Impresora 3D para metal, barata y de código abierto

Hasta ahora, la impresión 3D ha estado dominada por los polímeros, y la mayoría de la gente que utiliza estas máquinas la usa para hacer todo tipo de objetos de plástico, desde carcasas de teléfonos móviles a piezas de ajedrez. Una nueva impresora 3D de bajo costo desarrollada por el equipo de Joshua Pearce de la Universidad Tecnológica de Michigan (Michigan Tech), en Estados Unidos, podría añadir martillos y otros objetos metálicos a esa lista. El diseño detallado, así como el software y el firmware, están disponibles gratuitamente y son de código abierto, lo que significa que cualquiera puede usarlos para hacer su propia impresora 3D con la que fabricar objetos metálicos.

Pearce es el primero en admitir que su nueva impresora todavía es un trabajo en progreso. Hasta el momento, los productos que él y su equipo han producido no son más intrincados que una rueda dentada. Pero eso se debe a que la tecnología es aún primitiva y hay que perfeccionarla más. Pearce lo considera una simple cuestión de tiempo, y se remite al hecho de que, a fin de cuentas, las primeras impresoras 3D para trabajar con plástico también eran bastante toscas, pero en poco tiempo se han vuelto asombrosamente sofisticadas.

Usando menos de 1.500 dólares en concepto de materiales, incluyendo un pequeño soldador MIG comercial y un microcontrolador de código abierto, el equipo de Pearce ha construido una impresora 3D para objetos metálicos que puede ir colocando capas delgadas de acero para formar objetos geométricos complejos. Ya existen impresoras comerciales para objetos metálicos, pero cuestan en torno al medio millón de dólares.

La nueva impresora para metal es menos costosa que muchas impresoras 3D comerciales para plástico, y es lo bastante barata como para usarla en el hogar, según Pearce. Sin embargo, por razones de seguridad, Pearce sugiere que por ahora las impresoras de esta clase se usen solo en talleres habilitados para soldadura, y por personas con experiencia en soldadura, ya que el manejo de una impresora 3D para metal requiere más equipamiento de seguridad, incluyendo dispositivos de protección contra el fuego, que la típica impresora 3D para plástico.

Aunque la impresión 3D para metal abre nuevas y beneficiosas perspectivas, también hace que reaparezca con más fuerza el fantasma de las armas de fuego de fabricación casera. Algunas personas ya han fabricado armas de fuego con impresoras 3D comerciales tanto para metal como para plástico, con resultados diversos. Aunque Pearce admite que durante el desarrollo de la nueva impresora tuvo algunas noches de insomnio, también cree que los beneficios que traerá la fabricación de objetos metálicos mediante impresión 3D superarán con creces los problemas que genere.

En trabajos anteriores, su grupo ya había mostrado que fabricar productos en casa con una impresora 3D es más barato para el estadounidense promedio que comprarlos, y que imprimir bienes en el hogar resulta más ecológico que comprar bienes comerciales. Estos cálculos muy probablemente sean aplicables pronto a otras naciones en las que la impresión 3D está despegando con fuerza y se beneficia cada vez más del abaratamiento derivado de un uso amplio y de la posibilidad de reciclar materiales.

En el trabajo de investigación y desarrollo también han trabajado Gerald C. Anzalone, Chenlong Zhang, Bas Wijnen y Paul Sanders.

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Diez veces más rendimiento en la fibra óptica

Se ha descubierto un modo de multiplicar por diez el rendimiento de las fibras ópticas. La solución, simple pero imaginativa, reduce la cantidad de espacio necesario entre los pulsos de luz que transportan los datos, lo que permite un aumento drástico en la capacidad de las fibras ópticas.

Las fibras ópticas transportan los datos en forma de pulsos de luz a través de distancias de miles de kilómetros a velocidades tremendas. Son una de las glorias de la tecnología moderna de telecomunicaciones. Sin embargo, tienen capacidad limitada, debido a que en la fibra hay que alinear los pulsos de luz uno tras otro, separados por una distancia que no puede ser inferior a cierto límite mínimo, a fin de garantizar que las señales no se interfieran entre sí. Esto hace que en la fibra existan espacios vacíos que no se aprovechan para enviar datos.

Desde su aparición en la década de 1970, la capacidad de trasmisión de datos de la fibra óptica se ha incrementado cada cuatro años en un factor de diez, un hecho impulsado por el flujo constante de nuevas tecnologías que se ha mantenido durante bastante tiempo. Sin embargo, en los últimos años se ha llegado a un cuello de botella, y científicos de todo el mundo han estado tratando de salir de él.

El equipo de Luc Thévenaz y Camille Brès, de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) en Suiza, ha ideado un método para agrupar más los pulsos en las fibras, sin que ello origine problemas, reduciendo así el espacio entre los pulsos. Su enfoque hace posible el uso de toda la capacidad de una fibra óptica. Esto permitirá aumentar diez veces el rendimiento de los sistemas de telecomunicaciones basados en fibra óptica.

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Defensas contra la inquietante posibilidad de un ataque electromagnético

Mucha de la información que hoy en día la civilización humana emplea habitualmente y que le sirve de guía para infinidad de actividades, está almacenada de manera magnética. Eso implica que un campo magnético lo bastante potente, a modo de estallido súbito, podría borrar en un instante toda la información almacenada en soportes magnéticos en un radio comparable al del alcance de una bomba. También provocaría daños en varios dispositivos electrónicos, y un sin fin de interferencias.

Un sabotaje mediante campos electromagnéticos se podría hacer de varias maneras distintas, y podría resultar difícil averiguar detalles de su procedencia.

El equipo de Michael Jöster del Instituto Fraunhofer para Análisis de Tendencias Tecnológicas (INT) en Euskirchen, Alemania, como resultado de sus investigaciones sobre cómo se pueden detectar estos ataques de manera eficaz, ha desarrollado un instrumento de medición para esta finalidad, el cual es capaz de determinar la fuerza, frecuencia y dirección de ataques electromagnéticos.

Los requerimientos de ingeniería para este aparato son muy exigentes: El detector debe medir campos electromagnéticos muy fuertes a partir de pulsos muy cortos, sin destruirse o dañarse al hacerlo.

El sistema desarrollado por el INT cuenta con cuatro antenas especializadas que escudriñan el entorno alrededor del dispositivo que debe ser protegido, como por ejemplo un ordenador o un disco duro externo. Cada una de esas antenas cubre un cuadrante de 90 grados y detecta fuentes electromagnéticas de todos los tipos.

El personal que esté al cargo de sistemas afectados por el ataque puede usar esta información para responder al mismo de la mejor manera posible.

Los ataques electromagnéticos constituyen una amenaza real, y las motivaciones de quienes pueden perpetrarlos son muy diversas. Un perfil común es el de un delincuente o banda de delincuentes que lanza un ataque electromagnético contra un banco, empresa, o establecimiento cualquiera en el que haya algo valioso que robar, para dejar "en blanco" sistemas de seguridad controlados por dispositivos electrónicos que dependen de memorias magnéticas para su correcto funcionamiento. La consecuencia buscada por los ladrones mediante un ataque de esta clase puede ser causar confusión con el fin de evitar ser registrados en puestos de vigilancia, o enmudecer a sistemas de alarma para que no avisen de su incursión cuando entren en zonas de acceso restringido dentro de un edificio.

Herramientas para protegerse contra ataques electromagnéticos. De derecha a izquierda: Un conjunto de antenas, sobre un trípode, para escrutar el entorno, un dispositivo para medir radiofrecuencias destinado al acondicionamiento de las señales, y un ordenador que calcula datos relevantes. (Foto: © Fraunhofer INT)

Ya se han documentado casos de este tipo de ataques: Por ejemplo, unos ladrones utilizaron ondas electromagnéticas para crackear los sistemas de seguridad de limusinas en Berlín.

Otro rasgo del ataque electromagnético que contribuye al creciente interés de los ladrones hacia el mismo es que las armas necesarias para cometerlo no son más grandes que una maleta. Fuentes de microondas de alta energía son aptas para ese tipo de ataques. Dependiendo de la intensidad de campo, el atacante que utilice estas microondas de alta potencia puede encontrarse a varios metros del objetivo del ataque. Situado en la posición correcta, basta con pulsar un botón para activar el pulso. Al igual que en las películas "Ocean Eleven" o "Matrix", los sistemas electrónicos cercanos pueden sufrir interferencias o ser dañados.

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Los hitos de la ciencia de 2013

Para terminar el año, las dos revistas científicas de referencia recopilan los hitos de la ciencia del 2013 en sus ediciones de esta semana. Mientras que Nature ha seleccionado las diez personalidades que han marcado los avances más importantes, Science hace referencia a las investigaciones. A pesar de variar en el formato, ambas coinciden en destacar el desarrollo de una nueva técnica de edición de ADN, el diseño de placas solares más baratas y eficientes y la clonación de células madre embrionarias.

Nature y Science, las dos revistas científicas de referencia, echan la vista atrás en sus ediciones de esta semana para recopilar los hitos científicos del 2013. Nature hace su top ten de investigadores, mientras que Science se centra en los descubrimientos.

Fen Zhang, un investigador del Instituto de Tecnología de Massachusetts (EE UU), es el protagonista del año para Nature. En enero, él y su equipo demostraron que el sistema CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats) funciona en células eucariotas.

Este método es el que utilizan bacterias y arqueas para localizar y cortar secuencias de ADN. La técnica se basa en el mismo mecanismo para modificar el material genético, lo que permitirá diseñar tratamientos médicos personalizados.

El ranking de Science lo encabezan los últimos pasos en inmunoterapia contra el cáncer, un campo de la medicina donde los tratamientos están dirigidos estimular la capacidad del sistema inmunitario para luchar contra la enfermedad.

Otra de las menciones comunes de ambas publicaciones es la obtención de células madre embrionarias con la misma dotación genética que un adulto, es decir, clonadas. Un reto científico conseguido el pasado mes de mayo por un equipo de investigadores en el que se incluye una española.

“Nuestro descubrimiento permitirá generar células madre para pacientes con órganos o tejidos dañados”, indicaba Shoukhrat Mitalipov, uno de los biólogos responsables del avance y cuyo papel destaca Nature.

La última de las coincidencias tiene carácter energético: la generación de placas solares a partir de perovskita. En agosto, el físico de la Universidad de Oxford Henry Snaith, desarrolló una de las más prometedoras células solares a partir de este material, mucho más barato y eficiente que el silicio utilizado habitualmente.

Cerebros transparentes y miniórganos

Science destaca también el sistema de imágenes CLARITY, ‘claridad’ en español. En abril, un grupo de investigadores de la Universidad de Stanford (EE UU) daba a conocer este nuevo método que permite ver a través de los tejidos biológicos como si fueran transparentes.

Una vacuna contra el virus sincital respiratorio (VRS), que es la principal causa de hospitalización de niños, y la creación de miniórganos son otros dos de los avances seleccionados por los editores de la revista estadounidense.

Los primeros en llegar fueron los minicerebros, en agosto. Ya en noviembre, un equipo de investigadores con participación del Centro de Medicina Regenerativa (CMRB) y el Hospital Clínic de Barcelona anunciaba la obtención de minirriñones a partir de un cultivo de células de este órgano.

“La obtención de estos primordios celulares genera esperanzas para pensar que un día podamos usar nuestras propias células para regenerar órganos enfermos”, explicaba Juan Carlos Izpisúa Belmonte, director del CMRB.

Además, la demostración de que los rayos cósmicos que llegan a la Tierra están impulsados por las supernovas, los estudios sobre los procesos neuronales que ocurren durante el sueño y la medicina personalizada basada en el microbioma del organismo, completan la lista de Science.

Héroes de ciencia

Tania Simoncelli es una de las personas elegidas por la revista Nature como estandarte de la ciencia del 2013. La primera asesora científica de la Unión Estadounidense por las Libertades Civiles (ACLU) contribuyó a ganar la demanda que la organización había planteado contra las patentes sobre dos genes humanos que tenía la empresa estadounidense Myriad genetics.

A pesar de que la Oficina de Patentes de Estados Unidos había estado registrando patentes de genes durante casi 30 años, Simoncelli siempre lo consideró una amenaza para el derecho de los ciudadanos a acceder a su propia información.

Un poco antes, en abril, los ojos se dirigían a China. La Organización Mundial de la Salud anunciaba el 4 de ese mes que el virus H7N9, el de la gripe aviar, había mutado a una forma susceptible de infectar a personas.

Por su aportación a la investigación sobre este virus y su transmisión entre animales y humanos, Hualan Cheng aparece también en la recopilación de la revista británica.

Otras personalidades destacadas son Deborah Persaud, la viróloga que ayudó a demostrar que un bebé estadounidense nacido con VIH estaba libre del virus casi un año después de comenzar con el tramiento y Naderey Saño, el diplomático filipino que alertó sobre los efectos del calentamiento global tras las graves consecuencias del tifón Haiyan en Filipinas.

En el campo de la ciencia espacial cabe citar a Michel Mayor, que determinó que el exoplaneta Kepler-78b es el más parecido a la Tierra conocido hasta el momento, y Viktor Grokhovsky, por liderar los trabajos de recopilación de las partes del asteroide que cayó en Rusia el 15 de febrero.

Kathryn Clancy, que destapó las agresiones sexuales sufridas por las antropólogas durante las campañas de campo, completa la lista de la publicación.

Además, la última edición de la revista también ha seleccionado cinco perfiles científicos a los que aconseja seguir la pista en 2014. Entre ellos se encuentran Jean-Pierre Bourguignon, el próximo presidente del Consejo Europeo de Investigación, y Masayo Takahashi, el investigador japonés que tiene previsto utilizar células madre de pacientes para regenerar sus retinas.
 
SINC

Encuentran gases nobles en el espacio

Un equipo de investigadores con participación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha encontrado la primera evidencia de una molécula basada en el gas noble argón en la Nebulosa del Cangrejo. El trabajo, que ha utilizado datos de infrarrojo del observatorio espacial HERSCHEL, aparece publicado en último número de la revista Science.

La Nebulosa del Cangrejo (Messier 1), ubicada en la Constelación de Tauro, a unos 6.500 años luz de la Tierra, tiene un diámetro de 11 años luz (casi 700.000 veces la distancia entre el Sol y la Tierra). Esta nebulosa es una estructura filamentosa y difusa formada tras la explosión de una supernova observada en el año 1054 por astrónomos chinos.

En el estudio realizado, los investigadores han detectado la emisión de hidrilo de argón (ArH+), un ión molecular que contiene el gas noble argón. Aunque ya se habían detectado átomos o iones de gases nobles, hasta ahora no se había encontrado ninguno de los compuestos moleculares basados en estos átomos gases nobles lo que, según los investigadores, parecía sugerir que estos elementos requieren un mayor tiempo de reacción en el espacio o que no se dan las condiciones para que se formen.

“Se supone que según las leyes de la Física y la Química, todos los elementos que conocemos en la Tierra son los mismos que podríamos encontrar en cualquier otra galaxia. Sin embargo, hasta ahora, había una clase de moléculas que no se habían encontrado, que son las que se componen de los llamados gases nobles. Este tipo de moléculas se habían producido en los laboratorios pero no se sabía si en el espacio existían condiciones adecuadas para su formación. Ahora sabemos que sí y este descubrimiento permitirá estudiar mucho más en detalle la interacción de las supernovas con el medio que las rodea, destaca José Cernicharo, investigador del CSIC en el Centro de Astrobiología (centro mixto del CSIC y el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial). 

Para añadir complejidad, y al mismo tiempo sorpresa al descubrimiento, el isótopo de Argón detectado es el de masa 36 y no el de masa 40 que es el más abundante en nuestro planeta. Sin embargo, en la Tierra el 40Ar proviene de la desintegración del potasio, mientras que en el espacio el 36Ar es el más abundante y además en una supernova existe una producción importante de este isótopo.

Lanzado el Shiyan-5

China lanzó el 25 de noviembre el satélite tecnológico-experimental Shiyan 5, desde la base de Jiuquan, a bordo de un cohete CZ-2D. El despegue, que se produjo a las 02:12 UTC, fue poco publicitado por las autoridades del país, lo que sugiere que pueda tener aplicaciones militares.

Algunas fuentes indican que se trata de un satélite experimental para probar instrumentos de observación de la Tierra de media o alta resolución. Estaría basado en la plataforma CAST-100 y estaría dotado de un panel solar lateral.

Producir hidrógeno a partir de luz solar y aguas residuales

Un nuevo dispositivo que utiliza solo luz solar y aguas cloacales para producir hidrógeno utilizable como combustible podría proporcionar una fuente de energía sostenible y al mismo tiempo mejorar la eficiencia del tratamiento de las aguas residuales.

El equipo del químico Yat Li, profesor en la Universidad de California en Santa Cruz, ha creado un aparato híbrido que combina una célula de combustible microbiana y un tipo de célula solar llamada célula fotoelectroquímica. En la sección de célula de combustible microbiana del dispositivo, la bacteria degrada la materia orgánica presente en las aguas residuales, generando electricidad en el proceso. La electricidad generada biológicamente es enviada a la sección de célula fotoelectroquímica del aparato para ayudar a energizar la descomposición, mediante el paso de una corriente eléctrica, del agua. Este proceso, conocido como electrólisis, libera los dos constituyentes del agua, que son el hidrógeno y el oxígeno. En este caso, una parte de la electricidad se obtiene de la luz solar.

Tanto las células de combustible microbianas como las células fotoelectroquímicas pueden ser usadas solas para producir gas hidrógeno. Ambas, sin embargo, requieren de un pequeño voltaje adicional para superar la barrera energética termodinámica y lograr la reducción de protones a hidrógeno.

La necesidad de incorporar un accesorio adicional que genere electricidad extra aumenta de manera significativa el coste y la complejidad de estos tipos de circuitos de conversión de energía, especialmente a gran escala.

En comparación, el aparato híbrido solar microbiano de Li es autosostenible y autodirigido, debido a que la combinación de energía de la materia orgánica (recolectada por la célula de combustible microbiana) y energía de la luz solar (capturada por la célula fotoelectroquímica) es suficiente para realizar la electrólisis del agua.

Las células de combustible microbianas se basan en bacterias poco comunes, que son capaces de generar electricidad transfiriendo electrones, metabólicamente generados, a través de sus membranas celulares hacia un electrodo externo.

En el trabajo de investigación y desarrollo también han intervenido Hanyu Wang, Gongming Wang, de la Universidad de California en Santa Cruz, Fang Qian y Yongqin Jiao del Laboratorio Nacional estadounidense Lawrence Livermore, y Zhen He del Instituto Politécnico de Virginia (Virginia Tech), en Estados Unidos.

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Avance clave para sistemas de condensación de agua más eficaces y duraderos

La condensación del vapor es fundamental para la producción mundial de electricidad y de agua potable: Es parte del ciclo energético presente en el 85 por ciento de todas las centrales eléctricas del mundo y en cerca de la mitad de todas las plantas de desalinización. Así que cualquier cosa que mejore la eficiencia de este proceso podría tener un enorme efecto en el consumo global de energía.

Ahora, un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, ha encontrado una manera de lograr precisamente eso.

Desde hace años, se sabe que hacer que las superficies de los condensadores de vapor sean hidrófobas, o sea, conseguir que repelan el agua, podría mejorar la eficiencia de la condensación al hacer que el agua forme gotitas rápidamente. Pero la mayoría de los materiales hidrófobos tienen una durabilidad limitada, sobre todo en ambientes industriales con mucho vapor. El nuevo enfoque de diseño del MIT para recubrimientos de las superficies de los condensadores debería superar ese problema.

La innovación del equipo de Karen Gleason, Kripa Varanasi, Adam Paxson y José Yagüe permite recubrimientos mucho más estables que los obtenibles mediante los procesos tradicionales, e incluso bajo condiciones ambientales más agresivas.

Los resultados de las pruebas de superficies metálicas recubiertas usando el nuevo proceso muestran una gran diferencia con respecto a lo que ocurre en superficies no recubiertas mediante él. En las pruebas, la resistencia del material obtenido con el nuevo tratamiento fue buena incluso al ser expuesto a vapor a 100 grados centígrados en una prueba de resistencia acelerada. Típicamente, el vapor en los condensadores de centrales eléctricas sólo estaría a unos 40 grados centígrados.

En los recubrimientos hidrófobos típicos, a partir del vapor a alta temperatura se forman gotitas que pronto recubren la superficie, degradando rápidamente el rendimiento del sistema de condensación. El nuevo revestimiento, mostrado aquí, mantiene su capacidad de estimular la formación de gotitas durante largos períodos. (Imagen: Cortesía de los investigadores)

Cuando los materiales utilizados en la actualidad para hacer superficies hidrófobas son expuestos a vapor a 100 grados centígrados, después de tan solo un minuto ya se aprecia que su eficiencia comienza a degradarse.
 

aranasi y Paxson formaron parte de un equipo que presentó meses atrás un tipo diferente de material hidrófobo duradero, una cerámica especial. Ese material y el diseñado ahora tendrán ambos aplicaciones muy útiles, aunque en situaciones diferentes: El material anterior puede soportar temperaturas aún más elevadas, mientras que el nuevo recubrimiento debe ser menos costoso y más adecuado para su uso en centrales eléctricas existentes.

El nuevo recubrimiento se puede aplicar con facilidad a los materiales usados normalmente en los condensadores, y que suelen ser titanio, acero, cobre o aluminio. Además, la aplicación de dicho recubrimiento puede hacerse utilizando equipamiento convencional.

Otra ventaja del nuevo recubrimiento es que puede ser extremadamente delgado, de apenas una milésima parte del grosor de los recubrimientos hidrófobos convencionales. Eso significa que apenas se ven afectadas otras propiedades de la superficie subyacente, como su conductividad eléctrica o térmica, lo que mantiene sus cualidades positivas.

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Los mundos más ricos en carbono que la Tierra carecen de océanos

Los planetas bastante más ricos en carbono que la Tierra, incluyendo los definidos como planetas diamantinos, probablemente carezcan de mares debido a su naturaleza geoquímica, según las conclusiones a las que se ha llegado en una investigación reciente, financiada por la NASA.

El Sol es una estrella pobre en carbono, y por tanto la Tierra, que se formó de la misma nebulosa de la que surgió el Sol, está hecha en buena parte de silicatos, no de carbono. En cambio, las estrellas con mucho más carbono que el Sol presumiblemente deben contar a su alrededor con planetas muy ricos en carbono, y que quizá incluso poseen capas de carbono en su forma de diamante.

Mediante cálculos con modelos digitales sobre la geoquímica de esta clase de sistemas planetarios, el equipo de Torrence Johnson del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, en Pasadena, California, ha determinado que tales sistemas carecen de provisiones de hielo de agua que permitan abastecer a planetas y hagan posible la existencia de océanos en la superficie de aquellos que reúnan las condiciones adecuadas de temperatura y presión para la presencia de agua líquida.

En nuestro sistema solar, en cambio, el hielo de agua es abundante. La mera caída de cometas a la Tierra, durante una época del pasado lejano en la que las colisiones entre cuerpos celestes fueron muchísimo más frecuentes que hoy en día, pudo bastar para abastecer de agua la superficie de nuestro mundo.

Esta recreación artística muestra los destinos muy distintos de dos planetas iguales en todo excepto por el hecho de que en uno abunda mucho más el carbono que en el otro. El de la izquierda, hecho mayormente de rocas a base de silicatos, ha evolucionado hasta poseer océanos de agua líquida en su superficie, siendo por ello muy parecido a la Tierra. El de la derecha es mucho más rico en carbono, y debido a ello su evolución geoquímica lo ha convertido en un inmenso desierto, sin una gota de agua. Este preciado líquido parece ser un ingrediente imprescindible para la vida, por lo que todo apunta a que un planeta muy rico en carbono está condenado a no poder desarrollar vida en él. (Imagen: NASA/JPL-Caltech)

Según los cálculos del nuevo estudio, en los sistemas solares con mucho más carbono que el nuestro, ese carbono extra impediría, durante el proceso de formación de astros, que el oxígeno se combinase con el hidrógeno para formar agua.

Resulta irónico que el carbono, el elemento principal para la vida, si se vuelve tan abundante como en esos planetas, no solo no aumente las probabilidades de surgimiento de vida sino que las reduzca, tal como razona Jonathan Lunine de la Universidad Cornell en Ithaca, Nueva York, del equipo de investigación.

Por tanto, los planetas diamantinos con masa y fuerza de gravedad similares a las de la Tierra, por muy fascinantes que nos parezcan a los humanos dado el valor que para nosotros tienen los diamantes que tanto escasean en la Tierra, serán, si es que existen, mundos desérticos sin una gota de agua y desprovistos por completo de vida, nada que ver con el paraíso biológico que es la Tierra.

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Formación de gotas de agua con carga eléctrica sobre superficies

En un hallazgo del todo inesperado, unos investigadores han comprobado que pequeñas gotas de agua que se forman en una superficie superhidrófoba ensayada por ellos algún tiempo atrás, y que una vez formadas "saltan" fuera de esa superficie, resulta que transportan una carga eléctrica. El descubrimiento podría conducir al desarrollo de centrales eléctricas más eficientes, e incluso a que se encuentre una nueva manera de obtener energía de la atmósfera, según creen estos científicos.

Este hallazgo del equipo de Nenad Miljkovic, Evelyn Wang, Daniel Preston y Ryan Enright, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, es un nuevo e inesperado paso en la línea de investigación iniciada con un trabajo anterior en el que se demostró que bajo ciertas condiciones, en vez de simplemente deslizarse hacia abajo y separarse de una superficie debido a la gravedad, las gotas en realidad pueden saltar hacia fuera de ella. Esto ocurre cuando gotitas de agua se condensan en la superficie de un metal con un tipo específico de recubrimiento superhidrófobo y al menos dos de las gotas experimentan un proceso de coalescencia (es decir, se juntan formando una gota mayor). Ellas pueden entonces saltar espontáneamente hacia fuera de la superficie, como resultado de una liberación de un exceso de energía.

En el nuevo trabajo, los investigadores han constatado, a través del análisis de filmaciones de alta velocidad, que cuando estas gotas saltan, se repelen la una a la otra durante el salto. En estudios previos no se había detectado tal efecto. Cuando Miljkovic y sus colegas lo vieron por primera vez, quedaron intrigados.

Con el fin de entender la razón de la repulsión entre las gotas después de que dejan la superficie en su salto, los investigadores realizaron una serie de experimentos utilizando un electrodo cargado. Cuando el electrodo tenía carga positiva, las gotitas eran repelidas por él y también entre ellas; cuando el electrodo tenía carga negativa, las gotas se desviaban hacia él. Esto ha permitido determinar que el efecto está causado por una carga eléctrica positiva que aparece en las gotitas al saltar de la superficie.

El descubrimiento inicial de que las gotitas pueden saltar desde la superficie de un condensador (un aparato que existe en la mayoría de las centrales eléctricas del mundo) provee un mecanismo para aumentar la eficiencia de la transferencia de calor en estos condensadores, mejorando así la eficiencia total de las centrales eléctricas. El nuevo hallazgo ahora brinda una forma de incrementar esa eficiencia aún más: Mediante la aplicación de la carga eléctrica apropiada a una placa de metal cercana, las gotitas saltadoras podrían ser alejadas de la superficie, reduciendo la probabilidad de que regresen al condensador.

Pero el nuevo descubrimiento también sugiere otra nueva aplicación posible, tal como aventura Miljkovic: Si se colocasen dos placas de metal paralelas expuestas a la intemperie, con una superficie que tenga gotas que saltan y la otra que las recoja, se podría generar un poco de electricidad a partir de la mera condensación de vapor de agua presente en el aire. Todo lo que sería necesario para que el singular generador funcionase sería una manera de mantener fría la superficie del condensador.

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Más de un centenar de fotones controlados mediante un solo bit cuántico

Un equipo de físicos ha hecho que una cantidad sin precedentes de partículas de luz (fotones) se comporten de un modo propio de la mecánica cuántica, asumiendo más de un estado a la vez. En este caso, la luz está en la forma de fotones de microondas atrapados.

En los modelos actuales de la computación cuántica, los científicos suelen describir sistemas compuestos por muchos componentes cuánticos artificiales conocidos como qubits.

Los fotones son una buena herramienta para transferir información entre tales qubits, pero su capacidad para servir como qubits es limitada, debido a que es difícil controlarlos.

La nueva investigación, llevada a cabo por el equipo de Robert Schoelkopf y Brian Vlastakis, de la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut, Estados Unidos, muestra que se puede controlar una gran cantidad de fotones (más de 100 en este caso) con la ayuda de un sólo qubit.

Esto sugiere la posibilidad de que un grupo de fotones pueda pronto desempeñar el papel de muchos qubits, minimizando potencialmente el coste y la escala de los dispositivos de computación cuántica.

Hace apenas unos años, alcanzar este nivel de control sobre un sistema tan grande no habría parecido posible.

Con los resultados obtenidos en los experimentos de la nueva investigación, se abren atajos potenciales para desarrollar nuevos modos de realizar las funciones necesarias para una futura computadora cuántica.

La computadora cuántica, una tecnología todavía en estado embrionario, sería una herramienta con una velocidad de procesamiento de información exponencialmente mayor que la de las supercomputadoras más sofisticadas de la actualidad.

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Un exoplaneta con el tamaño, la masa y la densidad de la Tierra

El exoplaneta Kepler-78b tiene un tamaño similar a la Tierra, pero también una masa y densidad parecidos, según dos estudios que se publican en Nature. Los datos, obtenidos con instrumentos como el Telescopio Nazionale Galileo (TNG) de La Palma, también revelan que presenta un interior rocoso y un núcleo con hierro. Se trata del exoplaneta más pequeño del que se conoce su masa y radio con precisión.

Kepler-78b es un planeta extra solar en órbita alrededor de una estrella parecida al Sol, Kepler 78, en la constelación del Cisne, a unos 400 años luz de distancia. Ahora, según dos investigaciones publicadas en la revista Nature, se informa de que presenta una masa y densidad muy parecidas a las de la Tierra.

Los autores de los trabajos, uno liderado por Francesco Pepe desde la Universidad de Ginebra y otro por Andrew W. Howard desde la de Hawaii en Manoa, muestran que Kepler-78b está compuesto de hierro en el núcleo y rocas en su interior, como la Tierra. Por este motivo, se trata del exoplaneta más pequeño del que se conoce el radio y la masa con gran precisión.

Kepler-78b fue observado por primera vez por el satélite Kepler de la NASA. Kepler detectó la débil variación en la luz de la estrella causada por el paso del planeta frente a ella. Poco después del descubrimiento, el telescopio italiano Telescopio Nazionale Galileo (TNG) en La Palma (Canarias) apuntó a la estrella que alberga el planeta.

Luego, el equipo científico de HARPS-N, uno de los espectrógrafos más precisos del mundo instalado en el TNG, midió la ligera oscilación de la estrella causada por la presencia del planeta. Así se identificaron las características ‘terrestres’ de Kepler-78b.

Emilio Molinari, director del TNG y coautor de uno de los artículos, enfatiza la importancia del uso de HARPS-N: “Estamos muy orgullosos del desempeño del TNG y HARPS-N, porque muestra que el descubrimiento de un planeta gemelo a la Tierra es factible”.

Kepler-78b tiene un radio de tan solo 1,16 veces el radio de la Tierra, mientras la masa es 1,86 masas terrestres. Estas cantidades dan una densidad de 5,57 gramos por centímetro cúbico, lo que implica una composición rocosa y férrica.

Sin embargo, Kepler-78b tiene un periodo orbital tan corto, de apenas 8,5 horas, por lo que gira muy cerca de su estrella. Esto significa que la temperatura en la superficie del planeta debe estar entre 3.000 y 5.000 grados, lo que descarta completamente cualquier posibilidad de vida.

El destino del exoplaneta es desaparecer, dado que las fuerzas mareales lo arrastrarán cada vez más cerca de su estrella. En algún momento se acercará tanto que la fuerza de gravedad de la estrella lo romperá. Según modelos teóricos esto podría ocurrir dentro de tres mil millones de años.

“Curiosamente, nuestro sistema solar podría haber tenido un planeta como Kepler-78b. De ser así, el planeta habría sido destruido en época temprana en la evolución del sistema, sin dejar rastros hoy en día”, plantea Molinari.

Uniformidad, el secreto de una mejor ignición de fusión nuclear

Una de las maneras de conseguir la fusión termonuclear es a través de una reacción controlada entre dos variantes o isótopos del hidrógeno, específicamente el deuterio y el tritio. Un equipo de físicos teóricos ha hecho ahora una serie de cálculos teóricos que indican cómo se podría mejorar la fase de ignición de la reacción de fusión.

La estrategia del grupo de Mauro Temporal, de la Escuela Normal Superior de Cachan en Francia, pasa por incrementar la uniformidad de la irradiación usando haces láser de alta potencia en la envoltura externa de una cápsula esférica que contiene una mezcla de deuterio y tritio.

Alcanzar la uniformidad de la irradiación es crucial. Si se logra, la cápsula se calienta con suma rapidez e implosiona, comprimiendo el combustible nuclear del interior hasta que alcanza una densidad elevadísima. Esto, a su vez, induce la compresión y calentamiento de una pequeña cantidad del combustible nuclear en el punto crítico, lo cual es un requisito ineludible para alcanzar las condiciones requeridas por la ignición de la fusión termonuclear, y lograr con ésta generar enormes cantidades de energía aprovechable.

Temporal y sus colegas están ahora considerando la posibilidad de utilizar las instalaciones del sistema Orión (Orion) de láser de alta potencia, emplazadas en el Reino Unido, para estudiar más a fondo la uniformidad. El sistema Orión puede emitir un pulso de unos pocos nanosegundos de duración y 5 kilojulios de energía, incapaz de lograr la ignición de fusión nuclear pero que sí sirve para poner a prueba formas de generar una irradiación uniforme a partir de haces distribuidos sin uniformidad.

En la investigación también han trabajado Benoit Canaud, Warren J. Garbett, Franck Philippe y Rafael Ramis.

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Un exoplaneta presenta el tamaño, la masa y la densidad de la Tierra

Kepler-78b es un planeta extra solar en órbita alrededor de una estrella parecida al Sol, Kepler 78, en la constelación del Cisne, a unos 400 años luz de distancia. Ahora, según dos investigaciones publicadas en la revista Nature, se informa de que presenta una masa y densidad muy parecidas a las de la Tierra.

Los autores de los trabajos, uno liderado por Francesco Pepe desde la Universidad de Ginebra y otro por Andrew W. Howard desde la de Hawaii en Manoa, muestran que Kepler-78b está compuesto de hierro en el núcleo y rocas en su interior, como la Tierra. Por este motivo, se trata del exoplaneta más pequeño del que se conoce el radio y la masa con gran precisión.

Kepler-78b fue observado por primera vez por el satélite Kepler de la NASA. Kepler detectó la débil variación en la luz de la estrella causada por el paso del planeta frente a ella. Poco después del descubrimiento, el telescopio italiano Telescopio Nazionale Galileo (TNG) en La Palma (Canarias) apuntó a la estrella que alberga el planeta.

Luego, el equipo científico de HARPS-N, uno de los espectrógrafos más precisos del mundo instalado en el TNG, midió la ligera oscilación de la estrella causada por la presencia del planeta. Así se identificaron las características ‘terrestres’ de Kepler-78b.

Emilio Molinari, director del TNG y coautor de uno de los artículos, enfatiza la importancia del uso de HARPS-N: “Estamos muy orgullosos del desempeño del TNG y HARPS-N, porque muestra que el descubrimiento de un planeta gemelo a la Tierra es factible”.

Kepler-78b tiene un radio de tan solo 1,16 veces el radio de la Tierra, mientras la masa es 1,86 masas terrestres. Estas cantidades dan una densidad de 5,57 gramos por centímetro cúbico, lo que implica una composición rocosa y férrica.

Sin embargo, Kepler-78b tiene un periodo orbital tan corto, de apenas 8,5 horas, por lo que gira muy cerca de su estrella. Esto significa que la temperatura en la superficie del planeta debe estar entre 3.000 y 5.000 grados, lo que descarta completamente cualquier posibilidad de vida.

El destino del exoplaneta es desaparecer, dado que las fuerzas mareales lo arrastrarán cada vez más cerca de su estrella. En algún momento se acercará tanto que la fuerza de gravedad de la estrella lo romperá. Según modelos teóricos esto podría ocurrir dentro de tres mil millones de años.

“Curiosamente, nuestro sistema solar podría haber tenido un planeta como Kepler-78b. De ser así, el planeta habría sido destruido en época temprana en la evolución del sistema, sin dejar rastros hoy en día”, plantea Molinari. (Fuente: Fundación Galileo Galilei - INAF) 

Identifican al material más fuerte conocido

El carbino es una cadena de átomos de carbono mantenidos juntos por enlaces atómicos dobles, o bien en alternancia entre triple e individual. Un equipo de teóricos de la Universidad Rice, de Houston, Texas, Estados Unidos, ha calculado que las cadenas de carbino, de un átomo de espesor, pueden constituir el material más fuerte conocido.

Si se logra fabricar a este singular material en grandes cantidades, las nanovarillas o nanocuerdas de carbino tendrán un sinnúmero de propiedades destacables y útiles, tal como subraya Boris Yakobson, del equipo de investigación.

Los cálculos que han permitido determinar los rasgos básicos del carbino fueron ejecutados en la supercomputadora DaVinci, de la que se ocupa el Instituto Ken Kennedy de Tecnologías de la Información, dependiente de la Universidad Rice.

He aquí algunas de las características del carbino comprobadas por el equipo de Yakobson, Mingjie Liu, Vasilii I. Artyukhov, Hoonkyung Lee y Fangbo Xu:

La tensión de rotura (la capacidad de soportar el estiramiento) que posee el carbino sobrepasa a la de cualquier otro material conocido y es el doble de la del grafeno.

Su rigidez a la tracción es el doble de la del grafeno y de la de los nanotubos de carbono, y cerca del triple de la del diamante.

Al estirar el carbino tan poco como un 10 por ciento, se altera significativamente una de sus bandas de energía, concretamente la banda prohibida, que es la que está entre la banda de conducción y la banda de valencia.

Si se le agregan asas moleculares en los extremos, al carbino se le puede retorcer para alterar su banda prohibida. Con una rotación de extremo a extremo de 90 grados se convierte en un semiconductor magnético.

Las cadenas de carbino pueden acoger moléculas en los laterales, las cuales posibilitan que las cadenas se vuelvan adecuadas para el almacenamiento de energía.

El material es estable a temperatura ambiente.

A juzgar por los cálculos efectuados, el carbino puede representar el estado energético más alto para el carbono estable.

Las primeras teorías acerca del carbino aparecieron en el siglo XIX, y una versión aproximada del material fue sintetizada en la antigua URSS en 1960. El carbino ha sido visto desde entonces en grafito comprimido, se le ha detectado en polvo interestelar y ha sido creado en pequeñas cantidades durante experimentos de laboratorio.

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Ver a través del silicio

Una nueva y revolucionaria técnica de microscopía permite visualizar células a través de las paredes de dispositivos microfluídicos de silicio. La nueva tecnología, apta para la luz de la banda infrarroja cercana, podría ayudar a los científicos a lograr un mejor conocimiento sobre los rasgos que exhiben las células enfermas o infectadas, al poder observarlas mientras fluyen por dispositivos microfluídicos de silicio.

El silicio es comúnmente utilizado para construir dispositivos microelectrónicos. Y también para fabricar dispositivos microfluídicos del tipo popularmente conocido como "laboratorio de un chip", que pueden clasificar y analizar células basándose en sus propiedades moleculares. Los dispositivos de este tipo tienen muchas aplicaciones potenciales en investigación y para hacer diagnósticos, y su pequeño tamaño (el de un chip) es una gran ventaja, pero podrían ser aún más útiles si los científicos pudieran observar las células presentes dentro de los dispositivos.

Gracias al nuevo tipo de microscopio inventado por expertos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge y de la Universidad de Texas en Arlington, ambas instituciones en Estados Unidos, ahora ya es factible medir con precisión y fiabilidad muy elevadas el tamaño y la conducta mecánica de las células ubicadas al otro lado de la oblea de silicio que sirve de soporte para el dispositivo microfluídico.

La estrategia del equipo de Ishan Barman que lo ha hecho posible ha sido aprovecharse de que el silicio es transparente a los rayos infrarrojos y en especial a los de la banda infrarroja cercana. Los científicos adoptaron una técnica de microscopía que funciona enviando un haz láser a través de una muestra y luego dividiendo el haz en dos. Mediante la recombinación de esos dos haces y comparando la información transportada por cada uno, los investigadores pueden determinar la altura de la muestra y su índice de refracción, una medida de cuánto un material fuerza a la luz a desviarse al pasar a través de él.

Usando el nuevo sistema de captación de imágenes infrarrojas atravesando el silicio, los creadores de la técnica han obtenido esta imagen de glóbulos rojos de la sangre. (Gráfico: Cortesía de los investigadores)

La modalidad tradicional de esta técnica utiliza un láser de helio-neón, el cual produce luz visible, pero para la nueva modalidad los investigadores utilizaron un laser de titanio-zafiro que puede ser ajustado a longitudes de onda infrarrojas y en particular de la banda infrarroja cercana. Para este estudio, los científicos encontraron que la luz con una longitud de onda de 980 nanómetros es la que les funcionó mejor.

En el trabajo de investigación y desarrollo también han participado Narahara Chari Dingari, Bipin Joshi, Nelson Cardenas, Samarendra Mohanty, Jaqueline Soares y Ramachandra Rao Dasari.

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Arcilla, la clave para lograr supercondensadores resistentes al calor

La arcilla, un material natural, barato y abundante, es el ingrediente clave para un supercondensador que puede operar a temperaturas muy altas y que ha sido desarrollado por el equipo de Pulickel Ajayan, de la Universidad Rice en Houston, Texas, Estados Unidos.

Ajayan y sus colegas han determinado que el supercondensador mantiene su eficiencia a temperaturas de hasta 200 grados centígrados (392 grados Fahrenheit) y posiblemente más allá.

El supercondensador podría ser utilizado para energizar dispositivos que se emplean en trabajos en los que son comunes las condiciones ambientales extremas, como por ejemplo las que debe soportar la maquinaria que hace perforaciones petroleras, las que afrontan los vehículos espaciales, e incluso las reinantes en un campo de batalla.

El propósito al diseñar este nuevo supercondensador es apartarse de los diseños clásicos que han estado limitados a operaciones que no impliquen altas temperaturas en los dispositivos electroquímicos.

Un supercondensador combina cualidades típicas de los condensadores con otras que son propias de las pilas eléctricas recargables.

Una pasta hecha con la arcilla y un electrolito especial permitió al equipo de Ajayan preparar láminas de material que pueden servir de electrolito así como de separador en el nuevo tipo de supercondensador de altas temperaturas. (Imagen: Grupo de Ajayan / Universidad Rice)

Los condensadores almacenan energía en forma de carga eléctrica, a diferencia de las pilas o baterías que la almacenan en forma química. Los supercondensadores son parecidos a los condensadores, pero poseen una capacidad muy superior de almacenar carga eléctrica en un espacio reducido. Los supercondensadores son ideales para aplicaciones en las que se necesite almacenar energía eléctrica en grandes cantidades, lo más cercano posible a las de una batería, pero también poder liberarla de manera rápida si así se requiere, como en un condensador.

La arcilla tiene una alta estabilidad térmica, una amplia área de superficie activa y una alta permeabilidad.

Aparte de una ligera caída en la capacidad observada en los ciclos de carga/descarga inicial, los supercondensadores se mantuvieron estables durante 10.000 ciclos de prueba en los experimentos. Tanto la densidad de potencia como la de energía mejoraron en dos órdenes de magnitud cuando la temperatura de operación se incrementó desde la temperatura ambiente hasta los 200 grados centígrados.

En el trabajo de investigación y desarrollo también han intervenido Arava Leela Mohana Reddy (ahora en la Universidad Estatal de Wayne en Detroit, Estados Unidos), Marco-Tulio Rodrigues, Hemtej Gullapalli y Kaushik Balakrishnan, de la Universidad Rice, así como Glaura Silva y Rachel Borges de la Universidad Federal de Minas Gerais en Brasil.

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Descubren un nuevo asteroide semanas después de pasar cerca de la Tierra

El asteroide 2013 TV135, descubierto el pasado 8 de octubre por astrónomos trabajando en el Observatorio Astrofísico de Crimea en Ucrania, resulta que semanas antes de su hallazgo pasó bastante cerca de la Tierra.

El 16 de septiembre de 2013, el asteroide se acercó hasta 6,7 millones de kilómetros (4,2 millones de millas) de distancia respecto a nuestro planeta. Según las estimaciones preliminares de su tamaño, mide unos 400 metros (1.300 pies) y su órbita le lleva tan lejos como las tres cuartas partes de la distancia de la órbita de Júpiter, y tan cerca al Sol como la distancia que separa a éste de la órbita terrestre.

El asteroide 2013 TV135 se une por tanto al grupo de más de diez mil cuerpos celestes conocidos capaces de pasar cerca de la Tierra.

El periodo orbital del nuevo asteroide es de casi cuatro años. Como se le ha observado en su trayectoria orbital tan solo una ínfima parte de ese periodo de cuatro años, su futuro trazado orbital aún no está muy claro, sobre todo teniendo en cuenta que los cuerpos celestes tan pequeños son muy influenciables por la gravedad de otros astros y por eso su rumbo puede sufrir cambios significativos. Por lo que se sabe, 2013 TV135 podría regresar a las inmediaciones de la Tierra en el año 2032. Nadie debería alarmarse ante esa nueva visita, ya que el equipo científico del Programa de Objetos Próximos a la Tierra (NEOs por sus siglas en inglés), dependiente del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, en Pasadena, California, ha calculado que la probabilidad de que este asteroide colisione contra la Tierra es de tan solo una entre 63.000.

El objeto debería ser fácilmente observable durante los próximos meses, y cuando las observaciones adicionales se hayan analizado, los cálculos orbitales iniciales se ajustarán con mayor precisión y fiabilidad. El resultado más plausible de esos ajustes es que la probabilidad de un impacto contra la Tierra disminuya aún más o incluso llegue a cero.

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Las variaciones de gravedad en la Tierra son mucho mayores de lo creído

Se ha conseguido crear los mapas del campo gravitatorio de la Tierra de mayor resolución hasta la fecha. Y una de las cosas más llamativas que han mostrado estos nuevos mapas es que las variaciones gravitacionales de nuestro planeta son hasta un 40 por ciento mayores que lo previamente asumido.

Utilizando la información topográfica detallada obtenida desde el espacio por el transbordador espacial estadounidense, un equipo de especialistas germano-australiano, dirigido por Christian Hirt de la Universidad Curtin en Australia, ha mejorado la resolución de los anteriores mapas globales del campo gravitacional, haciéndolos varias decenas de veces más precisos.

El equipo de Hirt, Michael Kuhn, Sten Claessens y Moritz Rexer del Centro Geodésico de Australia Occidental adscrito a la Universidad Curtin, así como Roland Pail y Thomas Fecher de la Universidad Técnica de Múnich en Alemania, calcularon la gravedad en un punto por cada 200 metros de la Tierra para crear estos mapas gravitacionales con la más alta resolución. Muestran los cambios sutiles en la gravedad sobre la mayoría de las áreas terrestres de la Tierra.

Los nuevos mapas revelan que las variaciones de la gravedad sobre la Tierra son mucho más grandes de lo que se pensaba. El tirón gravitacional más pequeño de la superficie terrestre se experimenta en la cima del Monte Huascarán, del macizo del mismo nombre, en la parte peruana de Los Andes. El tirón gravitacional más fuerte de la superficie terrestre se experimenta cerca del Polo Norte.

Los mapas gravitacionales de alta resolución son necesarios en la ingeniería civil, por ejemplo, para la construcción de canales, puentes y túneles. A la industria minera también le pueden ser útiles.

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El fósil más completo de una cría del dinosaurio Parasaurolophus

Un grupo de investigadores estadounidenses ha analizado el fósil más completo de una cría del dinosaurio Parasaurolophus. Un adolescente había encontrado por casualidad el pequeño esqueleto en 2009 durante su visita a un parque natural de Utah (EE UU).

Investigadores estadounidenses han podido analizar el fósil de un bebé de Parasaurolophus, un dinosaurio que vivió hace más de 75 millones de años. Son los restos más jóvenes y completos de este animal encontrados hasta la fecha y han servido a los científicos para describir por primera vez cómo desarrolló la peculiar estructura ósea de su cabeza.

Los descubrimientos de este grupo de expertos del museo Raymond M. Alf de Paleontología y la Universidad de California, publicados en la revista PeerJ, “han permitido, por primera vez entender exactamente cómo estos ejemplares desarrollan su inusual ‘sombrero”, señala a SINC Andrew Farke, uno de los autores del estudio.

“Joe –como los científicos han bautizado al bebé– medía unos dos metros cuando murió y podía caminar durante horas”, explica el investigador del museo.

Los ejemplares de esta especie herbívora tenían un pequeño bulto de hueso que se transformaba en una cresta cuando se hacían adultos.

Además, “Parasaurolophus crecía con una rapidez ridícula. El análisis microscópico de sus huesos revela que el animal pasaba de ser tan pequeño como un niño a medir dos metros en menos de un año”, recalca Farke.

Tras años de análisis de Joe, los expertos han descubierto que la dirección del crecimiento del cráneo del Parasaurolophus es diferente a la de sus congéneres más cercanos. “Comienza a desarrollar su cresta mucho antes y crece durante más tiempo. Esta alteración le permite tener ese cráneo tan característico”, indica el investigador.

Un pequeño gran hallazgo

Las investigaciones no hubieran sido posibles si Kevin Terris, un estudiante de 17 años, no hubiera encontrado por causalidad el fósil en 2009.

El joven paseaba por el Monumento Nacional de Grand Staircase-Escalante, un parque natural del sur de Utah (EE UU) plagado de formaciones geológicas, cuando observó un pequeño saliente en una pared rocosa.

Terris comenzó a escarbar hasta lograr extraer la pieza que resultó ser el cráneo en miniatura de este dinosaurio.

SINC

Nueva clase de cámara para captar imágenes fluorescentes de moléculas

La obtención de imágenes por fluorescencia es el método más utilizado para el análisis de la composición molecular de especímenes biológicos. Las moléculas que se pretende observar, cuando están presentes, pueden ser "marcadas" con una "etiqueta" fluorescente y de este modo se hacen lo bastante visibles.

Esta técnica de alta sensibilidad, que se utiliza en análisis de sangre para detectar células cancerosas y estudiar las reacciones bioquímicas, es muy buena para detectar moléculas presentes en concentraciones extremadamente bajas.

Sin embargo, debido a la muy pequeña cantidad de luz producida por las moléculas fluorescentes, las cámaras con la tecnología actual deben exponerse a esa tenue luz durante períodos prolongados de tiempo, a fin de recolectar suficientes fotones para generar una imagen. Además, estas cámaras suelen leer píxeles individuales de uno en uno para crear una imagen. Estos dos factores limitan la velocidad a la que se generan las imágenes por fluorescencia.

Inspirado por la forma en la que las redes de comunicación inalámbrica usan múltiples frecuencias de radio para comunicarse con múltiples usuarios, el equipo de Bahram Jalali, Eric Diebold, Brandon Buckley, y Daniel R. Gossett, de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), ha desarrollado una nueva técnica de microscopía de alta velocidad que es un orden de magnitud más rápida que las tecnologías actuales para la obtención de imágenes por fluorescencia.

Mientras que las cámaras actuales forman imágenes de muestras fluorescentes píxel por píxel, la cámara creada por el equipo de la UCLA forma una imagen mediante la lectura de una fila completas de píxeles cada vez. Lo hace mediante la codificación de la fluorescencia de cada píxel en una frecuencia de radio diferente.

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Exitosa teleportación cuántica de fotones

Gracias a una tecnología híbrida, es posible realizar una transmisión muy fiable de bits cuánticos fotónicos, como se ha demostrado en un experimento cuyos resultados han sido analizados cuidadosamente.

Mediante el entrelazamiento cuántico de campos de luz separados en el espacio, unos investigadores japoneses y alemanes han conseguido teleportar qubits (bits cuánticos) fotónicos con notable fiabilidad. Esto significa que se ha logrado dar un paso decisivo una década y media después de los primeros experimentos en el campo de la teleportación óptica. El éxito del experimento llevado a cabo en la ciudad japonesa de Tokio es atribuible al uso de una técnica híbrida en la cual se han combinado dos enfoques tecnológicos conceptualmente distintos y que antes se consideraban del todo incompatibles.

En la teleportación cuántica se transfieren estados cuánticos arbitrarios desde un emisor, a quien aquí podemos referirnos como Isabel, hasta un receptor, a quien podemos llamar Miguel, que está alejado en el espacio. Esto requiere que Isabel y Miguel inicialmente compartan un estado de entrelazamiento cuántico a través del espacio que les separa, un entrelazamiento cuántico que puede por ejemplo estar en la forma de fotones entrelazados cuánticamente.

La teleportación cuántica es de importancia fundamental para el procesamiento de información cuántica (la base de la computación cuántica) y la comunicación cuántica. Los fotones son particularmente valiosos como portadores de información ideales para la comunicación cuántica, ya que se les puede usar para transmitir señales a la velocidad de la luz. Un fotón puede representar un bit cuántico, al que se llama abreviadamente "qubit" y que es comparable a un dígito binario (bit) de un sistema clásico de procesamiento de información.

Los primeros intentos de teleportar fotones (partículas de luz) individuales fueron realizados por el físico austriaco Anton Zeilinger. Desde entonces, se han realizado varios experimentos relacionados con este concepto. Sin embargo, la teleportación de bits cuánticos fotónicos utilizando métodos convencionales ha demostrado tener limitaciones debido a deficiencias experimentales y dificultades con principios fundamentales.

Teleportación cuántica determinista de un bit cuántico fotónico. Cada qubit que vuela desde la izquierda y hacia dentro del teleportador, sale de éste por el lado derecho y con una pérdida de calidad de tan sólo un 20 por ciento, un valor que no se puede alcanzar bajo condiciones clásicas, o sea sin entrelazamiento cuántico. (Imagen: Universidad de Tokio)

Lo que hace que el experimento realizado en Tokio sea tan diferente es el uso de una técnica híbrida. Con su ayuda se ha logrado la teleportación cuántica completamente determinista, y de fiabilidad bastante buena, de qubits fotónicos. La precisión de la transferencia fue de entre un 79 y un 82 por ciento para cuatro qubits diferentes. Además, se teleportaron los qubits con una eficiencia mucho mayor que en experimentos anteriores, incluso con un grado bajo de entrelazamiento cuántico.

El concepto de entrelazamiento cuántico fue formulado por primera vez por Erwin Schrödinger, y describe una situación en la que dos sistemas cuánticos, como por ejemplo dos partículas de luz, están en un estado conjunto, por lo que sus comportamientos son mutuamente dependientes a un nivel mayor del que es posible normalmente (bajo condiciones clásicas). En el experimento de Tokio, se consiguió el entrelazamiento continuo mediante la estrategia de entrelazar muchos fotones en "parejas".

Los experimentos previos sólo tuvieron un fotón entrelazado cuánticamente con otro fotón, una solución menos eficiente.

"El entrelazamiento de fotones funcionó muy bien en el experimento realizado en Tokio, prácticamente al pulsar un botón, tan pronto como el láser se encendía", destaca el profesor Peter van Loock de la Universidad Johannes Gutenberg en Maguncia, Alemania. Como físico teórico, van Loock asesoró a los físicos experimentales del equipo de investigación dirigido por el profesor Akira Furusawa, de la Universidad de Tokio, sobre cómo podían realizar más eficientemente el experimento de teleportación para poder lograr el éxito de la teleportación cuántica.

Este entrelazamiento continuo se logró con la ayuda de "luz comprimida".

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La galaxia más lejana conocida

Un equipo de astrónomos estadounidenses ha descubierto la galaxia más lejana conocida, cuya luz fue emitida cuando el Universo sólo tenía un 5 por ciento de su edad actual de 13.800 millones de años.

La galaxia, bautizada z8-GND-5296, data de cuando el Universo resultante del Big Bang tenía sólo 700 millones de años, "y lo que la hace única comparada con otros descubrimientos similares es que su distancia ha podido ser confirmada por un espectrógrafo", afirma el astrónomo Bahram Mobasher de la Universidad de California, uno de los miembros del equipo que publica su hallazgo en la revista Nature.

La galaxia fue detectada entre 43 candidatas, mediante imágenes infrarrojas tomadas por el Telescopio Espacial Hubble, y su distancia fue confirmada por las observaciones realizadas con el sofisticado espectrógrafo MOSFIRE del Telescopio Keck en Hawai.

Estudiar las primeras galaxias resulta difícil porque cuando su luz llega a la Tierra se ha desplazado hacia la parte infrarroja del espectro debido a la expansión del Universo, en un fenómeno llamado desplazamiento al rojo (redshift).

Por ello, los astrónomos recurren a espectrógrafos cada vez más sensibles situados en telescopios en la Tierra, capaces de medir el desplazamiento al rojo de la luz de la galaxia, que es proporcional a su distancia.

El equipo, liderado por Steven Finkelstein, de la Universidad de Texas, y Dominik Riechers, de la Universidad de Cornell (Nueva York), observó también que la nueva galaxia tiene una tasa de formación de estrellas "sorprendentemente alta", unas 300 veces al año la masa de nuestro sol, en comparación con la Vía Láctea, que forma sólo entre dos y tres estrellas al año.

"Estos descubrimientos aportan pistas sobre el nacimiento del Universo y sugieren que puede albergar zonas con una formación de estrellas más intensa de la que se creía", afirmó Finkelstein. Con la construcción de telescopios cada vez más grandes en Hawai y Chile y del telescopio James Webb en el espacio, a finales de esta década los astrónomos esperan descubrir muchas más galaxias a distancias aún mayores, según Mobasher.

Utilizan ADN para el montaje semiautomático de un transistor de grafeno

El ADN es el plano de construcción de la vida. ¿Podría también podría convertirse en la plantilla para fabricar una nueva generación de chips que en vez de estar basados en el silicio estuvieran basados en un material experimental conocido como grafeno?

Esa es la teoría a partir de la cual el equipo de la ingeniera química Zhenan Bao, de la Universidad de Stanford en California, ha desarrollado un revolucionario proceso de fabricación.

Bao, Anatoliy Sokolov y Fung Ling Yap, esperan resolver un problema que oscurece el futuro de la electrónica: Los consumidores esperan que los chips de silicio sean cada vez más pequeños, más rápidos y más baratos, pero los ingenieros temen que este ciclo acabe deteniéndose en un callejón tecnológico sin salida.

Esto se debe a cómo trabajan los chips de silicio.

Todo comienza con la noción de lo que es un semiconductor, un tipo de material que puede ser inducido a conducir o detener el flujo de electricidad. El silicio ha sido el material semiconductor más popular utilizado para fabricar chips.

La unidad básica de trabajo de un chip es el transistor. Los transistores son como pequeñas puertas que dejan pasar a la electricidad o impiden su paso, creando los ceros y unos que permiten la ejecución de un software.

Para producir chips más potentes, los diseñadores han hecho dos cosas simultáneamente: Reducir el tamaño de los transistores y lograr que esas puertas se abran y se cierren cada vez más rápido.

El resultado neto de estas acciones ha sido concentrar más electricidad en un espacio más reducido. Hasta el momento, esta filosofía de diseño ha permitido producir chips más pequeños, más rápidos, y más baratos. Pero tarde o temprano se llegará a un límite, a partir del cual el calor excesivo y otras condiciones indeseables perturbarán el funcionamiento interno de los chips de silicio más allá de lo tolerable.

Se necesita, por tanto, un material que permita fabricar transistores más pequeños, que operen más rápido y que usen menos energía.

El grafeno tiene las propiedades físicas y eléctricas necesarias para convertirse en el material semiconductor principal para esa nueva generación de chips, si se consigue desarrollar un modo eficaz de trabajar con él en cantidades industriales.

El grafeno es una lámina de carbono con un átomo de espesor. En ella, los átomos de carbono conforman una celosía hexagonal, similar a la de un panal de miel. Eléctricamente este enrejado de átomos de carbono es un conductor muy eficiente.

A la derecha se observa un "panal" de átomos de grafeno. A la izquierda, una doble hebra de ADN. Las esferas blancas representan iones de cobre, parte fundamental del proceso químico del ensamblaje. El fuego representa el calor que es un ingrediente esencial en la técnica. (Imagen: Anatoliy Sokolov)

Bao y otros investigadores creen que cintas de grafeno, colocadas extendidas una al lado de otra, podrían crear circuitos semiconductores. Teniendo en cuenta las pequeñas dimensiones del material y sus propiedades eléctricas favorables, las nanocintas de grafeno permitirían obtener chips muy rápidos, que además trabajarían con un consumo muy bajo de energía.

Sin embargo, como se puede imaginar, producir algo que tiene sólo un átomo de espesor y de 20 a 50 átomos de ancho es un desafío importante.

Para superar este desafío, el equipo de la Universidad de Stanford concibió la idea de usar el ADN como mecanismo de montaje.

Físicamente, las hebras de ADN son largas y delgadas, y tienen aproximadamente las mismas dimensiones que las cintas de grafeno que los investigadores quieren ensamblar de la manera más eficiente posible.

Químicamente, las moléculas de ADN contienen átomos de carbono, el material que forma el grafeno.

El equipo de Bao comenzó con un diminuto disco de silicio, a fin de tener el substrato para su transistor experimental. El disco fue sumergido en una solución de ADN de origen bacteriano y se usó una técnica ya conocida para "peinar" las hebras de ADN hasta dejarlas en forma de líneas relativamente rectas.

A continuación, el ADN sobre el disco fue expuesto a una solución de sal de cobre. Las propiedades químicas de la solución permitieron que los iones de cobre fueran absorbidos dentro del ADN.

El paso siguiente fue calentar el disco y bañarlo en gas metano, el cual contiene átomos de carbono. Una vez más, las fuerzas químicas entraron en escena y ayudaron de manera decisiva a llevar adelante el proceso de ensamblaje. El calor provocó una reacción química que liberó algunos de los átomos de carbono en el ADN y en el metano. Estos átomos de carbono libres se unieron rápidamente unos con otros formando "panales" estables de grafeno.

Los átomos sueltos permanecieron cerca de los respectivos sitios desde donde se desprendieron de las hebras de ADN, y de este modo conformaron cintas que siguieron la estructura del ADN.

El proceso con ADN agiliza de manera enorme la fabricación de las estructuras de grafeno, y a partir de aquí es fácil preparar un transistor. La nueva técnica demuestra por vez primera la viabilidad de emplear ADN para el montaje rápido de cintas de grafeno y para la fabricación subsiguiente de transistores plenamente funcionales.

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La astronave Cygnus deja la estación espacial internacional

La nave de carga Cygnus fue desenganchada del módulo Harmony de la estación espacial internacional a las 10:04 UTC del 22 de octubre, y liberada en una órbita independiente a las 11:31 UTC gracias al brazo robótico Canadarm-2, manipulado por los astronautas. La Cygnus se pasó 23 días junto a la ISS, permitiendo descargar 589 Kg de comida, ropa y experimentos. Cargada de basura, será destruida el 23 de octubre.

La energía sucia no es más barata que la limpia y renovable

Los resultados de un estudio realizado por expertos de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido y del Consejo de Defensa de los Recursos Naturales indican que, cuando se toman en cuenta los costos sanitarios asociados a la contaminación del medio ambiente por las energías sucias, y los costos asociados a los efectos nocivos del cambio climático, se llega a la conclusión de que en realidad es menos costoso producir electricidad con turbinas eólicas y paneles solares que con centrales eléctricas alimentadas con carbón.

De hecho, y usando las estimaciones oficiales del gobierno estadounidense sobre los costos medioambientales y sanitarios de la quema de combustibles fósiles, los autores del nuevo estudio muestran que a largo plazo resulta más barato sustituir una central eléctrica de carbón típica por un parque eólico que mantener en marcha la vieja central.

El trabajo hecho por Chris Hope de la Universidad de Cambridge, así como Laurie Johnson y Starla Yeh del Consejo de Defensa de los Recursos Naturales, con sede en la ciudad estadounidense de Nueva York, muestra que Estados Unidos, y seguramente muchos otros países, pueden reducir la polución generada por las centrales eléctricas de una manera que además supondrá un ahorro neto de dinero, si sustituyen la quema de carbón por opciones más limpias, como la energía eólica, la energía solar e incluso el gas natural.

"La quema de carbón es una forma muy costosa de generar electricidad; hay maneras más eficaces y sostenibles de lograrlo", subraya Johnson. "Podemos reducir los costos en sanidad y en afrontar daños causados por el cambio climático a la vez que reducimos la cantidad de dióxido de carbono (CO2) que aportamos a la atmósfera y que contribuye al calentamiento global".

El nuevo estudio indica que energías limpias como la eólica son más baratas que las sucias como el carbón cuando se tienen en cuenta los costes económicos de los daños para la salud, la agricultura y el medio ambiente en general que provocan éstas últimas. (Imagen: Amazings / NCYT / JMC)

Hace algún tiempo, la Oficina de Administración y Presupuesto de la Casa Blanca, el Departamento del Tesoro, el Departamento de Energía y otras ocho agencias federales de Estados Unidos midieron en un trabajo conjunto el valor económico de esos daños, reflejándolos en una fórmula oficial conocida como el "Costo Social del Carbono" (SCC por sus siglas en inglés).

Este valor es perfecto para calcular los beneficios económicos obtenibles (en otras palabras, el dinero ahorrable al evitar daños) mediante la reducción de la contaminación por dióxido de carbono y otras sustancias nocivas liberadas por la quema de carbón y otros combustibles fósiles.

Para el nuevo estudio se tuvo en cuenta esta fórmula, y también las estimaciones gubernamentales de los daños que puede causar el dióxido de azufre, que es otra sustancia contaminante que se libera simultáneamente con el CO2. Cada año, el dióxido de azufre causa miles de muertes prematuras, enfermedades respiratorias, dolencias cardiacas y un sinnúmero de daños a los ecosistemas naturales y agrícolas, todo lo cual, como es obvio, tiene costes económicos.

Johnson argumenta que el cambio climático ya está provocando una mayor incidencia de olas de calor, inundaciones, sequías, incendios forestales y tormentas. Y, en el caso de Estados Unidos, afirma que esa meteorología extrema causó en 2012 daños por valor de más de 140.000 millones de dólares. Los contribuyentes estadounidenses tuvieron que pagar de sus bolsillos casi 100.000 millones de dólares de esa "factura" de 140.000 millones, según un informe del Consejo de Defensa de los Recursos Naturales publicado en mayo de 2013. "Estos daños seguirán creciendo de manera inexorable si no se hace nada para reducir la contaminación", advierte Johnson.

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Nuevas células solares transparentes iluminan el camino hacia ciudades más sostenibles

Imagine edificios en los que las ventanas, además de permitir pasar la luz del sol, captan a la vez la energía solar que se necesita para satisfacer todas sus necesidades energéticas. Los cristales se convierten en células solares de alta productividad que ayudan a reducir la dependencia de los combustibles fósiles y avanzar hacia un medio ambiente más 'verde' y más limpio.

Este escenario todavía no es posible, pero un reciente estudio llevado a cabo en el ICFO (Instituto de Ciencias Fotónicas), en España, y publicado en la revista Nature Photonics, avanza en ese camino. Los científicos de este instituto han fabricado una célula solar orgánica óptima con un alto nivel de transparencia y una alta eficiencia de conversión de energía.

Según los autores, "esto supone un paso prometedor hacia las energías renovables asequibles, limpias, ampliamente utilizadas y urbanamente integradas" .

Hasta ahora, los paneles solares comerciales están, en su mayor parte, compuestos de unas células solares basadas en silicio cristalino, muy eficientes en la conversión de la radiación solar en energía eléctrica (aproximadamente 15% de eficiencia de conversión), pero con diversos obstáculos importantes para su máxima explotación.

Por ello deben ser correctamente orientados para recibir la luz solar directa y aun así están limitados en su capacidad para absorber la luz difusa. Por otra parte, son pesados, opacos, y ocupan mucho espacio.

A pesar de que la tecnología de las células solares orgánicas nació hace unos treinta años, es ahora cuando comienzan a atraer el interés de la comunidad científica debido a su bajo costo de producción.

Mientras que las células orgánicas aún no han alcanzado valores de eficiencia de las células de silicio, estas células fotovoltaicas orgánicas (OPV) han demostrado ser más ligeras, más flexibles (capaces de adaptarse a superficies curvas), y aún más sensibles a la luz difusa, así como la luz solar indirecta, por lo que las convierte en una de las tecnologías fotovoltaicas más atractivas para muchas aplicaciones de uso diario. Entre sus ventajas, una propiedad que las hace aún más interesantes es su potencial para ser implementadas como un dispositivo semitransparente.

Sin embargo, las OPV, como cualquier otra tecnología fotovoltaica, alcanzan su máximo de eficiencia de conversión de energía eléctrica con dispositivos opacos. Para convertir estas células en dispositivos transparentes, el electrodo de metal en la parte posterior debe ser diluido hasta sólo unos pocos nanómetros, lo que reduce drásticamente la capacidad del dispositivo para recoger la luz solar.

Los investigadores del ICFO han sido capaces de desarrollar una célula semitransparente, que incorpora un cristal fotónico, y alcanzar un rendimiento de la célula casi tan alto como su contraparte opaca.

El equipo colocó este cristal fotónico extra sobre la célula y fue capaz de aumentar la cantidad de luz infrarroja y ultravioleta absorbida por la célula, alcanzando una eficiencia de 5,6 % y a su vez, preservando una transparencia casi indistinguible respecto al  vidrio normal.

Los resultados obtenidos de eficiencia y transparencia hacen que estas células sean un producto muy competitivo para las tecnologías fotovoltaicas integradas en edificios (BIPV). Para llegar a tener una adecuada visión arquitectónica, el color de las células puede modificarse simplemente cambiando la configuración de las capas del cristal fotónico .

Jordi Martorell, profesor de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) en el ICFO y líder de este estudio, explica que las aplicaciones de este tipo de tecnología en BIPV "está a unos pocos pasos de ocurrir, pero la tecnología todavía no ha alcanzado su punto de saturación".

"El descubrimiento abre el camino para la innovación a otras aplicaciones industriales en el sector de la energía fotovoltaica transparente –continúa–. A medio plazo, se espera llegar a los altísimos niveles de transparencia y eficiencia necesarios para alimentar dispositivos como pantallas, tabletas y teléfonos inteligentes".

El futuro parece prometedor para estos dispositivos. El proyecto europeo Solution Processed High Performance Transparent Organic Photovoltaic Cells (SOLPROCEL), recientemente aprobado, permitirá a un consorcio, formado por los mejores investigadores e industrias europeos y dirigido por el ICFO, impulsar el estudio de la capacidad de estas células, mejorando su estabilidad y vida útil, así como la obtención del material necesario para elevar sustancialmente su eficiencia. (Fuente: Institut de Ciències Fotòniques)