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Generación de cintas de Möbius de luz
Accede al «post» completo en: Bandas de Möbius de luz
Un proyecto conjunto de investigación de científicos de Europa, Canadá y Estados Unidos de Norteamérica, ha logrado generar en laboratorio las tan conocidas bandas de Möbius, pero en este caso la novedad es que se han conseguido mediante la polarización de la luz, experimento que confirma una predicción teórica: el campo electromagnético de la luz para asumir esta forma tan peculiar.
Según el Dr. Robert W. Boyd, profesor de la óptica en las universidades de Ottawa y Rochester, «este es uno de los pocos ejemplos conocidos de una estructura tipo Möbius que aparece en la naturaleza«. Añadió, «estas cintas demuestran la diversidad de estructuras que puede poseer un haz de luz en, escalas de distancia de sublongitud de onda muy pequeñas«.
Robot flexible tipo tentáculo como computador analógico
La ingeniería biomimética trata de imitar la Naturaleza. Los robots flexibles, como un tentáculo de pulpo, se adaptan a ambientes complejos gracias a su gran número de grados de libertad. Su gran problema es su respuesta no lineal, pero ésta puede truncarse en una ventaja si se usa para el procesado de datos. La respuesta no lineal del tentáculo de silicona se puede usar para simular un sistema físico a medida, como si el tentáculo fuera un computador analógico. Así lo propone un nuevo artículo publicado en Scientific Reports.
Curioso pero inútil, el artículo es Kohei Nakajima et al., “Information processing via physical soft body,” Scientific Reports 5: 10487, 27 May 2015, doi: 10.1038/srep10487.
El nuevo artículo propone usar la técnicas de computación en tiempo real llamada computación basada en un depósito (reservoir computing). Los grados de libertad de un sistema físico se usan como memoria de corto plazo y su respuesta dinámica no lineal como mecanismo de computación. En lugar de usar un sistema de control realimentado (en bucle cerrado) mediante una red de neuronas artificiales para controlar el movimiento del tentáculo se usa el propio tentáculo como análogo físico de un sistema de computación.
El tentáculo de silicona flexible está sumergido en un depósito de agua, e incluye diez sensores y un actuador que están conectados a un ordenador (PC). Inspirado en el tentáculo de un pulpo sus diez sensores de curvatura (flexión) están incrustados en el material de silicona. Cada sensor da cero cuando la curvatura es cero (sección recta), un valor negativo para flexión hacia el lado ventral y un valor positivo para flexión hacia el lado dorsal. La base del brazo está conectada a un servomotor que permite su desplazamiento hacia la izquierda y hacia la derecha, en función de las órdenes del PC de control. El sistema tiene un único grado de libertad activo (el giro del motor), pero un alto número de grados de libertad pasivos (el propio tentáculo de silicona).
Artículo completo en: La Ciencia de la Mula Francis
Impresión 3D de aerogeles para almacenar energía
Investigadores del Laboratorio Lawrence National Livermore han desarrollado micro retículos de aerogel de grafeno con una arquitectura diseñada utilizando una técnica de impresión 3D, conocida como escritura directa de tinta. Los aerogeles asi impresos permitirán un mejor almacenamiento de energía, sensores, nanoelectrónica, catálisis y separaciones.
Los aerogeles de grafeno impresos en 3D tienen una gran área superficial, excelente conductividad eléctrica, son ligeros, tienen rigidez mecánica y muestran supercompresibilidad (hasta el 90 por ciento de deformación en compresión). Además, los micro retículos de aerogel de grafeno muestran un orden de magnitud de mejora en comparación con otro materiales de grafeno y mucho mejor transporte de masa.
Un aerogel es un material sintético poroso, ultraligero derivado de un gel, en la que el componente líquido del gel ha sido reemplazado con un gas.
Los intentos anteriores de creación de aerogeles de grafeno producían una estructura de poros en gran medida al azar, con exclusión de la capacidad de adaptar para aplicaciones específicas el transporte y otras propiedades mecánicas del material tales como separaciones, baterías de flujo y sensores de presión.
«Hacer los aerogeles de grafeno con macroarquitecturas a medida para aplicaciones específicas con un método de montaje controlable y escalable sigue siendo un reto importante que hemos sido capaces de abordar», dijo el ingeniero Marcus Worsley, coautor del trabajo. «La impresión 3D hace posible diseñar de forma inteligente la estructura de poros del aerogel, permitiendo el control de transporte de masa (los aerogeles típicamente requieren gradientes de alta presión para conducir el transporte de masa a través de ellos debido a la pequeña y tortuosa estructura de poros) y la optimización de las propiedades físicas, tales como la rigidez . Este desarrollo debe abrir el espacio de diseño para el uso de los aerogeles en aplicaciones novedosas y creativas».
Durante el proceso, las tintas de óxido de grafeno (GO) se preparan combinando una suspensión acuosa de GO y silicio para formar una tinta homogénea, altamente viscosa. Las tintas GO se cargan en un cilindro y se extruyen a través de una microboquilla dando lugar al patrón de estructuras 3D.
Fuente: EE Times europe
Nuevo material poroso en láminas, con comportamiento similar al grafeno
Un material eléctricamente conductor, con capas que se asemejan al grafeno (láminas de grafito), se sintetizó en condiciones suaves utilizando una molécula bien conocida, que permite un buen acoplamiento electrónico de iones de níquel y materiales orgánicos. El nuevo material poroso presenta una alta conductividad eléctrica como material, que es potencialmente modulable y tiene una dependencia de la temperatura inusual, lo que sugiere una nueva física.
El nuevo material poroso es un sólido cristalino, estructuralmente conductor eléctrico modulable con elevada área superficial;tales materiales son buscados para aplicaciones en el almacenamiento de energía y para la investigación de la física fundamental de materiales en capas bidimensionales.
Las estructuras metal-orgánico (MOF) son materiales híbridos orgánico-inorgánico que tradicionalmente han sido estudiados para almacenamiento de gas o aplicaciones de separación debido a su gran área superficial. Lograr buenos conductores eléctricos a partir de estos materiales aislantes, normalmente ha sido un desafío, como conductores intrínsecos altamente porosos podrían ser utilizados para una variedad de aplicaciones, incluyendo el almacenamiento de energía. Los investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad de Harvard han demostrado que la combinación de una molécula orgánica, 2,3,6,7,10,11-hexaiminotrifenileno (abreviado como HITP), con iones de níquel en solución acuosa de amoníaco y aire, origina el automontaje de un polvo negro poroso altamente conductor, Ni3 (HITP)2. El nuevo material se compone de pilas de hojas de dos dimensiones infinitas, que se asemejan al grafito, con una conductividad eléctrica a temperatura ambiente de ~ 40 S/cm.
La conductividad de este material es comparable a la de grafito y entre las más altas de las MOF conductoras reportados hasta la fecha. Además, la dependencia de la temperatura de la conductividad muestra una relación lineal entre 100 K y 500 K, lo que sugiere un mecanismo de transporte de carga inusual que no ha sido observado anteriormente en semiconductores orgánicos, y por lo tanto queda por investigar. En su forma original, el material podría ser utilizado para supercondensadores y aplicaciones de electrocatálisis. Tras la exfoliación, es decir, despegando las capas sucesivas, se espera que el material se comporte como un análogo de grafeno con banda prohibida modulable y propiedades electromagnéticas, sugiriendo nuevos usos y propiedades cuánticas exóticas en la física de estado sólido.
Fuente:»High electrical conductivity in Ni3(2,3,6,7,10,11-hexaiminotriphenylene)2, a semiconducting metal-organic graphene analogue,» Journal of the American Chemical Society 136, 8859–8862, 2014. DOI: 10.1021/ja502765n
Tal vez la materia oscura no está compuesto por partículas pesadas
Científicos han llevado a cabo una simulación que explica la colisión entre dos cúmulos de galaxias. Los cúmulos de galaxias son los objetos más grandes que existen en el universo. Son colecciones de cientos de miles de galaxias que se juntaron por la gravedad. Ejemplos raros, de grupos capturados en el acto de colisión parecen desafiar la opinión aceptada de que la materia oscura está compuesta por partículas pesadas.
En general, los cúmulos de galaxias crecen en tamaño mediante la fusión entre sí para ser cada vez más grandes. Las fuerzas gravitacionales provocan que se aproximen lentamente en el tiempo, a pesar de la expansión del universo. El sistema conocido como «El Gordo», el grupo más grande conocido de galaxias, es a su vez el resultado de la colisión entre dos grandes grupos. Se encontró que el proceso de colisión comprime el gas dentro de cada grupo, a temperaturas muy altas de manera que está brillando en la región de Rayos X del espectro. En el espectro de Rayos X, esta nube de gas tiene forma de cometa con dos colas largas que se extienden entre los densos núcleos de los dos cúmulos de galaxias. Esta configuración distintiva ha permitido a los investigadores establecer la velocidad relativa de la colisión, que es extrema (~ 2.200 kilometros/segundo), ya que pone al límite lo que está permitido por la actual teoría de la materia oscura.
Estos ejemplos raros y extremos de grupos capturados en el momento de la colisión parecen estar desafiando la opinión aceptada de que la materia oscura está compuesta de partículas pesadas, ya que tales partículas en realidad no se han detectado, sin embargo, a pesar de los esfuerzos que se realizan para encontrarlas mediante el acelerador LHC (Large Hadron Collider Particle) en Ginebra y el LUX (Gran Experimento Xenon subterráneo), un detector de materia oscura bajo tierra en los Estados Unidos. En opinión de Tom Broadhurst, «es aún más importante encontrar un nuevo modelo que permita que la misteriosa materia oscura se entienda mejor.» Broadhurst es uno de los autores de un modelo de ondas de materia oscura publicado en Nature Physics año pasado.
Este nuevo trabajo de investigación ha supuesto interpretar el gas observado y la materia oscura de «El Gordo», hidrodinámicamente a través del desarrollo de un modelo interno de cálculo que incluye la materia oscura, que comprende la mayor parte de la masa, y que puede ser observada en la región de Rayos X del espectro visible debido a su extremadamente alta temperatura (100 millones Kelvin). El Dr. Broadhurst y el Dr. Molnar han logrado obtener una solución computacional única para esta colisión debido a la forma de cometa de gas caliente, y los lugares y las masas de los dos núcleos de materia oscura que han pasado por el uno al otro en un ángulo oblicuo a una velocidad relativa de aproximadamente 2200 km/s. Esto significa que la liberación total de energía es mayor que la de cualquier otro fenómeno conocido, con la excepción del Big Bang.
Fuente: Sandor M. Molnar, Tom Broadhurst. A HYDRODYNAMICAL SOLUTION FOR THE “TWIN-TAILED” COLLIDING GALAXY CLUSTER “EL GORDO”. The Astrophysical Journal, 2015; 800 (1): 37 DOI: 10.1088/0004-637X/800/1/37
La realidad aumentada pronto estará en los parabrisas
Hay pantallas que indican al conductor las direcciones para circular, la velocidad o hacia que lado girar, en el parabrisas del vehículo. Algunos sistemas vienen directamente de fábrica, otros se consiguen en el mercado de accesorios, pero ninguno de ellos incorporan la realidad aumentada como el próximo dispositivo Navion de WayRay.
En lugar de lanzar pequeñas flechas de giro en el campo de visión, Navion proyecta flechas holográficas que siguen el camino delante del coche y también la vía donde tiene que girar. No hay necesidad de mirar a la pantalla de navegación en la consola central para averiguar si la voz de robot que pronuncia todo mal está diciendo tomar este desvío o el siguiente. Navion muestra flechas verdes a lo largo de la ruta correcta, justo en frente de tus ojos. No requiere auricular.
Navion utilizará controles de gestos, pero mientras los ojos del conductor seguirán siendo viendo la ruta, es posible que desee mantener sus manos sobre el volante. La página web de WayRay dice que los controles de gestos del sistema funcionarán tan fácilmente como tocando botones físicos y girando palancas, pero cualquiera que haya tratado de maniobrar con una Xbox Kinect se mostrará escéptico sobre esa afirmación. También hay un componente de control de voz, que al menos mantiene sus manos donde deben estar.
WayRaym con sede en Suiza, fabricante de Navion dice que el sistema funcionará con un smartphone y cualquier coche. Estará listo para el envío para el otoño de 2015, y puede inscribirse en la página web de WayRay para obtener actualizaciones por correo electrónico.
Medida no invasiva de niveles de glucosa en bebés
Una nueva herramienta de diagnóstico basada en la luz, permite a los médicos controlar los niveles de azúcar en la sangre en pacientes que no pueden dar muestras de sangre.
El sistema está destinado a ayudar a prevenir la hipoglucemia en los bebés nacidos prematuramente. Ha sido desarrollado por investigadores suizos, en Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (EMPA) y el Hospital Universitario de Zurich.
La hipoglucemia puede conducir a daño cerebral en los bebés si persiste por más de una hora. Pero el control de la situación mediante muestras de sangre repetidas en poco tiempo es imposible porque la pérdida de sangre y el estrés serían demasiado intensos para que un bebé pudiera soportarlos.
El nuevo dispositivo, llamado Glucolight, no requiere muestras de sangre, ni tan siquiera para la calibración. En dispositivo, absorbe la glucosa a través de la piel y compara dos mediciones de fluorescencia para determinar la concentración de azúcar en sangre.
Cuenta con una cabeza de medición de microdiálisis, que se desarrolló en el Hospital Universitario de Zurich, y una membrana inteligente creada en APEM. También incorpora fuentes de luz, una bomba y un chip de microfluidos con un fluorómetro, desarrollado en el Hospital Universitario de Zurich.
La membrana “inteligente” contiene moléculas de colorante conocidas como espiropiranos, que se cargan con luz ultravioleta y vuelven a un estado neutro bajo luz visible. Como resultado, la membrana se abre cuando se irradia con luz UV, permitiendo que las moléculas de glucosa se difundan a su través a partir de la piel. Si se irradia con luz visible, considerablemente menos moléculas de glucosa pasan a través de la membrana.
Primero se toma una medida bajo luz visible. La pequeña cantidad de glucosa que pasa a través de la membrana se mezcla con enzimas reactivos y se bombea a través del chip de microfluidos, en el que se mide mediante el fluorómetro. El proceso se repite entonces con la luz UV. Un ordenador compara las dos lecturas.
Se espera que los estudios clínicos que utilizan el dispositivo, se incien este año en el Hospital Universitario de Zurich. Los investigadores han presentado una solicitud de patente y han comenzado las negociaciones relativas a la producción a gran escala del sensor. La investigación ha sido financiada por la Fundación Nacional de Ciencia de Suiza.
Moléculas de polímeros para almacenar la información
¿Y si todo el conocimiento humano se pudiera almacenar en línea, en tan poco espacio como el de una oficina, en lugar de en los gigantescos centros de datos que están invadiendo nuestro planeta? Los investigadores en química de polímeros plantean emplear este tipo de largas cadenas moleculares para almacenar información digital.
Un polímero es una serie de pequeñas moléculas, llamadas monómeros, asociadas para dar lugar a cadenas de gran longitud. La idea es incluir información sobre estas largas cadenas dando a cada monómero un valor de, 0 o 1, tal como se hace con la electrónica digital en base a dispositivos de silicio. El proceso está directamente inspirado en lo que la naturaleza hace desde millones de años a través del famoso polímero más conocido por el gran público, el ADN. En el ADN, son los cuatro nucleótidos A, T, G y C, en función del orden en el que están asociados, los que posibilitan la codificación de miles de millones de informaciones genéticas diferentes.
Acceder aquí: https://twitter.com/BarzanallanaUMU/status/592043906352680960
Nueva visión de cómo el cerebro memoriza
Cada vez que se memoriza algo, en alguna parte del cerebro un pequeño filamento se desplaza hacia fuera de una neurona y forma una conexión electroquímica con una neurona vecina.
Un equipo de biólogos de la Universidad de Vanderbilt, dirigido por el Profesor Asociado de Ciencias Biológicas Donna Webb, estudia cómo se forman estas conexiones a nivel molecular y celular.
Los filamentos que hacen estas nuevas conexiones se denominan espinas dendríticas y en una serie de experimentos descritos en la edición del 17 de abril del Journal of Biological Chemistry, los investigadores informan que una proteína de señalización específica, Asef2, miembro de una familia de proteínas que regulan la migración celular y la adhesión, desempeña un papel crítico en la formación de la espina dendrítica. Esto es significativo porque Asef2 se ha relacionado con el autismo y la coocurrencia de dependencia del alcohol y depresión.
«Las alteraciones en las espinas dendríticas se asocian con muchos trastornos neurológicos y de desarrollo, como autismo, enfermedad de Alzheimer y síndrome de Down«, dijo Webb. «Sin embargo, la formación y el mantenimiento de las espinas es un proceso muy complejo que apenas estamos comenzando a entender.»
Los cuerpos celulares de las neuronas producen dos tipos de largas fibras que se tejen a través del cerebro: dendritas y axones. Los axones transmiten señales electroquímicas desde el cuerpo celular de una neurona a las dendritas de otra neurona. Las dendritas reciben las señales entrantes y los llevan al cuerpo celular. Esta es la forma en que las neuronas se comunican entre sí.
Mientras esperan señales entrantes, las dendritas producen continuamente diminutos filamentos flexibles denominados filopodios. Estos salen hacia fuera de la superficie de la dendrita y oscilan en la región entre las células en busca de los axones. Al mismo tiempo, los biólogos piensan que los axones secretan sustancias químicas de naturaleza desconocida que atraen a los filopodios.
Cuando uno de los filamentos dendríticos hace contacto con uno de los axones, comienza a adherirse y desarrollarse una espina. El axón y la espina forman las dos mitades de una unión sináptica. Nuevas conexiones como esta son la base para la formación y el almacenamiento de memoria.
El autismo se ha asociado con espinas inmaduras, que no se conectan correctamente con los axones para formar nuevas uniones sinápticas. Sin embargo, una reducción de espinas es característica de las primeras etapas de la enfermedad de Alzheimer. Esto puede ayudar a explicar por qué las personas con Alzheimer tienen problemas para formar nuevos recuerdos.
La formación de espinas está impulsado por actina, una proteína que produce microfilamentos y es parte del citoesqueleto. Webb y sus colegas mostraron que Asef2 promueve las espinas y la formación de sinapsis mediante la activación de otra proteína llamada Rac, que es conocida por regular la actividad de actina. También descubrieron que otra proteína, espinofilina, recluta Asef2 y lo guía a las espinas específicas.
«Una vez que sepamos los mecanismos involucrados, entonces podremos ser capaces de encontrar fármacos que puedan restaurar la formación de espinas en las personas que la han perdido, lo que podría devolverles su capacidad de recordar», dijo Webb.
Los coautores del estudio son los estudiantes de postgrado J. Corey Evans y Cristina Robinson y postdoctoral Mingjian Shi, del Departamento de Ciencias Biológicas y el Centro Kennedy para la Investigación sobre el Desarrollo Humano.
La investigación fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud subvenciones GM092914, GM008554, MH071674 y el Centro Nacional de Recursos para investigación S10RR025524. EE.UU.
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