Lunes, 06 Julio 2020 05:43

¿Por qué las plantas son verdes?

Cuando la luz del Sol brilla sobre una hoja, esta cambia rápidamente pues las plantas deben protegerse de las repentinas oleadas de energía solar. Para hacer frente a estos cambios, los organismos fotosintéticos, desde plantas hasta bacterias, han desarrollado numerosas tácticas. Sin embargo, los científicos no habían podido identificar, hasta ahora, el principio de diseño subyacente.

Un estimado colega nos comparte información sobre los hallazgos de un equipo internacional de científicos, dirigido por el físico Nathaniel M. Gabor, de la University of California en Riverside (UC- Riverside) quienes han construido un modelo que reproduce una característica general de la recolección de luz fotosintética, observada en muchos organismos fotosintéticos. Esta información se publicó en el boletín de noticias de la UC-Riverside el pasado 25 de junio en el artículo escrito por Iqbal Pittalwala aquí reproducido. Veamos de qué se trata….

El concepto de cosecha de luz se refiere aquí a la recolección de energía solar por moléculas de clorofila unidas a proteínas. En la fotosíntesis, el proceso por el cual las plantas verdes y algunos otros organismos usan la luz solar para sintetizar los alimentos a partir del dióxido de carbono y el agua, la cosecha de energía luminosa comienza con la absorción de la luz solar.

El modelo de los investigadores toma prestadas ideas de la ciencia de redes complejas, un campo de estudio que explora la operación eficiente tanto en redes de teléfonos celulares, como en las del cerebro o en las redes de distribución eléctrica. El modelo describe una red simple que es capaz de ingresar luz de dos colores diferentes y, sin embargo, generar una tasa constante de energía solar. Esta elección inusual de solo dos entradas tiene consecuencias notables.

 

"Nuestro modelo muestra que al absorber solo colores de luz muy específicos, los organismos fotosintéticos pueden protegerse automáticamente contra cambios repentinos, o 'ruido', en la energía solar, lo que resulta en una conversión de energía notablemente eficiente", dijo Gabor, profesor asociado de física y astronomía de la UC-Riverside, que dirigió el estudio que aparece el 25 de junio pasado apareció en la revista Science. "Las plantas verdes se muestran verdes y las bacterias púrpuras se muestran púrpuras porque solo las regiones específicas del espectro del que absorben son adecuadas para la protección contra la energía solar que cambia rápidamente".

Gabor comenzó a pensar en la investigación de la fotosíntesis hace más de una década, cuando era estudiante de doctorado en la Universidad de Cornell. Se preguntó por qué las plantas rechazaban la luz verde, la luz solar más intensa. Con los años, trabajó con físicos y biólogos de todo el mundo para aprender más sobre los métodos estadísticos y la biología cuántica de la fotosíntesis.

 

Richard Cogdell, botánico de la Universidad de Glasgow en el Reino Unido y coautor del trabajo de investigación, alentó a Gabor a extender el modelo para incluir una gama más amplia de organismos fotosintéticos que crecen en entornos donde el espectro solar incidente es muy diferente.

"Con gran regocijo, pudimos demostrar que el modelo funcionaba en otros organismos fotosintéticos además de las plantas verdes, y que el modelo identificaba una propiedad general y fundamental de la cosecha de luz fotosintética", dijo. "Nuestro estudio muestra cómo, al elegir dónde absorbe la energía solar en relación con el espectro solar incidente, puede minimizar el ruido en la salida, información que puede utilizarse para mejorar el rendimiento de las células solares".

El coautor Rienk van Grondelle, un influyente físico experimental de la Vrije Universiteit Amsterdam en los Países Bajos que trabaja en los procesos físicos primarios de la fotosíntesis, dijo que el equipo encontró que los espectros de absorción de ciertos sistemas fotosintéticos seleccionan ciertas regiones de excitación espectral que cancelan el ruido y maximizan la energía almacenado.

"Este principio de diseño muy simple también podría aplicarse en el diseño de células solares artificiales", dijo van Grondelle, quien tiene una vasta experiencia en la recolección de luz fotosintética.

Gabor explicó que las plantas y otros organismos fotosintéticos tienen una amplia variedad de tácticas para evitar daños debido a la sobreexposición al Sol, que van desde mecanismos moleculares de liberación de energía hasta el movimiento físico de la hoja para seguir al Sol. Las plantas incluso han desarrollado una protección efectiva contra la luz ultravioleta, al igual que en una crema protectora solar.

"En el complejo proceso de la fotosíntesis, está claro que proteger al organismo de la sobreexposición es el factor que impulsa la producción exitosa de energía, y esta es la inspiración que usamos para desarrollar nuestro modelo", dijo. "Nuestro modelo incorpora una física relativamente simple, sin embargo, es consistente con un amplio conjunto de observaciones en biología. Esto es notablemente raro. Si nuestro modelo puede soportar los exhaustivos experimentos que estamos realizando, seguramente podremos encontrar aún mayores concordancias entre la teoría y las observaciones, dando una visión rica del funcionamiento interno de la naturaleza ".

 

 

Para construir el modelo, Gabor y sus colegas aplicaron la física directa de las redes a los detalles complejos de la biología, y pudieron hacer declaraciones claras, cuantitativas y genéricas sobre organismos fotosintéticos muy diversos.

"Nuestro modelo es la primera explicación impulsada por la hipótesis de por qué las plantas son verdes, y damos una hoja de ruta para probar el modelo a través de experimentos más detallados", dijo Gabor.

Gabor agregó que la fotosíntesis puede considerarse como un fregadero de la cocina, donde un grifo ingresa agua y un desagüe permite que el agua salga. Si el flujo hacia el fregadero es mucho mayor que el flujo hacia afuera, el fregadero se desborda y el agua se derrama por todo el piso.

"En la fotosíntesis, si el flujo de energía solar hacia la red de captación de luz es significativamente mayor que el flujo de salida, la red fotosintética debe adaptarse para reducir el repentino desbordamiento de energía", dijo. "Cuando la red no logra manejar estas fluctuaciones, el organismo intenta expulsar la energía extra. Al hacerlo, el organismo sufre estrés oxidativo, que daña las células".

 

Los investigadores se sorprendieron por lo general y simple que es su modelo.

"La naturaleza siempre te sorprenderá", dijo Gabor. "Algo que parece tan complicado y complejo podría funcionar en base a unas pocas reglas básicas. Aplicamos el modelo a organismos en diferentes nichos fotosintéticos y continuamos reproduciendo espectros de absorción precisos. En biología, hay excepciones a cada regla, tanto que el hallazgo de una regla suele ser muy difícil. Sorprendentemente, parece que hemos encontrado una de las reglas de la vida fotosintética ".

Gabor señaló que en las últimas décadas, la investigación de la fotosíntesis se ha centrado principalmente en la estructura y función de los componentes microscópicos del proceso fotosintético.

 

"Los biólogos saben bien que los sistemas biológicos generalmente no están finamente ajustados dado el hecho de que los organismos tienen poco control sobre sus condiciones externas", dijo. "Esta contradicción hasta ahora no se ha abordado porque no existe un modelo que conecte los procesos microscópicos con las propiedades macroscópicas. Nuestro trabajo representa el primer modelo físico cuantitativo que aborda esta contradicción".

A continuación, con el apoyo de varias subvenciones recientes, los investigadores diseñarán una nueva técnica de microscopía para probar sus ideas y avanzar en la tecnología de los experimentos de fotobiología utilizando herramientas de óptica cuántica.

"Hay mucho que entender sobre la naturaleza, y solo se ve más hermosa a medida que desentrañamos sus misterios", dijo Gabor.

 

Fuente: https://news.ucr.edu/articles/2020/06/25/why-are-plants-green

 

 

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Las ciudades modernas de hoy, desde Denver hasta Dubai, podrían aprender una o dos cosas de las antiguas comunidades Pueblo, que una vez se extendieron por el suroeste de los Estados Unidos y el norte de México. Al respecto, un estimado colega nos comparte el presente artículo escrito por Daniel Strain y publicado el pasado 19 de junio (2020) en el boletín de noticias de la University of Colorado en Boulder, Co (UC-Boulder). Veamos qué nos comentan:

Uno de las primeras premisas que las comunidades antiguas fueron afirmando es que mientras más personas vivan juntas, mejores serán los niveles de vida.

Ese hallazgo proviene de un estudio publicado hoy en la revista Science Advances que fue dirigido por Scott Ortman, un arqueólogo de la Universidad de Colorado Boulder. Existe un número creciente de arqueólogos y antropólogos que argumentan que el pasado del mundo puede ser la clave de su futuro. ¿Qué lecciones pueden aprender las personas que viven hoy de los éxitos y fracasos de las civilizaciones de hace cientos o miles de años?

Recientemente, Ortman y José Lobo, de la Universidad Estatal de Arizona, se sumergieron profundamente en los datos de las ciudades agrícolas que salpicaban el Valle del Río Grande entre los siglos XIV y XVI. Las metrópolis modernas deberían tomar nota: a medida que las aldeas Pueblo se hicieron más grandes y densas, su producción per cápita de alimentos y otros bienes también pareció aumentar.

En otras palabras, calles llenas con mucho movimient, podrían conducir a ciudadanos con mejores posibilidades económicas y muy posiblemente con una mejor calidad de vida.

"Vemos aquí una situación de escala", dijo Ortman, profesor asistente en el Departamento de Antropología, que también está afiliado al Instituto Santa Fe en Nuevo México. "Mientras más personas trabajan juntas, más producen por persona".

Si lo mismo es cierto hoy en día, sigue siendo una pregunta abierta, especialmente en medio de los impactos sin precedentes de la pandemia de covid-19 en las ciudades y la proximidad humana. Pero los resultados del suroeste soleado sugieren que es una idea que vale la pena explorar.

"El registro arqueológico puede ayudarnos a aprender sobre los problemas que nos preocupan del mundo actual de tal forma que no los podríamos hacer así utilizando los datos disponibles de las sociedades modernas", dijo Ortman.

 

Los buenos platillos

 

Las investigaciones forman parte de una rama de un esfuerzo que Ortman lidera llamado Proyecto de Reactores Sociales, la cual ha explorado patrones de crecimiento en civilizaciones desde la antigua Roma hasta el mundo inca.

Es un intento de perseguir una idea propuesta por primera vez en el siglo XVIII por Adam Smith, a menudo conocido como el padre de la economía moderna. En The Wealth of Nations, Smith defendió los beneficios fundamentales del tamaño del mercado: que si se facilita el comercio de más personas, la economía crecerá.

Simplemente mire cualquier ciudad donde seguramente encontrara una peluquería junto a una panadería y una guardería para perros.

"A medida que las personas interactúan con mayor frecuencia, una persona puede realizar menos cosas por sí misma y obtener más de lo que necesita de sus contactos sociales", dijo Ortman.

El problema, explicó, es que ese crecimiento "que impulsa la concentración de personas" es difícil de aislar en las ciudades grandes y complejas de hoy. Esto mismo no resulta cierto para el Valle del Río Grande.

Antes de la llegada de los españoles en el siglo XVI, cientos de aldeas abarcaban la región cercana a lo que hoy es Santa Fe. Estos asentamientos variaron en tamaño desde unas pocas docenas de residentes hasta unas tres mil personas, la mayoría de las cuales se ganaban la vida cultivando entre otras cosas el maíz y el algodón.

Tal estilo de vida de subsistencia no significaba que estas comunidades fueran simples.

 

"La visión tradicional en la historia antigua era que el crecimiento económico no sucedió hasta el comienzo de la revolución industrial", dijo Ortman.

Él y Lobo decidieron poner a prueba esa suposición. El dúo estudió detenidamente una base de datos exhaustiva de hallazgos arqueológicos de la región, capturando todo, desde la cantidad y el tamaño de las habitaciones en las comunidades de Pueblo hasta la cerámica y montones de basura.

 

Descubrieron una tendencia clara: cuando las aldeas se volvieron más pobladas, sus residentes parecían mejorar en promedio, exactamente como Smith predijo. Los espacios habitables crecieron en tamaño y las familias recolectaron más cerámica pintada.

"Se podría considerar como más platos para compartir comidas juntos", dijo Ortman.

Conexión social

Ese crecimiento, descubrió el equipo, también parecía seguir un patrón que los investigadores del Proyecto de Reactores Sociales han visto en una variedad de civilizaciones a lo largo de la historia. Cada vez que las aldeas duplicaron su tamaño, los marcadores de crecimiento económico aumentaron aproximadamente un 16% en promedio.

Ortman dijo que el efecto no ocurre de la misma manera en todas partes. Factores como la desigualdad y el racismo, por ejemplo, pueden evitar que los residentes urbanos trabajen juntos, incluso cuando viven en espacios reducidos.

Pero, agregó Ortman, estas comunidades de Pueblo tienen una lección importante para las sociedades modernas: cuanto más personas puedan conectarse con otras, más prósperas se vuelven.

"En igualdad de condiciones, la urbanización debería conducir a mejoras en las condiciones materiales de vida para las personas en todas partes", dijo. "Sospechamos que es por eso que el mundo continúa urbanizándose, a pesar de todos los problemas asociados".

 

Fuente:

https://www.colorado.edu/today/2020/06/15/ancient-societies-hold-lessons-modern-cities

 

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Si usted recuerda, "Transpórtame " es una de las frases más famosas de la serie Star Trek. Es el comando que se utilizaba cuando un personaje deseaba teletransportarse desde una ubicación remota de regreso a la nave espacial Enterprise.

 

Si bien la teletransportación humana solo existe en la ciencia ficción, la teletransportación es posible en el mundo subatómico de la mecánica cuántica, aunque no de la manera que normalmente se representa en la televisión. En el mundo cuántico, la teletransportación implica el transporte de información, en lugar del transporte de materia. Al respecto, un estimado colega nos comparte el presente artículo escrito por Lindsey Valich y publicado en el boletín de noticias de la University of Rochester (UR) el 19 de junio pasado. Veamos de qué se trata…

El año pasado, los científicos confirmaron que la información podía pasar entre fotones en chips de computadora, incluso cuando los fotones no estaban físicamente vinculados.

Ahora, según una nueva investigación de la University of Rochester (UR) y la“Purdue University, la teletransportación también puede ser posible entre electrones.

En un artículo publicado en Nature Communications y uno que aparece en Physical Review X, los investigadores -incluidos John Nichol, profesor asistente de física en Rochester, y Andrew Jordan, profesor de física en Rochester- exploran nuevas formas de crear interacciones entre electrones distantes en mecánica cuántica. La investigación es un paso importante para mejorar la computación cuántica, que, a su vez, tiene el potencial de revolucionar la tecnología, la medicina y la ciencia al proporcionar procesadores y sensores más rápidos y eficientes.

“Acción espeluznante a distancia”

La teletransportación cuántica es una demostración de lo que Albert Einstein llamó "acción fantasmagórica a distancia", también conocida como entrelazamiento cuántico. En el entrelazamiento, uno de los conceptos básicos de la física cuántica, las propiedades de una partícula afectan las propiedades de otra, incluso cuando las partículas están separadas por una gran distancia. La teletransportación cuántica involucra dos partículas entrelazadas y distantes en las cuales el estado de una tercera partícula "teletransporta" instantáneamente su estado a las dos partículas entrelazadas.

La teletransportación cuántica es un medio importante para transmitir información en la computación cuántica. Mientras que una computadora típica consta de miles de millones de transistores, llamados bits, las computadoras cuánticas codifican la información en bits cuánticos o qubits. Un bit tiene un único valor binario, que puede ser "0" o "1", pero los qubits pueden ser "0" y "1" al mismo tiempo. La capacidad de los qubits individuales de ocupar simultáneamente múltiples estados subyace al gran poder potencial de las computadoras cuánticas.

Los científicos han demostrado recientemente la teletransportación cuántica mediante el uso de fotones electromagnéticos para crear pares de qubits entrelazados de forma remota.

 

Sin embargo, los Qubits hechos de electrones individuales también son prometedores para transmitir información en semiconductores.

"Los electrones individuales son qubits prometedores porque interactúan muy fácilmente entre sí, y los qubits de electrones individuales en semiconductores también son escalables", dice Nichol. "Crear de manera confiable interacciones de larga distancia entre electrones es esencial para la computación cuántica".

 

Sin embargo, la creación de pares de qubits entrelazados de electrones que abarquen largas distancias, lo cual es necesario para la teletransportación, ha resultado difícil: mientras que los fotones se propagan naturalmente a largas distancias, los electrones generalmente están confinados en un solo lugar.

Pares de electrones entrelazados

 

Para demostrar la teletransportación cuántica usando electrones, los investigadores utilizaron una técnica desarrollada recientemente basada en los principios del acoplamiento de intercambio de Heisenberg. Un electrón individual es como un imán de barra con un polo norte y un polo sur que pueden apuntar hacia arriba o hacia abajo. La dirección del polo, ya sea que el polo norte apunte hacia arriba o hacia abajo, por ejemplo, se conoce como el momento magnético del electrón o el estado de giro cuántico. Si ciertos tipos de partículas tienen el mismo momento magnético, no pueden estar en el mismo lugar al mismo tiempo. Es decir, dos electrones en el mismo estado cuántico no pueden sentarse uno encima del otro. Si lo hicieran, sus estados cambiarían de un lado a otro a tiempo.

Los investigadores utilizaron la técnica para distribuir pares de electrones entrelazados y teletransportar sus estados de espín.

 

"Brindamos evidencia de 'intercambio de entrelaces', en el que creamos entrelazamiento de dos electrones a pesar de que las partículas nunca interactúan, y 'teletransportación de puerta cuántica', una técnica potencialmente útil para la computación cuántica mediante teletransportación", dice Nichol. "Nuestro trabajo muestra que esto se puede hacer incluso sin fotones".

Los resultados allanan el camino para futuras investigaciones sobre teletransportación cuántica que involucren estados de espín de toda la materia, no sólo de fotones, y proporcionan más evidencia de las capacidades sorprendentemente útiles de electrones individuales en semiconductores qubit.

 

Fuente:

https://www.rochester.edu/newscenter/quantum-teleportation-to-improve-quantum-computing-441352/

 

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Un querido colega y amigo, nos comparte el presente artículo escrito por Jennifer Chu y publicado el pasado 8 de junio de 2020 en el boletín digital del Massachusetts Institute of Technology (MIT). En este artículo se informa que ingenieros del MIT diseñaron una especie de “cerebro-chip”, más diminuto  que un confeti, y que está integrado con decenas de miles de sinapsis cerebrales artificiales conocidas como memristors, componentes basados en silicio que imitan las sinapsis de transmisión de información en el cerebro humano. Veamos de que se trata….

 

Para iniciar recordemos que una sinapsis es una aproximación (funcional) intercelular especializada entre neuronas que permite a las células nerviosas comunicarse con otras a través de los axones y dendritas, transformando una señal eléctrica en otra química.

Los investigadores tomaron prestados los principios de la metalurgia para fabricar cada memristor de aleaciones de plata y cobre, junto con silicio. Cuando hicieron funcionar el chip a través de varias tareas visuales, el chip pudo "recordar" las imágenes almacenadas y reproducirlas muchas veces, en versiones que eran más nítidas y limpias en comparación con los diseños de memristor existentes hechos con elementos sin aleaciones.

 

Sus resultados, publicados hoy en la revista Nature Nanotechnology, demuestran un nuevo y prometedor diseño de memristores para dispositivos neuromórficos, componentes electrónicos que se basan en un nuevo tipo de circuito que procesa la información de una manera que imita la arquitectura neuronal del cerebro. Dichos circuitos inspirados en el cerebro podrían integrarse en dispositivos portátiles pequeños y llevarían a cabo tareas informáticas complejas que sólo las supercomputadoras de hoy en día pueden manejar.

"Hasta ahora, las redes de sinapsis artificiales existen como software. Estamos tratando de construir dispositivos (hardware) de red neuronal real para sistemas de inteligencia artificial portátiles", dice Jeehwan Kim, profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT. "Imagine conectar un dispositivo neuromórfico a una cámara en su automóvil y hacer que reconozca las luces y los objetos y tome una decisión de inmediato, sin tener que conectarse a Internet. Esperamos utilizar memorias eficientes en energía para realizar esas tareas en el sitio, en tiempo real."

 

Iones errantes

Los memristors, o transistores de memoria, son un elemento esencial en la computación neuromórfica. En un dispositivo neuromórfico, un memristor serviría como transistor en un circuito, aunque su funcionamiento se asemejaría más a una sinapsis cerebral: la unión entre dos neuronas. La sinapsis recibe señales de una neurona, en forma de iones, y envía una señal correspondiente a la siguiente neurona.

 

Un transistor en un circuito convencional transmite información al cambiar entre uno de los dos únicos valores, 0 y 1, y hacerlo solo cuando la señal que recibe, en forma de corriente eléctrica, es de una intensidad particular. En contraste, un memristor funcionaría a lo largo de un gradiente, muy parecido a una sinapsis en el cerebro. La señal que produce variará dependiendo de la intensidad de la señal que recibe. Esto permitiría que un solo memristor tenga muchos valores y, por lo tanto, lleve a cabo una gama de operaciones mucho más amplia que los transistores binarios.

 

 

Al igual que una sinapsis cerebral, un memristor también podría "recordar" el valor asociado con una intensidad de corriente dada y producir exactamente la misma señal la próxima vez que reciba una corriente similar. Esto podría garantizar que la respuesta a una ecuación compleja, o la clasificación visual de un objeto sea confiable, una hazaña que normalmente involucra múltiples transistores y condensadores.

 

En última instancia, los científicos imaginan que los memristores requerirían mucho menos espacio en chip que los transistores convencionales, lo que permitiría dispositivos informáticos portátiles y potentes que no dependen de supercomputadores, o incluso conexiones a Internet.

 

Sin embargo, los diseños de memristor existentes tienen un rendimiento limitado. Un solo memristor está hecho de un electrodo positivo y negativo, separado por un "medio de conmutación" o espacio entre los electrodos. Cuando se aplica un voltaje a un electrodo, los iones de ese electrodo fluyen a través del medio, formando un "canal de conducción" al otro electrodo. Los iones recibidos forman la señal eléctrica que el memristor transmite a través del circuito. El tamaño del canal iónico (y la señal que finalmente produce el memristor) debe ser proporcional a la fuerza del voltaje estimulante.

Kim dice que los diseños de memristor existentes funcionan bastante bien en casos en los que el voltaje estimula un gran canal de conducción o un fuerte flujo de iones de un electrodo a otro. Pero estos diseños son menos confiables cuando los memristors necesitan generar señales más sutiles, a través de canales de conducción más delgados.

Cuanto más delgado es un canal de conducción, y más liviano es el flujo de iones de un electrodo a otro, más difícil es que los iones individuales permanezcan juntos. En cambio, tienden a alejarse del grupo, disolviéndose dentro del medio. Como resultado, es difícil para el electrodo receptor capturar de manera confiable la misma cantidad de iones y, por lo tanto, transmitir la misma señal cuando se estimula con un cierto rango bajo de corriente.

 

Préstamo de metalurgia

 

Kim y sus colegas encontraron una forma de evitar esta limitación al tomar prestada una técnica de la metalurgia, la ciencia de fundir metales en aleaciones y estudiar sus propiedades combinadas.

 

"Tradicionalmente, los metalúrgicos intentan agregar diferentes átomos en una matriz masiva para fortalecer los materiales, y pensamos, ¿por qué no ajustar las interacciones atómicas en nuestro memristor y agregar algún elemento de aleación para controlar el movimiento de iones en nuestro medio?", dice Kim.

Los ingenieros suelen usar plata como material para el electrodo positivo de un memristor. El equipo de Kim revisó la literatura para encontrar un elemento que pudieran combinar con plata para mantener efectivamente unidos los iones de plata, mientras les permitía fluir rápidamente hacia el otro electrodo.

El equipo aterrizó en cobre como el elemento de aleación ideal, ya que es capaz de unirse tanto con plata como con silicio.

"Actúa como una especie de puente y estabiliza la interfaz plata-silicio", dice Kim.

 

Para hacer memristors usando su nueva aleación, el grupo primero fabricó un electrodo negativo de silicio, luego hizo un electrodo positivo depositando una pequeña cantidad de cobre, seguido de una capa de plata. Emparejaron los dos electrodos alrededor de un medio de silicio amorfo. De esta manera, modelaron un chip de silicio de milímetro cuadrado con decenas de miles de memristores.

Como primera prueba del chip, recrearon una imagen en escala de grises del escudo del Capitán América. Ellos equipararon cada píxel en la imagen a un memristor correspondiente en el chip. Luego modularon la conductancia de cada memristor que era relativa en fuerza al color en el píxel correspondiente.

El chip produjo la misma imagen nítida del escudo y pudo "recordar" la imagen y reproducirla muchas veces, en comparación con los chips hechos de otros materiales.

El equipo también operó el chip a través de una tarea de procesamiento de imágenes, programando los memristores para alterar una imagen, en este caso de Killian Court del MIT, de varias maneras específicas, incluyendo el enfoque y el desenfoque de la imagen original. Nuevamente, su diseño produjo las imágenes reprogramadas de manera más confiable que los diseños existentes de memristor.

 

"Estamos usando sinapsis artificiales para hacer pruebas de inferencia reales", dice Kim. "Nos gustaría desarrollar esta tecnología aún más para tener arreglos a mayor escala para realizar tareas de reconocimiento de imágenes. Y algún día, podría ser capaz de llevar cerebros artificiales para realizar este tipo de tareas, sin conectarse a supercomputadoras, Internet o la nube."

 

Esta investigación fue financiada, en parte, por los fondos del Comité de Apoyo a la Investigación del MIT, el Laboratorio de IA MIT-IBM Watson, el Laboratorio de Investigación Global de Samsung y la Fundación Nacional de Ciencia.

 

Fuente:

http://news.mit.edu/2020/thousands-artificial-brain-synapses-single-chip-0608

 

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Si recuerdan, en un envío anterior hemos aprendido que el cráter de Chicxulub es un antiguo cráter de impacto cuyo centro aproximado está ubicado al noroeste de la península de Yucatán, en México.​ Este centro se encuentra cerca de la actual población de Chicxulub, a la que el cráter debe su nombre. La traducción al español del nombre en lengua maya del poblado, que se encuentra al oriente del puerto de Progreso en Yucatán, es “pulga del diablo”.

Un estimado colega nos comparte un artículo publicado el pasado 29 de mayo en el boletín de noticias de The Universities Space Research Association (USRA), donde se informa que investigaciones recientes revelan que el cráter de impacto Chicxulub puede haber albergado un sistema hidrotermal vasto y de larga vida que se generó después del evento de impacto catastrófico vinculado a la extinción de dinosaurios hace 66 millones de años.

 

El autor principal, David Kring quien trabaja en la USRA, ubicado en el Lunar and Planetary Institute (LPI), explica: "Imaginen una caldera submarina similar a las que existen en Yellowstone, pero que varias veces más grande y producida por el asombroso evento de impacto que resultó en la extinción de la dinosaurios ".

El cráter de impacto Chicxulub, de aproximadamente 180 kilómetros de diámetro, es la estructura de gran impacto mejor conservada en la Tierra y un objetivo para la exploración de varios fenómenos relacionados con el impacto. En 2016, un equipo de investigación apoyado por el International Ocean Discovery Program y el International Continental Scientific Drilling Program perforaron el cráter, alcanzando una profundidad de 1,335 metros (más de un kilómetro) debajo del fondo marino moderno. El equipo recuperó muestras de núcleos de roca que pueden usarse para estudiar la modificación térmica y química de la corteza terrestre causada por el impacto. Las muestras del núcleo muestran que el cráter albergaba un extenso sistema hidrotermal que modificó química y mineralógicamente más de 100,000 kilómetros cúbicos de la corteza terrestre.

 

El equipo de investigación encontró evidencia de que los ríos subterráneos de agua fueron calentados y desplazados hacia el límite entre el suelo del cráter de impacto y el fondo del mar de Yucatán. El agua caliente fluyó alrededor de los bordes de un depósito de magma generado por el impacto de aproximadamente tres kilómetros de espesor, infiltrado a través de rocas fracturadas, y se elevó hasta el fondo marino donde se descargó hacia el mar. El sistema de agua caliente fue particularmente intenso en una cadena de montañas elevadas en el fondo marino que forman un anillo de 90 kilómetros de diámetro alrededor del centro del cráter.

El núcleo de roca recuperado de ese anillo está cortado por conductos hidrotermales fósiles que están revestidos con minerales multicolores, algunos de un color rojo anaranjado intenso. Casi dos docenas de minerales precipitaron de los fluidos mientras corrían por la roca, reemplazando los minerales originales de la roca.

 

El anillo en la parte superior del cráter está compuesto por rocas fracturadas de granito que fueron elevadas desde una profundidad de aproximadamente 10 kilómetros por el impacto. Esas rocas están cubiertas por escombros de impacto porosos y permeables. Ambas unidades de roca están afectadas por el sistema hidrotermal. "La alteración del líquido caliente fue más vigorosa en los desechos de impacto permeables, pero se encontraron cristales de granate, que indican altas temperaturas, en diferentes niveles en todo el núcleo", explica el ex investigador postdoctoral LPI Martin Schmieder, quien recientemente asumió un nuevo puesto en la Universidad Neu-Ulm en Alemania.

 

Los minerales identificados en el nuevo núcleo de roca indican que el sistema hidrotermal estaba inicialmente muy caliente con temperaturas de 300 a 400 ° C. Tales altas temperaturas indican que el sistema habría tardado mucho en enfriarse. El equipo determinó el tiempo de enfriamiento utilizando un reloj de polaridad geomagnética. "Nuestros resultados indican que se crearon pequeños minerales magnéticos en el cráter Chicxulub debido a reacciones químicas producidas por un sistema hidrotérmico de larga vida. Estos minerales parecen haber registrado cambios en el campo magnético de la Tierra a medida que se formaban. Sus recuerdos magnéticos sugieren que la actividad hidrotérmica dentro del cráter persistió durante al menos 150,000 años ", dice la coautora Sonia Tikoo de la University of Stanford.

 

Otra evidencia de la longevidad del sistema hidrotérmico proviene de una concentración anormalmente alta de manganeso en los sedimentos del fondo marino, el resultado de la ventilación del fondo marino. El coautor Axel Wittmann, de la Universidad Estatal de Arizona, explica: "Al igual que en las crestas del océano medio, la ventilación de los cráteres de impacto marino genera penachos hidrotermales que contienen manganeso disuelto y de oxidación lenta, que en comparación con las concentraciones de fondo produjeron enriquecimientos de hasta diez veces después impactar los sedimentos durante 2,1 millones de años en Chicxulub ".

Aunque la expedición sólo exploró el sistema hidrotermal en una ubicación, Kring dice que "los resultados sugieren que había una cadena de respiraderos de agua caliente de aproximadamente 300 kilómetros de largo en el anillo de pico y respiraderos adicionales dispersos por el piso del cráter a medida que la masa líquida generada por el impacto se enfriaba. Considerablemente importante es que tales sistemas hidrotermales pueden haber proporcionado hábitats para la vida microbiana ". Los sistemas hidrotermales volcánicos de Yellowstone son ricos en organismos microbianos e implican que los sistemas de agua caliente generados por impacto tienen el mismo potencial biológico. Kring concluye: "Nuestro estudio del núcleo de roca de la expedición desde un hábitat potencial de la Tierra profunda proporciona evidencia adicional para la hipótesis del origen del impacto de la vida. La vida puede haber evolucionado en un cráter de impacto".

La extensión y la longevidad del sistema hidrotermal Chicxulub sugieren que los sistemas generados por el impacto al principio de la historia de la Tierra pueden haber proporcionado nichos para la vida. Miles de estos tipos de sistemas se produjeron durante un periodo de bombardeo de meteoritos generando granes impactos hace más de 3,800 millones de años. A medida que cada sistema se enfriaba, habría proporcionado un entorno rico en materiales adecuados para organismos termofílicos e hipertermófilos.

 

Fuente:

https://newsroom.usra.edu/a-steaming-cauldron-follows-the-dinosaurs-demise/

 

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A medida que el covid-19 continúa devastando las poblaciones en todo el orbe, los científicos y especialistas de todo el mundo se centran singularmente en encontrar formas de combatir el nuevo virus. Precisamente sobre este tema, un estimado colega, que continuamente nos comparte información, nos comparte esta vez un artículo publicado el pasado 14 de abril, en el boletín de la University of California en Santa Bárbara (UCSB), donde nos informan que investigadores de Solid State Lighting & Energy Electronics Center (SSLEEC), así como empresas asociada a este centro están desarrollando un LED ultravioleta que tienen la capacidad de descontaminar superficies, y potencialmente aire y agua, que han estado en contacto con el virus SARS-CoV-2. Veamos de qué se trata….

"Una aplicación importante es en situaciones médicas: la desinfección de equipos de protección personal, superficies, pisos, dentro de los sistemas de HVAC, etc.", dijo el investigador de materiales Christian Zollner, cuyo trabajo se centra en el desarrollo de la tecnología LED de luz ultravioleta profunda para el saneamiento y fines de purificación. Agregó que ya existe un pequeño mercado para los productos de desinfección UV-C en contextos médicos.

De hecho, últimamente se ha prestado mucha atención al poder de la luz ultravioleta para inactivar el nuevo coronavirus. Como tecnología, la desinfección con luz ultravioleta ha existido por un tiempo. Y aunque es práctico, la eficacia a gran escala contra la propagación del SARS-CoV-2 aún no se ha demostrado.

La luz ultravioleta es muy prometedora: la empresa socio de SSLEEC, Seoul Semiconductor, a principios de abril informó de una "esterilización del 99.9% del coronavirus (COVID-19) en 30 segundos" con sus productos de LED UV. Su tecnología actualmente se está adoptando para uso automotriz, en lámparas LED UV que esterilizan el interior de vehículos desocupados.

Vale la pena señalar que no todas las longitudes de onda UV son iguales. Los rayos UV-A y UV-B, los tipos que recibimos aquí en la Tierra por cortesía del Sol, tienen usos importantes, pero el raro UV-C es la luz ultravioleta elegida para purificar el aire y el agua y para inactivar microbios. Estos sólo pueden generarse a través de procesos creados por el hombre.

"La luz UV-C en el rango de 260 - 285 nm, que es la que se utiliza en las tecnologías de desinfección, también es dañina para la piel humana, por lo que por ahora se usa principalmente en aplicaciones donde no hay personas presentes en el momento de la desinfección", dijo Zollner. De hecho, la Organización Mundial de la Salud (OMS) advierte contra el uso de lámparas de desinfección ultravioleta para desinfectar las manos u otras áreas de la piel; incluso una breve exposición a la luz UV-C puede causar quemaduras y lesiones oculares.

Antes de que la pandemia por covid-19 ganara impulso mundial, los científicos de materiales en SSLEEC ya estaban trabajando en el avance de la tecnología LED UV-C. Esta área del espectro electromagnético es una frontera relativamente nueva para la iluminación de estado sólido; La luz UV-C se genera más comúnmente a través de lámparas de vapor de mercurio y, según Zollner, "se necesitan muchos avances tecnológicos para que el LED UV alcance su potencial en términos de eficiencia, costo, confiabilidad y vida útil".

En un artículo publicado en la revista ACS Photonics, los investigadores informaron un método más sofisticado para fabricar LEDs de ultravioleta profundo (UV-C) de alta calidad, lo cual implica depositar una película de aleación de semiconductores compuestos por nitruro de aluminio y galio (AlGaN) en un sustrato de carburo de silicio (SiC): una variante del sustrato utilizado mas comúnmente, el zafiro

Según Zollner, el uso de carburo de silicio como sustrato permite un crecimiento más eficiente y rentable del material semiconductor UV-C de alta calidad que el zafiro. Esto, explicó, se debe a la proximidad de las estructuras atómicas de los materiales.

 

"Como regla general, cuanto más estructuralmente similar (en términos de estructura de cristal atómico) el sustrato y la película son entre sí, más fácil es lograr una alta calidad del material", dijo. Cuanto mejor sea la calidad, mejor será la eficiencia y el rendimiento del LED. El zafiro es estructuralmente diferente, y la producción de material sin defectos y desalineaciones a menudo requiere pasos adicionales complicados. El carburo de silicio no es una combinación perfecta, dijo Zollner, pero permite una alta calidad sin la necesidad de métodos adicionales que son costosos.

Además, el carburo de silicio es mucho menos costoso que el sustrato de nitruro de aluminio "ideal", lo que lo hace más amigable con la producción en masa, según Zollner.

La desinfección de agua portátil y de acción rápida fue una de las principales aplicaciones que los investigadores tenían en mente al desarrollar su tecnología LED UV-C; la durabilidad, confiabilidad y factor de forma pequeño de los diodos cambiarían las reglas del juego en áreas menos desarrolladas del mundo donde no hay agua limpia disponible.

La aparición de la pandemia de covid-19 ha agregado otra dimensión. A medida que el mundo corre para encontrar vacunas, terapias y curas para la enfermedad, la desinfección, la descontaminación y el aislamiento son las pocas armas que tenemos para defendernos, y las soluciones deberán implementarse en todo el mundo. Además de UV-C para fines de saneamiento del agua, la luz UV-C podría integrarse en sistemas que se encienden cuando no hay nadie presente, dijo Zollner.

 

"Esto proporcionaría una manera conveniente, de bajo costo, libre de químicos y para desinfectar espacios públicos, minoristas, personales y médicos", dijo.

 

Por el momento, sin embargo, es un juego de paciencia, ya que Zollner y sus colegas esperan la pandemia. La investigación en la UC Santa Bárbara se ha ralentizado para minimizar los esquemas de sana distancia y el contacto de persona a persona.

 

"Nuestros próximos pasos, una vez que se reanuden las actividades de investigación en UCSB, es continuar nuestro trabajo para mejorar nuestra plataforma AlGaN / SiC para producir los emisores de luz UV-C más eficientes del mundo", dijo.

Otros colaboradores de la investigación incluyen Burhan K. SaifAddin (autor principal), Shuji Nakamura, Steven P. DenBaars, James S. Speck, Abdullah S. Almogbel, Bastien Bonef, Michael Iza y Feng Wu, todos de SSLEEC y / o el Departamento de Materiales en la UCSB.

 

Fuente:

https://www.news.ucsb.edu/topics/ultraviolet-light

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Hace unos días, en la búsqueda de opciones de programas para ver en la televisión durante la cuarentena, nos recomendaron “Marte”, una buena serie (la recomendamos), donde se combinan documentales de las acciones que se realizan en la actualidad para iniciar un primer asentamiento en Marte, con ciencia ficción de un futuro cercano que visualiza como podrían ser estas colonias.  Al respecto, un estimado colega nos comparte el siguiente artículo, escrito por Seth Borenstein, y publicado por AP el 23 de mayo de 2020. Veamos de qué se trata…

 

Todo comenzó con el sueño de cultivar una rosa en Marte.

Esa visión, la visión de Elon Musk, se transformó en una sacudida de la vieja industria espacial y una flota de nuevos cohetes privados. Ahora, esos cohetes lanzarán astronautas de la NASA desde Florida a la Estación Espacial Internacional, la primera vez que una compañía con fines de lucro llevará astronautas al cosmos.

Es un hito en el esfuerzo por comercializar el espacio. Pero para la empresa de Musk, SpaceX, también es el último hito en un viaje salvaje que comenzó con fracasos épicos y la amenaza de quiebra.

Si el excéntrico fundador y CEO de la empresa se sale con la suya, este es sólo el comienzo: planea construir una ciudad en el planeta rojo y vivir allí.

"Lo que realmente quiero lograr aquí es hacer que Marte parezca posible, que parezca que es algo que podemos hacer en nuestras vidas y que tú puedes ir", dijo Musk en un congreso de profesionales del espacio en México en 2016.

Musk "es un cambio revolucionario" en el mundo espacial, dice el astrofísico de la Harvard University, Jonathan McDowell, cuyo “Jonathan's Space Report” ha rastreado lanzamientos y fracasos durante décadas.

El ex astronauta y ex jefe de la Commercial Spaceflight Federation, Michael Lopez-Alegria, dice: "Creo que la historia lo mirará como ahora se ve a Leonardo da Vinci".

Musk se ha hecho más conocido por Tesla, su audaz esfuerzo por construir una compañía de vehículos eléctricos. Pero el proyecto SpaceX es anterior.

A los 30 años, Musk ya era enormemente rico por vender su compañía financiera de Internet PayPal y su predecesor Zip2. Organizó una serie de almuerzos en Silicon Valley en 2001 con G. Scott Hubbard, quien había sido el zar de Marte de la NASA y entonces dirigía la agencia Ames Research Center.

Musk quería de alguna manera cultivar una rosa en el planeta rojo, mostrársela al mundo e inspirar a los niños, recuerda Hubbard.

"Su verdadero enfoque era llevar y mantener vida en Marte", dice Hubbard, un profesor de la Universidad de Stanford que ahora preside el panel asesor de seguridad de la tripulación de SpaceX.

Hubbard le dijo que el gran problema era construir un cohete lo suficientemente asequible como para ir a Marte. Menos de un año después nació Space Exploration Technologies, llamada SpaceX.

Hay muchas compañías espaciales y, como todas, SpaceX está diseñada para obtener ganancias. Pero lo que es diferente es que detrás de esa motivación por obtener ganancias, hay un objetivo, que es simplemente "Llevar a Elon a Marte", dice McDowell. "Al tener esa visión a largo plazo, eso los empujó a ser más ambiciosos y realmente cambió las cosas".

Todos en SpaceX, desde los vicepresidentes del más alto nivel hasta el mozo que ofrece  capuchinos y FroYo, "le dirán que están trabajando para hacer que los humanos sean multiplanetarios", dice el ex director de SpaceX, Garrett Reisman, un ex astronauta, ahora en la University of Southern California.

Musk fundó la compañía justo antes de que la NASA incluyera en sus planes el concepto de espacio comercial.

 

Tradicionalmente, las empresas privadas construían cosas o prestaban servicios para la NASA, que seguía siendo el jefe y poseía el equipo e infraestructura. La idea de roles más amplios para las empresas privadas ha existido durante más de 50 años, pero el mercado y la tecnología aún no eran los apropiados.

Los dos accidentes mortales de transbordadores espaciales de la NASA, Challenger en 1986 y Columbia en 2003, fueron fundamentales, dice W. Henry Lambright, profesor de política pública en la Universidad de Syracuse.

Cuando Columbia se desintegró, la NASA tuvo que contemplar una nueva opción post-transbordador espacial. Ahí es donde entraron las empresas privadas, dice Lambright.

Después de Columbia, la agencia se centró en volver a llevar a los astronautas a la luna, pero aún tenía que llevar carga y astronautas a la estación espacial, dice Sean O'Keefe, quien era el administrador de la NASA en ese momento. Un proyecto piloto de 2005 ayudó a las empresas privadas a desarrollar naves para llevar carga a la estación.

SpaceX obtuvo parte de ese financiamiento inicial. Los primeros tres lanzamientos de la compañía fallaron. La compañía también podría haber fallado con la misma facilidad, pero la NASA se quedó con SpaceX y comenzó a dar sus frutos, dice Lambright.

"No se puede explicar SpaceX sin comprender realmente cómo la NASA realmente lo nutrió en los primeros días", dice Lambright. "En cierto modo, SpaceX es una especie de hijo de la NASA".

Desde 2010, la NASA ha gastado seis mil millones de dólares para ayudar a las empresas privadas a poner a las personas en órbita, donde SpaceX y Boeing han sido los que han recibido mayor participación, dice Phil McAlister, director comercial de vuelos espaciales de la NASA.

La NASA planea gastar otros dos mil 500 millones para comprar 48 asientos de astronautas para la estación espacial en 12 vuelos diferentes, dice. Con un poco más de 50 millones por viaje, es mucho más barato que lo que la NASA ha pagado a Rusia por los vuelos a la estación.

Comenzar desde cero le ha dado a SpaceX una ventaja sobre las empresas más antiguas y la NASA que están atrapadas usando tecnología e infraestructura heredadas, dice O'Keefe.

Y SpaceX intenta construir todo por sí mismo, dando a la empresa más control, dice Reisman. La compañía ahorra dinero reutilizando cohetes, y tiene clientes aparte de la NASA.

Esta compañía ubicada en California ahora tiene seis mil empleados. Sus trabajadores son jóvenes, consumen enormes cantidades de café y tienen semanas de 60 a 90 horas, dicen Hubbard y Reisman. También toman más riesgos que sus contrapartes de la NASA.

Las decisiones que pueden tomar un año en la NASA se pueden tomar en una o dos reuniones en SpaceX, dice Reisman, quien aún asesora a la firma.

En 2010, un cohete Falcon 9 en la plataforma de lanzamiento tenía una extensión de boquilla rota en un motor. Normalmente eso significaría sacar el cohete de la plataforma y una solución que retrasaría el lanzamiento más de un mes.

Pero con el permiso de la NASA, la ingeniera de SpaceX Florence Li fue izada en la boquilla del cohete con una grúa y un arnés. Luego, usando lo que eran esencialmente tijeras de jardín, "cortó la cosa, la lanzamos al día siguiente y funcionó", dice Reisman.

Musk es la cara pública y poco convencional de SpaceX: fuma marihuana en un popular podcast, se pelea con los funcionarios locales por abrir su planta de Tesla durante la pandemia y nombra a su hijo recién nacido "X Æ A-12".

Pero los expertos dicen que la veterana de la industria aeroespacial Gwynne Shotwell, presidenta y directora de operaciones, también es clave para el éxito de la compañía.

"El concepto SpaceX es en realidad una combinación de la imaginación, la creatividad y el impulso de Musk y la gestión de sonido e ingeniería es responsabilidad de Shotwell", dice McDowell.

Pero todo vuelve al sueño de Musk. El ex jefe de la NASA O'Keefe dice que Musk tiene sus excentricidades, enormes dosis de autoconfianza y persistencia, y esa última parte es clave: "Usted tiene la capacidad de superar un revés y mirar ... hacia dónde estamos tratando de ir."

Para Musk, es Marte.

 

Fuente: https://apnews.com/6d9dbc833fb303e983c6e2abb6839843

 

 

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No importa qué tan bien diseñado estén, no hay zapatos para correr que permitan a los corredores igualar la velocidad de los ciclistas. La bicicleta fue un invento clave que duplicó la velocidad de los humanos. Pero, ¿qué pasaría si un nuevo tipo de calzado permitiera a las personas correr más rápido imitando la mecánica del ciclismo? Sobre esta pregunta, un estimado colega, ingeniero mecánico, nos comparte el siguiente artículo escrito por David Braun y publicado en The Conversation el 15 de mayo de 2020.  Veamos de qué se trata…

 

Braun nos explica: Esta pregunta es la que mis alumnos del Center for Rehabilitation Engineering & Assistive Technology de Vanderbilt y yo exploramos mientras desarrollamos una nueva teoría de los exoesqueletos robóticos impulsados ​​por resortes. Se nos ocurrió un concepto para un nuevo tipo de exoesqueleto de miembros inferiores que podría permitir que el humano más rápido del mundo alcance una velocidad de 18 metros por segundo o aproximadamente 40 millas por hora.

La vanguardia de las zapatillas para correr de hoy es la Nike Vaporfly, que permite a los corredores usar un 4% menos de energía que las zapatillas estándar. El tres veces medallista olímpico Eliud Kipchoge los usó recientemente para correr un maratón en menos de dos horas. Aunque el Vaporfly volcó el mundo de la carrera profesional al aumentar la eficiencia de las zapatillas estándar, no ofrece las ventajas del ciclismo ni altera fundamentalmente la física de la carrera.

Ha habido mucha investigación y desarrollo en exoesqueletos robóticos que aumentan el poder humano. Estos utilizan actuadores y energía externa: motores y baterías. Pero no han ayudado a los humanos a correr más rápido. Los resortes también se han utilizado para fabricar prótesis de alta tecnología para corredores paralímpicos, pero no se ha demostrado que brinden una ventaja injusta en comparación con las piernas. Para la velocidad accionada por humanos, la bicicleta ha sido la campeona reinante durante más de un siglo.

 

Correr versus ciclismo

 

La primera máquina de correr fue una bicicleta sin pedales. Redujo el costo de energía de correr al soportar el peso del cuerpo en un asiento y usar ruedas para evitar la inevitable pérdida de energía cuando los corredores pisan.

Pero las primeras bicicletas no permitían a los ciclistas moverse más rápido que los corredores porque el ciclista se impulsaba empujándose contra el suelo con las piernas, al igual que correr. Lo que cambió completamente el juego para andar en bicicleta fue la invención del mecanismo de pedaleo, que permitió que las piernas impulsaran al ciclista continuamente en lugar de solo cuando el pie toca el suelo.

La ventaja de velocidad de la bicicleta sobre correr no ha perdurado por falta de intentos. La gente ha estado imaginando las patas de los muelles y refinando los muelles para correr durante generaciones, pero estos muelles no son como una bicicleta con pedales porque no permiten que las piernas suministren energía cuando están fuera del suelo.

La robo-bota

 

Para aplicar la ventaja de andar en bicicleta a la carrera, se nos ocurrió un concepto para un nuevo tipo de robo-bota que emula la función de los pedales de bicicleta. Usando la bota robótica, los corredores suministran energía al comprimir un resorte con cada pierna mientras está en el aire. Con cada paso, el resorte libera su energía almacenada empujando contra el suelo más rápido y más fuerte de lo que las piernas podrían hacer.

Descubrimos que una bota robótica ideal permitiría al corredor más rápido de la Tierra usar sus piernas el 96% del tiempo de paso para correr más rápido que 20 metros por segundo, comparable a la velocidad máxima del ciclismo. Una robo-bota más práctica que se usa sólo alrededor del 60% del tiempo del paso podría ayudar a un corredor a alcanzar una velocidad máxima de 18 metros por segundo. Eso es 50% más rápido que la velocidad récord mundial de 12 metros por segundo en el sprint de 100 metros.

El componente de alta tecnología de la robo-bota es un resorte de rigidez variable que puede aumentar su rigidez sin cambiar su energía almacenada. La rigidez del resorte determina la fuerza con la que puede empujar contra el suelo para acelerar el cuerpo del corredor: cuanto más rígido sea el resorte, mayor será la fuerza dada la misma compresión del resorte.

 

Los resortes convencionales como los de las plumas retráctiles tienen una rigidez constante basada en el material, la forma y el tamaño del resorte. Los resortes de rigidez variable son un tipo especial de resorte que puede cambiar de forma o tamaño. Un tipo de resorte de rigidez variable aumenta la rigidez al acortarse. Un mecanismo acorta el resorte moviendo el punto de fijación del resorte desde su extremo hasta su centro. El mecanismo en la bota robótica acorta el resorte cuando el corredor extiende su pierna en el aire.

Aumentar la rigidez del resorte a medida que el corredor aumenta la velocidad es análogo a cambiar a una marcha más alta en una bicicleta mientras un ciclista incrementa su velocidad. Esto permite a los corredores suministrar más energía y evitar la limitación biomecánica del suministro de energía sólo durante el corto tiempo de contacto con el suelo de la carrera de alta velocidad.

 

Próximos pasos

 

Las bicicletas de carreras modernas casi duplican la velocidad máxima de carrera. Las botas robóticas que aprovechan la mecánica de las bicicletas podrían permitir que las personas corran más rápido sin motores y baterías fuertes. Estos dispositivos más portátiles y alimentados por energía humana podrían permitir una adopción más generalizada de la tecnología robótica portátil, y podrían ampliar los límites de su uso para búsqueda, rescate, aplicación de la ley y por supuesto, para deportes.

¿Qué significaría para los socorristas poder moverse un 50% más rápido? ¿Usted cree que una zapatilla para correr que proporcione un aumento de velocidad del 50% generaría un nuevo evento en los Juegos Olímpicos similar al patinaje sobre hielo y las carreras de bicicletas?

 

Utilizando la ciencia y la tecnología robótica avanzada, podemos imaginar robo-botas de próxima generación que ofrezcan el primer gran impulso al movimiento impulsado por humanos desde la invención del pedal de bicicleta en el siglo XIX.

Fuente:

https://theconversation.com/robo-boot-concept-promises-50-faster-running-134105

 

 

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Agradezco a varios colegas el envío de material tocante al COVID-19 en diversos campos de la ingeniería. En particular, agradezco el envío del presente artículo publicado en la revista The Conversation, escrito por Paul Monks, profesor de química atmosférica y ciencias de la observación terrestre en la University of Leicester, publicado el 15 de abril de 2020. Veamos de qué se trata….

La pandemia de COVID-19 ha provocado el cierre de la actividad industrial y cancelado vuelos y otros viajes, reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero y la contaminación del aire en todo el mundo. Si hay algo positivo que sacar de esta terrible crisis, podría ser que tenemos la oportunidad de obtener una muestra del aire que podríamos respirar en un futuro bajo en carbono.

La Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que alrededor de tres millones de personas mueren cada año por enfermedades causadas por la contaminación del aire, y que más del 80 por ciento de las personas que viven en áreas urbanas están expuestas a niveles de calidad del aire que exceden los límites de seguridad. La situación es peor en los países de bajos ingresos, donde el 98 por ciento de las ciudades no cumple con los estándares de calidad del aire de la OMS.

Las mediciones del satélite Sentinel-5P de la Agencia Espacial Europea muestran que durante finales de enero y principios de febrero de 2020, los niveles de dióxido de nitrógeno (NO₂) en las ciudades y áreas industriales en Asia y Europa fueron más bajos que en el mismo período en 2019, tanto como 40 por ciento.

Dos semanas después de que se anunciara el cierre nacional el 23 de marzo en el Reino Unido, la contaminación por NO₂ en algunas ciudades cayó hasta un 60 por ciento en comparación con el mismo período en 2019. La NASA reveló que la contaminación por NO₂ en Nueva York y otras áreas metropolitanas importantes del norte -Oeste de los EE. UU. fue un 30 por ciento más bajo en marzo de 2020, en comparación con el promedio mensual de 2015 a 2019.

La mayor parte del NO₂ proviene del transporte por carretera y las centrales eléctricas y puede exacerbar enfermedades respiratorias como el asma. También empeora los síntomas para quienes padecen afecciones pulmonares o cardíacas. Las emisiones de NO₂ han sido un problema particularmente espinoso para Europa, ya que muchos países han incumplido los límites de la UE.

En cierto sentido, estamos llevando a cabo el mayor experimento mundial de contaminación del aire. En un período de tiempo relativamente corto, estamos reduciendo significativamente las principales fuentes de contaminantes del aire en la industria y el transporte. Solo en Wuhan, 11 millones de personas estaban encerradas en el punto álgido del brote allí. En toda China, más de quinientos millones. Normalmente, China emite más de 30 mega toneladas de óxidos de nitrógeno por año, con estimaciones para 2019 que alcanzan las 40 mega toneladas.

 

China emite más del 50 por ciento de todo el dióxido de nitrógeno en Asia. Cada tonelada de NO₂ que no se emite como resultado de la pandemia es el equivalente a retirar 62 automóviles por año de la carretera. Por lo tanto, podría estimar que en China, incluso una reducción moderada del 10 por ciento en las emisiones de NO₂ es equivalente a sacar 48,000 automóviles de la carretera. Pero la caída del 40 por ciento en NO₂ en los niveles de 2019 para enero y febrero en algunas áreas equivale a eliminar la friolera de 192,000 autos.

Esto es una indicación de lo que se podría lograr de forma permanente para la calidad del aire si el uso del automóvil se redujera gradualmente y se reemplazara por transporte público masivo. El transporte eléctrico de esta manera, con líneas de tren ampliadas, más vagones y estaciones de carga, reduciría la emisión de contaminantes atmosféricos como el NO₂ que emiten los tubos de escape de los autos.

Pero los vehículos eléctricos son tan limpios como la electricidad que los alimenta. Las recientes mejoras en la calidad del aire podrían hacerse permanentes al reemplazar la generación de combustibles fósiles con energía renovable y otras fuentes bajas en carbono. Reducir las emisiones mensuales de NO₂ de la generación de electricidad en un 10 por ciento sería el equivalente a cerrar 500 centrales eléctricas de carbón durante un año.

Irónicamente, al cerrar franjas de la economía global, el COVID-19 ha ayudado a exponer otra crisis de salud respiratoria. Los bloqueos posteriores han mostrado las mejoras en la calidad del aire que son posibles cuando las emisiones se reducen a escala global.

La pandemia podría mostrarnos cómo se vería el futuro con menos contaminación del aire, o simplemente podría indicar la magnitud del desafío que tenemos por delante. Como mínimo, debería desafiar a los gobiernos y las empresas a considerar cómo se pueden hacer las cosas de manera diferente después de la pandemia, para aferrarse a las mejoras temporales en la calidad del aire.

 

Fuente:

https://theconversation.com/coronavirus-lockdowns-effect-on-air-pollution-provides-rare-glimpse-of-low-carbon-future-134685

 

 

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Un estimado colega de Puerto Rico nos exterioriza que sería importante compartir reseñas sobre el desarrollo de ciertas iniciativas de algunos ingenieros en todo el mundo para colaborar con las acciones de médicos y trabajadores de la salud que día a día luchan para prevenir contagios y dar atención médica a quienes se han enfermado. Nos comenta que aunque en algunos casos los desarrollos son relativamente sencillos y quizá hasta algo rudimentarios, no obstante, la realidad es que son alternativas eficaces, eficientes y bastante económicos, con una magnifica relación de costo beneficio. Nos dice nuestro querido amigo que en la medida que los desarrollos de nuestros colegas se compartan con los compañeros académicos y que los mismos se difundan y se aprovechen ampliamente en nuestros países, contribuiremos como nos corresponde en la lucha que la humanidad libra contra la pandemia.

Como ejemplo, nuestro colega nos envía un par de desarrollos que han realizado ingenieros puertorriqueños, los cuales nos comparte a continuación. Veamos de qué se trata….

Estudiantes de la Universidad de Puerto Rico (UPR) diseñan prototipo de ventilador de emergencia

El 17 de abril de 2020, La Universidad de Puerto Rico publicó en su boletín digital un artículo escrito por Mariam Ludim Rosa acerca de que un grupo de trabajo se reunió de manera remota para la creación del concepto de un dispositivo que pudiera servir de ventilador de emergencia.  La compañía Met-Pro Inc. donó y construyó los componentes mecánicos del prototipo de ventilador.

 

El doctor Eduardo J. Juan García, director ejecutivo del Programa de Bioingeniería y catedrático del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computadoras (INEL) del Recinto Universitario de Mayagüez (RUM) de la Universidad de Puerto Rico (UPR), lideró un equipo de trabajo que diseñó un prototipo de ventilador de emergencia que podría ser usado para pacientes con covid-19, en el caso de que el sistema de salud no contara con aparatos comerciales disponibles.

El grupo está compuesto por los alumnos Sergio Ruiz Vega y Esteban Juan Torres, del Departamento de Ingeniería Mecánica (INME); Miguel Ortiz López y Luis Báez Robles, de Ingeniería Eléctrica (INEL); el estudiante doctoral Jorge Castro Torres, del Programa Graduado en Bioingeniería; así como del doctor Roberto L. Bayrón Vélez, anestesiólogo del Hospital Bella Vista, quien fue el asesor clínico del proyecto; y el ingeniero Américo Rodríguez Vivaldi, presidente de Met-Pro Inc., quien donó y construyó los componentes mecánicos del prototipo de ventilador.

“Existe una preocupación genuina de que podamos tener un gran número de personas contagiadas con covid-19 que requieran ventilación artificial, y que no existan suficientes ventiladores comerciales para atender la demanda. De manera que diseñamos un equipo que cumple con los requisitos clínicos, de bajo costo, fácil de manufacturar y lo suficientemente robusto para operar dos semanas consecutivas. Este dispositivo es para ser utilizado solamente como último recurso en casos de emergencia extrema”, explicó por escrito el doctor Juan García.

Agregó que el ventilador consiste de un sistema electromecánico para comprimir un ventilador manual, conocido como Ambu Bag.

“Los Ambu Bags están mucho más disponibles en los hospitales que un ventilador. El sistema consiste de un motor eléctrico conectado a un mecanismo que convierte el movimiento rotacional continuo a un desplazamiento angular definido. El mecanismo, entonces, permite comprimir el Ambu Bag. Mientras, el volumen de aire que expulsa el ventilador manual cada vez que se comprime (conocido como Tidal Volume), se ajusta moviendo la base donde se coloca el Ambu Bag”, explicó.

Narró que el grupo de trabajo se reunió de manera remota para la creación del concepto. Los estudiantes Ruiz Vega y Juan Torres se encargaron principalmente del diseño mecánico, mientras que el resto del equipo trabajó en el componente eléctrico. Luego, el ingeniero Rodríguez Vivaldi manufacturó las piezas. Mientras, el prototipo se ensambló en la residencia del doctor Juan García.

“El objetivo de este diseño es salvar vidas. Hemos creado un concepto que se podría manufacturar con facilidad, en el caso de que sea necesario. Como Universidad, para nosotros es muy importante poder aportar soluciones para los retos que enfrente la sociedad, en este caso, una pandemia que tristemente ha tomado muchas vidas. Reconocemos la aportación de nuestros socios estratégicos en la industria y en el sector de salud que también nos han apoyado en esta misión de contribuir en este momento de emergencia”, puntualizó el también director del Programa Graduado de Bioingeniería del RUM.

El doctor Jorge Haddock, presidente de la UPR, destacó la importancia del trabajo que se está haciendo desde la academia y la comunidad científica, identificando soluciones efectivas para hacer frente a las consecuencias del covid 19, al tiempo que se busca una solución a la pandemia.

“En el contexto histórico que atravesamos apostamos a la sinergia que genera el trabajo en equipo para servir y suplir, desde la academia, una necesidad que enfrenta Puerto Rico y el mundo. En la comunidad universitaria estamos confiados en que las capacidades, talentos, aptitudes, conocimientos y experiencia de nuestra facultad y estudiantes, en unión a la clase médica de primera que labora en Puerto Rico podremos desarrollar soluciones para mitigar necesidades particulares, como es el caso de los ventiladores. Apostamos a su trabajo e impacto global. Agradezco al doctor Juan García, a sus estudiantes, y a los aliados en este proyecto por darnos esperanzas y fomentar la innovación desde el principal centro docente de Puerto Rico”, afirmó Haddock.

 

Por su parte, el doctor Agustín Rullán Toro, rector del Recinto Universitario de Mayagüez, agradeció el esfuerzo del equipo liderado por el doctor Juan García. “Nos sentimos honrados porque nuestra institución alberga mentes talentosas que se han conmovido para poner sus ideas e intelecto al servicio de nuestro país. Nuestros profesores, estudiantes, egresados, y aliados del Colegio de Mayagüez han dicho presente para combatir de diferentes formas los efectos de esta pandemia. Agradecemos su gran compromiso que, una vez más, coloca a la UPR al servicio de la comunidad”, indicó Rullán Toro.

A principios de este mes, el rector anunció la creación del Centro de Respuesta Técnica e Innovación (UPRM Technical Response and Innovation Center), cuya misión es facilitar la atención y gestión administrativa, de manera expedita, de cualquier propuesta que surja en la comunidad universitaria para aportar en el manejo de la crisis de salud mundial provocada por la pandemia del coronavirus.

 

Fabrican cajas de desinfección y esterilización de equipo médico

 

En la edición del miércoles del pasado abril 22, 2020 el boletín digital de Comillas.com publicó lo siguiente con redacción de ellos mismos:

Las empresas puertorriqueñas Air Logix y Technical Industrial Sales aunaron esfuerzos para fabricar cajas con luz germicida que trabaja en un espectro electromagnético de microondas logrando desinfectar y esterilizar equipo médico.

 

“Las necesidades de seguridad, organización y protección de nuestros profesionales de la salud son primordial para enfrentar los grandes retos que estamos viviendo debido a la atención del covid-19, teniendo presente esto en nuestra empresa nos dimos a la tarea de diseñar y construir esta caja con emisores UVC. La caja cuenta con lámparas emisoras de rayos ultravioletas tipo C, distribuidos por la empresa Technical Industrial Sales, en una caja con gaveta, para esterilizar mascarillas y equipos médicos. Esto a su vez ayuda en bajar los gastos en compras de estos equipos que actualmente están tan escasos ante esta pandemia global”, expresó Faustino García Rivera, presidente de Air Logix.

Recientemente, el Centro para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC, por sus siglas en inglés) publicó una nueva guía de métodos de descontaminación para situaciones de emergencia, como la que enfrentamos actualmente con el covid-19. La radiación germicida ultravioleta es uno de los métodos presentados como aceptable. Por otra parte, el fabricante de las mascarillas N95 publicó recientemente que el vapor, el peróxido de hidrogeno en vapor y la radiación UV-C, son los tres métodos efectivos para desinfectar las mascarillas y ser reutilizables.

 

“Nuestro negocio es de servicio de mantenimiento preventivo e instalación de aires acondicionados comerciales e industriales. Tan pronto se anunció el toque de queda, opte por organizar todos los servicios que ya ofrecemos a nuestra plantilla de clientes y crear un programa de cuatro pasos vitales para que todos ellos puedan disfrutar de una calidad de aire limpio y libre de virus y bacterias. Por tal razón creamos la unidad de trabajo para desinfección e higienización de edificios comerciales y aires acondicionados industriales”, explicó.

 

Fuentes:

https://www.uprm.edu/portada/2020/04/17/ventiladordeemergenciarum/

http://sincomillas.com/desarrollan-cajas-de-desinfeccion-y-esterilizacion-de-equipo-medico/

 

 

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