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La impresión 3D utilizada como una herramienta para explicar la física teórica
Los estudiantes pronto podrán ser capaces de alcanzar y tocar algunos de los conceptos teóricos que se imparten en clases de física gracias a una novedosa idea concebida por un grupo de investigadores del Imperial College de Londres. En el nuevo estudio publicado el nueve de diciembre, en la revista EPL, los investigadores han demostrado con éxito que la complejidad de la física teórica se puede transformar en un objeto físico utilizando una impresora 3D.
En sólo ocho horas, y un costo de alrededor de 15 euros, fueron capaces de utilizar una impresora 3D disponible en el mercado para crear su propio objeto de 8 cm3 basado en un modelo matemático que describe cómo se pueden iniciar los incendios forestales y la forma en que finalmente se extienden a través del tiempo .
Los investigadores han llamado al enfoque «Sculplexity«, que también podría ser utilizado para producir obras de arte basadas en la ciencia, o transformar la manera en que las ideas y conceptos se presentan y discuten en la comunidad científica .
Coautor del estudio, el Dr. Tim Evans, un físico teórico del Imperial, dijo: «El trabajo fue inspirado por una visita al Museo Albert Museum en Londres, donde me encontré con el primer objeto que se imprimió en 3D que el museo había adquirido.
«El objeto era una mesa inspirada en las estructuras arbóreas que se encuentran en la naturaleza, que es un ejemplo de un proceso de ramificación que se encuentra comúnmente en los sistemas complejos de la física teórica. Esto me llevó a pensar, ¿qué otros procesos familiares para la física podrían ser convertidos en un objeto impreso en 3D? »
Coautor del estudio, el Dr. Tim Evans, un físico teórico del Imperial, dijo: «El trabajo fue inspirado por una visita al Museo de Victoria y Alberto en Londres, donde me encontré con el primer objeto que se imprimió en 3D del museo había adquirido.
«El objeto era una mesa inspirada en las estructuras arbóreas que se encuentran en la naturaleza, que es un ejemplo de un proceso de ramificación que se encuentra comúnmente en los sistemas complejos de la física teórica. Esto me llevó a pensar, ¿qué otros procesos familiares para la física podría ser convertido en un objeto impreso en 3D? »
Los sistemas complejos están compuestos de muchas partes que interactúan en diversas escalas de tiempo y longitud y que muestran un comportamiento coherente y ciertos patrones a gran escala. Un organismo vivo es el mejor ejemplo de un sistema complejo, en el que las partes individuales – en este caso los procesos moleculares en la célula – interactúan entre sí y contribuyen a procesos mucho más grandes en una escala macroscópica.
Las interacciones en juego en muchos sistemas complejos pueden ser mapeadas en una rejilla de dos dimensiones que se divide en cuadrados idénticos, o «células». Cada una de las células puede existir en un cierto estado y evolucionar con el tiempo, que se rige por un determinado conjunto de reglas.
En su estudio, los investigadores utilizaron un incendio forestal como un ejemplo, en el que cada celda representa un árbol que podría bien estar vivo, muerto o ardiendo. El estado exacto en el que cada celda está ocupada en el tiempo depende de un conjunto de reglas, que tienen en cuenta la proximidad de la celda a otras celdas que pueden ser que arde o si fue alcanzado por un rayo.
«La idea básica es simple», continuó el Dr. Evans. «Una impresora 3D construye un objeto en capas, la altura del objeto puede ser considerado como tiempo Suponga que tiene un modelo matemático que define una imagen plana, de dos dimensiones que evoluciona en el tiempo, que normalmente será un cuadrícula con algunos lugares llenos y algunos vacíos.
«El modelo matemático se define en cada punto en el tiempo lo que debe imprimir la impresora en una altura. El siguiente paso en el modelo definirá entonces qué imprimir en la parte superior de la primera capa, y así sucesivamente. El resultado es un objeto 3D que muestra cómo el modelo matemático ha evolucionado con el tiempo «.
El modelo resultante que los investigadores crearon no estuvo exento de problemas técnicos, sin embargo, el Dr. Evans cree que la experiencia les ha permitido identificar los obstáculos, formular soluciones e inspirar a la comunidad de físicos a «ser creativos».
Fuente: Institute of Physics
Computación cognitiva
En poco más de medio siglo de computación el avance en tecnología ha sido gigantesco. Desde que Von Neumann diseñó la arquitectura que lleva su nombre, todos los ordenadores se han construido basados en ella. Gordon Moore estableció la famosa ley que lleva su nombre, la ley de Moore. Según esta ley empírica, cada dos años se duplica el número de transistores en un circuito integrado. Todo esto está basado en la lógica y la física. Y ahí está precisamente uno de los problemas actuales, en la física. En una reciente presentación sobre el esperado chip POWER8, el ponente hizo una broma al respecto: “he preguntado a los físicos y me han confirmado que la física no ha cambiado”. Y es que nos acercamos a la frontera del átomo y no es probable que la ley de Moore se siga cumpliendo.
El otro de los problemas está en la lógica. Como gusta recordar a nuestra presidenta, Virginia Marie “Ginni” Rometty, estamos iniciando la tercera era de la computación. De las tabuladoras pasamos a los ordenadores programables y de ahí a la computación cognitiva. El esfuerzo de programar ordenadores es demasiado costoso, necesitamos otro paradigma, ordenadores que aprendan, computación cognitiva.
¿De dónde podemos aprender? ¿En qué podemos inspirarnos? En el mundo vivo, en la biología.
La neurona, base del sistema nervioso, es un dispositivo muy antiguo. Apareció probablemente en la explosión cámbrica hace la respetable cifra de quinientos millones de años. Es un dispositivo lento comparado con un procesador actual, pero con una gran cantidad de ventajas: conectividad, bajo consumo y plasticidad. El cerebro humano contiene 86000000000 de neuronas que trabajan en paralelo de forma coordinada. Consume apenas 20 watios, lo que una bombilla pequeña (un superordenador muy eficiente como Sequoia de IBM consume siete megawatios, 350000 veces más que el cerebro). Y, sobre todo, tiene plasticidad, aprende.
Fuente: PRIMUM NON NOCERE 2013
Logran romper la clave escuchando el sonido de la CPU con un micrófono
Tres investigadores de la Universidad de Tel Aviv han conseguido romper elalgoritmos RSA de 4096 bits. El método de extracción de claves se basa en escuchar con un micrófono los sonidos que realiza la CPU del equipo atacado mientras trabaja con datos codificados.
El procesador central de cada ordenador emite diferentes sonidos que delatan los procesos que se están ejecutando. Al trabajar con datos codificados, el procesador emite sonidos característicos entre los que se pueden reconocer patrones que corresponden a la clave utilizada para la codificación.
Este «lenguaje» involuntario de las CPUs lo provoca su regulador de voltaje al intentar contrarrestar constantemente los cambios de carga. Eso deja una «huella acústica» de alta frecuencia (de entre 10 y 150 KHz) que se puede aislar aplicando diferentes filtros de sonido.
Los científicos israelís han conseguido capturar las frecuencias chivatas con el micrófono de un smartphone dispuesto a 30 cm del equipo atacado, pero también desde una distancia de 4 metros con un sofisticado micrófono direccional. En ambos casos consiguieron romper la clave tras una hora de escucha.
Fuente: elotrolado
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Adornos navideños cuánticos
Desde hace pocos la iluminación de las calles en las fiestas cambió radicalmente. Además del cambio estético, también supuso un importante cambio tecnológico. Las bombillas incandescentes tradicionales fueron sustituidas por bombillas LED (Light Emitting Diode). La bombilla incandescente, es decir, la bombilla de toda la vida, no tiene nada que ver con estas nuevas bombillas LED, ni tampoco su rendimiento energético.
En la bombilla incandescente, la corriente eléctrica pasa por un filamento de wolframio (o tungsteno) extremadamente delgado -su espesor apenas supera una décima de milímetro- y largo -desenrollado mide más de 2 metros-. Debido a la elevada resistencia eléctrica del filamento, éste se calienta hasta alcanzar temperaturas superiores a los 2000 C. Los objetos que se encuentran a esas temperaturas emiten radiación visible, con lo que la bombilla emite luz. Sin embargo, la mayor parte de la radiación que emiten estas bombillas es infrarroja, que nosotros percibimos en forma de calor. De hecho, esa es la principal causa de la ineficiencia de las bombillas incandescentes, en las que sólo el 10% de la energía aportada se transforma en luz, el resto se pierde en forma de calor.
Las bombillas LED son totalmente diferentes y, aunque pueda parecer extraño, su funcionamiento es una consecuencia directa de la física cuántica. Son luces cuánticas. Curiosamente, el mecanismo que explica la emisión de luz en un LED es el opuesto al efecto fotoeléctrico, por el que Einstein recibiera el Premio Nobel en 1921. Si en el efecto fotoeléctrico la aplicación de luz sobre una material metálico induce una corriente eléctrica, en un LED se crea luz al aplicar corriente. Un LED es un diodo, cuyo componente principal es un semiconductor. Cuando la corriente pasa a través del semiconductor los electrones del diodo aumentan su energía pero inmediatamente después vuelven a su estado energético inicial emitiendo un fotón o, lo que es lo mismo, luz. Estas bombillas apenas se calientan, por lo que son extremadamente eficientes. De hecho, consumen unas 10 veces menos que las bombillas incandescentes, y también duran mucho más, unas 100 veces más, de modo que pueden estar encendidas durante más de 10 años ininterrumpidamente sin fundirse.
Las bombillas LED no son un invento reciente. Se conocen desde la década de los 60. Los primeros diodos emitían luz roja, que ahora son tan frecuentes en los aparatos electrónicos que nos rodean por casa. Posteriormente, se desarrollaron los verdes y a finales de los noventa Shuji Nakamura, que en el 2006 fue galardonado con el premio de la Tecnología del Milenio (considerado como el Premio Nobel de la Tecnología), logró obtener diodos azules. Este fue un gran avance, ya que su combinación con los diodos verdes y rojos permitía la obtención de luz blanca, y ampliar enormemente las aplicaciones tecnológicas de los LED.
A pesar de su ineficiencia, hemos estado utilizando las bombillas incandescentes durante más de 100 años. Sin embargo, gracias a la apuesta decidida de Europa por el ahorro energético, su venta ya está prohibida. No es un gran problema, ya que tenemos muchas alternativas: las luces halógenas (que también son incandescentes y, por lo tanto, no muy eficientes), las fluorescentes de bajo consumo y, cómo no, las bombillas LED, que dentro de pocos años, tan pronto bajen algo más su precio, serán las que seguramente iluminen nuestros hogares.
Retomando el debate del derroche energético del alumbrado navideño, en una ciudad como Bilbao sólo se necesitan 125 kW de potencia para alumbrar las más de las 500000 bombillas LED que se han instalado. Considerando que las luces sólo se encienden desde las 18 hasta las 22, y que el precio actual del kW-h ronda los 0.1 euros, ¡el coste diario no supera los 50 euros! No es para tanto, ¿no? En fin, si realmente contribuye a fomentar el optimismo ciudadano en estas Navidades me parece que es asumible. Por supuesto, no siempre ha sido igual. Antes del alumbrado cuántico, cuando se utilizaban las bombillas incandescentes tradicionales, el consumo era unas diez veces mayor.
Fuente: Cuaderno de Cultura Científica
Si pudiéramos ver las señales de telefonía
Para poder representar mejor cómo serían las señales de telefonía móvil celular en el mundo real, el artista Nickolay Lamm ha colaborado con Danilo Erricolo y Fran Harackiewicz, Profesores de Ingeniería Eléctrica y computación en la Universidad de Illinois (EE.UU.).
En esencia, las antenas de telefonía emiten en una matriz hexagonal en la que el área de cobertura de una antena concreta se empalma con la siguiente. Las diferentes frecuencias de comunicación (voz y datos) de cada antena se traducen en diferentes colores. En una imagen fija, cada haz aparece de un sólo color pero, si pudiéramos verlo en la realidad, estos colores variarían continuamente a medida que se superponen unas frecuencias sobre otras.
El resultado de ese batiburrillo de colores son estos montajes que muestran zonas como Nueva York, con sus miles de antenas repetidoras en lo alto de cada edificio, o Hollywood y Chicago, con sus antenas únicas de larga distancia predominando sobre el resto. Toda una pista de baile.
Fuente: GIZMODO
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Fabrican fibras para la ropa que almacenan electricidad
Huisheng Peng (Universidad de Fudan en Shanghai, China) y sus colegas han fabricado fibras elásticas para tejer ropa recubiertas de un supercondensador (supercapacitor) de nanotubos de carbono que almacena electricidad como si se tratara de una batería recargable. Estas fibras servirán para alimentar con electricidad la ropa inteligente que llevará dispositivos electrónicos cableados en los propios hilos del tejido. Una aplicación sorprendente de los supercondensadores basados en nanotubos de carbono que todavía tardará unos años en llegar al mercado y que tendrá que competir con otras tecnologías basadas en hojas planas que se pueden coser a la ropa. Nos lo resumen en ”Power storage in stretchy fibres,” Nature 504: 10, 05 Dec 2013, siendo el artículo técnico Zhibin Yang et al., “A Highly Stretchable, Fiber-Shaped Supercapacitor,” Angewandte Chemie, AOP 8 Nov 2013.
La imagen muestra el proceso de fabricación. Se recubre una fibra de caucho con una capa fina de H3PO4-poli (alcohol polivinílico, llamado PVOH o PVA), que actúa como electrolito. Luego se deposita una capa de nanotubos de carbono sintetizados por deposición química de vapor, que actúa como electrodo bobinado en la fibra. Este proceso se repite dos veces más, aplicando un nuevo recubrimiento con el electrolito seguido de una deposición del electrodo de nanotubos de carbono.
Ampliar en: La Ciencia de la Mula Francis
Los globos de helio, un lujo que no podemos darnos
En el universo como un todo, el helio es uno de los elementos más comunes: sólo el hidrógeno lo supera en términos de abundancia.
Sin embargo, en la Tierra es relativamente raro. Además, es uno de los pocos elementos a los que la gravedad no amarra, así que se fuga al espacio.
«Es posible que si nos ponemos a cavar en los basureros del mundo podríamos recuperar todos los otros elementos que hemos dispersado alrededor del globo», le dice a la BBC el químico Andrea Sella, del University College London (UCL).
«Pero el helio es único. Cuando se va, lo perdemos para siempre».
Adiós a la magia
El helio tiene el menor punto de ebullición de cualquier elemento, -269 C, sólo unos pocos grados sobre cero absoluto (-273 C).
Esa característica es de importancia fundamental para los imanes superconductores que se utilizan en los escáneres de MRI o IRM (imagen por resonancia magnética), que deben ser sometidos a temperaturas muy bajas para generar los campos magnéticos necesarios.
«En el futuro vamos a pensar: ‘¡no puedo creer que la gente usaba el helio para inflar globos, cuando es un elemento tan valioso y único!'», predice el químico de la Universidad de Cambridge Peter Wothers, quien ha llamado a terminar con los globos de helio para fiestas.
De reserva estratégica a negocio
El gas, que se forma por el decaimiento de rocas radiactivas en la corteza terrestre, se acumula en depósitos de gas natural y se recoge como un subproducto de la industria del gas.
Estados Unidos es actualmente el mayor proveedor mundial, con la mayor parte de lo almacenado cerca de Amarillo, Texas, en la Reserva Nacional de Helio, la cual por sí sola representa el 35% de la oferta actual del mundo.
En 1925 se estableció como reserva estratégica para suministrar gas a aeronaves de Estados Unidos, y después de la Segunda Guerra Mundial proporcionó refrigerante para misiles y cohetes del ejército y la Nasa.
Para algunos científicos, un recurso finito que podría algún día acabarse no debe utilizarse para inflar globos de fiesta.
En el universo como un todo, el helio es uno de los elementos más comunes: sólo el hidrógeno lo supera en términos de abundancia.
Transistores biodegradables a partir de sangre, leche y proteína de moco
Investigadores de la Universidad de Tel Aviv (Israel) allanan el paso a una nueva era en la nanotecnología, los transistores hechos de sangre, leche y moco.
Las proteínas de la sangre, la leche y moco pronto podría sustituir al silicio para producir transistores, que amplifican las señales eléctricas y se encuentran en la base de la tecnología más moderna. Una de las ventajas más importantes de este descubrimiento es que estos transistores serán biodegradables.
Un equipo de investigadores, entre ellos los estudiantes Elad Mentovich y Netta Hendler del Departamento de Química de la Universidad de Tel Aviv y el Centro de Nanociencia y Nanotecnología , con el supervisor Shachar Richter y en colaboración con el Prof. Michael Gozin y el estudiante Bogdan Belgorodsky. , han unido la biología y la química para crear un automontaje de transistores a base de proteínas.
Cada proteína tiene propiedades únicas y cuando se mezclan, juntas pueden crear un circuito completo con capacidades electrónicas y ópticas con una gran flexibilidad en términos de conductividad, de almacenamiento de memoria , y fluorescencia .
Las proteínas de la sangre pueden absorber oxígeno permitiendo a los investigadores agregar diferentes productos químicos para ajustar las propiedades de los semiconductores con el fin de crear propiedades tecnológicas específicas. Las proteínas de la leche, que son fuertes y estables en ambientes diferentes, forman las fibras que se convierten en los componentes básicos de los transistores. Por último, las proteínas de la mucosa tienen la capacidad para mantener la fluorescencia de colores rojo, verde y azul separados, creando juntos la emisión de luz blanca que es necesaria para la óptica avanzada.
Si esto puede ser ampliado, habrá una importante revolución en la tecnología a nanoescala. En primer lugar, habrá un cambio de una época de silicio a una era de carbono, y estos productos serán biodegradables, señala Mentovich.
Apple, Nokia y todas las grandes compañías electrónicas podrían finalmente ayudar a abordar el creciente problema de los desechos electrónicos, que desbordan los vertederos de todo el mundo.
En segundo lugar, los transistores construidos a partir de las proteínas de la sangre, la leche y moco será ideales para la producción de dispositivos pequeños y flexibles. La tecnología actual que utiliza silicio es de 18 nanometros, pero en el caso de proteína de la sangre, por ejemplo, la película es de aproximadamente cuatro nanómetros.
Este avance en la electrónica biológica podría conducir a una nueva gama de tecnologías flexibles, pantallas, teléfonos móviles, tabletas, biosensores, y chips de microprocesadores. La esperanza es que esto puede conducir a una tecnología más flexible y respetuoso con el medio ambiente .
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