Nuevo avance permitirá convertir el agua en combustible

Desarrollado por científicos estadounidenses, podría impulsar la sustitución del carbón y del petróleo

Investigadores del Caltech y del Berkeley Lab de EEUU han desarrollado un método que permite descubrir a "gran velocidad" materiales capaces de convertir el agua en combustible. El avance podría acelerar la sustitución del carbón, el petróleo y otros combustibles fósiles por combustibles solares comercialmente viables.

Los llamados “combustibles solares” prometen. Están formados por materiales que pueden capturar y almacenar la energía solar en sus enlaces químicos para usarla cuando haga falta. 

En los últimos dos años, investigadores del Caltech y del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab, de EEUU) han duplicado el número de materiales que pueden hacer ese papel. 

Lo han hecho gracias al desarrollo de un proceso que podría acelerar la sustitución del carbón, el petróleo y otros combustibles fósiles por combustibles solares comercialmente viables. 

Cómo se desarrollan 

Los combustibles solares se crean utilizando sólo la luz solar, el agua y el dióxido de carbono (CO2). En la actualidad, los científicos están explorando una gama potenciales objetivos, desde el gas hidrógeno hasta los hidrocarburos líquidos. La producción de cualquiera de estos combustibles implica la división del agua. 

Cada molécula de agua está compuesta por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. En el proceso de elaboración de combustibles solares, los átomos de hidrógeno se extraen y luego se unen, para crear hidrógeno altamente inflamable, o se combinan con CO2 para crear combustibles hidrocarbonados, y así tener una fuente de energía abundante y renovable. 

El problema, sin embargo, es que las moléculas de agua no se rompen solo con que la luz del sol incida sobre ellas -si lo hicieran, los océanos no cubrirían la mayor parte de nuestro planeta-: Necesitan un poco de ayuda de un catalizador de energía solar.

Muchos fotoánodos 

Aquí es donde entran en juego los llamados fotoánodos, que son materiales capaces de dividir el agua usando la luz como fuente energética. 

En las últimas cuatro décadas, los especialistas han logrado identificar 16 de estos materiales fotoánodos. Lo que ha conseguido el equipo del Berkeley Lab,  dirigido por John Gregoire, con su nuevo método de alto rendimiento ha sido descubrir 12 nuevos fotoánodos prometedores en poco tiempo. 

Este nuevo método se ha desarrollado gracias a la combinación de ensayos computacionales y experimentales, primero extrayendo una base de datos de materiales para compuestos potencialmente útiles, revisándola en base a las propiedades de los materiales, y luego probando rápidamente a los candidatos más prometedores. 

Hasta ahora, los procesos de búsqueda de fotoánodos se habían realizado en pesados experimentos con compuestos individuales, en los que se evaluó su potencial uso en aplicaciones específicas.   
  
"Es emocionante encontrar 12 nuevos fotoanodos potenciales para la fabricación de combustibles solares, pero aún más para tener un nuevo gasoducto de descubrimiento de materiales en el futuro", explica Gregoire en un comunicado. 

Por otra parte, la investigación, que ha servido para comprender mejor el nivel básico de los materiales, ha revelado cómo diferentes opciones pueden producir materiales con propiedades diferentes, así como cómo "afinar" esas propiedades para hacer un mejor fotoanodo. 

"El avance clave del equipo fue combinar las mejores capacidades permitidas por la teoría y los supercomputadores con nuevos experimentos de alto rendimiento para generar conocimiento científico a un ritmo sin precedentes", concluye Gregoire.

Un 'pegamento' metálico imita a las soldaduras a un coste mucho menor

Podría utilizarse en placas solares, tuberías y componentes de ordenador

Ingenieros de la Universidad Northeastern (Boston, EE.UU.) han diseñado un 'pegamento' metálico que posee las propiedades de las soldaduras, a un coste mucho menor. Está hecho de indio y de galio, y podría usarse para células solares, arreglar tuberías y para los componentes de computadoras.

|
"Soñaban con encontrar una manera mejor de pegar cosas." Así nació la start-up de la Universidad Northeastern (Boston, Massachusetts) MesoGlue, creada por Hanchen Huang y dos de sus estudiantes de doctorado. 

Esas "cosas" son de todo tipo, desde la CPU de una computadora y una placa de circuito impreso hasta el vidrio y el filamento de metal de una bombilla. La "manera" de pegarlos es, sorprendentemente, una cola hecha de metal que cuaja a temperatura ambiente y requiere muy poca presión para sellar. "Es como una soldadura, pero sin el calor", dice Huang, que es profesor y director del Departamento de Ingeniería Mecánica e Industrial, en la información de la universidad. 

En un nuevo artículo, publicado en la edición de enero de Advanced Mate­rials & Processes, Huang y sus colegas describen sus últimos avances en el desarrollo del pegamento. ¿Soldar sin calor? Huang da más detalles. 

"Tanto metal como pegamento son términos familiares para la mayoría de la gente, pero su combinación es nueva y posible gracias a las propiedades únicas de nanovarillas infinitesimalmente pequeñas con núcleos de metal que hemos recubierto con el elemento indio en un lado y galio en el otro", explica. 

"Estas barras revestidas se disponen a lo largo de un sustrato como dientes sobre un peine inclinado: Hay un peine abajo y uno arriba. Entonces entrelazamos los dientes. Cuando el indio y galio se tocan, forman un líquido. El núcleo de metal de las varillas actúa para transformar el líquido en un sólido. El pegamento resultante proporciona la fuerza y ​​la conductancia térmica/eléctrica de un enlace metálico. Recientemente recibimos una nueva patente provisional para este desarrollo a través de la universidad".

Propiedades 

Sobre las propiedades de la cola, explica Huang: "El pegamento de polímero estándar no funciona a altas temperaturas o altas presiones, pero la cola metálica sí. El pegamento estándar no es un buen conductor de calor y/o electricidad, pero la cola metálica sí. Además, el pegamento estándar no es muy resistente a las fugas de aire o de gas, pero el pegamento metálico sí". 

"Procesos calientes como la soldadura pueden dar como resultado conexiones metálicas similares a las producidos con el pegamento metálico, pero cuestan mucho más. Además, la alta temperatura necesaria para estos procesos tiene efectos perjudiciales sobre componentes vecinos, tales como uniones en dispositivos semiconductores. Tales efectos pueden acelerar los fallos y no sólo aumentar el coste sino también resultar peligrosos para los usuarios". 

En cuanto a las aplicaciones, señala Huang: "Tiene múltiples aplicaciones, muchas de ellas en la industria electrónica. Como conductor de calor, puede reemplazar la grasa térmica que se utiliza actualmente, y como conductor eléctrico, puede reemplazar las soldaduras actuales. Productos concretos podrían ser células solares, instalaciones de tuberías y componentes para computadoras y dispositivos móviles".

Nuevo avance permitirá convertir el agua en combustible

Desarrollado por científicos estadounidenses, podría impulsar la sustitución del carbón y del petróleo

Investigadores del Caltech y del Berkeley Lab de EEUU han desarrollado un método que permite descubrir a "gran velocidad" materiales capaces de convertir el agua en combustible. El avance podría acelerar la sustitución del carbón, el petróleo y otros combustibles fósiles por combustibles solares comercialmente viables.

Los llamados “combustibles solares” prometen. Están formados por materiales que pueden capturar y almacenar la energía solar en sus enlaces químicos para usarla cuando haga falta. 

En los últimos dos años, investigadores del Caltech y del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab, de EEUU) han duplicado el número de materiales que pueden hacer ese papel. 

Lo han hecho gracias al desarrollo de un proceso que podría acelerar la sustitución del carbón, el petróleo y otros combustibles fósiles por combustibles solares comercialmente viables. 

Cómo se desarrollan 

Los combustibles solares se crean utilizando sólo la luz solar, el agua y el dióxido de carbono (CO2). En la actualidad, los científicos están explorando una gama potenciales objetivos, desde el gas hidrógeno hasta los hidrocarburos líquidos. La producción de cualquiera de estos combustibles implica la división del agua. 

Cada molécula de agua está compuesta por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. En el proceso de elaboración de combustibles solares, los átomos de hidrógeno se extraen y luego se unen, para crear hidrógeno altamente inflamable, o se combinan con CO2 para crear combustibles hidrocarbonados, y así tener una fuente de energía abundante y renovable. 

El problema, sin embargo, es que las moléculas de agua no se rompen solo con que la luz del sol incida sobre ellas -si lo hicieran, los océanos no cubrirían la mayor parte de nuestro planeta-: Necesitan un poco de ayuda de un catalizador de energía solar.

Muchos fotoánodos 

Aquí es donde entran en juego los llamados fotoánodos, que son materiales capaces de dividir el agua usando la luz como fuente energética. 

En las últimas cuatro décadas, los especialistas han logrado identificar 16 de estos materiales fotoánodos. Lo que ha conseguido el equipo del Berkeley Lab,  dirigido por John Gregoire, con su nuevo método de alto rendimiento ha sido descubrir 12 nuevos fotoánodos prometedores en poco tiempo. 

Este nuevo método se ha desarrollado gracias a la combinación de ensayos computacionales y experimentales, primero extrayendo una base de datos de materiales para compuestos potencialmente útiles, revisándola en base a las propiedades de los materiales, y luego probando rápidamente a los candidatos más prometedores. 

Hasta ahora, los procesos de búsqueda de fotoánodos se habían realizado en pesados experimentos con compuestos individuales, en los que se evaluó su potencial uso en aplicaciones específicas.   
  
"Es emocionante encontrar 12 nuevos fotoanodos potenciales para la fabricación de combustibles solares, pero aún más para tener un nuevo gasoducto de descubrimiento de materiales en el futuro", explica Gregoire en un comunicado. 

Por otra parte, la investigación, que ha servido para comprender mejor el nivel básico de los materiales, ha revelado cómo diferentes opciones pueden producir materiales con propiedades diferentes, así como cómo "afinar" esas propiedades para hacer un mejor fotoanodo. 

"El avance clave del equipo fue combinar las mejores capacidades permitidas por la teoría y los supercomputadores con nuevos experimentos de alto rendimiento para generar conocimiento científico a un ritmo sin precedentes", concluye Gregoire.

Los cascos airbag para la bici podrían sustituir a los de espuma

Las pruebas indican que protegen seis veces mejor de las conmociones y lesiones cerebrales

Investigadores de Stanford (EE.UU.) están estudiando la capacidad de los cascos de bicicleta tipo airbag para proteger de conmociones y lesiones cerebrales. Aunque las pruebas no son tan específicas como desearían, el impacto es seis veces menor que con los tradicionales cascos de espuma.

El bioingeniero de la Universidad Stanford (California, EE.UU.) David Camarillo sabe muy bien que el ciclismo es la principal causa de conmociones y lesiones cerebral en el deporte o en actividades relacionadas con él, en Estados Unidos. 

Camarillo ha tenido dos conmociones cerebrales como resultado de accidentes de bicicleta. Aunque no duda que usar casco es mejor que no llevarlo, Camarillo piensa que los cascos tradicionales no protegen a los corredores tan bien como podrían. 

"Los cascos de bicicleta de espuma pueden, y se ha demostrado, reducir la probabilidad de fractura de cráneo y otras lesiones cerebrales más graves", dice Camarillo, profesor ayudante de bioingeniería en Stanford, en la información de la universidad. "Sin embargo, creo que muchos erróneamente creen que un casco de bicicleta está ahí para proteger contra una conmoción cerebral. Eso no es cierto." 

Sabiendo lo que sabe sobre los cascos de bicicleta tradicionales, Camarillo, cuyo laboratorio trabaja en la comprensión y la prevención de las conmociones cerebrales, decidió probar un nuevo tipo de casco que está empezando a estar disponible en algunos países europeos. Los resultados se publican en la revista Annals of Biomedical Engineering. 

El casco probado por Camarillo va en una bolsa blanda que se lleva alrededor del cuello. Salta, como un airbag, alrededor de la cabeza de una persona cuando detecta una posible colisión. Originalmente se diseñó porque a las personas no les gusta usar cascos por razones estéticas. 

Los investigadores compararon este casco airbag con los cascos de bicicleta tradicionales de espuma. Sus resultados fueron sorprendentes. 

"Llevamos a cabo pruebas de caída, que son las oficiales para evaluar los cascos de bicicleta, y nos encontramos con que los cascos airbag, con la presión inicial correcta, pueden reducir la aceleración de la cabeza cinco o seis veces más que un casco de bicicleta tradicional", dice Mehmet Kurt, investigador postdoctoral en el laboratorio de Camarillo. 

La prueba de caída consistió en poner los cascos en una cabeza de maniquí que contenía acelerómetros y soltarlo desde varias alturas sobre una plataforma de metal. 

Los investigadores soltaron los cascos desde un mínimo de 0,8 metros hasta un máximo de dos metros de altura y midieron su aceleración lineal al chocar contra el suelo.

Advertencia 

Camarillo dice que el gran tamaño del casco airbag en comparación con los cascos de espuma es probablemente la razón de su éxito. Al ser más grande, también puede ser más suave, lo que permite una caída más amortiguada. Sin embargo, esta amortiguación también tiene una desventaja potencial. En la prueba, el casco airbag fue pre-inflado y los investigadores maximizaron la presión del aire dentro del casco antes de cada caída. 

"Como sugiere nuestro trabajo, aunque los cascos airbag tienen el potencial de reducir los niveles de aceleración que se experimentan en un accidente de bicicleta, también se observa que la presión inicial del casco crucial para reducir estos niveles de aceleración", dice Kurt. 

Sin la cantidad máxima de aire, la cabeza podría golpear el suelo con mucha más fuerza que si llevara un casco de espuma tradicional. En las versiones actuales del casco airbag, la expansión la provoca un proceso químico, lo que no parece garantizar la presión de aire máxima. 

Aceleración lineal 

En este estudio, los investigadores midieron la aceleración lineal de la cabeza en caso de choque, que tiene que ver con el riesgo de fractura de cráneo y lesiones en la cabeza, pero no está relacionada directamente con el riesgo de conmoción cerebral. 

La investigación de la conmoción cerebral es un ámbito de rápido crecimiento, pero los expertos creen que la conmoción cerebral puede estar relacionada con el estiramiento angular del cerebro, que es más probable que sea causado por un movimiento de torsión que por un movimiento lineal. 

"Hay muchas teorías, pero la predominante es que, cuando la cabeza gira muy rápidamente, el tejido blando de dentro del cerebro se contorsiona y, en esencia, lo que se produce es un estiramiento de los axones, que son el cableado del cerebro", dice Camarillo. 

La prueba de caída utilizada en este estudio es la prueba estándar para cascos de bicicleta. Aunque pruebas más específicas de las fuerzas de rotación mejor nos dirían mejor cómo podrían proteger los cascos de la conmoción cerebral, Camarillo dice que, dada la gran ventaja que el casco airbag muestra en esta investigación, hay una gran probabilidad de que reduzca la probabilidad de conmoción cerebral en comparación con un casco de espuma. 

El casco airbag no está disponible en Estados Unidos, pero se vende en algunos países europeos. Es una innovación relativamente reciente y, en comparación, las normas y pruebas están muy atrás. 

Incluso para los cascos de espuma convencionales, las pruebas estándar no abordan algunos de los elementos que la ciencia indica que importan en relación con las lesiones cerebrales y los traumas en la cabeza, incluida la evaluación de las fuerzas de rotación y pruebas de caída de partes del casco que no sean la corona. 

El casco airbag plantearía problemas adicionales, incluyendo el hecho de que los cascos se prueban generalmente en una cabeza de maniquí sin cuello, que no podría usar ese casco. 

Los investigadores abordarán estas cuestiones, y si el casco sigue funcionando cayendo desde más arriba que lo estudiado hasta ahora. 

También pretenden trabajar en la fabricación de un casco inteligente. Ya se expande cuando detecta un impacto probable, pero quierejn que sea capaz de predecir la gravedad del impacto y compensar en consecuencia.

Cuando el bolsillo de la chaqueta te puede recargar el móvil

Científicos de la UCF crean filamentos que convierten la ropa en baterías

Un científico de la University of Central Florida (UCF, EEUU) ha desarrollado filamentos que cosechan y almacenan la energía del sol y que pueden ser tejidos en textiles. El invento podría convertir la ropa en baterías, y permitirnos recargar el móvil con solo meterlo en el bolsillo. Por Marta Lorenzo.

En Regreso al futuro II vimos a un Marty McFly calzarse unas zapatillas de deporte que se ataban solas. La empresa Nike ha creado algo parecido, las Nike HyperAdapt 1.0, que cuentan con un mecanismo con batería recargable en la parte inferior de las zapatillas para cerrarse de manera autónoma. 
  
Pero la inspiración que estas zapatillas han generado va más más allá, pues un científico del Centro de Tecnología y Nanociencia de la University of Central Florida (UCF, EEUU) llamado Jayan Thomas ha ideado a partir de ellas prendas que funcionen como baterías. Para ello ha desarrollado filamentos que cosechan y almacenan la energía del sol y que pueden ser tejidos en textiles. 

Para qué sirven 
  
Esencialmente, estos filamentos podrían colocarse en chaquetas y otras prendas de vestir para funcionar en ellas como baterías portátiles alimentadas con energía solar. 
  
Thomas y su equipo creen que esto, algún día, podría revolucionar la tecnología textil, y ayudarnos a todos, por ejemplo, a los soldados que en sus misiones ahora llevan cargas pesadas de baterías o a los adolescentes adictos a los mensajes de texto: El sistema permitiría cargar el móvil simplemente metiéndolo en el bolsillo. 

Gracias a una investigación previa, Thomas recibió el año pasado un premio R&D 100  -otorgado a las principales invenciones del año en todo el mundo- por el desarrollo de un cable que no sólo puede transmitir energía como un cable normal, sino también almacenar energía como una batería. 
  
El investigador también está trabajando en células solares semitransparentes que se pueden aplicar a las ventanas, permitiendo que pase algo de luz mientras se recoge la energía solar.

Cómo son los filamentos 
  
Thomas y sus colaboradores han desarrollado más concretamente unos filamentos con forma de cintas de cobre delgados, flexibles y ligeros. Estas cintas tienen una célula solar en un lado y capas de almacenamiento de energía en el otro. 

Los científicos compraron un pequeño telar de mesa y tejieron estas cintas en un cuadrado de hilo. A continuación, la prueba de concepto demostró que estos filamentos podían ser atados en chaquetas u otras prendas exteriores, para cosechar y almacenar energía para recargar el teléfono, sensores de salud personal y otros dispositivos tecnológicos. 
  
Otro de los usos potenciales de este sistema sería aplicarlo a los coches eléctricos, para que estos puedan generar y almacenar energía cada vez que están al sol. 

"Ese es el futuro. Lo que hemos hecho es demostrar que se puede hacer ", afirma Thomas. "Va a ser muy útil para el público en general”. 
  
Avances previos 
  
En 2015, investigadores de Diseño Industrial en la Universidad Brunel de Londres (Reino Unido) resolvían dos de los principales retos para la fabricación de artículos de ropa que funcionen como fuentes de energía para dispositivos. 

Por un lado, mejoraron la tecnología para producir “hilos” capaces de almacenar y suministrar suficiente energía para dichos aparatos. Por otro, abordaron las cuestiones de la producción en masa de estos hilos, y desarrollaron un proceso semi-automático. 
  
Todo esto se hizo dentro del programa Powerweave, patrocinado por la Unión Europea, que reúne a investigadores de siete países para producir textiles que puedan generar y almacenar energía. 
  
Además, hace cuatro años, la Universidad de Carolina del Sur (EE.UU.) demostró que introduciendo una sencilla camiseta de algodón en una solución de fluoruro, la celulosa se transforma en fibras de carbón activado, un material que mantiene la flexibilidad de la ropa pero además posee propiedades de condensador eléctrico, es decir, que puede almacenar carga eléctrica.

Crean la primera libélula ciborg

Un sistema electrónico acoplado al sistema nervioso permite controlar sus desplazamientos

Investigadores norteamericanos han desarrollado la primera libélula ciborg. Tiene incorporada una mochila electrónica acoplada a su sistema nervioso que permite a los científicos controlar sus desplazamientos, dirigir la polinización y vigilar ecosistemas frágiles. Todavía es un prototipo.

Investigadores norteamericanos han concebido un módulo electrónico miniaturizado que se acopla al sistema nervioso de una libélula y permite controlar sus desplazamientos. 
  
El dispositivo puede aplicarse a otros insectos voladores con la finalidad de utilizarlos para misiones de reconocimiento e incluso para dirigir la polinización, según se informa en un comunicado. 
  
 El proyecto, denominado DragonflEye, es como una pequeña mochila adherida al sistema nervioso de la libélula para poder controlar sus movimientos. 
  
El sistema se basa en la optogenética, una técnica de ingeniería que sirve para identificar las redes neuronales y estimular las células nerviosas gracias a una luz azul que activa una proteína llamada Channelrhodopsin, presente en las células neuronales. 
  
El dispositivo implica la utilización de fibra óptica para dirigir el haz luminoso hacia las neuronas, si bien esta fibra es demasiado dura para adaptarse al nervio que recorre el cuerpo de la libélula. 
  
Para superar esta dificultad, los ingenieros han desarrollado unos sensores ópticos (optodos) similares a los cables de fibra óptica, que son flexibles y que pueden difundir la luz aunque estén doblados. 
  
Estos optodos, según los investigadores, permiten una activación neuronal específica a distancia de la libélula, sin alterar los miles de neuronas vecinas a las neuronas seleccionadas. 
  
Además, las libélulas ciborg resultado de este trabajo han sufrido una modificación genética para que las neuronas que controlan las funciones motoras del insecto reaccionen a la proteína llamada rodopsina, sensible a la luz. 
  
Los investigadores consideran que este sistema es más suave que otros sistemas de control de insectos basados en la estimulación eléctrica. 
  
El dispositivo electrónico es suficientemente pequeño que puede ser instalado sobre el abdomen de una libélula o de una abeja. La energía necesaria para alimentar el dispositivo se obtiene mediante células fotovoltaicas, de tal forma que la mochila tiene autonomía para cubrir misiones de larga duración. 
  
No obstante, los investigadores pretenden todavía mejorar este dispositivo, para hacerlo más ligero.

Primeras pruebas 
  
Aunque el sistema es todavía un prototipo, los investigadores van a desarrollar diferentes experimentos para probar en la práctica la capacidad del sistema para controlar el vuelo de una libélula. 
  
En una primera fase, utilizarán la libélula para recoger datos sobre el movimiento de sus alas, con la finalidad de desarrollar posteriormente un algoritmo de regulación de vuelo que pueda ser incorporado al dispositivo electrónico.
  
A continuación, los investigadores comenzarán a usar la estimulación óptica para conducir a distancia el vuelo de la libélula. La idea final es programar misiones de vuelo que el insecto seguirá después de forma autónoma. 
  
El objetivo final de esta tecnología es usarla no sólo en libélulas, sino también en otros insectos voladores más pequeños, como las abejas, que podrían realizar misiones de polinización dirigida. También podrían ser utilizados para vigilar cambios ambientales en ecosistemas frágiles, según los investigadores.

Una nueva tecnología otorga visión de águila a los drones

Es un sistema miniaturizado que incorpora 4 lentes del tamaño de un grano de sal impresas en 3D

Un dispositivo que incorpora 4 lentes del tamaño de un grano de sal impresas en 3D otorgará a los drones, robots y cámaras fotográficas una visión similar a la de un águila. El dispositivo involucra una técnica llamada foveated imaging, que permite incluir con nitidez incluso el punto muerto de un campo de visión.

Científicos europeos han creado una especie de globo ocular artificial que puede ser incorporado en cámaras, sensores, robots  y drones, y dotarles de una visión similar a las que tienen las águilas. 

Tal como explica la revista Seeker, se estima que las aves de presa como las águilas o los halcones tienen una visión al menos cinco veces más precisa que los humanos. Un águila puede detectar un conejo en el suelo a 3,2 kilómetros. Ese es el equivalente, para los seres humanos, a detectar una hormiga en el suelo desde la parte superior de un edificio de 10 pisos. 

Lo que han hecho los científicos europeos es desarrollar un sistema miniaturizado de lentes inspirado en la visión del águila, que potencialmente puede dar a los drones de vigilancia el tipo de visión previamente restringida al reino animal. 

Publicada esta semana en la revista Science Advances, la investigación involucra una técnica llamada foveated imaging, que permite incluir con nitidez incluso el punto muerto de un campo de visión, según informa la Universidad de Stuttgart en un comunicado. 

Foveated imaging es una técnica usada en imagen informática que designa una estrategia de cálculo que optimiza la calidad gráfica. Se llama así por la fóvea, el área de la retina donde se enfocan los rayos luminosos y se encuentra especialmente capacitada para la visión del color. 

"Si nos fijamos en la evolución, la visión foveateda es común en las aves de rapiña", explica el investigador Simon Thiele. "Parece dar una ventaja especialmente para la observación cuando el pájaro tiene que ser consciente de su entorno, pero al mismo tiempo obtener un máximo de información sobre un punto de interés".

Minúsculas e impresas en 3D 

Mientras que los lentes de zoom tradicionales también pueden lograr una alta resolución, la tecnología de imagen “foveateda” tiene otros dos beneficios importantes. Por un lado, estas lentes son pequeñas, del tamaño de un grano de sal. En segundo lugar, pueden ser impresas en 3D de una manera que hace que todo el aparato de la cámara sea mucho más barato de construir. 

Simon Thiele y sus colegas de la Universidad de Stuttgart han creado esta mini cámara fotográfica incorporándole 4 lentes impresas en 3D. Cada lente tiene una longitud focal que va de los 20 grados a los 70 grados. 

La superposición de imágenes creada por cada lentilla permite obtener una imagen “foveada”  con una gran resolución central.  La evaluación del aparato ha mostrado una mejora significativa en la nitidez de la parte central de la imagen, comparando dos imágenes, una obtenida mediante un sistema de varias lentillas, y otra obtenida con una sola lentilla. 

Las modificaciones futuras podrían permitir integrar un revestimiento anti-reflectante y reducir el tiempo de fabricación para una producción comercial, según los investigadores. 

El nuevo dispositivo podría potencialmente superar a una cámara convencional implantada en un microdron o al sensor de visión de un brazo robótico, según los investigadores. 

Además de los drones, la tecnología también tiene aplicaciones potenciales en los campos médicos e industriales,  dondequiera que una cámara muy pequeña necesite enfocarse con precisión.

Crean un metamaterial que absorbe las ondas sísmicas

Puede aplicarse también para mejorar las imágenes de las ecografías

Científicos chinos han creado un metamaterial que absorbe las ondas de los terremotos, protegiendo a los edificios de sus devastadores efectos. Incluso se puede incorporar a los edificios ya construidos para mejorar su resistencia sísmica. Ha sido probado con éxito en laboratorio y podría aplicarse también para mejorar las imágenes de las ecografías.

Científicos chinos han creado un material sólido y compuesto cuya propiedad consiste en propagar las ondas como si fuera un fluido, lo que constituye toda una novedad en el mundo de la Física. Los resultados se han publicado en Nature Communications, según informa la Universidad de Hong Kong en un comunicado. 

Se trata de un metamaterial, es decir, de un material artificial que presenta propiedades hasta ahora no existentes en la naturaleza. Se ha formado a partir de tres materiales sólidos, cilindros de acero recubiertos de silicona en un bloque de resina epoxi, un polímero termoestable que se endurece cuando se mezcla con un agente catalizador o «endurecedor». 

En sus extremos, el cilindro de acero funciona como un resorte. Esta arquitectura le permite detener el fenómeno conocido como resonancia anisótropa, ya que el nuevo metamarerial no permite la propagación de las ondas longitudinales, e impide también la propagación de las ondas transversales. 

Una onda es una perturbación que se propaga por el espacio y que es capaz de transportar energía de un punto a otro. Las ondas pueden ser transversales (las de los terremotos) o longitudinales (las del sonido), según la forma en que se propagan por el espacio. 

En el caso de las ondas longitudinales, la perturbación del medio se realiza en el mismo sentido que la dirección de la onda, mientras que en el caso de las ondas transversales, la perturbación del medio es perpendicular a la dirección de su propagación. 

Experimento categórico 

Los científicos han probado el efecto del metamaterial con el siguiente experimento. Colocaron una fila vertical de seis cubos del metamaterial y en su cúspide pusieron un grupo de pequeñas bolas de cristal. En la base de los cubos, situaron otro grupo de bolas de cristal. 

Todo el conjunto se colocó encima de un agitador electromagnético que generaba vibraciones transversales. Cuando el agitador se activó, las bolas de cristal que estaban en la cúspide permanecieron estables, mientras que las que estaban en la base salieron despedidas. De esta forma comprobaron que la pila de metamateriales había absorbido las ondas transversales generadas por el agitador electromagnético. 

Según los investigadores, el metamaterial hizo retroceder la frontera entre sólido y fluido en términos de propiedades ondulatorias y por ello abre nuevas perspectivas sobre las características de los sólidos estáticos. El concepto, totalmente revolucionario, abre nuevas posibilidades para controlar el fenómeno de la vibración, que podría ser aplicado al campo de la obtención de imágenes médicas.

Contener un terremoto 

Los investigadores añaden que el nuevo metamaterial es capaz también de resistir a los terremotos y que por sus características puede integrarse en los pilares y vigas de los edificios. También permite una gran flexibilidad en cuanto al diseño arquitectónico. E incluso se puede incorporar a los edificios ya construidos para mejorar su resistencia sísmica, según los investigadores. 

Los seísmos son una de las catástrofes naturales más devastadoras y mortales y los científicos intentan concebir materiales de construcción capaces de minimizar sus efectos, especialmente en las zonas de riesgo, para reducir los daños que causan las ondas sísmicas. 

Las ondas sísmicas son transversales con efectos muy destructivos cuando se propagan sobre la superficie terrestre, por lo que el nuevo metamaterial resulta tremendamente eficaz para impedir el paso de las ondas sísmicas cuando llegan a un edificio. 

Los investigadores señalan que las aplicaciones del metamaterial trascienden la arquitectura para extenderse al campo médico, ya que puede servir para mejorar la eficacia de los transductores  de ultrasonidos que se usan en medicina, como son las ondas de las ecografías. 

Un transductor ultrasónico es un dispositivo convierte energía eléctrica en energía mecánica, en forma de sonido y viceversa. Los tejidos humanos poseen características de elasticidad cercanas a las de los medios fluidos como el agua, mientras que los transductores ultrasónicos son materiales sólidos. 

Utilizar una sonda construida con un metamaterial que tenga propiedades cercanas a las de los fluidos permitirá una mejor propagación de las ondas ultrasónicas entre la sonda y el cuerpo humano, limitando la pérdida de energía y asegurando una mejor imagen de la ecografía, consideran los investigadores.

Descubren el secreto de caminar sobre el agua

Cementos más resistentes, chalecos antibalas más ligeros y trajes de motoristas más seguros, posibles aplicaciones

Científicos franceses han conseguido explicar por qué es posible caminar sobre el agua, en determinadas condiciones: una suspensión puede volverse sólida porque las partículas se unen por efecto de la presión y por la intervención de las fuerzas repulsivas de corto alcance. Estas fuerzas pueden manipularse para conseguir cementos más resistentes, chalecos antibalas más ligeros, férulas flexibles y trajes de motoristas más seguros.

Algunas suspensiones de partículas, como granos de almidón en el agua, o líquidos en reposo, se vuelven sólidos bruscamente cuando son sometidos a un flujo rápido o a un choque. Este comportamiento extraño permite, por ejemplo, “caminar sobre el agua” o concebir vestidos ligeros, pero muy resistentes en caso de choque. 

Un caso conocido: mezclando agua tibia y maicena (harina de fécula de maíz), esta mezcla da lugar a una sustancia extraña, que es más sólida que líquida. Cuando se presiona con un dedo, se hunde. Pero si se pisa con fuerza, se vuelve impenetrable. De esta forma, es posible caminar sobre esta suspensión, que es como caminar sobre el agua. Su comportamiento es el de un fluido no newtoniano. 

Ahora, investigadores franceses han demostrado experimentalmente que este comportamiento se produce porque no sólo las partículas chocan entre sí, sino también porque en el proceso intervienen fuerzas repulsivas de corto alcance (de origen electroestático o físico-químico) que permiten  el rápido cambio de un líquido a sólido en determinadas circunstancias, según informa el CNRS en un comunicado. 

La explicación de por qué algunos fluidos pueden convertirse sólidos rápidamente ha sido desconocida hasta ahora. Las investigaciones sobre estos fenómenos han dado lugar a la reología, rama de la física de medios continuos que se dedica al estudio de la deformación y el fluir de la materia. 

Modelo de referencia 

Los investigadores de este estudio se apoyaron en un modelo teórico según el cual, las partículas de una suspensión de estas características se mantienen a distancia cuando reciben una presión débil (por ejemplo, presionar con el dedo) y en presencia de fuerzas repulsivas de corto alcance. 

Esta ausencia de contacto sólido hace que las partículas no se rocen unas con otras y la suspensión entonces fluye como un líquido. Sin embargo, cuando se produce un choque (por ejemplo, el fluido se pisa con fuerza), las partículas entonces se unen entre sí y producen un medio muy disipativo: la suspensión se transforma en sólida. Se puede “caminar sobre el agua”. 

Los investigadores han demostrado que las partículas en el seno de los fluidos de estas características se comportan realmente según este modelo, y lo han testado asimismo en un modelo de partículas de silicio obteniendo el mismo resultado: si se disminuye la presión de la fuerza repulsiva (que mantiene separadas a las partículas), el estado líquido desaparece y la suspensión se vuelve sólida. 

Estos resultados, que vinculan por primera vez las propiedades microscópicas de superficie, la fricción y el comportamiento reológico macroscópico de las suspensiones, confirman que el proceso que lleva a una suspensión a volverse sólida es el resultado de una transición friccional.

Aplicaciones innovadoras 

El descubrimiento del papel crucial de la fricción en las suspensiones permitirá comprender y mejorar la formulación de los cementos modernos, que incorporan polímeros para controlar sus propiedades de endurecimiento. Con este sistema se pueden conseguir cementos más resistentes y densos que los actuales. 

Más generalmente, este avance contribuirá a la formulación de suspensiones con propiedades reológicas controladas, con aplicaciones médicas o deportivas como férulas que permiten movimientos lentos, pero protectoras en caso de choque. 

Otras aplicaciones posibles, la fabricación de chalecos antibalas más ligeros dotados de gránulos con capacidad dilatante, para hacerlos resistentes incluso a las armas blancas. 

Con este sistema también pueden construirse trajes de motoristas más ligeros que se vuelven rígidos por el impacto de un choque, protegiendo así el cuerpo del piloto.

¿De qué está hecho el Sol y cuándo morirá?

Cuando se precise el contenido en «metales» del Sol, es posible que mucho de lo que creemos sobre la evolución y el plazo de vida de las estrellas quede patas arriba.

Como cualquier estrella que esté en su plenitud, el Sol se compone principalmente de átomos de hidrógeno, que se fusionan de dos en dos para acabar produciendo helio-4 y liberar con ello una energía inmensa. Pero es la pequeña concentración de elementos más pesados que hay en él, a los que los astrónomos llaman metales, la que controla su destino. «Basta con una pequeña cantidad de metales para alterar el comportamiento de una estrella por completo», explica Sunny Vagnozzi, físico de la Universidad de Estocolmo que estudia la «metalicidad» del Sol. Cuanto más metálica es una estrella, más opaca será (porque los metales absorben radiación), y lo opaca que sea, a su vez, está relacionado con su tamaño, temperatura, brillo, plazo de vida y otras propiedades clave. «La metalicidad nos dice también, básicamente, cuándo morirá la estrella», cuenta Vagnozzi.

Pero la metalicidad del Sol, aparte de desvelar cuál será la historia de nuestra estrella, sirve además como una especie de vara de medir para calibrar las mediciones de la metalicidad de otras estrellas, y por lo tanto las edades, temperaturas y otras propiedades de estrellas, galaxias y todo lo demás. «Si cambiamos la vara de medir solar, querrá decir que inmediatamente nuestra imagen del cosmos tendrá que cambiar», como dice Martin Asplund, astrofísico de la Universidad Nacional de Australia. «Contar con un conocimiento exacto de la composición química solar es importantísimo, pues».

Sin embargo, unas mediciones cada vez más precisas de la metalicidad del Sol han suscitado más preguntas de las que han respondido. La incapacidad de los astrónomos en resolver el misterio, al que se refieren con una diversidad de nombres ‒de la metalicidad solar, de la concentración solar, de la composición solar o de la modelización solar‒, da a entender que podría haber algo «fundamentalmente equivocado» en nuestra idea del Sol, y por lo tanto de las estrellas, dice Vagnozzi. «Sería algo enorme».

Hace veinte años, los astrónomos creían que tenían al Sol en el bote. Los medios directos e indirectos de inferir su metalicidad le atribuían al Sol una proporción de metales del 1,8 por ciento, feliz coincidencia que les hacía pensar que sabían no solo el tamaño de la vara de medir solar, sino cómo funcionaba el Sol. Pero a lo largo de este siglo unas mediciones espectroscópicas de la luz solar cada vez más precisas ‒un sondeo directo de la composición del Sol, puesto que cada elemento crea unas líneas de absorción en el espectro que lo delatan‒, han indicado una metalicidad mucho menor, de solo un 1,3 por ciento. Mientras, sin embargo, la heliosismología, el método alternativo, pero indirecto, de inferir la metalicidad, basado en la forma en que las ondas sonoras de diferentes frecuencias se propagan a través del Sol, seguía dando el 1,8 por ciento.

Pero si la teoría del Sol de los astrónomos, el llamado «modelo solar estándar», es correcto, la espectroscopía y la heliosismología deberían coincidir. Es decir, los astrónomos deberían poder valerse de las mediciones heliosismológicas para calcular la profundidad de una importante capa fronteriza del Sol, en la que la radiación cede paso a la convección. Y esa profundidad guarda relación, según las ecuaciones, con la opacidad del Sol y, por lo tanto, con su metalicidad. Esta secuencia de cálculos debería predecir el mismo valor para la metalicidad que el que los espectroscopistas miden directamente en la luz solar. No lo hace.

«No es un problema solo para la física solar, sino, por extensión, para la astronomía en su conjunto», según Asplund, que dirige el equipo al que se deben las medidas espectroscópicas precisas. «O los astrónomos no saben medir las concentraciones de los elementos en las estrellas por medio de la espectroscopia, o lo que sabemos del interior de las estrellas y de cómo oscilan está incompleto», afirma. «En ambos casos, las ramificaciones son muy importantes, pues las estrellas son los testigos fundamentales del cosmos; la astrofísica estelar proporciona buena parte de los fundamentos de la astronomía y la cosmología modernas».

Tras años de hablar acerca de lo que puede estar mal, incluyendo cábalas acerca de la presencia de materia oscura en el Sol, el debate se ha «estancado un poco», dice Sarbani Basu, astrofísica solar de la Universidad de Yale. Pero hay esperanza. Hace poco, unas huidizas partículas que emanan del Solo, los neutrinos solares, han aportado una débil pista sobre la metalicidad solar. Las diferentes reacciones de fusión nuclear producen neutrinos solares de diferente energía, y por lo tanto las partículas llevan información sobre la composición del Sol. En un congreso celebrado en Heidelberg en junio, el equipo del experimento Borexino, que tiene sus instalaciones en el Laboratorio Nacional del Gran Sasso, en los Abruzos, en Italia, informó de que había detectado neutrinos solares que respaldan, aunque de un modo poco concluyente estadísticamente, el valor más alto, el 1,8, de la metalicidad.

Si este valor más alto de la metalicidad es realmente el correcto, habrá que preguntarse qué es lo que falla, exactamente, en las mediciones espectroscópicas de Asplund y sus colaboradores. «Si el problema está en la espectroscopia, lo más probable es que estemos cometiendo errores parecidos al analizar otras estrellas», dice, lo que afectaría a las interpretaciones de la evolución química de las estrellas y de galaxias como la Vía Láctea.

Pero Asplund se reafirma en su 1,3 medido espectroscópicamente. Se remite a un artículo publicado en 2015 en Nature que indica que en las condiciones de alta presión del núcleo solar los metales podrían incrementar la opacidad más incluso de lo que se creía antes. Si el modelo solar estándar se corrige para tener en cuenta esta diferencia, las estimaciones heliosismológica y neutrínica de la metalicidad podrían descender hasta el 1,3 por ciento, afirma.

En los años que vienen, el equipo de Borexino espera detectar los raros neutrinos solares producidos en el ciclo CNO, una reacción de fusión que tiene lugar en el Sol en la que los átomos de carbono, nitrógeno y oxígeno sirven de catalizadores para la fusión del hidrógeno en helio. «A los neutrinos CNO les afecta mucho la metalicidad, así que medirlos podría ser definitivo», sostiene Andrea Pocar, físico de la Universidad de Massachusetts en Amherst y miembro de la colaboración Borexino.

Si resulta que el Sol es realmente en un 1.3 por ciento «metálico», entonces es que el modelo solar estándar está equivocado en lo que se refiere a la opacidad del Sol. «Esto afectaría prácticamente a la astronomía entera», dice Asplund, pues un conocimiento fidedigno de la evolución estelar es el fundamento de casi todo lo que hacemos. Habría que revisar la estimación de las edades de las estrellas y las galaxias hasta en un 10 o 15 por ciento. Por desgracia para el Sol mismo (y para la vida futura en la Tierra), las estrellas de baja metalicidad queman el combustible más deprisa que las que la tienen alta, así que el Sol moriría unos mil millones de años antes de lo que creíamos.