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Aunque a veces a la radiación infrarroja se la llama calor para simplificar conceptos, no son realmente lo mismo. De un reciente trabajo de investigación y desarrollo ha emergido una fascinante técnica que brinda una nueva vía de manipular el calor, la cual permite controlarlo de modo similar a como se pueden manipular ondas de luz mediante lentes y espejos. Este método se basa en materiales especiales que constan de cristales de aleación semiconductora nanoestructurada. El calor es una vibración de la materia, técnicamente una vibración de la estructura atómica de un material. El sonido también es una vibración de la materia. Otro modo de considerar esas vibraciones es como una corriente de fonones. Un fonón es un tipo de "partícula virtual" que es análoga al fotón de la luz. El nuevo método se basa en una estrategia que es similar a la basada en unos cristales fotónicos recientemente desarrollados que pueden controlar el paso de la luz. Los cristales fonónicos pueden hacer eso mismo para el sonido. En estos materiales, la separación entre aberturas diminutas está ajustada para que se adecúe a la longitud de onda de los fonones del calor. Es una forma completamente nueva de manipular el calor, tal como subraya el creador principal de la técnica, Martin Maldovan, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos. El calor se diferencia del sonido en la frecuencia de sus vibraciones: Las ondas sonoras tal como las entendemos son de frecuencias más bajas (hasta unos cuantos kilohercios, o miles de vibraciones por segundo como mucho), mientras que el calor es resultado de frecuencias muchísimo más altas (del orden de los terahercios, o millones de millones de vibraciones por segundo). A fin de desarrollar una técnica para manipular el calor, Maldovan se basó en las técnicas ya desarrolladas para manipular el sonido. El primer paso de Maldovan fue reducir la frecuencia de los fonones del calor, acercándola al rango del sonido. Él describe esto como "calor hipersónico". Aquí se muestran retículas térmicas, que son una posible aplicación de los termocristales recientemente desarrollados. En estas estructuras, donde "huecos" separados unos de otros con una precisión muy cuidada (círculos oscuros) controlan el flujo de calor, la energía térmica puede ser "acorralada" en el lugar deseado mediante "defectos" introducidos dentro de la estructura (áreas coloreadas). (Imagen: Cortesía del equipo de investigación / MIT) Los fonones del sonido pueden viajar kilómetros, por lo cual es posible escuchar ruidos desde muy lejos. Pero los fonones del calor sólo viajan nanómetros (milmillonésimas de metro). Es por eso que no se podría oír el calor aún disponiendo hipotéticamente de oídos capaces de escuchar en frecuencias del orden de los terahercios. El calor abarca un rango de frecuencias mucho más amplio que el del sonido. Así que, para hacer frente a eso, lo primero que el equipo de Maldovan hizo fue reducir la cantidad de frecuencias del calor, y hacerlas más bajas, acercándolas a la zona límite entre el calor y el sonido. La obtención de aleaciones especiales de silicio que incorporan nanopartículas de germanio de un determinado rango de tamaños fue decisiva para conseguir esta disminución de frecuencias. La reducción del rango de frecuencias fue lograda también gracias a la creación de una serie de películas delgadas del material, de modo que la dispersión de los fonones sólo ocurriera en los límites. Esto termina concentrando a la mayoría de los fonones del calor dentro de una "ventana" de frecuencias relativamente estrecha. Después de aplicar estas técnicas, más del 40 por ciento del flujo total de calor se concentra en un rango hipersónico de 100 a 300 gigahercios, y la mayoría de los fonones se alinean en un haz estrecho, en vez de moverse hacia todas direcciones. Como resultado, este haz de fonones, cuyo rango de frecuencias es relativamente estrecho, puede ser manipulado usando cristales fonónicos similares a los desarrollados para controlar fonones del sonido. Como estos cristales ahora se están usando para controlar el calor, Maldovan se refiere a ellos como "termocristales", una nueva categoría de materiales. Estos termocristales podrían tener una amplia gama de aplicaciones, incluyendo mejores dispositivos termoeléctricos, los cuales convierten diferencias de temperatura en electricidad. La mayoría de los materiales convencionales permiten que el calor viaje en todas direcciones, como ondas que se expanden desde el lugar donde ha caído una piedra en un estanque. Los termocristales podrían en cambio producir el equivalente a que esas ondas sólo se movieran en una sola dirección. Los cristales también se podrían usar para crear diodos térmicos, o sea materiales en los que el calor puede pasar en una dirección, pero no en la dirección opuesta. Esos flujos de calor de un solo sentido podrían ser útiles para lograr edificios energéticamente eficientes, tanto con un clima cálido como con un clima frío. Se podrían usar otras variaciones del material para enfocar el calor, de modo similar a como se enfoca la luz con una lente, para concentrarlo en un área pequeña. Otra posibilidad interesante es la invisibilidad térmica: Desarrollar materiales que por su propia naturaleza intrínseca impidan la detección del calor, de manera parecida a cómo ciertos metamateriales desarrollados en años recientes permiten crear "capas de invisibilidad" para impedir detectar objetos mediante la luz visible o las microondas.

Permitirán el desarrollo de microscopios ultrapotentes, además de importantes avances en computadoras y paneles solares Un grupo de ingenieros e investigadores de la Purdue University de Estados Unidos ha dado un paso trascendente hacia la superación de los obstáculos que impedían el desarrollo comercial de los denominados metamateriales hiperbólicos, abriendo el camino para innumerables avances en el campo de la óptica. Los progresos que permitiría este nuevo enfoque incluyen microscopios ultrapotentes y aplicaciones para computadoras y paneles solares, entre otras posibilidades. Dieciséis capas alternas de aluminio y óxido de zinc permiten optimizar las propiedades de estos metamateriales con aplicación en el terreno de la óptica. Imagen: opticanet-la.com Los metamateriales hiperbólicos podrían ser próximamente una realidad gracias a los resultados obtenidos en una investigación llevada a cbo por especialistas de la Purdue University de Estados Unidos. Esto significaría una verdadera revolución en el terreno de las aplicaciones ópticas, permitiendo el desarrollo de microscopios más avanzados y de dispositivos más eficaces en el campo de la informática y la energía solar, por ejemplo. Según los responsables de la investigación, se ha logrado crear esta clase de metamateriales sin el tradicional agregado de plata o de oro, haciendo más sencillo y económico el proceso. Los resultados de este trabajo se han difundido a través de una nota de prensa de Purdue University, y también se han desarrollado en un artículo recientemente publicado en el medio especializado Proceedings of the National Academy of Sciences. Alexandra Boltasseva, profesora asistente de ingeniería eléctrica e informática en Purdue University y una de las líderes de la investigación, señaló que el uso de oro y plata ha retrazado la aplicación industrial de los metamateriales hiperbólicos, debido a los altos costes y a la incompatibilidad con los procesos de fabricación de semiconductores. Al mismo tiempo, los metales no transmiten la luz de manera eficiente, haciendo que gran parte de ella se pierda. Los investigadores de Purdue University han sustituido los metales por múltiples capas de óxido de cinc y aluminio, desarrollando un enfoque completamente nuevo para la creación de metamateriales ópticos, que ofrece ventajas importantes. Microscopios ultrapotentes En líneas generales, los metamateriales hiperbólicos están conformados habitualmente por capas de metal separadas por un material dieléctrico. Ahora, los ingenieros a cargo de esta investigación han creado un nuevo metamaterial constituido por 16 capas alternas de aluminio y óxido de zinc. El nuevo enfoque no sólo aporta un mayor rendimiento, sino que también es compatible con los semiconductores empleados en la actualidad. La lista de posibles aplicaciones de estos metamateriales hiperbólicos incluye el desarrollo de microscopios ópticos diez veces más potentes que los utilizados actualmente. Gracias a este adelanto, los nuevos microscopios serían lo suficientemente precisos como para permitir observar objetos tan pequeños como el ADN. Además, los metamateriales servirían para producir sensores avanzados; colectores solares más eficientes, aplicaciones para computación cuántica y dispositivos de seguridad. Boltasseva expresó que este hallazgo permite optimizar las propiedades ópticas de los metamateriales, un avance que podría acelerar su comercialización. Asimismo, el ajuste de las propiedades también incluiría una funcional capacidad de cambio, marcando el comienzo de una nueva clase de metamateriales capaces de transformarse en hiperbólicos y no hiperbólicos a través de un simple interruptor. Metamateriales con función dual Con estas características ya desarrolladas en su máxima expresión, podría nacer una nueva familia de dispositivos con la propiedad de ser dieléctricos o metálicos al mismo tiempo, variando su condición con una sencilla aplicación. Esto daría lugar a grandes cambios en la funcionalidad de los dispositivos ópticos. Los avances obtenidos mediante la combinación del aluminio y el óxido de zinc permiten que los metamateriales se comporten como un metal en ciertas longitudes de onda y como un material dieléctrico en otras longitudes de onda. En el mismo sentido, las condiciones de los nuevos metamateriales permitirían captar mayores dosis de luz, facilitando el desarrollo de una nueva generación de dispositivos para aplicaciones de energía solar. Las actuales tecnologías ópticas se encuentran limitadas en este punto, debido a que para controlar eficazmente la luz los componentes deben superar el tamaño de las longitudes de onda de la luz. Los nuevos metamateriales son capaces de guiar y controlar la luz en todas las escalas, incluyendo la escala nanométrica. A diferencia de los materiales naturales, los metamateriales son capaces de reducir el índice de refracción a valores mínimos. Cada material tiene su propio índice de refracción, que define por ejemplo el grado de disminución de la velocidad de la luz al pasar a través del mismo. Los nuevos metamateriales logran que el índice de refracción oscile entre cero y uno, lo que posiblemente permitirá nuevas aplicaciones, incluyendo las hiperlentes necesarias para incrementar la potencia de los microscopios.

Un equipo español del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), en colaboración con el Massachussets Institute of Techology de Estados Unidos, el Max Planck Institute for Polymer Research de Alemania y Graphenea S.L. de Donostia-San Sebastián, muestran en Nature Physics que el grafeno es capaz de convertir un fotón absorbido en múltiples electrones que pueden conducir corriente eléctrica. Este prometedor descubrimiento convierte el grafeno en una importante alternativa para la tecnología de energía solar, actualmente basada en semiconductores convencionales como el silicio. “En la mayoría de los materiales, un fotón absorbido genera un solo electrón, pero en el caso del grafeno hemos visto que un fotón absorbido es capaz de producir muchos electrones excitados, y por lo tanto una señal eléctrica mayor” explica Frank Koppens, líder del grupo de la investigación en ICFO. Esta característica hace del grafeno el ladrillo ideal para la construcción de cualquier dispositivo que quiera convertir la luz en electricidad. En particular, permite la producción de potenciales células solares y detectores de luz que absorban la energía del sol con pérdidas mucho menores. El experimento ha consistido en mandar un número conocido de fotones a diferentes energías sobre una capa fina de grafeno. “Hemos visto que los fotones de alta energía –por ejemplo, los de color violeta– inducen un mayor número de electrones excitados que los fotones de baja energía –por ejemplo, los infrarrojos–”, explica Klass-Jan Tielrooij, investigador del ICFO que ha realizado el experimento. Simulación artística de una hoja de grafeno ondulada. (Foto: Jannik Meyer (Universidad de Manchester)) “En ambos casos siempre era igual o superior al número de fotones mandado –prosigue–. Esta relación nos muestra que el grafeno convierte la luz en electricidad con una eficiencia muy alta. Hasta ahora se especulaba que el grafeno tenía un gran potencial para convertir luz en electricidad, pero ahora hemos visto que es incluso mejor de lo esperado”. Aunque aún hay algunos aspectos que los científicos están tratando de mejorar, como la baja absorción del número de fotones, el grafeno tiene el potencial de provocar cambios radicales en muchas tecnologías actualmente basadas en semiconductores convencionales. "Se sabía que el grafeno es capaz de absorber un espectro muy grande de colores de la luz. Sin embargo, ahora sabemos que una vez el material ha absorbido esta luz, la eficiencia de conversión de energía es muy alta. Nuestro próximo reto será encontrar formas para extraer la corriente eléctrica y mejorar la absorción del grafeno. Entonces seremos capaces de diseñar dispositivos de grafeno que detectan la luz de manera más eficiente, dando paso a células solares más eficientes ", concluye Koppens. Botellas, envases, mobiliario… todo de plástico. Y es que hoy se nos hace difícil imaginarnos nuestras vidas sin el material que revolucionó la tecnología del siglo pasado. Todo parece indicar que en las próximas décadas se va a vivir un cambio de paradigma con el grafeno similar al que ocurrió con el plástico el siglo pasado. Móbiles que se pliegan, placas solares trasparentes y flexibles, ordenadores muy delgados… se podrán desarrollar con grafeno. Las industrias y autoridades están convencidos de su gran potencial para revolucionar la economía mundial. Tal es así que la Unión Europea acaba de comprometer una inyección de 1.000 millones de euros para su desarrollo. (Fuente: ICFO)

El agua en la encrucijada Descubren una nueva fase del agua, entre el estado líquido y el gaseoso. Observan un nuevo cambio de fase para el agua cuando esta se mezcla con otras moléculas formadas por cadenas hidrófobas de más de cuatro átomos de carbono. [Wikimedia Commons] La presencia de agua representa la condición necesaria para que la vida, tal como la conocemos, pueda prosperar en cualquier lugar del universo. Y a pesar de su aparente sencillez, esta molécula formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno presenta innumerables propiedades físicas y químicas que resultan anómalas si la comparamos con otras sustancias naturales. Así pues, la comprensión de su intrigante comportamiento es importante para entender no tan solo la vida, sino también el material del que estamos hechos, como las proteínas y otras biomoléculas. Investigadores de la Universidad Purdue en Estados Unidos han demostrado que, en presencia de moléculas de alcohol con largas cadenas hidrófobas (que repelen el agua), el compuesto natural más común en la Tierra puede adoptar un nuevo estado que se situaría entre el líquido y el gaseoso. El estudio, publicado en la revista Nature, revela que en presencia de cadenas de más de cuatro átomos de carbono, el agua se transforma en una estructura completamente nueva a medida que la temperatura aumenta. En cambio, si el alcohol contiene cadenas hidrófobas cortas, el agua asume una estructura más bien sólida. Desde un punto de vista biológico, estos resultados sugieren que el agua podría cambiar su manera de interactuar con regiones diferentes en función de la temperatura, por lo que el estudio de esta nueva fase podría ayudar a la comprensión de la forma y función de las biomoléculas, por ejemplo, en el cuerpo humano. «La transformación de estado observada para el agua podría estar ocurriendo en nuestro interior y alrededor de importantes moléculas como los fosfolípidos y las proteínas, que contienen tanto regiones hidrófobas como hidrófilas», apunta Dor Ben-Amotz, investigador responsable del trabajo. Además, el hallazgo añade nuevos conocimientos a un debate científico que empezó hace más de 70 años sobre la posible formación de vapor o de cristales de hielo a escalas submicroscópicas cuando el agua interactúa con compuestos hidrófobos como el aceite. «Esta cuestión no tenía respuesta hasta que nuestros resultados experimentales han podido ver los ligeros cambios de fase en la estructura del agua. Y sorprendentemente, hemos visto que ambas posibilidades son válidas, por lo que el estado del agua depende del tamaño de los mismos compuestos hidrófobos», concluye el investigador.

Nanotubos de carbono permiten el almacenamiento indefinido de energía La tecnología, creada por ingenieros del MIT, es más económica y eficiente que otras aplicaciones Ingenieros y científicos del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), en Estados Unidos, han desarrollado una tecnología basada en nanotubos de carbono y destinada al almacenamiento de energía. La aplicación permite un almacenamiento energético indefinido, con dispositivos que se recargan por la exposición al sol. Además, es más económica que las opciones empleadas en la actualidad. Este nuevo enfoque podría revolucionar las tecnologías relacionadas con el almacenamiento de energía solar. Imagen: Grossman/Kolpak. Ingenieros e investigadores del MIT han desarrollado una innovadora tecnología para el almacenamiento de la energía solar que no se degrada y supone un coste menor que el de otras alternativas. El nuevo enfoque utiliza nanotubos de carbono, que se recargan al estar expuestos al sol. Este innovador método soluciona varios de los inconvenientes habituales relacionados con el almacenamiento de la energía solar, mediante el uso de productos químicos. Además supone ventajas significativas con respecto a la conversión eléctrica o al uso de recipientes térmicos aislados. El almacenamiento a través de productos químicos puede extenderse por largos períodos de tiempo sin perder ningún porcentaje de la energía almacenada. El problema con este enfoque hasta hoy ha sido que los productos químicos, necesarios para realizar esta conversión y el almacenamiento, se degradan después de algunos ciclos, como sucede por ejemplo con el rutenio, que es además muy costoso. Sin embargo, el grupo de investigación del MIT, liderado por los especialistas Jeffrey Grossman y Alexie Kolpak, ha desarrollado un nuevo enfoque con fulvalene diruthenium, una molécula conocida por los científicos como la mejor alternativa química para el almacenamiento de energía solar, ya que permite el desarrollo de dispositivos que no se degradan. Más económico y eficiente Grossman señala, además, que cuando se avance en una mejor comprensión de este proceso se podrá acelerar la búsqueda de otros compuestos, hechos de materiales abundantes y baratos, que podrían ser utilizados de la misma manera y con la misma eficacia para el almacenamiento de energía solar. El trabajo desarrollado en el MIT ha sido difundido a través de una nota de prensa del propio instituto de investigación, y además fue resumido en un artículo publicado recientemente en la revista especializada Nano Letters. El enfoque empleado por Grossman y Kolpak a partir de fulvalene diruthenium hace uso de nanotubos de carbono, diminutas estructuras tubulares de carbono puro, que se combinan con un compuesto llamado azobenceno. Las moléculas resultantes de esta interacción incluyen nuevas propiedades que no están disponibles en los materiales por separado. El nuevo sistema no solamente es menos costoso que el rutenio, por ejemplo, sino que también es mucho más eficiente en el almacenamiento de energía en una determinada cantidad de espacio. La efectividad es cerca de 10.000 veces más alta en términos de densidad volumétrica de energía, según los especialistas. De esta forma, la densidad de energía obtenida es comparable a la presente en las baterías de litio-ion. En consecuencia, los procesos energéticos ligados a la energía solar podrían verse claramente beneficiados con este nuevo enfoque. Importantes ventajas Asimismo, mediante el uso de métodos de nanofabricación es posible controlar las interacciones entre las moléculas, el aumento de la cantidad de energía que se puede almacenar y la longitud de tiempo durante el que se debe realizar el almacenamiento. Además, cada variable se puede controlar de manera independiente. Una de las grandes ventajas del nuevo enfoque para aprovechar la energía solar es que simplifica el proceso, mediante la combinación de la recolección y almacenamiento de energía en un único paso. Se trata de una alternativa que no se degrada y que puede trabajar en forma indefinida, además de ser económica. Una limitación, sin embargo, es que aunque este método es útil para aplicaciones de calefacción, en el caso de la producción de electricidad se requiere también un proceso de conversión, el uso de dispositivos termoeléctricos o la producción de vapor para poner en marcha un generador. Según Grossman, el método diseñado es un concepto general que se puede aplicar a muchos nuevos materiales que ya han sido sintetizadas por otros investigadores para diferentes aplicaciones. Ahora será necesario adaptar sus propiedades para el almacenamiento de energía solar térmica, permitiendo que esta nueva tecnología amplíe en mayor medida su impacto y aplicación.

Usan alas de mariposas para duplicar la producción de gas de hidrógeno Las especies utilizadas poseen alas que funcionan como “paneles solares” En los diseños de la naturaleza podría estar la solución para aumentar la producción de gas de hidrógeno, uno de los combustibles ecológicos más prometedores. Así lo demuestra una investigación desarrollada por un grupo de ingenieros de la Universidad Shanghai Jiao Tong de China. El trabajo avanza en el uso de alas de distintas especies de mariposas como inspiración para una nueva tecnología, logrando duplicar la producción de gas de hidrógeno a partir de agua y luz solar. Diseños inspirados en las alas de mariposas podrían colaborar en el avance del gas de hidrógeno como combustible ecológico. Imagen: American Chemical Society. Las alas de algunas variedades de mariposas podrían ser la base para el desarrollo de una nueva tecnología de producción de gas de hidrógeno a partir de agua y luz solar, que lograría duplicar la producción obtenida a través de los métodos actuales. Este avance ha sido realizado por un grupo de ingenieros de la Universidad Shanghai Jiao Tong, en China, y permitiría el desarrollo de uno de los combustibles alternativos con mayor futuro. Las alas de las mariposas se ubican entre las estructuras más delicadas de la naturaleza, pero sin embargo han brindado a los investigadores una poderosa fuente de inspiración para una nueva tecnología que logra duplicar la producción de gas de hidrógeno, un combustible verde con amplias aplicaciones, a partir del agua y la luz del sol. Los investigadores chinos presentaron recientemente sus hallazgos en San Diego, Estados Unidos, el pasado 26 de marzo en la edición 243 del encuentro nacional y exposición de la American Chemical Society (ACS). Así se ha difundido a través de un artículo publicado en el portal de la ACS y de una nota aparecida en el medio especializado Science Daily. Tongxiang Fan, líder del equipo de ingenieros y científicos, señala que se utilizaron para el estudio dos mariposas “cola de golondrina”, en concreto las variedades Troides aeacus y Papilio helenus Linnaeus, como modelos para el desarrollo de una nueva tecnología de producción de gas de hidrógeno. Paneles solares naturales Considerando que la búsqueda de fuentes renovables de energía es uno de los grandes desafíos globales del siglo XXI, la tecnología resulta muy prometedora para la producción de gas de hidrógeno, un combustible limpio que se puede obtener a partir de luz solar y agua. Mejorar la efectividad de los colectores solares resulta vital para poder incrementar la producción de este combustible. Pensando justamente en lograr que esta tecnología sea más práctica, Fan y su equipo han empleado a las alas de mariposas en su búsqueda para obtener paneles solares más eficientes. De esta forma, Fan destacó que “advertimos que la solución a este problema puede haber existido durante millones de años, revoloteando justo en frente de nuestros ojos”. En ese camino, comprobaron que las alas negras de algunas mariposas funcionan como un colector solar natural que vale la pena estudiar e imitar, teniendo en cuenta sus importantes índices de efectividad. Los ingenieros utilizaron un microscopio electrónico para revelar los detalles más escondidos en la arquitectura de las alas negras de las mariposas, en las cuales el color cumple un papel primordial, porque absorbe la máxima cantidad de luz solar posible. Los científicos ya sabían que las alas de las mariposas contienen pequeñas escamas naturales que sirven como colectores solares para que estos insectos, que no pueden generar suficiente calor a partir de su propio metabolismo, puedan permanecer activos durante los períodos de bajas temperaturas. Cuando las mariposas extienden sus alas, estos colectores solares naturales absorben la luz del sol y calientan el cuerpo del insecto. Producción duplicada Los investigadores intentan desentrañar los secretos escondidos en las alas negras de las mariposas, para conocer con precisión como absorben la luz solar. Inicialmente se pensó que esta característica se debía a la profundidad del color negro, debido a un pigmento llamado melanina, que también se produce en la piel humana. Sin embargo, las evidencias comenzaron a indicar que la estructura y el diseño de las alas no deben ser ignorados. De esta forma, se apreció la presencia de escamas rectangulares superpuestas, como si se tratara de tejas en el techo de una casa. Esta configuración y los surcos existentes en las alas ayudan a canalizar la luz solar, según explicó Fan. Con posterioridad a este descubrimiento, los investigadores crearon modelos de computadora para confirmar este efecto de filtrado. Profundizando en la investigación, emplearon alas reales de mariposas como estructuras para recoger la luz del sol, a modo de pequeñas plantillas para sintetizar energía solar. Al avanzar en el desarrollo de un catalizador que imita la estructura de las alas de mariposas y emplea dióxido de titanio para dividir las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno, comprobaron que la producción de gas de hidrógeno se duplica en comparación a otros dispositivos actuales. Los resultados demuestran la efectividad de estos diseños inspirados en la naturaleza para avanzar hacia un mayor desarrollo de las energías alternativas.

La combinación de robótica, vídeo, sensores, y tecnologías de visualización mejora el realismo de las teleconferencias Un equipo de científicos europeos ha desarrollado, en el marco del proyecto Beaming, un sistema para teleconferencias que aumenta exponencialmente el realismo de estos encuentros. Utilizando tecnologías pertenecientes a la realidad virtual inmersiva, los investigadores han conseguido simular la sensación de estar en otro lugar. De este modo, quedan en el pasado las conexiones de sonido ruidosas o las imágenes desenfocadas propias de las teleconferencias. Las conexiones de sonido ruidosas y las cámaras web desenfocadas son cosa del pasado, pues la tecnología de videoconferencia ha dado un gran salto cualitativo. La combinación de robótica, vídeo y numerosos sensores y tecnologías de visualización realizada por un equipo de científicos europeos ha permitido que sea posible “teletransportarse” virtualmente a espacios en el otro extremo del planeta. Puede sonar a ciencia–ficción, pero este método nuevo permite que las sensaciones sean las de estar presente al otro lado. La teleconferencia, la videoconferencia y los intercambios vía web son ya normales en la mayoría de las multinacionales. Pero en realidad no complacen a nadie, ya que nada es comparable a la sensación de un verdadero encuentro cara a cara. “Cuando nos encontramos con gente en carne y hueso es posible extraer información sutil de expresiones faciales, peculiaridades o quién observa a quién», explicó Stephen Dunne de Starlab (España). “Existe una enorme cantidad de comunicación no verbal que se pierde incluso con la tecnología de videoconferencia de mayor calidad. No es posible dar un apretón de manos o decidir explorar la habitación, por ejemplo”, afirma Dunne. Investigadores de toda Europa participantes en un proyecto científico financiado con fondos europeos han conjugado una serie de tecnologías digitales que podrían transportar a alguien a una sala que esté incluso en las antípodas. Por primera vez ha sido posible cerrar un trato con un apretón de manos entre dos personas separadas por miles de kilómetros. En realidad no se trata de una teletransportación en sentido estricto, sino que el proyecto Beaming (“Teletransportación con medios aumentados aplicados a reuniones naturales en red”) utiliza técnicas y tecnologías pertenecientes a la realidad virtual inmersiva para simular la sensación de estar en otro lugar. Al otro lado de la línea, el usuario es representado por un avatar -un robot a tamaño natural, por ejemplo- que realiza la labor de los ojos, los oídos y la boca. El “viajero” teletransportado cuenta con numerosos sensores y su cabeza queda cubierta por una pantalla envolvente. Este proyector permite ver y oír todo lo que el avatar robótico ve mediante su videocámara, escuchar por sus micrófonos y además contestar como si se estuviese en su lugar. Un movimiento de la cabeza desplaza también la del robot y la voz se reproduce de forma idéntica. Hay sensores de movimiento situados en los brazos que detectan los movimientos para que los del robot los repita. Si alguien toca las manos del robot, la presión se transmite hacia una almohadilla de presión colocada en la mano del conferenciante. Imagen: Shutterstock. Fuente: CORDIS. La tecnología se ha probado en la práctica en una entrevista pionera realizada entre un científico del proyecto y un periodista de la BBC situados respectivamente en España y en el University College de Londres (Reino Unido). El periodista logró entrevistar al científico e incluso “chocar sus cinco” al final de la exhibición. La tecnología actual crea el mercado del futuro “Lo que hemos logrado es una demostración real de lo que es posible con las tecnologías disponibles en la actualidad”, explicó el Sr. Dunne, coordinador del proyecto Beaming. “Utilizamos productos disponibles comercialmente y los combinamos de manera innovadora. No se trata de un desarrollo tecnológico pionero, pero sí que es innovador por cuanto demuestra la gran capacidad que ofrece la coordinación de distintos canales de comunicación para lograr resultados apasionantes”. Una de las tareas de mayor envergadura de los socios de Beaming fue el desarrollo de un marco de arquitectura de datos para el sistema. En él se define la compresión y la transmisión de los datos visuales, sonoros, de movimiento y presión entre el “viajero” y su entorno remoto. También establece la forma en la que el modelo tridimensional remoto debe generarse para que el “viajero” logre transmitir una sensación de presencia intensa. “El objetivo del marco consiste en lograr que Beaming sea completamente independiente del hardware o del software utilizado”, explicó el Sr. Dunne. “Se podrá utilizar cualquier tipo de robot o sensor, por ejemplo. También nos hemos propuesto definir la cantidad mínima de datos necesaria para que la experiencia de Beaming no deje de ser completamente inmersiva”. Información emocional A pesar de que los dispositivos para la cabeza, las almohadillas de presión y las interfaces gráficas tridimensionales son capaces de generar una sensación intensa de encontrarse en otra ubicación, es necesario además conocer lo que sienten al otro lado de la línea, por ejemplo, aquellos sentados alrededor de una mesa que han de interactuar con el avatar. Hablar a un robot con voz humana puede resultar desconcertante. “Le dimos importancia a lograr que la interacción fuese lo más natural posible. Con independencia de si se interactúa con un robot o con otro tipo de avatar virtual queríamos proporcionar una experiencia natural que no se interpusiese a la comunicación normal”, explicó Dunne. Una mejora sencilla fue dotar al robot de unos rasgos faciales más expresivos. El equipo sustituyó los ojos mecánicos del robot por una pantalla LCD. “Utilizamos gráficos para los ojos y la boca porque aparentan mucha más naturalidad. La sensación de tranquilidad que transmite un robot es mayor si se le mira a los ojos y éstos son normales. Es más sencillo pasar por alto que están tratando con una máquina”, aclaró el Sr. Dunne. La investigación sigue en marcha dedicada a estudiar formas de registrar y transmitir datos sobre el estado fisiológico y emocional entre los participantes de la comunicación. Con este fin se llevaron a cabo experimentos para conocer hasta qué punto la frecuencia cardíaca, las expresiones faciales e incluso las ondas cerebrales del comunicante son capaces de transmitir información sobre su estado emocional. La tecnología actual puede programarse para aprovechar esta información y reconocer estados emocionales básicos como por ejemplo la diferencia entre el estrés y la tranquilidad. El reto ahora pasa por comunicar las señales a todos los implicados mediante el avatar. ¿Quedarán los viajes relegados al pasado? “No estamos diciendo que Beaming cambiará radicalmente las reuniones o que permitirá ahorrar millones de toneladas de dióxido de carbono debido a que ya no será necesario viajar -aclaró el Sr. Dunne-, pero creemos que la idea de "teletransportar" a alguien a otra ubicación en la que pueden moverse e interactuar mediante un robot podría ser útil inicialmente en algunas aplicaciones muy concretas”. “Es ideal para trasladar a una persona con capacidades o conocimientos específicos a otro lugar”, continuó el Sr. Dunne. “Permite una inmersión física total en el destino, sentir dicho entorno e interactuar con él. Consideramos que podría ser eficaz para que cirujanos de primera línea se "teletransporten" a quirófanos de todo el mundo y compartan sus capacidades y conocimientos e incluso lleven a cabo operaciones” “Como proyecto, nuestro objetivo es demostrar que este tipo de viaje e interacción virtual es posible. Ahora corresponde a cada socio convertir los resultados en aplicaciones y productos reales. Nos alejamos del ámbito de la curiosidad científica para estudiar los servicios posibles”, concluye el investigador. El proyecto Beaming recibió 9,2 millones de euros (de un presupuesto total de 12,4 millones de euros) para investigación por medio del Séptimo Programa Marco (7PM) de la Unión Europea.

Paso clave para desentrañar el misterio de los superconductores de alta temperatura Aunque el fenómeno de la superconductividad (en el que algunos materiales pierden su resistencia eléctrica cuando son sometidos a temperaturas extremadamente bajas, cerca del Cero Absoluto) se conoce desde hace más de un siglo, la temperatura a la que dicho fenómeno aparece en los materiales probados hasta ahora ha seguido siendo demasiado baja como para usarlo en aplicaciones prácticas a gran escala. El hallazgo de superconductores de "alta temperatura" en la década de 1980 (materiales que pueden perder su resistencia eléctrica a temperaturas tan "altas" como 140 grados centígrados bajo cero) hizo que se especulara sobre una posible oleada de nuevos descubrimientos que condujeran rápidamente a superconductores capaces de funcionar a temperatura ambiente. A pesar de la intensa labor de investigación realizada en esa dirección, es muy poco lo que se ha logrado averiguar sobre estos materiales en los años transcurridos desde entonces. Todavía no hay consenso para forjar una única teoría que explique la superconductividad de alta temperatura. Recientemente, sin embargo, unos investigadores han encontrado una nueva forma de estudiar las ondas fluctuantes de densidad de carga, las cuales son la base de una de las principales teorías. Los investigadores creen que esto podría ayudar a conocer mejor la superconductividad de alta temperatura y tal vez conducir a nuevos hallazgos de superconductores a temperaturas más altas. Explicar el fundamento esencial de la superconductividad de alta temperatura sigue siendo un problema difícil en la física. Pero un modo de intentar esclarecer este exótico estado de la materia es estudiar qué le sucede a estos materiales cuando están cerca de su temperatura de transición, el punto por debajo del cual se convierten en superconductores. Experimentos anteriores habían mostrado que por encima de la temperatura de transición existe un estado peculiar en que el material comienza a comportarse de forma muy rara: Sus electrones actúan de maneras inusuales, algo que algunos físicos creen que es causado por un fenómeno vinculado a las ondas de densidad de carga. Aunque la densidad de electrones es uniforme en la mayoría de los conductores, en materiales con ondas de densidad de carga la densidad se distribuye en un patrón sinusoidal, de modo semejante a ondas en un estanque al que se ha tirado una piedra. Pero hasta el momento, sólo se han detectado tales ondas de densidad de carga en superconductores de alta temperatura sometidos a circunstancias especiales, tales como un nivel particular de dopaje (la introducción de átomos de otro elemento en su superficie) El nuevo método de los investigadores del MIT para observar el movimiento de las ondas de densidad en un material superconductor llevó a la detección de dos tipos diferentes de variaciones en esas ondas: Cambios en la amplitud, o intensidad, y cambios de fase. (Imagen: Cortesía de los investigadores) Algunos investigadores han propuesto que estas ondas son difíciles de detectar en los superconductores de alta temperatura porque fluctúan con mucha rapidez, en cuestión de picosegundos (billonésimas de segundo), algo demasiado fugaz para ser percibido mediante técnicas convencionales. Aquí es donde entra en escena el nuevo enfoque del equipo de Nuh Gedik y Fahad Mahmood, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Darius Torchinsky del Instituto Tecnológico de California (Caltech), y Anthony Bollinger e Ivan Bozovic del Laboratorio Nacional de Brookhaven, en Upton, Nueva York, en Estados Unidos todas estas instituciones. Este grupo ha dedicado años a perfeccionar métodos para estudiar el movimiento de los electrones mediante la estrategia de disparar contra ellos pulsos láser de sólo unos pocos femtosegundos (milbillonésimas de segundo), y detectar los resultados de esa acción recurriendo a un haz láser distinto. Usando esta técnica, los investigadores han detectado ahora esas intrigantes ondas fluctuantes. O por lo menos las han detectado en el compuesto de cuprato con el que han hecho los experimentos, y que pertenece a la clase de materiales superconductores de alta temperatura que fue la primera en ser descubierta, en la década de 1980. Estas mediciones muestran a ondas de densidad de carga fluctuando a un intervalo de sólo unos 2 picosegundos. Quedaba pendiente otra cuestión: ¿Qué papel, de existir alguno, desempeñan estas ondas de densidad de carga en la superconductividad? ¿Ayudan o interfieren? Para responder a esta pregunta, los investigadores estudiaron el mismo material, con un dopaje óptimo, en el que se maximiza la temperatura de transición a la superconductividad. Y no han visto evidencia alguna de ondas de densidad de carga en esta muestra. Esto sugiere que las ondas de densidad de carga probablemente compiten con la superconductividad. Sí queda pendiente de averiguar si este mismo fenómeno se puede observar en otros materiales superconductores de alta temperatura. La nueva técnica debería hacer posible aclarar la cuestión.

Crean el microscopio de luz ultravioleta extrema más avanzado del mundo Se denomina SHARP, y podría revolucionar el campo de la nanoelectrónica Ingenieros y científicos de Berkeley Lab han desarrollado un nuevo microscopio de luz ultravioleta extrema (EUV) cuyas funciones lo convierten en el dispositivo de este tipo más avanzado a nivel mundial. Se denomina SHARP, y podría cumplir un papel clave en la próxima generación de biochips, cambiando para siempre el universo de la nanoelectrónica. Recreación del funcionamiento del microscopio SHARP. Berkeley Lab. SHARP es el nuevo microscopio de luz ultravioleta extrema (EUV) desarrollado por especialistas del Berkeley Lab que podría abrir una nueva etapa en el terreno de la nanoelectrónica. El dispositivo ha sido considerado como el más avanzado en su campo del planeta, y podría propiciar un mayor impulso para el desarrollo de una nueva generación de biochips. Los expertos en el terreno de la nanoelectrónica sostienen que, año tras año, el número de transistores que caben en un chip se duplica. Esto evidencia que la electrónica mantiene una fuerte tendencia hacia los desarrollos a nanoescala, ya sea en dispositivos como teléfonos inteligentes, reproductores de MP4 o tabletas, entre otros. De esta manera, las tecnologías electrónicas en el nanomundo parecen no tener límites, y podrían dar lugar a la producción de dispositivos más potentes y menos costosos. Sin embargo, su desarrollo depende de herramientas que permitan amplias funciones en longitudes de onda de luz muy específicas. SHARP es un microscopio de luz ultravioleta extrema (EUV), que podrá cumplir una tarea muy importante en el terreno de la fotolitografía, el proceso central en la creación de chips de ordenadores. El proyecto cuenta con un presupuesto de 4,1 millones de dólares, y un tiempo de un año y medio para su optimización. Producción en masa de semiconductores a nanoescala La dirección del equipo de especialistas corresponde a Kenneth Goldberg, del Center for X-Ray Optics (CXRO), y además el microscopio trabaja en paralelo con las herramientas existentes en el Berkeley Lab's Advanced Light Source (ALS). Este nuevo desarrollo fue difundido a través de una nota de prensa del Berkeley Lab, y además fue resumido en un artículo del medio especializado Science Daily. Según Goldberg, la luz EUV presenta grandes dificultades para el trabajo, requiriendo de materiales complejos. En vez de lentes de cristal, los sistemas ópticos EUV se basan principalmente en espejos especializados a escala atómica, que deben seguir determinadas condiciones ambientales para mantener su eficiencia y alta reflectividad. Aunque existen actualmente dispositivos similares con un buen funcionamiento, SHARP superará su desempeño en todos los ámbitos: control de la resolución, velocidad, calidad de la iluminación y otros. Sin embargo, antes de transformarse en una herramienta comercialmente disponible, este microscopio requerirá años de investigación, más allá de este proyecto concreto de estudio ahora desarrollado. Pero, ¿cuál será la aplicación concreta de dispositivos como el microscopio SHARP? En pocos años, los semiconductores se presentarán en dimensiones de 16, 11, u ocho nanómetros. Para poder producirlos en masa, la industria está impulsando un proceso de fotolitografía EUV, que utiliza luz con una longitud de onda de tan sólo 13,5 nanómetros, o sea 40 veces más pequeña que la luz visible para el ojo humano. Evaluar los dispositivos con mayor exactitud En la fotolitografía, las denominadas fotomáscaras son la clave para la producción en serie. Una serie de fotomáscaras transfieren los patrones del circuito principal que se incorpora a un chip, para crear dispositivos semiconductores. Las fotomáscaras cumplen una función similar a los negativos en la fotografía tradicional, o a las páginas maestras en una fotocopiadora. Para Goldberg, los microscopios avanzados que se utilizan actualmente pueden tener una resolución excelente, pero no pueden detectar la longitud de onda de la luz ultravioleta extrema (EUV), impidiendo el trabajo con el máximo detalle que se requiere en estos casos. De esta forma, el nuevo microscopio permitirá a los investigadores y a las empresas de producción de semiconductores evaluar con mayor exactitud los defectos y las estrategias de reparación, y también el estado de los materiales y distintas características de los nanodispositivos. El microscopio SHARP será entonces fundamental para evaluar las propiedades de las herramientas actuales y futuras a emplearse en la nanoelectrónica, dando a los investigadores la posibilidad de obtener datos más certeros. SHARP también contará con una gran variedad de lentes, lo que permitirá a los usuarios seleccionar las propiedades de imágenes diferentes que se requieran en cada caso. Las lentes son ligeramente más anchas que un cabello humano.

Una nueva alternativa para el transistor basada en semiconductores que pueden cambiar de estado por medio de magnetismo en lugar de electricidad. Esto podría conducir a la fabricación de circuitos integrados maleables, más eficientes y confiables. Cerradura magnética: En un circuito compuesto de semiconductores de antimonio de indio, un campo magnético puede levantar electrones con carga positiva sobre los agujeros, conectar el aparato, o desviar en los orificios y lo apaga. Imagen: revista Nature El software puede hacer de una computadora un procesador de textos, una súper calculadora o un videoteléfono. Sin embargo el hardware subyacente no cambia. Ahora, un nuevo tipo de transistor que cambia de estados usando el magnetismo en lugar de la electricidad podría hacer los circuitos maleables permitiendo la construcción de dispositivos más eficientes y fiables, desde teléfonos inteligentes hasta satélites. El transistor es el biestable básico en el corazón de todos los dispositivos electrónicos modernos, genealmente se vale de un mínimo voltaje para cambiar de “encendido” a “apagado”. El enfoque de voltaje es altamente fiable y fácil de miniaturizar, pero tiene sus desventajas. Primero, mantener la tensión requiere potencia, lo que aumenta el consumo de energía del microchip. Segundo, el transistor está “cableado” dentro del circuito integrado y no puede ser reconfigurado lo cual significa que se requieren circuitos específicos para fines específicos. Un grupo de investigadores del Korea Institute of Science and Technology (KIST) en Seoul, Corea del Sur, ha desarrollado un circuito que podría solucionar este problema. El dispositivo descripto en un paper publicado en el website de la revista Nature el 30 de enero, utiliza magnetismo para controlar el flujo de electrones a través de un minúsculo puente de material semiconductor “antimonio de indio” (S. Joo et al. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature11817; 2013). Es un “nuevo e interesante giro en cómo implementar una puerta lógica”, dice Glan Salis un físico en el IBM’s Zurich Research Laboratory en Suiza. El puente tiene dos capas, una inferior con un exceso de huecos cargados positivamente y una cubierta superior llena, predominantemente, con electrones cargados negativamente. Gracias a las inusuales propiedades del “antimonio de indio”, los investigadores pueden controlar el flujo de electrones a través del puente usando un campo magnético perpendicular. Cuando ellos configuran el campo en una dirección, los electrones son desviados de la cubierta inferior y fluyen libremente. Cuando el campo magnético cambia de dirección los electrones colisionan con la capa inferior y se recombinan con los huecos – cerrando, efectivamente, la circulación de electrones. Un “hueco” o agujero de electrones: En física del estado sólido, un agujero de electrones (generalmente referido simplemente como un agujero) es la ausencia de un electrón de una capa de electrones de otro modo completa. Un agujero es en esencia una forma de conceptualizar las interacciones de los electrones dentro de un sistema casi completo,. En algunos aspectos, el comportamiento de un agujero dentro de una red cristalina semiconductora es comparable a la de la burbuja en una botella llena de agua Cuando un electrón deja un átomo de helio, crea un agujero de electrones en su lugar. Esto hace que el átomo de helio pase a estar cargado positivamente La habilidad de un biestable magnético de mantener abierto o cerrado su estado sin requerir presencia de voltaje “podría conducir a una gran reducción del consumo de energía”, dice el coautor del estudio Jin Dong Song un físico del KIST. Aún más impresionante, el biestable magnético “puede ser manipulado como software”, dice, simplemente cambiando el campo magnético para activar o desactivar un circuito. Un teléfono celular podría, por ejemplo, reprogramarse a nivel de los circuitos binarios para procesar video mientras el usuario mira un clip en YouTube, luego cambiar el comportamiento del circuito integrado para volverlo al procesamiento de señales para tomar llamadas telefónicas. Esto reduciría en gran medida el volumen y tamaño de los circuitos necesario dentro del teléfono. Esta lógica configurable sería invaluable a nivel de satélites, agrega Mark Johnson del Naval Research Laboratory en Washintong DC, un coautor del paper. Si una parte de un circuito integrado falla en órbita, otro sector del mismo podía simplemente ser reprogramado para hacerse cargo de las funciones del circuito afectado. “Habría solucionado el problema sin moverse de la tierra” afirma. El problema, sin embargo, radica en como integrar la lógica magnética a la tecnología basada en silicio. Esto podría no ser fácil. Por un lado, el antimonio de indio, el semiconductor crucial para el circuito, no se presta bien a los procesos de fabricación utilizados para los procesos de fabricación de la electrónica actual, dice Junichi Murota, invetigador en nanoelectrónica en Tohoku University en Japón. Sin embargo But Johnson dice que, eventualmente, sería posible construir puentes similares usando silicio como semiconductor. La integración de los imanes en miniatura necesarios para controlar los dispositivos en un chip normal no sería fácil. Las empresas deberían ser capaces de resolver estos problemas, pero eso ocurrirá sólo si se deciden que los dispositivos valen la pena, dice Salis. Por el momento, añade, no está claro si los dispositivos se comportarán bien en los tamaños necesarios para la fabricación de microchips - mucho más pequeña que las dimensiones micrométricas de los prototipos. Sin embargo, según Johnson, el magnetismo ya está imponiendo en el diseño de circuitos . Algunos dispositivos avanzados están comenzando a utilizar una versión magnética de memoria de acceso aleatorio, un tipo de memoria que históricamente se ha construido sólo con transistores convencionales. "Creo que el cambio ya está en marcha", dice.