Vuelven a crear el 'ordenador' más pequeño del mundo

El dispositivo de 0.3 mm de largo, más pequeño que un grano de arroz, podrá tener aplicaciones en investigación y medicina.

Existe la tendencia en tecnología a diseñar dispositivos cada vez más cómodos y accesibles. En poco se parecen los smartphone modernos, herramientas multiusos, a los esperpentos con antena de los 90. Mayor potencia, mejor diseño, menor tamaño. IBM fue un paso más allá y presentó este marzo el ordenador más pequeño del mundo (con medidas de 2x2x4mm); pero un nuevo aspirante ha venido para arrebatarle el título.

La nueva creacion de IBM junto a un grano de arroz

La Universidad de Michigan ha desarrollado un dispositivo una décima parte más pequeño que el de su rival IBM, de tan solo 0.3mm de largo y menor tamaño que un grano de arroz. Este nuevo dispositivo ha generado un debate entre las instituciones y la comunidad tecnológica sobre cuáles son los requisitos mínimos que deben existir para que un dispositivo se considere un ‘ordenador’.

Lo que ocurre con las recientes creaciones de IBM es que, en cuando su potencia cae, pierden todos sus datos y programación, a diferencia de los anteriores modelos en miniatura como el Michigan Micro Mote.

David Blaauw, quien lideró el desarrollo del nuevo sistema, afirma que “es cuestión de opinión si tienen los requisitos de funcionalidad mínimos” para considerarse ordenadores o no.

Desarrollo y propiedades

Además de la RAM y células fotovoltaicas, el dispositivo posee procesadores y transmisores y receptores inalámbricos. Al no poder tener una antena de radio convencional, los datos se reciben y transmiten a través de luz visible proporcionada por una estación base que proporciona potencia para la programación y recibe los datos generados. La luz de la estación base y el LED de transmisión del dispositivo inducen corrientes en los circuitos y alimentan el dispositivo, de embalaje transparente, a baja potencia.

Algunos de los problemas a los que tuvo que enfrentarse el equipo de Blaauw fueron inventar nuevas formas de diseñar el circuito de forma que fuese de baja potencia pero tolerase la luz y alcanzase los niveles de precisión deseados. El cambio de diodos, que pueden actuar como células solares, por condensadores conmutados fue una de las soluciones utilizadas durante el desarrollo.

¿Para qué podría utilizarse?

El dispositivo fue diseñado como un sensor de temperatura de alta precisión que convierte la temperatura en intervalos de tiempo definidos con pulsos eléctricos. Estos se medirían en un chip frente a un intervalo constante de la estación base y se convertirían de nuevo en temperaturas. El diseño de la Universidad de Michigan es capaz de medir temperaturas en regiones tan minúsculas como un grupo de células con un error de 0.1 grados Celsius. Con ellos se buscaba que el dispositivo tuviese aplicaciones directas en oncología.

De acuerdo con la propuesta del Profesor Gary Luker, ingeniero biomédico y colaborador en el proyecto, este ordenador podría ser utilizado para confirmar si las células tumorales poseen temperaturas más altas que los tejidos normales, como apuntan algunos estudios. De confirmarse, la diferencia de temperatura podría utilizarse para evaluar el éxito o fracaso del tratamiento. Además, un ordenador milimétrico podría tener aplicaciones en la diagnosis de glaucoma a través de la presión del ojo, estudios sobre cáncer, monitoreo de yacimientos de petróleo y de procesos bioquímicos o sistemas de vigilancia audiovisual.

Ajenos ya a lo que puedan aportar a otros campos, la comunidad científica tendrá que decidir si estos nuevos dispositivos cumplen los requisitos mínimos para ser considerados ‘ordenadores’ o el título de computadora más pequeña volverá a un modelo previo.

FUENTE: MUY INTERESANTE

Un proceso cuántico convierte en electricidad la radiación infrarroja

Científicos saudíes han encontrado la forma de obtener electricidad a través de la radiación infrarroja que emite el planeta. Se han valido de nano-antenas que usan el efecto túnel cuántico para que los electrones puedan traspasar un diodo y transformar las ondas infrarrojas en corriente eléctrica. Un prototipo que puede revolucionar el sector energético.

La mayoría de la luz solar que golpea la Tierra es absorbida por sus superficies, océanos y atmósfera. Como resultado de este calentamiento, la radiación infrarroja se emite constantemente a nuestro alrededor. 

Estimada en millones de gigavatios por segundo, esta radiación infrarroja residual es capaz de abastecer la demanda energética de la humanidad miles de veces. 

Un equipo de Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdalá, en Arabia Saudita,  ha desarrollado un dispositivo que puede aprovechar esta energía, así como el calor residual de los procesos industriales, y transformarla  en electricidad útil. 

A diferencia de los paneles solares que están limitados por las horas del día y las condiciones climáticas, el calor infrarrojo puede ser recogido las 24 horas del día. Una forma de lograrlo es tratar el exceso de calor infrarrojo como ondas electromagnéticas de alta frecuencia. 

Utilizando antenas diseñadas específicamente para esta investigación, las ondas electromagnéticas recogidas se envían a un rectificador, típicamente un diodo semiconductor, que convierte las señales alternas en carga de corriente continua para baterías o dispositivos eléctricos. 

Efecto túnel 

El proceso se consigue mediante la fabricación de una rectenna o rectena, (rectifying antenna  o antena rectificadora), un tipo especial de antena que se usa para convertir directamente microondas en corriente continua. En esta investigación, como la longitud de las ondas infrarrojas es extremadamente corta, para poder aprovecharlas fue necesario construir rectenas realmente minúsculas. 

Además, las ondas infrarrojas oscilan miles de veces más rápido que un semiconductor típico. "No hay ningún diodo comercial en el mundo que pueda funcionar con tanta frecuencia", explica Atif Shamim, líder de proyecto de KAUST, en un comunicado. Por eso han recurrido al efecto túnel. 

El efecto túnel es un fenómeno cuántico que permite a una partícula superar una barrera que en teoría no podría traspasar por falta de capacidad. Por ejemplo, una bala disparada desde la base de una montaña necesita una cierta cantidad de energía para llegar a la cúspide y llegar al otro lado. Pero una bala cuántica no: puede llegar al otro lado de la montaña gracias a la indeterminación de su posición, que es la base de cualquier fenómeno cuántico. 
Pues ese efecto túnel, según los investigadores, puede ayudar a la construcción de las citadas antenas nanométricas y obtener energía de la naturaleza: los electrones pueden atravesar una pequeña barrera, gracias a un diodo regido por el efecto túnel (Metal-Insulator-Metal), y transformar las ondas infrarrojas en corriente eléctrica.

Nano-antena con diodo 

Lo han comprobado construyendo una nano-antena en forma de mariposa que incorpora una película aislante muy delgada entre dos brazos metálicos ligeramente recubiertos de oro y titanio. 

El invento es capaz de generar campos eléctricos intensos, necesarios para el buen funcionamiento de la nano-antena. El diodo MIM ha capturado con éxito la radiación infrarroja y sólo se enciende cuando es necesario. 

Y aunque de momento sólo se trata de una etapa del proceso innovador superada con éxito, todavía quedan muchos problemas técnicos por resolver antes de que pueda confirmarse la viabilidad del dispositivo. 

Uno de los problemas a resolver es que consume mucha energía, pero si las investigaciones se desarrollan según lo previsto, será posible conectar millones de micro-antenas para aumentar la producción de electricidad en un país o una región. Toda una revolución para el sector energético. 

Fuente: tendencias21

Una nueva pantalla 3D que permitiría a teléfonos y tabletas producir hologramas

Un nuevo tipo de pantalla tridimensional desarrollada en el laboratorio HP Labs, reproduce vídeos como hologramas sin la necesidad de utilizar partes móviles ni gafas. Los vídeos reproducidos en el sistema de HP flotan por encima de la pantalla y los espectadores pueden dar vueltas a su alrededor y experimentar una imagen o un vídeo desde hasta 200 puntos de vista distintos, como si caminaran alrededor de un objeto real.

La pantalla se hace modificando una pantalla de cristal líquido convencional (LCD), el mismo tipo de pantalla que se encuentra en la mayoría de los teléfonos, portátiles, tabletas y televisiones. Los investigadores esperan que estos sistemas 3D permitan nuevos tipos de interfaces de usuarios para los aparatos electrónicos portátiles, los juegos y la visualización de datos. El trabajo, llevado a cabo en HP Labs en Palo Alto, California (EE.UU.), depende de complejos procesos físicos para hacer pantallas 3D que pueden ser de un grosor de medio milímetro.

El 3D convencional -el tipo que se encuentra en las salas de cine- proporciona al espectador una única perspectiva. La clave para hacer una pantalla multivisión en 3D es reproducir todos los rayos de luz que refleja un objeto en todos los ángulos y enviar una imagen distinta al ojo izquierdo y derecho del espectador. Algunos sistemas para producir imágenes 3D multivisión requieren espejos giratorios; otras usan sistemas de láseres y múltiples procesadores gráficos.

La pantalla de HP usa surcos con nanopatrones que el investigador de HP David Fattal (uno de los 10 innovadores franceses premio MIT Technology Review Innovadores enores de 35), quien dirigió el trabajo denomina "píxeles direccionales", para enviar la luz en distintas direcciones. Esto hace que no sean necesarias partes móviles y además los nanopatrones se incorporan a un componente ya existe en la pantalla, la retroiluminación.

Un LCD convencional usa una lámina de plástico o cristal cubierta de puntos en relieve que dispersan la luz blanca y la dirigen a través de los filtros de color, polarizadores y obturadores de la pantalla hacia el espectador. Esta nueva pantalla 3D amplía investigaciones ópticas que demuestran cómo el recorrido, el color y otras propiedades de la luz se pueden manipular pasándola por materiales con patrones grabados a nanoescala.

La pantalla de HP reemplaza los puntos que dispersan la luz al azar en un LCD normal por surcos con patrones específicos. Cada "pixel direccional" tiene tres juegos de surcos que dirigen la luz roja, verde y azul respectivamente en una dirección concreta. El número de píxeles direccionales determina el número de puntos de vista que puede producir la pantalla. La luz de los píxeles pasa entonces por una serie convencional de obturadores de cristal líquido que dejan pasar o bloquean la luz para crear una imagen en movimiento, igual que en un LCD convencional.

Por ahora, los investigadores de HP han demostrado imágenes estáticas con 200 puntos de vista y vídeos con 64 puntos de vista y 30 fotogramas por segundo por ahora. La cifra de puntos de vista en el sistema de vídeo se ve limitada por su capacidad de unir la retroiluminación con los obturadores de nanopatrones de cristal líquido en el laboratorio. Fattal explica que el sistema debería ser fácil de fabricar, porque es un LCD modificado.

La ciencia ficción nos ha dado innumerable imaginería de interfaces de ordenador futuristas que permiten a la gente manipular datos, imágenes y mapas moviendo las manos en medio de flujos de hologramas.  La tecnología para hacer seguimiento de los gestos está bastante bien desarrollada, afirma Fattal, sistemas como Kinect de Microsoft están disponibles directamente. Según él, todo lo que falta son sistemas prácticos para producir imágenes 3D de alta calidad que se puedan ver desde múltiples posiciones alrededor de una pantalla.

Ha habido muy poca innovación en la física básica necesaria para crear imágenes 3D desde principios del siglo XX, afirma Gordon Wetzstein investigador del grupo Camera Culture del Media Lab del Instituto de Tecnología de Massachusetts (EE.UU.). Wetzstein no ha participado en este trabajo. La mayoría de las televisiones 3D y otros sistemas disponibles en el mercado usan antiguos trucos ópticos -gafas especiales para filtrar parte de la imagen para el ojo izquierdo o derecho, por ejemplo- para crear la ilusión de profundidad. Afirma que la nueva pantalla "está transformando una tecnología que lleva 100 años funcionando".

Fattal reconoce que producir contenido para la nueva pantalla requiere 200 imágenes distintas. Algunos de estos datos de imágenes se pueden reconstruir digitalmente -no hace falta usar 200 cámaras- pero para el futuro próximo, las aplicaciones más prometedoras para estas pantallas probablemente tengan que ver con mostrar imágenes generadas por ordenador. "Una interfaz 3D para un teléfono móvil o un portátil podría mostrar distintas ventanas unas al lado de otras, o los arquitectos podrían usar una tableta para mostrar una maqueta 3D a un cliente en vez de construir una maqueta física", explica Fattal. "O se podría usar un reloj inteligente para ver Google Maps en 3D".

Fuente: Technologyreview

Web amiga:  Estado Carabobo

Un nanosatélite buscará mundos alienígenas

Draper Laboratory y el MIT han desarrollado un satélite del tamaño de una hogaza de pan que llevará a cabo una de las mayores tareas de la astronomía: la búsqueda de planetas similares a la Tierra fuera de nuestro sistema solar—o exoplanetas—que pudieran albergar vida. Se tiene previsto su lanzamiento en 2012.

El "nanosatélite", llamado ExoPlanetSat, lleva consigo instrumentos ópticos de gran potencia y alto rendimiento, así como una nueva tecnología de control y estabilización.

Si bien con anterioridad ha existido una gran cantidad de pequeños satélites, estos se han utilizado normalmente para realizar comunicaciones simples o misiones de observación. "Estamos haciendo algo que no se ha hecho antes", afirma Séamus Tuohy, director de sistemas espaciales en Draper.

ExoPlanetSat buscará planetas midiendo la atenuación de una estrella a medida que un planeta pase en órbita por delante de ella, una técnica llamada observación de tránsito. El detector de luz del satélite tiene dos conjuntos de plano focal—uno para el seguimiento de estrellas y otro para observaciones de tránsito. La medición del cambio en el brillo de una estrella con precisión también permite calcular el tamaño del planeta. Además, al medir la cantidad de tiempo que tarda el planeta en completar su órbita, los investigadores pueden determinar la distancia del planeta a su estrella.

Esta técnica está bien establecida, aunque sólo se utiliza por naves espaciales en órbita mucho más grandes, incluyendo el satélite francés CoRoT, que hizo un importante descubrimiento planetario el año pasado, y el satélite Kepler de la NASA, lanzado en 2009. ExoPlanetSat no pretende sustituir a naves más grandes, sino ser complementario, afirma Sara Seager, profesora de ciencias planetarias y física en el MIT, refiriéndose a que el nanosatélite se centrará en estrellas individuales que las grandes naves espaciales ya han identificado como científicamente interesantes. Mientras que una nave espacial como Kepler observa alrededor de 150.000 estrellas, un nanosatélite como ExoPlanetSat está diseñado para el seguimiento de una única estrella.

Para medir con precisión el brillo de una estrella, los ingenieros deben mantener la nave estable—los fotones entrantes deben golpear la misma fracción de un píxel en todo momento, afirma Seager, quien también participa como científica en el satélite Kepler. "Cualquier disturbio que sacuda a la nave desenfoca la imagen y hace que las mediciones sean inservibles", afirma. "Además, las naves espaciales más pequeñas son más fáciles de mover".

Para controlar con precisión y estabilizar al ExoPlanetSat, Draper y los investigadores del MIT incluyeron una estructura aviónica personalizada y ruedas de reacción genéricas, un tipo de dispositivo mecánico utilizado para el control de actitud, en la base de la nave espacial para maniobrarla hasta alcanzar la posición deseada. Unos dispositivos piezoeléctricos alimentados por baterías controlan el movimiento del detector de imagen, desacoplado de la nave y que opera por separado. (La batería se cargará con paneles solares.) "Estos dispositivos mueven el detector en contra de la nave espacial de forma tan precisa que el ojo humano no es capaz de ver el movimiento", asegura Seager. "Esto es un orden de magnitud mejor que cualquier nanosatélite del que se haya hecho una demostración con anterioridad", afirma.

El nanosatélite tiene un volumen de tres litros; tiene 10 centímetros de alto, 10 centímetros de ancho y 30 centímetros de largo. "Fue una hazaña de ingeniería meter todo el hardware, incluyendo el poder de procesamiento y el almacenamiento de datos necesarios, en un tamaño tan pequeño", afirma Tuohy.

Cada nanosatélite costará como poco 600.000 dólares una vez que entre en producción—el ExoPlanetSat cuesta aproximadamente 5 millones—y su vida orbital estimada es de uno a dos años. En última instancia, afirma Seager, los investigadores esperan poner en marcha toda una flota de nanosatélites para supervisar las estrellas más brillantes y más cercanas.

Fuente: technologyreview

Nanoperlas de hierro detectan sustancias tóxicas al instante

Investigadores de la Universidad de Oregón, en Estados Unidos, han diseñado un novedoso sistema que podría revolucionar el tamaño, la velocidad y la precisión de los sistemas de detección química actualmente existentes. Se trata de un sensor portátil formado por nanopartículas de hierro que, gracias a su magnetismo, permite detectar al instante la presencia de agentes químicos y biológicos perjudiciales para la salud.

os sistemas utilizados actualmente para detectar agentes patógenos y contaminantes presentes en el agua o en el aire, nocivos para la salud humana, presentan algunas limitaciones, como que sólo pueden hallar un producto químico específico o que sus resultados no son inmediatos y se conocen al cabo de unas horas.

Para agilizar el proceso, y conseguir que estos sistemas puedan detectar en paralelo diversos contaminantes, investigadores de la universidad norteamericana de Oregón (OSU) han desarrollado unas "nanoperlas" magnéticas.

Según explican los responsables del estudio, el profesor de química de la OSU Vicent Remcho, y Pallavi Dhagat, profesor asistente en la Escuela de OSU de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación, en un comunicado emitido por dicha universidad: “Esta investigación podría revolucionar el tamaño, la velocidad y la precisión de los sistemas de detección química de todo el mundo”.

La clave de la tecnología, de la que se hace eco la revista Sensors and Actuators B: Chemical, está en aprovechar la capacidad de las nanopartículas ferromagnéticas de óxido de hierro.

Por un lado, estas pequeñas partículas sirven para detectar de forma selectiva la existencia de productos químicos; por otro, permiten ofrecer resultados al instante, tras ser incorporadas a un sistema de circuitos integrados.

Tal y como muestra el diagrama anterior, este novedoso método de sensores funcionaría a partir de una esfera magnética, encargada de atraer a los agentes biológicos y químicos con la ayuda de anticuerpos.

Identificación al instante

Otra de las características innovadoras de este nuevo dispositivo es su tamaño, bastante inferior a los actuales, y su usabilidad tanto dentro como fuera de los laboratorios: "Las partículas que estamos utilizando son 1.000 veces más pequeñas que las utilizadas hasta el momento en las pruebas de diagnóstico, lo que permite poder llevar el dispositivo a cualquier sitio y su utilización sobre el terreno", señala Remcho.

El material del que están hechas las nanopartículas es otro valor añadido del método diseñado por los investigadores de la Universidad de Oregón.

Según Remcho: “Igual de importante es que (las nanopartículas) están hechas de hierro. Por ello, podemos utilizar el magnetismo y la electrónica para hacerlas funcionar, también, como dispositivo de señalización, que nos dé acceso inmediato a la información disponible”.

Con esta combinación de tecnología, los científicos del proyecto saben que han dado el primer paso hacia una nueva forma de detección más rápida, precisa y económica, lejos de complicados y lentos ensayos realizados con sondas bioquímicas: “Esto podría cambiar completamente el mundo de los ensayos químicos”, augura por su parte Dhagat.

En concreto, las nanopartículas se unirían a estas pruebas bioquímicas con el objetivo de localizar agentes químicos. Cuando se detecta uno de estos agentes, una “resonancia ferromagnética” es la encargada de transmitir la información de forma electrónica a un pequeño equipo, y así mostrar la información al usuario de forma inmediata.

Aplicaciones

Según sus autores, el sistema podría ser utilizado para detectar casi cualquier elemento de interés en el aire o el agua.

Así, entre las múltiples aplicaciones de este sistema, los investigadores apuestan su utilización por campos tan dispares como el bioterrorismo, el diagnóstico médico o la prueba de medicamentos, la vigilancia del medio ambiente o incluso el tratamiento del agua o la seguridad alimentaria.

En relación a su uso en la lucha contra el bioterrorismo, el sistema serviría para llevar a cabo una rápida detección de las toxinas químicas utilizadas en este tipo de actos, en particular de ántrax, ricina o viruela. Para profundizar el estudio en esta línea, el trabajo de investigación ha recibido financiación del Laboratorio de Investigación del Ejército, en colaboración con el Instituto de Microtecnologías y Nanociencias de Oregón.

Los científicos norteamericanos continúan probando las utilidades de su nuevo sistema mientras prosiguen los trabajos de investigación de microfluidos con el propósito de aplicar esta tecnología en el campo.

Test para tóxicos en alimentos

En el marco de otra investigación situada dentro del proyecto europeo CONffIDENCE coordinado por el RIKILT (Instituto de Seguridad Alimentaria de los Países Bajos), el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) está desarrollando unos test rápidos que permitirán detectar la presencia de contaminantes químicos en alimentos y en piensos, según un artículo publicado por el periódico ADN.

El objetivo del proyecto, que comenzó en 2008 y tiene una duración de cuatro años, es proporcionar soluciones para el seguimiento de una amplia variedad de compuestos químicos, como plaguicidas, contaminantes orgánicos persistentes, productos farmacéuticos veterinarios, antibióticos, metales pesados, toxinas del marisco o micotoxinas.

Tal y como señalan los investigadores del proyecto, los kits combinarán varias tecnologías, desde los test de tira más sencillos (que se emplean como las pruebas de embarazo) hasta tecnologías de bajo coste basadas en métodos de laboratorio.

Fuente: tendencias21

Un nuevo tipo de fármaco mata a las bacterias resistentes a los antibióticos

Un equipo de investigadores de IBM está diseñando nanopartículas que matan las bacterias abriendo agujeros en ellas. Los científicos esperan que los microbios sean menos propensos a desarrollar resistencia a este tipo de fármacos, lo que significa que podría ser utilizado para combatir el problema emergente de la resistencia a los antibióticos. Anteriormente, los fármacos de este tipo no han tenido mucho éxito en los ensayos clínicos, pero las pruebas iniciales de estas nanopartículas en animales son prometedoras.

Las bacterias resistentes a los medicamentos se han convertido en un problema importante. De acuerdo con el Centro para el Control y Prevención de Enfermedades de EE.UU., en 2005, cerca de 95.000 personas en los Estados Unidos desarrollaron una infección que puso su vida en peligro causada por estafilococos resistentes a múltiples antibióticos. Los microbios tardan sólo entre una y dos décadas en desarrollar la resistencia a los antibióticos tradicionales que atacan a una vía metabólica en concreto dentro de la célula, destaca Mary B. Chan-Park, profesora de ingeniería química y biológica de la Universidad Tecnológica Nanyang en Singapur, quien no participó en la investigación. En cambio, se cree que los fármacos que atacan las membranas celulares de los microbios es menos probable que evoquen la resistencia, o que lo hagan más lentamente, indica Chan-Park.

"Estamos tratando de generar polímeros que interactúen con los microbios de una manera muy diferente a los antibióticos tradicionales", señala James Hedrick, científico de materiales del laboratorio Almaden de IBM en San José, California. Para ello, el grupo de investigación de Hedrick sacó provecho de la labor realizada para la creación de una librería de unidades estructurales de polímeros que pueden mezclarse y combinarse para obtener nanopartículas complejas. Para producir una nanopartícula que atacaría selectivamente las membranas bacterianas y luego se descompondría en el interior del cuerpo sin causar daños, el grupo de IBM juntó tres tipos de unidades estructurales. En el centro de la secuencia de polímeros se encuentra un elemento estructural soluble en agua y adaptado para interactuar con las membranas bacterianas. En cada extremo de este elemento estructural se agrega una secuencia hidrofóbica. Cuando una pequeña cantidad de estas cadenas de polímeros se añaden al agua, las diferencias entre los extremos y el centro de la secuencia provoca que los polímeros se autoensamblen en nanopartículas esféricas cuyo caparazón está formado en su totalidad por la parte que interectuará con las células bacterianas. El trabajo se describe esta semana en la revista Nature Chemistry.

Los laboratorios de IBM no están equipados para pruebas biológicas, por lo que los investigadores colaboraron con Yan Yi Yang del Instituto Mexicano de Bioingeniería y Nanotecnología para poner a prueba las nanopartículas. Los investigadores determinaron que las nanopartículas podrían reventar y matar a las bacterias gram positivas, una extensa clase de microbios que incluye los estafilococos resistentes a los medicamentos. Las nanopartículas también mataron a hongos. Otros tipos de bacterias mortales que constan de diferentes tipos de membranas celulares no serían vulnerables a estas nanopartículas, pero los investigadores de IBM indican que están desarrollando nuevas nanopartículas que deberían poder atacar también a estas bacterias, aunque se trata de algo más difícil. "A través de la adaptación molecular", indica Robert Allen, director de química de materiales en IBM Almaden, "podemos hacer todo tipo de cosas"—diseñar partículas con la forma, carga, solubilidad en agua, u otras propiedades deseadas.

Los investigadores de IBM creen que el nuevo fármaco podría ser inyectado por vía intravenosa para tratar a personas con infecciones que ponen su vida en peligro. O también podría producirse en forma de un gel que podría aplicarse sobre las heridas para tratar o prevenir su infección.

Sin embargo, advierte Chan-Park, hasta el momento los otros fármacos que han utilizado este enfoque de perforación de la membrana no han tenido mucho éxito. Los que en la poyata de un laboratorio se han mostrado prometedores, han resultado o bien ser tóxicos para las células animales o, simplemente, no funcionaron en el complejo entorno del cuerpo humano.

Para determinar definitivamente si las nanopartículas son seguras y funcionan en las personas será necesario realizar más pruebas. Las pruebas iniciales de las partículas de IBM con células de sangre humana y en ratones vivos han sido prometedoras. Allen señala que las nanopartículas no interactúan con las células de la sangre humana porque su carga eléctrica es significativamente mayor que la de las células bacterianas. No se observaron signos de toxicidad en los ratones inyectados con las partículas y ninguno de ellos murió.

Además del desarrollo de nanopartículas capaces de atacar a otros tipos de bacterias, el grupo de IBM está trabajando en la fabricación de grandes cantidades de polímeros de diseño para aumentar la capacidad de producción actual de dos gramos hasta las cantidades del orden de los kilogramos necesarias para los ensayos clínicos más grandes. IBM no entrará en el negocio farmacéutico, comenta Allen, pero la empresa planea asociarse con una empresa del campo de la salud para licenciar los fármacos poliméricos.

Fuente: Technology Review

Creadas las primeras vacunas nanométricas

Ingenieros del MIT han diseñado unas nanopartículas o partículas microscópicas que servirán, en un futuro, para vacunar contra diversas enfermedades. Estas nanopartículas son esferas adiposas concéntricas que contienen proteínas sintéticas como las que producen los virus. Una vez inoculadas en el organismo, las esferas dejan salir su contenido, contra el que se defiende el sistema inmune con una respuesta similar a la que producen las vacunas virales. Así, estas nanopartículas “enseñan” al cuerpo a protegerse contra los patógenos. En pruebas realizadas con ratones, se ha comprobado la efectividad de esta tecnología contra la malaria. Los científicos trabajan ahora para desarrollar nanopartículas para crear con ellas otras vacunas, como la del SIDA o el cáncer.

Ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), en Estados Unidos, han diseñado unas nanopartículas o partículas microscópicas que servirán, en un futuro, para vacunar contra enfermedades como el SIDA o la malaria. Según publica el MIT en un comunicado, estas nanopartículas son esferas adiposas concéntricas, en las que son introducidas versiones sintéticas de las proteínas que normalmente producen los virus. Gracias a este modo de suministro, dichas proteínas sintéticas provocarían una potente respuesta del sistema inmune, similar a la que provocan las vacunas virales, pero de manera más segura para el paciente.

Protección del organismo

En la actualidad, estas nanopartículas-vacuna están ya siendo probadas en ratones, para la enfermedad de la malaria, que se calcula es contraída cada año en el mundo por más de 210 millones de personas.

Pero los autores de la investigación, el ingeniero del MIT, Darrell Irvine y sus colaboradores del Walter Reed Army Institute of Research, esperan que esta tecnología permita crear vacunas contra otras enfermedades, como el cáncer o las enfermedades infecciosas.

En general, las vacunas protegen al organismo porque provocan la producción de anticuerpos contra los patógenos que se inoculan, generando así una respuesta de defensa que queda “grabada” en el cuerpo.

En muchos casos, como con las vacunas de la polio o de la viruela, para despertar esta respuesta orgánica se utiliza una forma desaparecida o neutralizada del virus, con la que se “enseña” al organismo a defenderse de éste.

Otras vacunas, como la de la difteria, están hechas con una versión sintética de una proteína u otra molécula que normalmente producen los propios patógenos.

Muchas dificultades

Cuando se diseña una vacuna, los científicos intentan que ésta active la respuesta de al menos uno de estos dos tipos de células del sistema inmune: los linfocitos T, que son los que atacan las células del cuerpo que han sido infectadas por el virus; o los linfocitos B, que son los que segregan los anticuerpos que atacan a los virus o bacterias presentes en la sangre y otros fluidos orgánicos.

Pero, para luchar contra enfermedades cuyos patógenos tienden a permanecer dentro de las células, como en el caso del virus del SIDA, la situación es más complicada: la vacuna debe activar una respuesta inmunológica más potente de lo normal o hacer reaccionar a las llamadas células T “asesinas”.

La mejor manera de garantizar que las células T asesinas entren en acción es usar en las vacunas un virus, pero esto no puede hacerse siempre porque ciertos virus, como el VIH, son muy difíciles de neutralizar para que resulten inofensivos.

Por eso, en casos como el del SIDA o la hepatitis B, los científicos trabajan con vacunas sintéticas. El problema de éstas, sin embargo, es que no provocan una respuesta de las células T lo suficientemente fuerte.

Para tratar de superar todos estos problemas, algunos científicos han intentado introducir las vacunas en vesículas adiposas conocidas como liposomas, que se pensaba podrían impulsar la respuesta de las células T, llevando la proteína en una partícula similar a un virus. Sin embargo, estos liposomas han demostrado tener poca estabilidad en sangre y fluidos corporales.

Una solución posible

Lo que Irvine y sus colaboradores han logrado es crear una estructura más estable, aplicando la metodología del liposoma pero con algunas variables.

Concretamente, los investigadores reunieron muchas vesículas adiposas o liposomas en esferas concéntricas. Una vez que estos liposomas son reunidos, sus respectivas paredes quedan químicamente ligadas unas a otras, dando lugar a una estructura menos propicia a romperse demasiado rápido, tras la inoculación.

Sin embargo, una vez que las nanopartículas son absorbidas por una célula, se degradan rápidamente, dejando salir la vacuna contenida en ellas y provocando una potente respuesta de las células T.

En pruebas realizadas con ratones, los investigadores utilizaron estas nanopartículas para suministrar una proteína de la clara de huevo llamada ovalbúmina, que se usa comúnmente en estudios de inmunología, porque los instrumentos bioquímicos son capaces de rastrear la respuesta inmune que la ovalbúmina provoca en el organismo.

Descubrieron así que tres inmunizaciones de dosis bajas de la vacuna contra la malaria produjeron una potente respuesta de las células T (después de la inmunización, más del 30% de las células T asesinas de los ratones eran específicas para la proteína de la vacuna o estaban listas para responder al virus de la malaria).

Ésta es una de las respuestas de células T más fuertes generadas por una vacuna de proteínas sintéticas, y es comparable a la respuesta que provocan vacunas virales fuertes. Sin embargo, este método resulta más seguro porque no precisa de virus vivos, explica Irvine.

Además de los estudios sobre malaria, los científicos están trabajando ahora mismo en nanopartículas que se utilizarán para desarrollar vacunas contra el cáncer y el VIH. Los resultados de la presente investigación han aparecido publicados en Nature Materials.

Fuente: tendencias21

Nueva técnica para purificar agua contaminada por petróleo

Algunos de los avances más importantes en el control de la mancha de petróleo en el Golfo de México, luego de la explosión en la plataforma de perforación en aguas profundas de British Petroleum el pasado 20 de abril, están directamente relacionados con una nueva técnica desarrollada para la purificación del agua. La misma emplea un filtro de algodón recubierto de un polímero para separar el petróleo del agua.

Un profesor de ingeniería de la Universidad de Pittsburgh ha desarrollado una nueva técnica para separar el petróleo del agua, que está siendo utilizada con buenos resultados en la zona del Golfo de México, afectada por el reciente incidente en la plataforma de British Petroleum. Un filtro de algodón recubierto de un polímero es el elemento principal que permite purificar el agua contaminada.




De acuerdo a los informes de los investigadores, el filtro ha sido probado con éxito frente a las costas de Luisiana y muestra al mismo tiempo condiciones para la limpieza del agua y para la preservación del petróleo derramado. En el video que acompaña el artículo se puede observar el funcionamiento del sistema.

La investigación que desembocó en el desarrollo de la nueva técnica fue dirigida por el ingeniero Di Gao, profesor del Departamento de Ingeniería Química y del Petróleo de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Pittsburgh. El desarrollo podría aportar una solución más eficaz para este tipo de desastres ambientales.

Se utiliza un filtro con un polímero hidrofílico que se une con las moléculas de hidrógeno en el agua y que, a la vez, presenta oleofobicidad, lo que significa que repele el aceite. El filtro se produce al sumergir el algodón empleado en una solución líquida que contiene el polímero, y que posteriormente se seca en un horno o al aire libre.

Purificación del agua y recuperación del petróleo

El avance fue difundido a través de una nota de prensa de la Universidad de Pittsburgh, pero también fue publicado en la revista especializada Langmuir, de la American Chemical Society, donde Gao expuso su trabajo con nanopartículas aplicadas a este tipo de soluciones.

Además, un completo informe publicado en la web de la universidad permite conocer mayores detalles de la investigación. Vale destacar que previamente a estos filtros se desarrolló una tecnología orientada a la prevención de la formación de hielo en superficies sólidas, empleando un tratamiento químico similar. El portal Science Daily también reseña el trabajo realizado.

Según Gao, para poder hacer frente a la gran mancha de petróleo que afecta al litoral marítimo estadounidense es necesario desarrollar grandes filtros de forma semicilíndrica, que podrían ser arrastrados por el agua para capturar el petróleo ubicado en la superficie.

La nueva técnica permitiría que el petróleo se recupere y almacene, además de purificar el agua que, por supuesto, es en esta ocasión la principal preocupación. Al mismo tiempo, los filtros podrían reutilizarse. Los métodos actuales de limpieza van desde barreras de contención gigantes y espumaderas absorbentes hasta quemas controladas y dispersantes químicos, de dudosos efectos para la salud humana y el medio ambiente.

Nanopartículas para prevenir la acumulación de hielo

Un trozo de tela de algodón con un tratamiento químico específico es capaz de separar por completo el petróleo del agua de mar en cuestión de segundos, solamente por medio de la gravedad. Gracias a esta nueva técnica podrán desarrollarse diversos instrumentos eficaces para la limpieza del derrame de petróleo en el Golfo de México, que podrían tener aplicación en otros incidentes similares.

Gao centra su investigación en el desarrollo y aplicación de nanoestructuras químicas, incluidos los revestimientos resistentes a líquidos. En 2009, Gao desarrolló una solución basada en nanopartículas que pueden prevenir la formación de hielo en las superficies sólidas, con una importante aplicación en líneas eléctricas, pistas de aterrizaje en aeropuertos y carreteras, entre otros usos.

De esta manera, la prevención de los estragos causados cuando el hielo se acumula en las carreteras o en las líneas eléctricas podría efectivizarse mediante una capa de nanopartículas, desarrollada en la Universidad de Pittsburgh por el equipo de Gao. Esta solución puede aplicarse fácilmente, eliminando la acumulación de hielo en las superficies sólidas.

Durante esta investigación previa, que permitió posteriormente obtener el filtro a aplicarse en la purificación del agua contaminada con petróleo, Gao y su equipo crearon diferentes lotes constituidos por una solución de resina de silicona, combinados con nanopartículas de sílice que varían en tamaño de 20 nanómetros a 20 micrómetros.

Fuente: Tendencias21

Robots de ADN en movimiento

Su estructura precisa y su capacidad de unirse con otras moléculas hace del ADN un material construcción atractivo para los investigadores de nanotecnología. Los científicos ya han utilizado el ADN para construir patrones de dos dimensiones, objetos tridimensionales, y dispositivos cambiantes de forma sencillos. Recientemente, dos equipos de investigadores han fabricado por separado unas complejas máquinas programables usando moléculas de ADN.

Un grupo de investigadores de la Universidad de Columbia, la Universidad Estatal de Arizona y el Caltech han diseñado un dispositivo que sigue un camino programable en una superficie estampada con ADN. Al mismo tiempo, otro equipo de investigadores de la Universidad de Nueva York, dirigido por el pionero de la nanoarquitectura de ADN Ned Seeman, ya combinado varios dispositivos de ADN para fabricar una línea de montaje. Este nanoartilugio recoge nanopartículas de oro a medida que da vueltas a lo largo de una superficie estampada con ADN.

Las dos máquinas, descritas hoy en la revista Nature, son un posible paso adelante hacia la fabricación de nanobots de ADN que podrían montar diminutos dispositivos eléctricos y mecánicos. Estos robots de ADN también podrían juntar las moléculas en nuevas maneras y constituir nuevos materiales, afirma Lloyd Smith, profesor de química de la Universidad de Wisconsin-Madison. "Los robots podrían tener la capacidad de colocar una molécula de una determinada manera para que una reacción con otra molécula ocurra, lo que podría no ocurrir si chocan al azar en una solución", señala él.

Anteriormente, los investigadores habían diseñado máquinas simples, tales como pinzas y caminadores que también se han fabricado a partir del ADN. Las pinzas se abren y se cierran mediante la adición de líneas específicas de ADN a la solución. Los caminadores son moléculas con cadenas colgando, o piernas, que se unen y separan de otras cadenas de ADN estampadas en una superficie, en el efecto moviéndose a lo largo de la superficie.

El nanocaminador fabricado en la Universidad de Columbia es una molécula de proteína decorada con tres patas--cadenas DNAzymes únicas--, moléculas de ADN sintético que actúan como enzimas y catalizan la reacción. Las piernas se unen a las hebras complementarias de ADN sobre una superficie. Seguidamente, catalizan una reacción que acorta una de las hebras de la superficie, de modo que su fijación a la pierna se vuelve más débil. Esa pierna se suelta y se mueve hasta la cadena de superficie siguiente.

El caminador sigue un camino de hebras que los investigadores estampan en la superficie. Puede caminar hasta 50 pasos--en comparación con los dos o tres pasos que podían hacer los caminantes anteriores. Se detiene cuando encuentra una secuencia que no puede ser más corta. "Mostramos cómo programar el comportamiento [del caminador] por programación de su entorno ", señala Milan Stojanovic, ingeniero biomédico en la Universidad de Columbia que desarrolló el caminador. "Eso nos permite pensar en añadir una mayor complejidad: más de una molécula interactuando y comandos más complicado en la superficie. Lo que esperamos hacer con el tiempo es poder [usar los nanobots para] reparar tejidos."

Seeman y sus compañeros de la Universidad de Nueva York combinan tres componentes diferentes de ADN para hacer una línea de montaje. Tienen un camino de ADN, un caminador y una máquina que puede entregar o retener una carga de una molécula de oro. La máquina es una estructura de ADN que se puede configurar para poner una hebra cargada con una partícula de oro en la ruta del caminador o quitársela. Su caminador tiene cuatro patas y tres cadenas únicas de ADN que constituyen las manos se pueden enlazar con el oro.

Los investigadores demostraron un sistema en el que el caminante pasa tres máquinas, cada una con un tipo diferente de partícula de oro. Cada máquina se puede configurar para proporcionar su carga o mantenerla, dando un total de ocho formas diferentes en que el caminador puede ir cargado, lo que lleva a ocho productos diferentes.

Estos avances representan el éxito continuo en la creación de nanodispositivos con funciones cada vez más complejas. "[Estamos] evolucionando de las entidades individuales que hacen algo interesante a los sistemas de entidades que trabajan en algo con un comportamiento y función más complejos ", afirma Smith.

Fuente: Technology Review

Un mejor catalizador de platino para pilas de combustible

Un nuevo tipo de catalizador puede dar lugar a células de combustible que utilicen una quinta parte del platino que usan actualmente. El nuevo material, desarrollado por un grupo de investigadores de la Universidad de Houston, la Universidad Técnica de Berlín en Alemania, y el Laboratorio Nacional de Aceleración (SLAC) del Departamento de Energía con sede en Menlo Park, California, está formado por nanopartículas con sus núcleos constituidos por una aleación de cobre y platino y un envoltorio exterior prácticamente todo de platino. Este material es hasta cinco veces más eficiente que el platino normal.

El platino y las aleaciones de platino son los catalizadores más eficientes para acelerar las reacciones químicas en las células de combustible de hidrógeno. El platino es el único metal que puede resistir las condiciones ácidas en el interior de una celda, pero es caro, y esto ha limitado la amplia gama de aplicaciones a gran escala de las pilas de combustible. Por otra parte, alrededor del 90 por ciento del suministro de platino del mundo proviene de sólo dos países--Sudáfrica y Rusia.

El nuevo material ya cumple con el objetivo del Departamento de Energía de los EE.UU. para 2015 con respecto a los catalizadores de platino: producir al menos 0,44 amperios de corriente eléctrica por un miligramo de platino. El material en cuestión produce hasta 0,49 amperios por miligramo de platino y los investigadores creen que debería ser posible aumentar la actividad catalítica del material aún más. "Si pudiéramos conseguir otro factor de dos [mejora de la actividad catalítica], pensamos que el coste del platino en estas células de combustible podría hacer la tecnología más práctica", afirma el físico del SLAC Anders Nilsson.

"Éste es un trabajo excelente que debería permitirnos utilizar menos platino en las pilas de combustible", afirma Jean-Pol Dodelet, profesor de energía, materiales y telecomunicaciones en el Instituto National de la Investigación Científica (INRS por sus siglas en francés) con sede en Quebec.

En el ánodo de una pila de combustible de membrana de intercambio de protones convencional (PEM), el catalizador rompe el hidrógeno en iones hidrógeno y electrones, con lo cual estos últimos fluyen fuera de la célula para crear corriente eléctrica. En el cátodo, las moléculas de oxígeno se combinan con electrones e iones hidrógeno para formar agua. Esta reacción es lenta y acelerarla requiere 10 veces más de platino que el usado en el ánodo. "Si usted está tratando de reemplazar el platino, es más importante reemplazar el platino del cátodo", señala Dodelet.

Peter Strasser, profesor de ingeniería química en ambas la Universidad de Houston y la Universidad Técnica de Berlín, comenzó a trabajar en un nuevo tipo de catalizador en el 2005, depositando nanopartículas de una aleación de cobre y platino sobre unos soportes de carbono. Cuando se aplica una corriente alterna cíclica sobre este material, el cobre se separa de la zona superficial, dando a las nanopartículas una capa externa rica en platino.

En un artículo reciente publicado en Nature Chemistry, los investigadores revelan el mecanismo que hace que este catalizador sea más activo que el platino convencional. Al estudiar cómo los haces de rayos X son dispersados por el nuevo catalizador, descubrieron que la distancia entre los átomos de platino restantes sobre la superficie de las nanopartículas es menor que la distancia en las nanopartículas de platino puro. Un buen catalizador debe ser capaz de dividir las moléculas de oxígeno en átomos, pero no puede enlazarse demasiado fuertemente con los átomos libres; la distancia más corta entre los átomos de platino en el nuevo material lo convierte en un catalizador más eficaz porque se une aún más débilmente con los átomos de oxígeno.

Existen alternativas al uso de platino como catalizador. Dodelet y su grupo han trabajado con General Motors para desarrollar un prometedor catalizador basado en el hierro que actualmente están trabajando en comercializar. Mientras tanto, se están desarrollando catalizadores de nanotubos de carbono de bajo coste y también catalizadores de níquel para la química de pilas de combustible alcalinas.

Los catalizadores libres de platino tienen otras ventajas aparte de su bajo coste, señala Liming Dai, profesor de ingeniería de materiales de la Universidad de Dayton, Ohio, que está trabajando en catalizadores de nanotubos de carbono. Las nanopartículas de platino tienden a perder su eficacia catalítica agregándose con el tiempo en partículas más grandes o cuando el monóxido de carbono se adhiere a su superficie. Los nanotubos de carbono son más robustos a largo plazo, afirma Dai.

"Éste es un trabajo interesante y un avance importante porque el mecanismo se podría aplicar a otros catalizadores", afirma Dai sobre el nuevo catalizador de platino. "Sería interesante comprobar su estabilidad a largo plazo y el efecto del envenenamiento por monóxido de carbono [en la superficie] en este tipo de catalizador núcleo-caparazón."

Strasser coincide en que el nuevo catalizador requerirá más pruebas. Sin embargo, el mayor tamaño de las partículas núcleo-caparazón las hace intrínsecamente más estables que el platino puro, afirma él. La elección de este metal también hace una diferencia. "Estamos seguros de que los metales alternativos al platino en el núcleo, como el cobalto o níquel, resolverán el problema de la estabilidad, manteniendo la ventaja de la actividad de la estructura núcleo-caparazón", afirma Strasser.

El nuevo material también ha sido probado en pilas de combustible reales, lo que podría ser una ventaja de mercado crucial. "La mayoría de estos otros catalizadores fueron medidos en medidas electroquímicas", señala éste. "Es cierto que tienen potencial para ser usados en el futuro, pero esto [el nuevo catalizador] es algo que se puede poner hoy mismo en células de combustible reales."

Fuentes: Technology Review

Componentes fotovoltaicos que atrapan la luz

En 1995, mientras terminaba su licenciatura en física, Kylie Catchpole decidió apostar por un campo que estaba casi moribundo: la energía fotovoltaica. "De algún modo sentía que tendría dificultades para encontrar trabajo", recuerda. Sin embargo su apuesta funcionó. En 2006 Catchpole, que por entonces estaba en su etapa de post doctorado, descubrió algo que abrió la puerta a creación de células solares de película fina mucho más eficientes a la hora de convertir la luz en electricidad. Se trata de un avance que podría ayudar a que la energía solar fuera más competitiva frente a los combustibles fósiles.

Las células solares de película fina, hechas de materiales semiconductores como el silicio amorfo o el teluro de cadmio, son más baratas de producir que las células solares convencionales, hechas de obleas de silicio cristalino relativamente gruesas y caras. Sin embargo también son menos eficientes, puesto que si una célula es más delgada que el largo de la longitud de onda de la luz entrante, esa luz tiene menos probabilidades de ser absorbida y convertida. Con tan sólo unos pocos micrómetros de espesor, las células de película fina sólo absorben, débilmente, longitudes de onda en la parte del espectro del infrarrojo cercano; esa energía se pierde. El resultado es que los componentes fotovoltaicos de película fina convierten de un 8 a un 12 por ciento de la luz que entra en electricidad, frente al 14-19 por ciento del silicio cristalino. Por eso, son necesarias instalaciones más grandes para producir la misma cantidad de electricidad, lo que limita el número de lugares donde la tecnología puede ser utilizada.

Catchpole, que en la actualidad es miembro de investigación en la Universidad Nacional Australiana de Canberra, comenzó a trabajar en este problema en 2002 en la Universidad de New South Wales de Sydney. "Fue una cuestión de "vamos a empezar por el principio: ¿podemos diseñar una forma completamente distinta de fabricar células solares? ", señala. "Una de las cosas con las que me encontré fue la plasmónica--observando las extrañas propiedades ópticas de los metales."

Los plasmones son un tipo de onda que se mueve a través de los electrones en la superficie de un metal cuando son excitados por la luz incidente. Otros expertos han tratado de aprovechar los efectos plasmónicos para crear componentes fotovoltaicos convencional de silicio más eficientes, aunque nadie lo había intentado con células solares de película fina. Catchpole descubrió que las nanopartículas de plata que depositó en la superficie de una célula solar de silicio de película fina no reflejaba la luz de fondo que caía directamente sobre ella, como sucedería con un espejo. En su lugar, los plasmones que se formaron en la superficie de las partículas desviaron los fotones e hicieron que rebotasen hacia atrás y adelante dentro de la célula, permitiendo que fueran absorbidas unas mayores longitudes de onda.

Los dispositivos experimentales de Catchpole producen un 30 por ciento más de corriente eléctrica que las células de silicio convencionales de película fina. Si Catchpole logra integrar su tecnología de nanopartículas con los procesos utilizados para producir en masa películas finas comercialmente, podría cambiar el equilibrio de la tecnología utilizada en las células solares. Los componentes fotovoltaicos de película fina no sólo podrían aumentar su cuota de mercado (de hecho, actualmente sólo poseen un 30 por ciento del mercado en los Estados Unidos), sino mantener el crecimiento de la industria solar en general.

Hasta ahora, el silicio ha ido perdiendo terreno frente al teluro de cadmio como material de elección para las células solares de película fina. (First Solar, líder del mercado, está planificando una serie de parques solares a escala de gigavatios que utilizarán tecnología de película fina de teluro de cadmio para generar tanta electricidad como las centrales eléctricas convencionales.) No obstante el teluro es un material raro, y los expertos se preguntan si habrá provisiones para satisfacer un tipo de ambiciones tan altas. "Simplemente no hay teluro suficiente para marcar una diferencia sustancial en la manera de producir la energía del mundo", afirma Catchpole. "El silicio es el camino a seguir."

Catchpole ha sido contactada por varias empresas, aunque ella quiere pulir más la tecnología antes de su comercialización. Mientras tanto, los investigadores de la Universidad de Tecnología Swinburne en Melbourne están colaborando con Suntech Power, uno de los mayores fabricantes de células solares de silicio del mundo, para la creación de células de silicio de película fina plasmónica. Los componentes fotovoltaicos plasmónicos de la compañía se espera que estén listos para su producción en un plazo de cuatro años.

Fuente: Technology Review

Crean un dispositivo que genera energía a partir del calor del cuerpo

Un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur ha fabricado un dispositivo que genera energía a partir del calor corporal. El generador tiene un tamaño muy pequeño: un centímetro cuadrado, pero es capaz de producir varios microvatios de energía aprovechando la diferencia de temperatura existente entre el cuerpo y el aire. Los científicos prevén que, en un futuro, servirá para prolongar la vida de la batería de ciertos dispositivos electrónicos (como implantes médicos) y también para reciclar el calor que los mismos aparatos generen en su funcionamiento prolongando así la vida de sus baterías.

En un intento por desarrollar una fuente de energía compacta, ecológica y de un tiempo de vida ilimitado, un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur, ha fabricado un dispositivo que genera energía a partir del calor corporal o de cualquier otro entorno que proporcione un gradiente (o diferencia) de temperatura.

Según publica la revista Physorg, este aparato, que ha sido bautizado como generador energético termoeléctrico, se pega al cuerpo para generar una cantidad de energía de varios microvatios.

En un futuro, el generador podría ser utilizado para suministrar energía a ciertos dispositivos médicos implantados o a sensores sin cable.

Termopares y termopilas

Los autores del dispositivo han sido Jin Xie y Hanhua Feng, que pertenecen a la A*STAR (agencia gubernamental para la ciencia, la tecnología y la investigación de Singapur), y Chengkuo Lee, de la Universidad Nacional de Singapur. Los resultados de su trabajo han aparecido publicados en la revista especializada Journal of Microelectromechanical Systems.

El generador energético termoeléctrico consiste en un chip de un tamaño de un centímetro cuadrado, que contiene más de 30.000 pares termoeléctricos o termopares.

Estos termopares están formados por la unión de dos metales distintos, y producen un voltaje a partir de la diferencia de temperatura entre uno de sus extremos, denominado "punto caliente" o unión caliente o de medida, y el otro, denominado "punto frío" o unión fría o de referencia.

Los termopares se utilizan comúnmente en instrumentación industrial como sensores de temperatura, porque son económicos, intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas.

Los científicos de Singapur agruparon los 30.000 termopares del generador en una serie de conjuntos, conocidos como termopilas, capaces de detectar las diferencias de temperatura entre el cuerpo y el ambiente, y de producir a partir de ellas un voltaje.

Futuras mejoras

Así, con una diferencia de temperatura de 5 K, el dispositivo puede generar un voltaje de 16,7 voltios y una energía de 1,3 microvatios.

Los investigadores esperan que futuras mejoras en el generador permitan incrementar esta generación energética en varios microvatios.

La acumulación de la energía generada a partir del calor desprendido del cuerpo, servirá para diversos fines, como prolongar la vida de la batería de ciertos dispositivos electrónicos, como sensores de presión, y también para reciclar el calor que los mismos aparatos generen en su funcionamiento.

Además, proporcionando energía a los implantes médicos que puedan llevar algunos pacientes, esta tecnología permitirá eludir los difíciles y caros métodos de sustitución de baterías en dichos implantes.

Mayor eficiencia energética

Aunque anteriormente se habían creado dispositivos que generan electricidad a partir del calor del cuerpo, este nuevo generador energético termoeléctrico supone un avance con respecto a ellos, en cuanto a eficiencia energética se refiere.

Según explican los investigadores en el Journal of Microelectromechanical Systems, para conseguir dicho avance, al generador se le incorporaron cavidades vacías, un estrato de cuerpo de refrigeración (cuerpo de metal que se conecta a componentes electrónicos y no les permite calentarse) y una cavidad periférica.

De esta forma, se consituió optimizar el flujo de calor, e incrementar la diferencia de temperatura entre el lado del generador que va en contacto con el cuerpo y el otro lado, expuesto al entorno en que el cuerpo se encuentre (al aire, más frío que el organismo).

Este aumento en la diferencia de la temperatura entre ambos lados del aparato es lo que permite producir una cantidad de energía eléctrica mayor.

Otra ventaja del generador energético termoeléctrico de los científicos de Singapur es que es compatible con unos semiconductores de uso muy extendido conocidos como CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).

Esta compatibilidad permitirá que el generador pueda funcionar como fuente energética para chips y sistemas microelectromecánicos (sistemas fabricados con tecnología electromecánica micrométrica), que requieran de bajos niveles de consumo de energía.

Aprovechar el cuerpo

En los últimos años, han salido a la luz diversos dispositivos y materiales que aprovechan el cuerpo para generar energía.

Es el caso, por ejemplo, del material creado por ingenieros de la Universidad de Princeton, en Estados Unidos, con el que se puede generar energía a partir de ciertos movimientos del organismo, como la respiración o el simple acto de andar o correr.

Los científicos prevén que dicho material, un compuesto que combina caucho de silicona con zirconato de titanato de plomo, podría aplicarse en chips destinados a dispositivos médicos (como por ejemplo marcapasos), o en diferentes productos de electrónica portátil.

Por otro lado, recientemente, científicos del Instituto Tecnológico de Georgia, también en Estados Unidos, anunciaron que habían creado una novedosa tecnología capaz de convertir la energía mecánica más irregular en energía eléctrica. Para conseguirlo, usaron nanogeneradores que aprovechaban el efecto piezoeléctrico para generar cargas eléctricas.

Por último, científicos norteamericanos han creado otro sistema que aprovecha la energía motriz de las piernas para generar electricidad, mediante un dispositivo de 1,5 kilogramos con forma de rodillera. Este aparato genera energía suficiente como para poner en marcha diez teléfonos móviles al mismo tiempo o dos ordenadores.

Fuente: tendencias21

Proceso que convierte el algodón en carburo de boro puede crear tejidos blindados

El carburo de boro que forma parte de los chalecos antibalas y placas protectoras en tanques de combate, se ha convertido ahora en parte del tejido de una camiseta. Los nanocompuestos reforzados pueden hacer realidad armaduras, blindajes y protecciones más flexibles y ligeras para automóviles y aviones entre otras múltiples aplicaciones.

Científicos e ingenieros de China, Suiza y Estados unidos han desarrollado un concepto de fabricación que permite entretejer fibras de algodón con nanocables de carburo de boro. Para las pruebas se utilizó una camiseta de algodón, que se expuso a una solución que contiene polvo de boro y un catalizador a base de níquel, posteriormente se calentó a 1.100 grados centígrados bajo una corriente de argón que impide que el material se queme, dando como resultado un tejido de alta resistencia.

Las fibras de algodón retornan en fibras de carbono durante el proceso, y reaccionan con el polvo de boro para crear carburo de boro. Al utilizar el tejido de una camiseta de algodón como plantilla, los investigadores resuelven un complejo problema presente en el agrupamiento de nanocables de carburo de boro.

Expertos externos han considerado que este enfoque es prometedor, aunque todavía no están preparados para sustituir a los materiales convencionales antibalas como el Kevlar. Sin embargo, los nanocables de carburo de boro están ya preparados para integrarse en algunos materiales para mejorar sus capacidades en resistencia.

“Estos nanocables de carburo de boro se sintetizan manteniendo una gran fuerza y rigidez pero añadiendo nuevos puntos en súper elasticidad”, decía Xiaodong Li, un ingeniero mecánico en la Universidad de Carolina del Sur. Esta flexibilidad puede, sin duda, diferenciar a las futuras generaciones de materiales que formarán parte de los nuevos blindajes y refuerzos estructurales.

Fuente: Fierasdelaingenieria

Crean un cristal de silicio capaz de detener la transmisión de calor

Un grupo de investigadores del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) han logrado crear un cristal sintético capaz de evitar la transmisión de calor. Esta novedosa invención, financiada por la National Science Foundation y su equivalente alemán DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft), dará lugar a una nueva generación de materiales permeables que ayudarán a evitar el escape de calor y prometen será mucho más eficiente que cualquier otro aislante termico. Los nuevos materiales diseñados para evitar el paso del calor están a la orden del día. Con el avance de la nanotecnología los científicos del MIT crearon un cristal sintético con el objetivo de impedir y controlar la transmisión de calor, según informa este Instituto en un comunicado. El jefe del departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería, Edwin L. Thomas, y el profesor Cohen Morris, ambos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés), desarrollaron un escrito, publicado en la revista Nano Letters, en el que describen la creación de cristales de fonones supersónicos -es decir, superiores a la velocidad del sonido- que pueden moverse en una frecuencia de calor. Los aislantes térmicos para eludir el paso del calor más conocidos hasta el momento eran la lana de roca, el vidrio expandido, el poliestireno expandido, entre otros materiales; la mayoría, utilizados en construcciones. Los expertos creen que la envergadura de este nuevo descubrimiento marcará un progreso en materiales permeables. En el campo de las ciencias aplicadas, el control y la manipulación de la materia han hecho posible la creación de materiales con estructuras lo suficientemente pequeñas como para utilizar la alta frecuencia con fonones que están asociados al calor.

Cristales de silicio Esta estructura ha sido desarrollada colocando capas alternas de dióxido de silicio (utilizadas en su mayoría para la elaboración de microchips) y un material de polímero. Es un componente que tiene una red tridimensional y una estructura molecular regularmente diferente, ya que presenta capas alternas de dos materiales hasta el momento no utilizados en este tipo de investigaciones. El resultado que se obtuvo fue un cristal sintético, hecho de silicio. Los investigadores utilizaron este elemento químico porque presenta la particularidad de ser un semiconductor capaz de ser utilizado como aislante. El cristal de silicio contiene dentro fonones, es decir, ondas vibracionales portadoras de calor normal (o sonido) de acuerdo a su frecuencia. En este caso, las partículas tienen un nivel bajo de calor. Los fonones que presenta este nuevo material tienen un período de vibración muy débil, por lo que solo funciona a temperaturas bajo cero. Sin embargo, el grupo de expertos del MIT presiente que si logran diminuir el espesor de las capas de silicio de los cristales pueden obtener un aislante perfecto, capaz de bloquear el calor, abriéndose de esta manera un abanico de posibilidades tecnológicas. Thomas sostiene que los fonones existen en todos los sólidos y suelen ser un estorbo que debe ser eliminado con los sistemas de refrigeración. A su vez, afirma: “Se los ha denigrado e ignorado, pero podrían ser la atracción del futuro si podemos manipularlos para nuestro propio beneficio”. Futuras aplicaciones En respuesta a la pregunta “¿qué tan lejos están los cristales de silicio de ser utilizado?”, Thomas anuncia fervientemente que el abrupto avance tecnológico y su producción ha permitido, entre otras cosas, disminuir el costo de los productos y permitir que las aplicaciones se puedan difundir y comercializar. Un material capaz de repeler un muy alto porcentaje de calor generaría un salto excepcional en la evolución de los materiales térmicos. Por ejemplo, una capa de este aislante podría utilizarse para mantener la temperatura de los instrumentos de investigación utilizados en la Antártida, que dependen de un entorno helado, como así también en el terreno de los viajes espaciales. Thomas sostiene que la mejor manera de comprender el enorme potencial de los dispositivos de control de los fonones es compararlos con los electrones y los fotones. El jefe del departamento de Ciencia de los Materiales explica que la comprensión cada vez mayor de los electrones y los fotones (que llevan la electricidad y la luz, respectivamente) ha conducido a decenas de innovaciones tecnológicas, incluyendo el láser, los transistores, las células fotovoltaicas y el microchip. “Estas invenciones hicieron posible la mayoría de los dispositivos que caracterizan la vida moderna, incluyendo teléfonos celulares, computadoras, reproductores de DVD y televisores de pantalla plana”, ejemplifica. Nanotecnología al descubierto Además de prometer soluciones vanguardistas y preocuparse por los problemas ambientales, la nanotecnología será clave en este tipo de investigaciones ya que los expertos ansían desarrollar con esta técnica un método eficiente para la compactación de calor, desde computadores y teléfonos celulares hasta automóviles y plantas de energía. Ihab El-Kady, investigador del Sandia National Laboratories, sostiene que la creación de dos o tres cristales tridimensionales puede tener usos mayores a largo plazo. “Las ventajas que uno encuentra al tratar con cristales unidimensionales son las de este tipo, las descubiertas por Thomas y sus co-autores”, destaca. Y concluye: “Este papel unidimensional representa un instrumento nuevo y profundo para analizar fenómenos de onda fundamentales, así como las interacciones entre fonones y otras partículas como los fotones”.

Fuente: Tendencias21

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