanotecnologia. Conversei com professores, reitores e presidentes dessas escolas e juntos trabalhamos para instituir programas de nanotecnologia para estudantes de graduação de dois anos em toda a PA. Sob o conceito PA NMT, as instituições de graduação de dois anos enviam seus alunos por um semestre para a Penn State – e nós oferecemos a eles uma imersão prática em nanotecnologia. Desenvolvemos um conjunto de seis cursos para ensinar um conjunto de habilidades a esses técnicos, para que possam conseguir empregos em diversas áreas. O principal pilar filosófico do que comecei com a Parceria PA NMT é o compartilhamento - consegui fazer com que a Penn State compartilhasse suas instalações com faculdades comunitárias e ensinasse este semestre de imersão NMT como um serviço para essas faculdades comunitárias PA. Outro pilar básico é educar os alunos para a vida toda – dar-lhes habilidades que durarão a vida toda e não educá-los para uma indústria. Então, com essa filosofia, as pessoas que saem do programa PA NMT trabalham para empresas farmacêuticas, trabalham para empresas químicas, algumas trabalham para empresas de eletrônicos, trabalham para empresas de células solares, todos os tipos de empresas. E eles obtêm um diploma de associado, mas não da Penn State, mas da faculdade comunitária. Penn State apenas ensina neste semestre de imersão. A Penn State agora oferece esse serviço para 33 escolas na Pensilvânia. Formamos quase 900 alunos neste programa. Agora, o Estado de Nova Iorque adoptou esta abordagem de desenvolvimento de força de trabalho qualificada em nanotecnologia. Eles estão fazendo isso com faculdades comunitárias, e a SUNY Albany é a universidade parceira. Minnesota também está fazendo isso. A universidade parceira é a Universidade de Minnesota e a principal faculdade comunitária é a Dakota County Technical College. E o estado de Washington e Indiana estão fazendo isso; Porto Rico está fazendo isso.
P: Em quais aplicações atuais de nanotecnologia você está trabalhando?
Fonash: Estou trabalhando em diversas direções de pesquisa diferentes. Todos eles envolvem de alguma forma a nanotecnologia. Estamos trabalhando em transistores em nanoescala e usamos nanofios de silício que fabricamos com uma abordagem muito diferente da que as pessoas normalmente usam. Normalmente, as pessoas colocam os catalisadores que causam a formação dos nanofios de silício em uma superfície vazia e não sabem exatamente para onde o catalisador irá, e então cultivam os nanofios de silício. Depois tentam colhê-los, pegá-los e depois colocá-los. E achamos que essa não é uma maneira fabricável de fazer as coisas. Como sou engenheiro, gosto da ciência, mas também gosto de fazer algo que seja razoável. Então criamos um esquema onde você realmente faz um pequeno túnel, que é orientado horizontalmente, e é exatamente onde você quer que o transistor esteja. Em seguida, colocamos o catalisador no túnel e depois cultivamos o nanofio no túnel, transformando-o em um transistor. E você não precisa mover o nanofio, já que você o cultivou onde deseja – e temos uma patente para isso. Chamamos isso de “crescer no local”, em oposição a “crescer e instalar”, que é a forma como quase todo mundo está fazendo. Mas há problemas com nossa abordagem que exigem mais pesquisas. Os problemas têm a ver com a morfologia em torno da superfície do nanofio, mas, de qualquer forma, ficamos muito bons em fabricar transistores excelentes e publicamos sobre isso. E então estamos procurando novas maneiras de posicionar esse catalisador que é usado no túnel - estamos procurando diferentes maneiras de automontagem desse catalisador e continuamos a desenvolver essa ideia.
A outra grande área dos meus interesses atuais é a utilização da nanotecnologia em células solares. Estou ativo na pesquisa de células solares há cerca de 35 anos e escrevi o livro Solar Cell Device Physics, que foi lançado em 2010 e que é praticamente aceito como a “bíblia” desse assunto. Desenvolvemos um programa de computador chamado AMPS — sendo eu e meus alunos — que é usado por cerca de 2.000 pessoas em todo o mundo e é muito conceituado. E continuamos a desenvolver células solares. Temos um novo conceito baseado em nanoestruturas, que estamos a desenvolver, e comecei a minha segunda empresa spin-off chamada Solarity, que detém a propriedade intelectual desta nova ideia.
A outra empresa que comecei chama-se NanoHorizons. Surgiu do meu interesse em nanotecnologia, biologia e medicina. NanoHorizons fabrica nanopartículas de prata para aplicações antimicrobianas. A prata é antimicrobiana, os fenícios sabiam disso há 2.500 anos. Eles não sabiam por que, mas notaram que os recipientes de água que continham moedas de prata conseguiam manter a água mais fresca por mais tempo. Então, os fenícios notaram isso há 2.500 anos, e os romanos usaram isso, e acontece que isso funciona porque a prata é antimicrobiana. Quando uma criança nasce, geralmente dão-lhe gotas de nitrato de prata nos olhos pelo mesmo motivo – porque os íons de prata são antimicrobianos. Se você produz prata em nanoescala, não usa muito, mas ela acaba sendo muito ativa como agente antimicrobiano e mata vírus e bactérias.
P: Qual é a coisa mais gratificante em trabalhar com nanotecnologia?
Fonash: Trabalhar à escala nano abre a porta a novas oportunidades. Na nossa investigação sobre células solares, por exemplo, somos capazes de utilizar nanoestruturas para construir células que funcionam de forma mais eficiente e utilizam menos material – menos material significa custos de fabrico mais baratos. Somos capazes de fazer isso por causa de dois fenômenos na natureza que só se tornam importantes em escala nanométrica. Estes chamados são fotônicos e plasmônicos. E há outros fenómenos que só se tornam importantes à escala nano, que outros grupos estão a explorar para avanços semelhantes em produtos.
P: Há algum exemplo que você possa fornecer que mostre como algo em que você trabalhou impactou positivamente o mundo?
Fonash: Acho que meu livro sobre física de dispositivos de células solares teve um impacto muito positivo. A primeira edição foi lançada em 1981 e ela e a nova edição foram muito, muito bem recebidas e utilizadas em todo o mundo. E acho que outra coisa que posso apontar é que nosso programa de computador AMPS foi extremamente bem recebido. Este programa é usado em todo o mundo para analisar e projetar células solares, detectores e outros dispositivos. Incentivei a universidade a permitir que o código-fonte do AMPS fosse baixado gratuitamente por outras pessoas, e agora o programa AMPS evoluiu. A Universidade de Illinois lançou a versão mais recente há cerca de 3 meses – e eles também estão seguindo nosso exemplo e disponibilizando esta versão evoluída gratuitamente para a comunidade científica e de engenharia para acelerar o desenvolvimento. Também acho que fiz contribuições em eletrônica – especialmente no que é chamado de processamento baseado em plasma – mas meu livro e AMPS são minhas contribuições de maior orgulho. Se eu pular para a educação, ficarei muito orgulhoso do que fiz com o desenvolvimento da força de trabalho. Eu realmente acho que é uma contribuição positiva. Fazer com que as universidades se interessassem pela parceria com faculdades comunitárias não foi fácil, mas estou muito feliz por termos o programa em andamento – e agora em todos os EUA. Acredito que a abordagem de partilha faz sentido económico e educacional para o país.
P: Qual você acha que foi o maior impacto que a nanotecnologia teve no mundo até agora?
Fonash: Acredito que as maiores contribuições estarão na medicina e estamos começando a ver o início disso. Acho que a nanotecnologia já está contribuindo para a geração de imagens de ressonância magnética e já está contribuindo para as terapias contra o câncer – existem várias terapias aprovadas pela FDA e em uso clínico. E você poderia dizer que hoje a eletrônica é realmente nanoeletrônica. Se os transistores não fossem construídos em nanoescala, não teríamos todas as funcionalidades e memória que temos. Mas acho que o maior impacto será na medicina.
P: Por favor, dê um exemplo do que você imagina que as aplicações da nanotecnologia levarão no futuro.
Fonash: Como observei anteriormente, a nanotecnologia contribuirá enormemente para a medicina. Olhando para outras áreas, também contribuirá significativamente para a produção e conservação de energia. Nosso trabalho com células solares que mencionei mostra apenas uma maneira pela qual a nanotecnologia pode afetar a produção de energia. E o impacto crescente da nanotecnologia na catálise afectará a conservação de energia e a conservação em geral – significará processos menos dispendiosos e processos de fabrico menos poluentes.
P: Você trabalha mais em equipe ou mais sozinho?
Fonash: Ambos. Trabalho sozinho quando tenho ideias e penso sobre elas, mas inerentemente tenho uma equipe – um grupo de estudantes de pós-graduação e pós-doutorandos, e gosto da abordagem de equipe por dois motivos. Primeiro, gosto de ouvir a opinião deles sobre as ideias e se acham que estou certo ou errado. A equipe pode consertar as coisas e me dizer o que é melhor – e muitas vezes o fazem. E a outra coisa é que uma equipe lhe dá mais inteligência e mais mãos – então é possível fazer mais em um dia. Quando trabalho com meus alunos ou pós-doutorandos, é uma interação muito intensa e divertida.
P: Se você trabalha mais em equipe, quais são algumas das outras áreas de especialização dos membros de sua equipe?
Fonash: Os estudantes de pós-graduação e o pessoal de pós-doutorado de nossa equipe vêm de diversas origens. No momento, as pessoas da equipe vêm de engenharia elétrica, física, química, bioengenharia, ciência da computação e ciência dos materiais. A nanotecnologia é inerentemente interdisciplinar e são comuns equipes com composições variadas como a nossa.
P: Sua formação universitária o ajudou em seu trabalho em nanotecnologia?
Fonash: Ah, claro, porque meu treinamento universitário foi em física, química e matemática básicas - com certeza. Sou um produto da educação STEM antiquada, e acredito que você não pode superar o conhecimento dos princípios básicos. Acho que a grande lição da educação universitária é a formação básica em física, química, biologia, matemática e o desenvolvimento da ideia de questionar tudo – de ser curioso. E acho que isso é uma grande parte da educação universitária. Procuro transmitir isso aos alunos de pós-graduação e graduação que dou aulas. Questionar tudo. Você pode olhar para algo de uma maneira diferente e dar uma contribuição. O exemplo que sempre penso são as malas. Há 30 anos, todo mundo carregava uma mala. Alguém finalmente teve a ideia de colocar rodas nas malas. Graças a Deus que aquela pessoa sabia da roda e a colocou ali. Então eu acho que é uma questão de ter uma formação muito boa — no caso de um engenheiro ou cientista — em biologia, matemática, química e física... e ser muito curioso e questionador.
P: Você tem um mentor? Você fez isso nos anos de faculdade?
Fonash: Acho que meu mentor #1 foi meu pai. Ele era engenheiro, sempre curioso, sempre fazendo diferente. Ele sempre gostou de descobrir como fazer algo diferente. Na graduação tive um professor que admirava e era muito bom. E, voltando ao ensino médio, tive um professor de química no ensino médio que era muito bom. Ele era um pouco excêntrico, mas também muito curioso e muito bom. Isso pode desanimar algumas crianças porque elas achavam que ele era estranho - e eu achava que ele era estranho - mas gostei que ele olhasse as coisas de forma diferente. Na faculdade, tive muitos professores que eu, inconscientemente, queria imitar. Mas acho que meu mentor #1 foi meu pai.
P: Se você tivesse que fazer tudo de novo, ainda se concentraria em aplicações de nanotecnologia?
Fonash: Ah, definitivamente. Mas, se eu tivesse que fazer tudo de novo, provavelmente estudaria mais biologia junto com física e química.
P: Que conselho você daria para estudantes pré-universitários?
Fonash: Bem, deixe-me falar em termos gerais, acho que eles precisam tentar aprender o máximo possível sobre nanotecnologia. A internet é um lugar… e acho que você deveria ler o máximo que puder. Acho que há muitas coisas que as universidades estão fazendo para tentar divulgar informações. Converse com seus professores do ensino médio – mas esteja ciente de que eles podem não ter muito conhecimento em nanotecnologia e em tudo o que ela pode fazer. Lembre-se de que quando você vai para uma universidade, você não vai entrar na nanotecnologia imediatamente – você vai entrar nos cursos básicos de STEM. Mas na sua universidade ou faculdade, olhe para o corpo docente e veja quem está fazendo o quê – e converse com eles. A maioria deles estará disposta a conversar com você e poderão ter empregos para alunos de graduação no verão, ou mesmo durante o semestre, onde você poderá aprender mais. Não é como se alguém fosse entregar para você, você tem que sair e olhar.
