Hola a todos. Bienvenidos a mi post. Hoy quiero hablarles acerca de grandes desafíos para la ciencia moderna. Comencemos:
El ritmo actual de los avances científicos estimula nuestra imaginación y nos hace vislumbrar un mundo futuro radicalmente diferente al que vivimos: vacunas contra el cáncer y las infecciones, energías limpias e inagotables, viajes interestelares, teletransporte... Pero, aún, estos y otros desafíos están lejos de conseguirse. No sucede lo mismo con otras líneas de investigación que, por su estado actual de desarrollo o por su urgencia social, económica o medioambiental, podrían ver la luz a corto plazo.
10 - La receta (completa) del universo:
¿Cuál es el origen de la masa? ¿Por qué las cosas tienen peso? ¿De qué está hecha la materia oscura? ¿Cómo era el cosmos en el instante de su creación?
Choque revelador
Los físicos que trabajan en el colisionador de hadrones suizo hacen chocar las partículas a velocidades cercanas a la luz para descubrir de qué está hacha la materia oscura del cosmos.
Las preguntas que mencionamos sobre estas líneas están relacionadas con la estructura y la composición del orbe, una cuestión aún por desentrañar. La comunidad astronómica internacional sigue conmocionada por el sorprendente descubrimiento, en 1998, de la energía oscura, que conforma el 74 por ciento del universo y está acelerando su expansión. No tienen idea de qué puede ser. También se sabe que una no menos enigmática materia oscura ocupa el 22 por ciento de la realidad. Solo queda, entonces, un 4 por ciento para toda la masa presente en todos los objetos que podemos ver directamente. Se cree que la materia oscura está compuesta por partículas masivas que interactúan tan poco con el universo visible que los instrumentos han sido incapaces de detectarla, por eso, los físicos repiten el mismo truco todo el tiempo: hacer estrellar los protones que componen el núcleo de los átomos a velocidades impresionantes dentro de aceleradores como el gran colisionador de hadrones del CERN, en Ginebra (Suiza), y ver qué nuevas divisiones subatómicas esultan de esos choques infernales. Es, más o menos, como darle un martillazo a un reloj para estudiar las piezas que salen volando. Por otro lado, en 1964, el físico Peter Higgs, de la Universidad de Edimburgo, propuso que debía existir un mecanismo capaz de conferir masa a todas las cosas. Bautizado como bosón de Higgs o partícula de Dios (aunque de este mote se lamentan los científicos), sería un elemento omnipresente en el espacio, que se pegaría a las otras partículas durante su viaje por el cosmos. Así ganan su peso. En el 2012 los científicos que trabajan en el CERN y que anunciaron que había pistas de su existencia, ahora lo confirman: "Los resultados preliminares tras analizar todos los datos de 2012 son magníficos, y para mí está claro que estamos ante un bosón de Higgs, aunque todavía nos queda mucho camino para saber exactamente de qué tipo de bosón de Higgs estamos hablando", declaró Joe Incandela, el portavoz del experimento CMS del Laboratorio Europeo de Física de Partículas.
9 - Ascensor espacial:
Cables y montacargas llevarían pasajeros a más de 30000 km. de altura.
Montacargas sideral
La firma japonesa Obayashi planea construir una estrcuctura de 36000 km. de alto mediante nanotubos de carbono.
Tal y como su nombre lo indica, se trata de un elevador adosado a un cable largo, anclado en un extremo al suelo terrestre y, en el otro, a un contrapeso orbital. Su objetivo es transportar carga y pasajeros de manera econónomica y fluida. La idea fue propuesta por primera vez en 1895 por el científico ruso Konstantin Tsiolkovski, quien pensó en una torre gigante unida a un castillo celestial. Para que le contrapeso permanezca estacionario en relación con la Tierra, debe situarse a 35790 km. de altura, un 10 por ciento de la distancia de la Luna. Entonces tardaría 24 horas en completar una órbita, las mismas que precisa nuestro planeta para dar una vuelta completa sobre su eje. El ancla se instalaría en el ecuador, para así aprovechar mejor la fuerza centrífuga terrestre a la hora de mantener tenso el ensamblaje. Y, preferiblemente, cerca del mar para evitar accidentes. Es muy probable que el cable sea de nanotubos de carbono, hebras de moléculas de carbono organizadas en configuraciones hexagonales. Hasta ahora, se han fabricado con una longitud 132 millones de veces mayor que su diámetro. Pero la fibra más larga que existe de ese material al día de hoy no supera los 20 centímetros, muy lejos de los 35000 km. que se necesitan. El siguiente reto por superar es la gran diferencia de velocidades entre los dos extremos del cable, causada por el llamado efecto Coriolis: aunque ambos tardan lo mismo en completar una rotación, la punta inferior se mueve más despacio que la de arriba, por lo que la fuerza de arrastre podría desestabilizar todo el sistema. Otro posible obstáculo sería la basura orbital, cada vez más numerosa. En febrero de 2011, la compañía japonesa de contrucción Obayashi Corporation anunció su plan de tener listo, para 2050, un ascensor galáctico cuyo contrapeso orbitaría a 96000 km. de altura, en un esfuerzo por contrarrestar la fuerza de arrastre. La estación término estaría a 36000 km. y, como el montacargas subiría a una velocidad de 200 km/h, tardaría una semana en llegar a su destino. Al parecer, un laboratorio de Google también está trabajando en ello.
Otra idea similar, desarrollada en Gran Bretaña, es la del cable espacial, que solo requiere materiales ya usados ampliamente como el kevlar. En este caso, ambos extremos estarían en la Tierra, de tal modo que el ascensor levitaría gracias a un juego de campos magnéticos.
8 - Agua y comida para todos:
En 2050, nuestro planeta puede ser que albergue a unos 9000 millones de habitantes. ¿Habrá alimento para todos?
Pesca profunda
Fotomontaje de un Aquapod, esfera cubierta con paneles de acero y vinilo. Este invento permite practicar la acuicultura en aguas profundas y con fuertes corrientes.
Solo si se produce una segunda Revolución Verde el mundo podrá alimentar a toda su población, como señalaron expertos de la Real Sociedad Británica. Esto implicaría utilizar la biotecnología para crear plantas que toleran la sequía y crezcan en el desierto, cultivos con raíces muy eficaces a la hora de obtener nutrientes del suelo, frutas y verduras que no se estropeen durante el transporte o cereales con propiedades nutritivas mejoradas. En pocos años, la dieta de la humanidad podría sufrir algunos cambios. Por ejemplo, la demanda global de carne vacuna, por otra parte, una forma poco eficiente de obtener proteínas para nuestro organismo, es hoy desorbitada. Además, producirla conlleva emitir CO en grandes cantidades. La alternativa podría venir del pescado procedente de la agricultura marina que, según apuntaba Carlos Duarte, de la Universidad de las Islas Baleares, en la revista BioScience, superará a la pesca tradicional a partir de 2030.
No obstante, de poco servirá garantizar la comida si no hay bebida. Solo un 2,5 por ciento del agua de la Tierra es dulce y, de ella, menos del 1 por ciento se encuentra en estado líquido y accesible. Las reservas subterráneas se están agotando y no se reponen, afirma Marc Bierkens, de la Universidad de Utrecht, en Holanda, en la revista Geophysical Research Leers. En cuanto a su potabilidad, a principios de 2012 se descubrió que las semillas del llamado árbol milagro, Moringa Oleifera, originario de la India, son capaces de purificarla y eliminar microorganismos causantes de enfermedades, como la invasiva bacteria Escherichia coli. Otra opción podría ser el uso generalizado de las bolsas de té nanotecnológicas que han ideado los científicos de la Universidad de Stellenbosch, en Sudáfrica, compuestas por un polímero que elimina los contaminantes químicos y por un biocida que aniquila los microbios. También es una salida convertir el agua salada en dulce."Por ahora, es un proceso caro y conlleva gran gasto energético", ha declarado Menachem Elimelech, ingeniero de la Universidad de Yale. Por ahora, utilizar minúsculos nanotubos de carbono en la ósmosis inversa podría reducir los costos. O la desalinización nuclear, que aprovecharía el exceso de calor de las centrales atómicas para evaporar el agua marina y condensarla de forma limpia y potable.
7 - Mapa del epigenoma humano:
"Todo cambia sin cesar", decía el filósofo Heráclito de Éfeso en el siglo V a.C. Más de dos milenios después, podemos asegurar que hasta los genes se transforman.
Iguales, pero diferentes
Hasta los gemelos idénticos desarrollan particularidades físicas debido a la influencia ambiental.
En 2009, investigadores del Instituto Salk de California publicaron el primer mapa destallado del epigenoma humano de dos células, es decir, el conjunto de posibles modificaciones de sus ADN causadas por la dieta, el alcohol, el tabaco, el estilo de vida, las hormonas, el estrés, le ejercicio, la contaminación ambiental y otros factores del entorno. El Consorcio Internacional del Epigenoma Humano (IHEC) se ha propuesto ampliar la lista hasta trazar el mapa de mil células diferentes del organismo humano para 2020. Gracias a esos datos, se podría crear un libro se instrucciones con las pautas para vivir y alimentarnos sin contraer cáncer ni enfermedades cardíacas, neuropsiquiátricas y autoinmunes. Y, además, nos ayudaría a envejecer más lentamente. No en vano, los científicos aseguran que si el genoma consta de las letras y palabras con las que se escribe el libro de la vida, el epigenoma son los espacios, las comas y los puntos que determinan su verdadero significado.
Como afirman los responsables de la red europe EpiGeneSys, especialistas en la materia, ya no puede ser una excusa decir "Yo nací así". La epigenética está contribuyendo a explicar, entre otros enigmas, por qué los gemelos que comparten los mismos genes pueden desarrollar comportamientos, rasgos físicos o enfermedades por completo distintos.
6 - La capa de invisibilidad:
Avanzan investigaciones para confeccionar la primera capa de este tipo.
La magia detrás de un cristal
Científicos del MIT consiguieron que parte de un objeto desaparezca cuando se coloca adelante un cristal de calcita (arriba). Pronto, la magia de Harry Potter podría ser una realidad.
Volver algo invisible implica que lo que esté atrás sea visible. El primer paso para lograr esta ilusión lo dio David Smith, de la Universidad de Duke, en EE.UU., que construyó en 2006 un dispositivo que bloquea las microondas del espectro electromagnético. Así, los haces fluyen alrededor del objeto como si este fuera una roca en medio del río; casi como si no existiera.
El secreto del invento consistía en el uso de metamateriales, compuestos artificiales cuya estructura les confiere propiedades ópticas que no se hallan en la naturaleza y que aportan nuevas formas de enfocar y proyectar la luz, así como otras radiaciones. "Se crean insertando en una sustancia minúsculos implantes que obligan a las ondas a curvarse en formas haterodoxas", describe el científico y divulgador Michio Kaku en su libro "La física de lo imposible". La clave está en su capacidad para manipular el índice de refracción, la curvatura que experimenta la trayectoria de la luz al atravesar un medio homogéneo. Para que un objeto se haga invisible, el metamaterial con el cual esté construida la capa exterior debe tener un índice de refracción negativo.
Gunnar Dolling y sus colegas del Instituto de Tecnología de Karlsruhe, en Alemania, inventaron un prototipo con capas de plata y fluoruro de magnesio sobre una placa de vidrio que puede hacer que las cosas "desaparezcan" al ser observadas desde todos los ángulos. Es decir, un metamaterial en 3D. En 2011, la Universidad Autónoma de Barcelona presentó en Science un cilindro cubierto con hierro, níquel y cromo, y refrigerado con nitrógeno líquido, que hace sus contenidos inexistentes para un campo magnético.
Otro grupo internacional de especialistas anunció el desarrollo de un método de impresión para generar grandes láminas de metamateriales de hasta 9cm. de longitud. Este avance resulta importante, porque, hasta ahora, los fragmentos más grandes no pasaban de 200 micras (millonésimas de metro). Su objetivo es la producción en masa de material suficiente para confeccionar la primera capa de invisibilidad. El próximo paso, según Smith, será crear un compuesto flexible que interactúe con todo el espectro electromagnético, no solo con las microondas de los experimentos actuales, sino también con las frecuencias de radio, los rayos X y la luz visible.
5 - Computadora cuántica:
Las universidades de California y de Yale estudian cómo hacer posible la computación subatómica con tecnologías estándar.
Menos es más
Modelo de transistor hecho con un solo átomo, colocado en un cristal de silicio. Se anunció a principios del 2012.
Hasta ahora, la electrónica se regía por la ley de Moore, según la cual el poder computacional se dobla cada 18 meses, a medida que los chips se hacen más pequeños. El problema es que los procesadores están llegando a su límite de miniaturización. Y la solución propuesta es saltar a los dominios del átomo.
Las computadoras clásicas están hechas con transistores que permanecen en estado de encendido o apagado, representados respectivamente por un 1 y un 0. Es lo que se llama código binario, que permite a la máquina leer instrucciones e información. En vez de eso, las computadoras cuánticas funcionarían con los denominados qubits, que podrían ser un 1, un 0 o ambos a la vez. Otra cualidad de ese mundo extraño y minúsculo es el entrelazamiento, cuando partículas separadas por grandes distancias interactúan al instante. Gracias a estas dos características, "es posible resolver problemas con muchas variables y hacer en segundos lo que les llevaría un tiempo infinito a las computadoras clásicas, que realizan miles de millones de operaciones para obtener el mismo resultado", afirma el profesor David Awschalom, de la Universidad de California.
Aunque algunos prototipos ya operaban con qubits, los resultados dejaban mucho que desear. Ahora, esfuerzos e inversiones millonarias vuelven a animar el panorama. La citada Universidad de California y la de Yale estudian cómo hacer posible la computación subatómica con tecnologías estándar. Además, Zhengbing Bian, de la empresa canadiense D-Wave, anunció haber realizado en 270 milisegundos el cálculo cuántico más extenso de la historia, usando 84 qubits.
4 - Una pastilla para ser más inteligentes:
Diversas investigaciones pretenden identificar moléculas y aprovechar al máximo nuestro cerebro.
Mejor rendimiento
Los investigadores trabajan con moléculas que mejoran el rendimiento cognitivo aumentando, por ejemplo, la cantidad de neuronas.
A quién no le gustaría tener en el botiquín un comprimido que lo ayudara a retener toda la información de un libro tras una rápida ojeada, aprender un nuevo idioma a toda velocidad o tomar mejores decisiones. Hace tiempo que los neurocientíficos trabajan para identificar moléculas que permitan sacarle el máximo partido a nuestro órgano pensante y, de paso, eviten los neuroachaques del envejecimiento. Y no es descabellado pronosticar que lograrán condensar gran parte de ellas en una píldora a fines de la próxima década.
Puestos a adivinar su composición, esta pastilla podría contener un compuesto llamado P7C3. Este, según un estudio estadounidense publicado en la revista Cell, potencia la formación de neuronas en el hipocampo, zona ligada a la memoria y el aprendizaje. También, es probable que incorpore C3a, un elemento que ordena a las células madre que maduren para formar nuevas neuronas. No faltará tampoco un fármaco que ponga a funcionar a la molécula RBE1, encargada de activar genes asociados a la longevidad y de aumentar el rendimiento cognitivo, además de reducir los niveles de agresividad e impedir el desarrollo del alzhéimer. Otro ingrediente serían los ácidos grasos omega-3, que no solo mejoran los resultados en pruebas de memoria y razonamiento, sino que evitan que el cerebro encoja con el tiempo, como acaban de demostrar neurólogos de la Universidad de Oregón.
Lo ideal sería que la panacea en cuestión emulara los beneficios del ejercicio físico, ya que se ha comprobado que así se estimula la corteza prefrontal y se promueve la creación de neuronas y de los vasos sanguíneos que las abastecen de glucosa y oxígeno. Por eso, los deportistas tienen el cerebro hasta un 2 por ciento más grande y una memoria de elefante. Además, toman mejores decisiones y planifican con más eficacia que la población sedentaria, asegura una investigación llevada a cabo en Japón. Pero no se trata solo de aumentar el número de células nerviosas. El verdadero secreto es que estén densamente conectadas entre sí. De multiplicar esas ligazones se ocupan moléculas como la Dasm1. Y, para fortalecerlas, está la proteína PSD-45, descubierta por investigadores del MIT.
Por último, una buena dosis del neurotransmisor GABA ayudará a formar nuevos recuerdos y archivar información de forma permanente, según revela Inna Slutsky, de la Universidad de Tel Aviv (Israel), en la revista Neuron.
3 - Tecnología enrollada:
Las futuras pantallas podrían ser reemplazadas por una fina película transparente, capaz de adaptarse a cualquier forma.
El fin de las durezas
Esta imagen (arriba) muestra cómo podría ser la tecnología que se desarrolla en el ASU Flexible Display Center, líder en combatir la rigidez de la electrónica.
"Imagino una habitación cubierta con papel electrónico programado para mostrar una serie de pinturas de Van Gogh y diarios enrollables y reutilizables, que se actualizan con nuevas noticias cada día", augura Zheng-Hong Lu, investigador de la Universidad de Toronto, en Canadá y creador de los diodos emisores de luz orgánica flexibles (conocido como FLOED, por sus siglas en inglés). Con ellos, todas las pantallas podrían ser reemplazadas por una fina película ligera y transparente, capaz de adaptarse a cualquier forma. Otro material del que no se deja de hablar es el grafeno, una forma alotrópica del carbono sumamente maleable, resistente y conductora de la electricidad.
En el futuro, también serán flexibles los paneles solares. La firma DuPont apuesta por su última invención: el kapton, ideal como sustrato para hacer módulos fotovoltaicos de teluro de cadmio tan delgados como una cartulina. Es 100 veces más fino y 2000 veces más ligero que el equivalente de vidrio usado hasta ahora en las placas solares, aguanta altísimas temperaturas y tiene el récord mundial de eficiencia de conversión de luz solar en electricidad.
Por su parte, ingenieros belgas desarrollaron una tecnología para implantar cualquier chip o sistema electrónico en sustrato flexible. Bautizada como tecnología de empaquetamiento ultrafino (UTCP, por sus siglas en inglés), permitiría, por ejemplo, llevar la música incorporada en la camisa, mostrar en el abrigo la humedad y la temperatura exteriores o ver en las prendas deportivas cómo se acelera el latido cardíaco mientras corremos. Esto sería posible mediante la adición al algodón o al poliéster de una película con un grosor de solo 25 milmillonésimas de metro.
Asimismo, si Ud. quiere saber a qué temperatura está el café antes de probarlo, el Human Media Lab de la Universidad de Queen, en Canadá, ha diseñado un papel electrónico táctil que lo hará posible. Una computadora interactiva que cabrá en la billetera. "La oficina sin papeles ni impresoras está a la vuelta de la esquina", augura Roel Vertegaal, uno de los creadores de este invento que se adapta a cualquier superficie: lata de refresco, platos, muebles, calzado...
Por otro lado, el Instituto de Ciencia y Tecnología Avanzadas de Corea anunció, en la revista Nano Energy, la creación de un tipo de led flexible y biocompatible a partir de nitruro de galio que, tras implantarse bajo la piel o en un órgano, se ilumina al detectar la presencia de ciertas enfermedades.
2 - Organismos sintéticos:
El MIT ya ha creado un registro de partes biólogicas estándares. No obstante, todavía falta mucho para lograr un microorganismo nuevo por completo.
El legado de Dolly
Los avances de la clonación han familiarizado a los biólogos con la programación y la reprogramación de células.
En 2010, el biólogo estadounidense Craig Venter incubó una célula luego de sintetizar su genoma en el laboratorio pieza a pieza. En principio, Venter solo montó el ADN de un ser vivo copiando el de otro ya existente, y lo insertó en una bacteria a la que le había sustraído el material genético. Pero ¿Llegaremos a crear toda la maquinaria celular de un microorganismo nuevo por completo?¿Y de una criatura más compleja?
Todavía lejos de lograrlo, el primer paso será dominar la edición y escritura del genoma. Después de todo, los componentes genéticos son la versión biológica de los transistores e interruptores que se usan en electrónica, aunque en este caso, los expertos los utilicen para montar el sofisticado circuito de un espécimen vivo.
Por el momento, en el MIT ya han creado un Registro de Partes Biológicas Estándares, que se encuentra a disposición de cualquier investigador a través de Internet (partsregistry.org). La base de datos contiene más de 5000 piezas, aunque no en todos los casos existe información sobre cómo funcionarán cuando se combinen entre ellas.
Porque además de contar con un archivo de bioladrillos, los científicos necesitarán entender con exactitud sus formas de interacción. Y tan importante será conocer el funcionamiento del software, el programa genético, como el manejo del hardware, proteínas, membranas celulares... Incluso habrá que estar preparados para que el nuevo organismo evolucione, de acuerdo con la teoría de Darwin. Para ello, sin duda, serán de gran ayuda los modelos de simulación por computadora. ¿Está la biorrevolución industrial a la vuelta de la esquina?
1 - El dióxido de carbono, en caza y captura:
Actualmente, se trabaja para optimizar los procedimientos y herramientas para almacenar este gas.
Secuestro y producción
El proyecto sin fines de lucro FuturGen 2.0, apoyado por productores y consumidores de carbón estadounidenses, prevé inaugurar una planta térmica que aprovecharía el secuestro de carbono para la producción de hidrógeno y otras fuentes de energía.
Según un informe del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, "el incremento observado en la concentración de gases de efecto invernadero desde 1750 a nuestros días ha provocado un calentamiento de entre 1,4 y 4,3°C". Sin un cambio en las políticas ambientales, la temperatura global aumentará hasta 6°C en este siglo.
Reducir las concentraciones de dióxido de carbono atmosférico a niveles previos a la Revolución Industrial resulta imposible. La alternativa es mantenerlos en los 550 ppm (partes por millón) actuales, sin dejar que se incrementen. Para ello, la cantidad de CO2 que deberíamos enterrar sería de 3000 millones de toneladas al año, una octava parte de nuestras emisiones globales. Poniéndolo en perspectiva, equivale a la producción mundial actual de petróleo.
La captura y almacenamiento de carbono (CCS, por sus siglas en inglés) combina tecnologías para atrapar, comprimir, transportar e inyectar el gas en reservas subterráneas o debajo del lecho marino, o para convertirlo en materiales sólidos como la roca. El concepto no es nuevo, ya que se ha estado empleando desde hace varias décadas en las industrias química, petrolera y energética. Lo novedoso se halla en el esfuerzo de investigación para optimizar e integrar los procedimientos y herramientas actuales. Según el Global CCS Institute, en el mundo existen unos 230 proyectos, planteados o ya en ejecución. Sin embargo, hasta el momento, no hay operaciones activas a gran escala.
El almacenamiento geológico del CO2 es posible de varias maneras: se puede inyectar en campos de petróleo o gas natural que ya se encuentran agotados o en formaciones salinas muy profundas, basaltos y otros tipos de yacimientos. Para que funcione, debe introducirse, por lo menos, a 800 metros de profundidad. Los candidatos son refinerías de petróleo y plantas de electricidad, amoníaco, fertilizantes y cemento. Con el fin de evitar que el gas sepultado escape hacia la superficie, se buscan lugares bajo capas de roca impermeable. Otra posibilidad que se está barajando es escoger un acuífero adecuado para disolverlo.
En 2005, el Panel Intergubernamental para el Cambio Climático de Naciones Unidas estimó que el mundo tiene una capacidad de almacenamiento de dos billones de toneladas de O2. Otros expertos opinan que ese potencial aumentará a once billones de toneladas, gracias a los últimos avances.
Pero el mayor desafío actual consiste en abaratar sus costos. Según el World Resources Institute, el sistema de captura aún no es competitivo, comparado con otras formas de evitar las emisiones. Hablamos de unos 70 dólares por tonelada si se quiere conseguir un impacto en el cambio climático. Aparte de eso, la tecnología existente debería multiplicar su potencia por un factor de mil para que fuera efectiva.
Bueno, esto ha sido todo, espero que les haya gustado mi aporte. FIN DEL POST.
El ritmo actual de los avances científicos estimula nuestra imaginación y nos hace vislumbrar un mundo futuro radicalmente diferente al que vivimos: vacunas contra el cáncer y las infecciones, energías limpias e inagotables, viajes interestelares, teletransporte... Pero, aún, estos y otros desafíos están lejos de conseguirse. No sucede lo mismo con otras líneas de investigación que, por su estado actual de desarrollo o por su urgencia social, económica o medioambiental, podrían ver la luz a corto plazo.
10 - La receta (completa) del universo:
¿Cuál es el origen de la masa? ¿Por qué las cosas tienen peso? ¿De qué está hecha la materia oscura? ¿Cómo era el cosmos en el instante de su creación?
Choque revelador
Los físicos que trabajan en el colisionador de hadrones suizo hacen chocar las partículas a velocidades cercanas a la luz para descubrir de qué está hacha la materia oscura del cosmos.
Las preguntas que mencionamos sobre estas líneas están relacionadas con la estructura y la composición del orbe, una cuestión aún por desentrañar. La comunidad astronómica internacional sigue conmocionada por el sorprendente descubrimiento, en 1998, de la energía oscura, que conforma el 74 por ciento del universo y está acelerando su expansión. No tienen idea de qué puede ser. También se sabe que una no menos enigmática materia oscura ocupa el 22 por ciento de la realidad. Solo queda, entonces, un 4 por ciento para toda la masa presente en todos los objetos que podemos ver directamente. Se cree que la materia oscura está compuesta por partículas masivas que interactúan tan poco con el universo visible que los instrumentos han sido incapaces de detectarla, por eso, los físicos repiten el mismo truco todo el tiempo: hacer estrellar los protones que componen el núcleo de los átomos a velocidades impresionantes dentro de aceleradores como el gran colisionador de hadrones del CERN, en Ginebra (Suiza), y ver qué nuevas divisiones subatómicas esultan de esos choques infernales. Es, más o menos, como darle un martillazo a un reloj para estudiar las piezas que salen volando. Por otro lado, en 1964, el físico Peter Higgs, de la Universidad de Edimburgo, propuso que debía existir un mecanismo capaz de conferir masa a todas las cosas. Bautizado como bosón de Higgs o partícula de Dios (aunque de este mote se lamentan los científicos), sería un elemento omnipresente en el espacio, que se pegaría a las otras partículas durante su viaje por el cosmos. Así ganan su peso. En el 2012 los científicos que trabajan en el CERN y que anunciaron que había pistas de su existencia, ahora lo confirman: "Los resultados preliminares tras analizar todos los datos de 2012 son magníficos, y para mí está claro que estamos ante un bosón de Higgs, aunque todavía nos queda mucho camino para saber exactamente de qué tipo de bosón de Higgs estamos hablando", declaró Joe Incandela, el portavoz del experimento CMS del Laboratorio Europeo de Física de Partículas.
9 - Ascensor espacial:
Cables y montacargas llevarían pasajeros a más de 30000 km. de altura.
Montacargas sideral
La firma japonesa Obayashi planea construir una estrcuctura de 36000 km. de alto mediante nanotubos de carbono.
Tal y como su nombre lo indica, se trata de un elevador adosado a un cable largo, anclado en un extremo al suelo terrestre y, en el otro, a un contrapeso orbital. Su objetivo es transportar carga y pasajeros de manera econónomica y fluida. La idea fue propuesta por primera vez en 1895 por el científico ruso Konstantin Tsiolkovski, quien pensó en una torre gigante unida a un castillo celestial. Para que le contrapeso permanezca estacionario en relación con la Tierra, debe situarse a 35790 km. de altura, un 10 por ciento de la distancia de la Luna. Entonces tardaría 24 horas en completar una órbita, las mismas que precisa nuestro planeta para dar una vuelta completa sobre su eje. El ancla se instalaría en el ecuador, para así aprovechar mejor la fuerza centrífuga terrestre a la hora de mantener tenso el ensamblaje. Y, preferiblemente, cerca del mar para evitar accidentes. Es muy probable que el cable sea de nanotubos de carbono, hebras de moléculas de carbono organizadas en configuraciones hexagonales. Hasta ahora, se han fabricado con una longitud 132 millones de veces mayor que su diámetro. Pero la fibra más larga que existe de ese material al día de hoy no supera los 20 centímetros, muy lejos de los 35000 km. que se necesitan. El siguiente reto por superar es la gran diferencia de velocidades entre los dos extremos del cable, causada por el llamado efecto Coriolis: aunque ambos tardan lo mismo en completar una rotación, la punta inferior se mueve más despacio que la de arriba, por lo que la fuerza de arrastre podría desestabilizar todo el sistema. Otro posible obstáculo sería la basura orbital, cada vez más numerosa. En febrero de 2011, la compañía japonesa de contrucción Obayashi Corporation anunció su plan de tener listo, para 2050, un ascensor galáctico cuyo contrapeso orbitaría a 96000 km. de altura, en un esfuerzo por contrarrestar la fuerza de arrastre. La estación término estaría a 36000 km. y, como el montacargas subiría a una velocidad de 200 km/h, tardaría una semana en llegar a su destino. Al parecer, un laboratorio de Google también está trabajando en ello.
Otra idea similar, desarrollada en Gran Bretaña, es la del cable espacial, que solo requiere materiales ya usados ampliamente como el kevlar. En este caso, ambos extremos estarían en la Tierra, de tal modo que el ascensor levitaría gracias a un juego de campos magnéticos.
8 - Agua y comida para todos:
En 2050, nuestro planeta puede ser que albergue a unos 9000 millones de habitantes. ¿Habrá alimento para todos?
Pesca profunda
Fotomontaje de un Aquapod, esfera cubierta con paneles de acero y vinilo. Este invento permite practicar la acuicultura en aguas profundas y con fuertes corrientes.
Solo si se produce una segunda Revolución Verde el mundo podrá alimentar a toda su población, como señalaron expertos de la Real Sociedad Británica. Esto implicaría utilizar la biotecnología para crear plantas que toleran la sequía y crezcan en el desierto, cultivos con raíces muy eficaces a la hora de obtener nutrientes del suelo, frutas y verduras que no se estropeen durante el transporte o cereales con propiedades nutritivas mejoradas. En pocos años, la dieta de la humanidad podría sufrir algunos cambios. Por ejemplo, la demanda global de carne vacuna, por otra parte, una forma poco eficiente de obtener proteínas para nuestro organismo, es hoy desorbitada. Además, producirla conlleva emitir CO en grandes cantidades. La alternativa podría venir del pescado procedente de la agricultura marina que, según apuntaba Carlos Duarte, de la Universidad de las Islas Baleares, en la revista BioScience, superará a la pesca tradicional a partir de 2030.
No obstante, de poco servirá garantizar la comida si no hay bebida. Solo un 2,5 por ciento del agua de la Tierra es dulce y, de ella, menos del 1 por ciento se encuentra en estado líquido y accesible. Las reservas subterráneas se están agotando y no se reponen, afirma Marc Bierkens, de la Universidad de Utrecht, en Holanda, en la revista Geophysical Research Leers. En cuanto a su potabilidad, a principios de 2012 se descubrió que las semillas del llamado árbol milagro, Moringa Oleifera, originario de la India, son capaces de purificarla y eliminar microorganismos causantes de enfermedades, como la invasiva bacteria Escherichia coli. Otra opción podría ser el uso generalizado de las bolsas de té nanotecnológicas que han ideado los científicos de la Universidad de Stellenbosch, en Sudáfrica, compuestas por un polímero que elimina los contaminantes químicos y por un biocida que aniquila los microbios. También es una salida convertir el agua salada en dulce."Por ahora, es un proceso caro y conlleva gran gasto energético", ha declarado Menachem Elimelech, ingeniero de la Universidad de Yale. Por ahora, utilizar minúsculos nanotubos de carbono en la ósmosis inversa podría reducir los costos. O la desalinización nuclear, que aprovecharía el exceso de calor de las centrales atómicas para evaporar el agua marina y condensarla de forma limpia y potable.
7 - Mapa del epigenoma humano:
"Todo cambia sin cesar", decía el filósofo Heráclito de Éfeso en el siglo V a.C. Más de dos milenios después, podemos asegurar que hasta los genes se transforman.
Iguales, pero diferentes
Hasta los gemelos idénticos desarrollan particularidades físicas debido a la influencia ambiental.
En 2009, investigadores del Instituto Salk de California publicaron el primer mapa destallado del epigenoma humano de dos células, es decir, el conjunto de posibles modificaciones de sus ADN causadas por la dieta, el alcohol, el tabaco, el estilo de vida, las hormonas, el estrés, le ejercicio, la contaminación ambiental y otros factores del entorno. El Consorcio Internacional del Epigenoma Humano (IHEC) se ha propuesto ampliar la lista hasta trazar el mapa de mil células diferentes del organismo humano para 2020. Gracias a esos datos, se podría crear un libro se instrucciones con las pautas para vivir y alimentarnos sin contraer cáncer ni enfermedades cardíacas, neuropsiquiátricas y autoinmunes. Y, además, nos ayudaría a envejecer más lentamente. No en vano, los científicos aseguran que si el genoma consta de las letras y palabras con las que se escribe el libro de la vida, el epigenoma son los espacios, las comas y los puntos que determinan su verdadero significado.
Como afirman los responsables de la red europe EpiGeneSys, especialistas en la materia, ya no puede ser una excusa decir "Yo nací así". La epigenética está contribuyendo a explicar, entre otros enigmas, por qué los gemelos que comparten los mismos genes pueden desarrollar comportamientos, rasgos físicos o enfermedades por completo distintos.
6 - La capa de invisibilidad:
Avanzan investigaciones para confeccionar la primera capa de este tipo.
La magia detrás de un cristal
Científicos del MIT consiguieron que parte de un objeto desaparezca cuando se coloca adelante un cristal de calcita (arriba). Pronto, la magia de Harry Potter podría ser una realidad.
Volver algo invisible implica que lo que esté atrás sea visible. El primer paso para lograr esta ilusión lo dio David Smith, de la Universidad de Duke, en EE.UU., que construyó en 2006 un dispositivo que bloquea las microondas del espectro electromagnético. Así, los haces fluyen alrededor del objeto como si este fuera una roca en medio del río; casi como si no existiera.
El secreto del invento consistía en el uso de metamateriales, compuestos artificiales cuya estructura les confiere propiedades ópticas que no se hallan en la naturaleza y que aportan nuevas formas de enfocar y proyectar la luz, así como otras radiaciones. "Se crean insertando en una sustancia minúsculos implantes que obligan a las ondas a curvarse en formas haterodoxas", describe el científico y divulgador Michio Kaku en su libro "La física de lo imposible". La clave está en su capacidad para manipular el índice de refracción, la curvatura que experimenta la trayectoria de la luz al atravesar un medio homogéneo. Para que un objeto se haga invisible, el metamaterial con el cual esté construida la capa exterior debe tener un índice de refracción negativo.
Gunnar Dolling y sus colegas del Instituto de Tecnología de Karlsruhe, en Alemania, inventaron un prototipo con capas de plata y fluoruro de magnesio sobre una placa de vidrio que puede hacer que las cosas "desaparezcan" al ser observadas desde todos los ángulos. Es decir, un metamaterial en 3D. En 2011, la Universidad Autónoma de Barcelona presentó en Science un cilindro cubierto con hierro, níquel y cromo, y refrigerado con nitrógeno líquido, que hace sus contenidos inexistentes para un campo magnético.
Otro grupo internacional de especialistas anunció el desarrollo de un método de impresión para generar grandes láminas de metamateriales de hasta 9cm. de longitud. Este avance resulta importante, porque, hasta ahora, los fragmentos más grandes no pasaban de 200 micras (millonésimas de metro). Su objetivo es la producción en masa de material suficiente para confeccionar la primera capa de invisibilidad. El próximo paso, según Smith, será crear un compuesto flexible que interactúe con todo el espectro electromagnético, no solo con las microondas de los experimentos actuales, sino también con las frecuencias de radio, los rayos X y la luz visible.
5 - Computadora cuántica:
Las universidades de California y de Yale estudian cómo hacer posible la computación subatómica con tecnologías estándar.
Menos es más
Modelo de transistor hecho con un solo átomo, colocado en un cristal de silicio. Se anunció a principios del 2012.
Hasta ahora, la electrónica se regía por la ley de Moore, según la cual el poder computacional se dobla cada 18 meses, a medida que los chips se hacen más pequeños. El problema es que los procesadores están llegando a su límite de miniaturización. Y la solución propuesta es saltar a los dominios del átomo.
Las computadoras clásicas están hechas con transistores que permanecen en estado de encendido o apagado, representados respectivamente por un 1 y un 0. Es lo que se llama código binario, que permite a la máquina leer instrucciones e información. En vez de eso, las computadoras cuánticas funcionarían con los denominados qubits, que podrían ser un 1, un 0 o ambos a la vez. Otra cualidad de ese mundo extraño y minúsculo es el entrelazamiento, cuando partículas separadas por grandes distancias interactúan al instante. Gracias a estas dos características, "es posible resolver problemas con muchas variables y hacer en segundos lo que les llevaría un tiempo infinito a las computadoras clásicas, que realizan miles de millones de operaciones para obtener el mismo resultado", afirma el profesor David Awschalom, de la Universidad de California.
Aunque algunos prototipos ya operaban con qubits, los resultados dejaban mucho que desear. Ahora, esfuerzos e inversiones millonarias vuelven a animar el panorama. La citada Universidad de California y la de Yale estudian cómo hacer posible la computación subatómica con tecnologías estándar. Además, Zhengbing Bian, de la empresa canadiense D-Wave, anunció haber realizado en 270 milisegundos el cálculo cuántico más extenso de la historia, usando 84 qubits.
4 - Una pastilla para ser más inteligentes:
Diversas investigaciones pretenden identificar moléculas y aprovechar al máximo nuestro cerebro.
Mejor rendimiento
Los investigadores trabajan con moléculas que mejoran el rendimiento cognitivo aumentando, por ejemplo, la cantidad de neuronas.
A quién no le gustaría tener en el botiquín un comprimido que lo ayudara a retener toda la información de un libro tras una rápida ojeada, aprender un nuevo idioma a toda velocidad o tomar mejores decisiones. Hace tiempo que los neurocientíficos trabajan para identificar moléculas que permitan sacarle el máximo partido a nuestro órgano pensante y, de paso, eviten los neuroachaques del envejecimiento. Y no es descabellado pronosticar que lograrán condensar gran parte de ellas en una píldora a fines de la próxima década.
Puestos a adivinar su composición, esta pastilla podría contener un compuesto llamado P7C3. Este, según un estudio estadounidense publicado en la revista Cell, potencia la formación de neuronas en el hipocampo, zona ligada a la memoria y el aprendizaje. También, es probable que incorpore C3a, un elemento que ordena a las células madre que maduren para formar nuevas neuronas. No faltará tampoco un fármaco que ponga a funcionar a la molécula RBE1, encargada de activar genes asociados a la longevidad y de aumentar el rendimiento cognitivo, además de reducir los niveles de agresividad e impedir el desarrollo del alzhéimer. Otro ingrediente serían los ácidos grasos omega-3, que no solo mejoran los resultados en pruebas de memoria y razonamiento, sino que evitan que el cerebro encoja con el tiempo, como acaban de demostrar neurólogos de la Universidad de Oregón.
Lo ideal sería que la panacea en cuestión emulara los beneficios del ejercicio físico, ya que se ha comprobado que así se estimula la corteza prefrontal y se promueve la creación de neuronas y de los vasos sanguíneos que las abastecen de glucosa y oxígeno. Por eso, los deportistas tienen el cerebro hasta un 2 por ciento más grande y una memoria de elefante. Además, toman mejores decisiones y planifican con más eficacia que la población sedentaria, asegura una investigación llevada a cabo en Japón. Pero no se trata solo de aumentar el número de células nerviosas. El verdadero secreto es que estén densamente conectadas entre sí. De multiplicar esas ligazones se ocupan moléculas como la Dasm1. Y, para fortalecerlas, está la proteína PSD-45, descubierta por investigadores del MIT.
Por último, una buena dosis del neurotransmisor GABA ayudará a formar nuevos recuerdos y archivar información de forma permanente, según revela Inna Slutsky, de la Universidad de Tel Aviv (Israel), en la revista Neuron.
3 - Tecnología enrollada:
Las futuras pantallas podrían ser reemplazadas por una fina película transparente, capaz de adaptarse a cualquier forma.
El fin de las durezas
Esta imagen (arriba) muestra cómo podría ser la tecnología que se desarrolla en el ASU Flexible Display Center, líder en combatir la rigidez de la electrónica.
"Imagino una habitación cubierta con papel electrónico programado para mostrar una serie de pinturas de Van Gogh y diarios enrollables y reutilizables, que se actualizan con nuevas noticias cada día", augura Zheng-Hong Lu, investigador de la Universidad de Toronto, en Canadá y creador de los diodos emisores de luz orgánica flexibles (conocido como FLOED, por sus siglas en inglés). Con ellos, todas las pantallas podrían ser reemplazadas por una fina película ligera y transparente, capaz de adaptarse a cualquier forma. Otro material del que no se deja de hablar es el grafeno, una forma alotrópica del carbono sumamente maleable, resistente y conductora de la electricidad.
En el futuro, también serán flexibles los paneles solares. La firma DuPont apuesta por su última invención: el kapton, ideal como sustrato para hacer módulos fotovoltaicos de teluro de cadmio tan delgados como una cartulina. Es 100 veces más fino y 2000 veces más ligero que el equivalente de vidrio usado hasta ahora en las placas solares, aguanta altísimas temperaturas y tiene el récord mundial de eficiencia de conversión de luz solar en electricidad.
Por su parte, ingenieros belgas desarrollaron una tecnología para implantar cualquier chip o sistema electrónico en sustrato flexible. Bautizada como tecnología de empaquetamiento ultrafino (UTCP, por sus siglas en inglés), permitiría, por ejemplo, llevar la música incorporada en la camisa, mostrar en el abrigo la humedad y la temperatura exteriores o ver en las prendas deportivas cómo se acelera el latido cardíaco mientras corremos. Esto sería posible mediante la adición al algodón o al poliéster de una película con un grosor de solo 25 milmillonésimas de metro.
Asimismo, si Ud. quiere saber a qué temperatura está el café antes de probarlo, el Human Media Lab de la Universidad de Queen, en Canadá, ha diseñado un papel electrónico táctil que lo hará posible. Una computadora interactiva que cabrá en la billetera. "La oficina sin papeles ni impresoras está a la vuelta de la esquina", augura Roel Vertegaal, uno de los creadores de este invento que se adapta a cualquier superficie: lata de refresco, platos, muebles, calzado...
Por otro lado, el Instituto de Ciencia y Tecnología Avanzadas de Corea anunció, en la revista Nano Energy, la creación de un tipo de led flexible y biocompatible a partir de nitruro de galio que, tras implantarse bajo la piel o en un órgano, se ilumina al detectar la presencia de ciertas enfermedades.
2 - Organismos sintéticos:
El MIT ya ha creado un registro de partes biólogicas estándares. No obstante, todavía falta mucho para lograr un microorganismo nuevo por completo.
El legado de Dolly
Los avances de la clonación han familiarizado a los biólogos con la programación y la reprogramación de células.
En 2010, el biólogo estadounidense Craig Venter incubó una célula luego de sintetizar su genoma en el laboratorio pieza a pieza. En principio, Venter solo montó el ADN de un ser vivo copiando el de otro ya existente, y lo insertó en una bacteria a la que le había sustraído el material genético. Pero ¿Llegaremos a crear toda la maquinaria celular de un microorganismo nuevo por completo?¿Y de una criatura más compleja?
Todavía lejos de lograrlo, el primer paso será dominar la edición y escritura del genoma. Después de todo, los componentes genéticos son la versión biológica de los transistores e interruptores que se usan en electrónica, aunque en este caso, los expertos los utilicen para montar el sofisticado circuito de un espécimen vivo.
Por el momento, en el MIT ya han creado un Registro de Partes Biológicas Estándares, que se encuentra a disposición de cualquier investigador a través de Internet (partsregistry.org). La base de datos contiene más de 5000 piezas, aunque no en todos los casos existe información sobre cómo funcionarán cuando se combinen entre ellas.
Porque además de contar con un archivo de bioladrillos, los científicos necesitarán entender con exactitud sus formas de interacción. Y tan importante será conocer el funcionamiento del software, el programa genético, como el manejo del hardware, proteínas, membranas celulares... Incluso habrá que estar preparados para que el nuevo organismo evolucione, de acuerdo con la teoría de Darwin. Para ello, sin duda, serán de gran ayuda los modelos de simulación por computadora. ¿Está la biorrevolución industrial a la vuelta de la esquina?
1 - El dióxido de carbono, en caza y captura:
Actualmente, se trabaja para optimizar los procedimientos y herramientas para almacenar este gas.
Secuestro y producción
El proyecto sin fines de lucro FuturGen 2.0, apoyado por productores y consumidores de carbón estadounidenses, prevé inaugurar una planta térmica que aprovecharía el secuestro de carbono para la producción de hidrógeno y otras fuentes de energía.
Según un informe del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, "el incremento observado en la concentración de gases de efecto invernadero desde 1750 a nuestros días ha provocado un calentamiento de entre 1,4 y 4,3°C". Sin un cambio en las políticas ambientales, la temperatura global aumentará hasta 6°C en este siglo.
Reducir las concentraciones de dióxido de carbono atmosférico a niveles previos a la Revolución Industrial resulta imposible. La alternativa es mantenerlos en los 550 ppm (partes por millón) actuales, sin dejar que se incrementen. Para ello, la cantidad de CO2 que deberíamos enterrar sería de 3000 millones de toneladas al año, una octava parte de nuestras emisiones globales. Poniéndolo en perspectiva, equivale a la producción mundial actual de petróleo.
La captura y almacenamiento de carbono (CCS, por sus siglas en inglés) combina tecnologías para atrapar, comprimir, transportar e inyectar el gas en reservas subterráneas o debajo del lecho marino, o para convertirlo en materiales sólidos como la roca. El concepto no es nuevo, ya que se ha estado empleando desde hace varias décadas en las industrias química, petrolera y energética. Lo novedoso se halla en el esfuerzo de investigación para optimizar e integrar los procedimientos y herramientas actuales. Según el Global CCS Institute, en el mundo existen unos 230 proyectos, planteados o ya en ejecución. Sin embargo, hasta el momento, no hay operaciones activas a gran escala.
El almacenamiento geológico del CO2 es posible de varias maneras: se puede inyectar en campos de petróleo o gas natural que ya se encuentran agotados o en formaciones salinas muy profundas, basaltos y otros tipos de yacimientos. Para que funcione, debe introducirse, por lo menos, a 800 metros de profundidad. Los candidatos son refinerías de petróleo y plantas de electricidad, amoníaco, fertilizantes y cemento. Con el fin de evitar que el gas sepultado escape hacia la superficie, se buscan lugares bajo capas de roca impermeable. Otra posibilidad que se está barajando es escoger un acuífero adecuado para disolverlo.
En 2005, el Panel Intergubernamental para el Cambio Climático de Naciones Unidas estimó que el mundo tiene una capacidad de almacenamiento de dos billones de toneladas de O2. Otros expertos opinan que ese potencial aumentará a once billones de toneladas, gracias a los últimos avances.
Pero el mayor desafío actual consiste en abaratar sus costos. Según el World Resources Institute, el sistema de captura aún no es competitivo, comparado con otras formas de evitar las emisiones. Hablamos de unos 70 dólares por tonelada si se quiere conseguir un impacto en el cambio climático. Aparte de eso, la tecnología existente debería multiplicar su potencia por un factor de mil para que fuera efectiva.
Bueno, esto ha sido todo, espero que les haya gustado mi aporte. FIN DEL POST.