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13 de abril de 2013

Increible: Un material "milagroso" hecho a base de sol y agua

Malcom Brown y David Nobles

Malcom Brown (izq.) es un pionero en el campo de la nanocelulosa.

Es ocho veces más resistente que el acero inoxidable, transparente, ligero, conduce la electricidad y algunos aseguran que este material "maravilla", como lo llaman algunos, transformará la agricultura tal y como hoy la conocemos.

Hablamos de la nanocelulosa cristalina, un material que se obtiene a partir de la compresión de fibras vegetales o se cultiva usando microorganismos como las bacterias.
La nanocelulosa cristalina es considerada por algunos como una opción más ecológica y asequible que el publicitado grafeno, y sus aplicaciones incluyen la industria farmacéutica, cosmética, biocombustibles, plásticos y la electrónica.

Según estimaciones del gobierno estadounidense, en 2020 su producción moverá una industria de unos US$600.000 millones anuales.

Transformará la agricultura

Hasta hace poco una de las mayores preocupaciones de los adeptos a la nanocelulosa era cómo producirla en grandes cantidades y a un bajo costo, pero científicos creen que por fin han dado con la técnica para cultivar este material de forma abundante usando algas genéticamente modificadas.

El investigador Malcom Brown, profesor de biología de la Universidad de Texas en Austin, Estados Unidos, y uno de los pioneros en el mundo en este campo de investigación, explicó recientemente durante el Primer Simposio internacional de Nanocelulosa, cómo funcionaría el nuevo proceso.
"Tendremos plantas para producir nanocelulosa abundantemente y de forma barata"

Malcom Brown, biólogo

Se trata de un alga de la familia de las mismas bacterias que se usan para producir vinagre, conocidas también como cianobacterias. Unos organismos, que para su desarrollo sólo necesitan luz solar y agua, y que tendrían la ventaja de absorber el exceso de dióxido de carbono en la atmósfera, causante del efecto invernadero.

"Si podemos completar los últimos pasos, habremos completado una de las mayores transformaciones potenciales de la agricultura jamás llevadas a cabo", dijo Brown.

"Tendremos plantas para producir nanocelulosa abundantemente y de forma barata. Puede convertirse en un material para la producción sostenible de biocombustibles y muchos otros productos".

Nanocelulosa cristalina

cianobacteria

Se cree que el nuevo método tendría muchas aplicaciones en distintos campos de la ciencia.

La celulosa en sí es uno de los productos más abundantes del planeta, presente en muchos tipos de fibras vegetales. Pero en escala nano las propiedades de este material cambian por completo.

Como pasa con el grafito, material con el que se producen los nanotubos de grafeno (más resistentes que el diamante), en este caso la fibras nano de la celulosa pueden encadenarse en largas fibras, lo que se conoce como celulosa "nanocristalina".

El material resultante es tan resistente como el aluminio y puede usarse tanto para confeccionar chalecos de protección ultraligeros, como para pantallas de dispositivos electrónicos e incluso para cultivar órganos humanos.

Fábrica natural

Aunque actualmente ya existen plantas dedicadas a la producción de nanocelulosa cristalina, los elevados costos de producción todavía frenan el crecimiento de esta industria.

La producción de este material generalmente entraña la compresión de fibra vegetal, o el cultivo de grandes tanques de bacterias, que tienen que ser alimentadas con costosos nutrientes.

Pero ahora las investigaciones de Brown y su equipo, apuntan al uso de este alga azul-verdosa capaz de generar nanocelulosa naturalmente aunque en pequeñas cantidades. Por ello, el equipo plantea modificarla artificialmente, introduciendo genes de la bacteria Acetobacter xylinum usada para producir vinagre.
De este modo, el alga podría producir el material en grandes cantidades y sin necesidad de aportar nutriente alguno, más allá de suministrarle agua y exponerla a la luz del sol.

Hasta el momento, observó Brown, el equipo de investigación ha logrado que este alga cree una larga cadena de nanocelulosa, pero ahora trabajan para que el organismo sea capaz de producirla directamente en su estado cristalino, cuando es más estable y fuerte.

Fuente:

BBC Ciencia

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22 de marzo de 2013

Aerogel de grafeno, el nuevo material más ligero del mundo

Hace unos meses publicamos un post sobre las sorprendentes propiedades del aerografito, hasta hace poco el material más ligero del mundo. En él incluimos vídeos e información de sus sorprendentes propiedades físicas y químicas. 
Ahora científicos de la Universidad de Zhejiang situada en Hangzhou (China) han creado un material aun más ligero. 
En este caso os dejamos dos fotografías del material sobre una flor de cerezo que resume visualmente las propiedades y ligereza del material. Tiene un peso de 0,16 miligramos por centímetro cúbico, sólo el doble de densidad que el hidrógeno y menos denso que el helio.



Via: nature.comzju.edu.cn







17 de enero de 2013

La competencia global por el grafeno, el material del futuro

 EL GRAFENO
  • El grafeno es una forma de carbono en forma de lámina y de un sólo átomo de grosor.
  • Los átomos se distribuyen en una estructura de dos dimensiones con la forma de un panal de abeja.
  • El descubrimiento del grafeno fue anunciado en 2004 por la revista Science.
  • Es cien veces más resistente que el acero y conduce la electricidad mejor que el cobre.
  • En un futuro podría sustituir al silicio en electrónica.
  • Tan sólo un 1% de grafeno en una composición plástica podría hacerla conductiva

Grafeno

El grafeno podría desatar una nueva revolución industrial.


La fiebre investigadora en torno del grafeno demuestra que el mundo vive una auténtica competencia global por este material con múltiples usos, que podría conducir a una nueva revolución industrial.

Los últimos datos demuestran que desde 2007 se ha producido un notorio aumento en el número de patentes registradas en relación con distintos aspectos del grafeno, con un agudo repunte en el último año.

China lidera la carrera al ser el país con más patentes, mientras el gigante surcoreano de la electrónica, Samsung, es la empresa con más registros a su nombre.

Los datos pertenecen a un informe publicado por la firma consultora de patentes CambridgeIP, con sede en Reino Unido.

Más duro que el diamante

El grafeno fue identificado en 2004 y consiste en una única capa de átomos de carbono que lo convierten en el material más fino jamás creado.

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Los primeros trabajos realizados sobre este material, llevados a cabo por los dos científicos rusos de la Universidad de Manchester, Andrei Geim y Konstantin Novosolev, les valieron un premio Nobel de Física en 2010 y dos títulos de caballero concedidos por la corona británica.

Las particulares propiedades del grafeno abren todo un mundo de posibilidades y aplicaciones, desde el campo de la informática hasta el sector energético o la medicina.

Es más duro que el diamante, con mayor conductividad eléctrica que el cobre y tan flexible como el caucho, por lo que no es de extrañar que sea el objeto de una batalla global por explotar sus propiedades y desarrollar técnicas para su comercialización.

En un principio, este material podría hacer su debut en nuestras vidas con su uso en pantallas táctiles, luces en las paredes y baterías mejoradas.

China a la cabeza

Pero un primer paso para que el grafeno sea rentable son las patentes, ya que es un material que todavía no ha dado el salto desde el laboratorio.

Según CambridgeIP, a fines de 2012 se contabilizaron 7.351 patentes de grafeno y de aplicaciones vinculadas con él. Un número considerable para un material descubierto hace casi una década.


grafeno

China es el país del mundo con más patentes del nuevo material.

Las instituciones chinas poseen la mayoría (2.200), seguidas por Estados Unidos (1.754), lo que hace evidente la determinación de ambas potencias por capitalizar el futuro valor de este material de múltiples aplicaciones.

Curiosamente Reino Unido, país pionero en la investigación del grafeno con sus trabajos de 2004, apenas cuenta con 54 patentes, lo que ha llevado al ministro de Ciencia, David Willetts, a identificar este material como "prioridad de investigación nacional".

A nivel corporativo Samsung lleva la delantera, con un total de 407 patentes, seguida de la estadounidense IBM con 134.

El director de CambridgeIP, Quentin Tannock, le comentó a la BBC: "Existe un increíble interés en todo el mundo, y desde 2007 en adelante vemos un repunte masivo en patentes, particulamente en Estados Unidos, Asia y Europa".

El director del área de investigación del grafeno en la Universidad Nacional de Singapur también le confirmó a la BBC que el material es ahora objeto de una competencia internacional.

"Es extremadamente competitivo no sólo desde el punto de vista de la ciencia (...) sino también desde el punto de vista económico, porque muchas empresas están empezando a operar y vender grafeno y cosas vinculadas al grafeno", explicó el profesor Antonio Castro Neto.

Mas allá del horizonte


Grafeno

Reino Unido construirá un centro de investigación del grafeno en Manchester. 

Sin embargo, uno de los pioneros en estudiar este material, el profesor Geim, afirmó que muchas empresas occidentales carecen de la capacidad para impulsar estas investigaciones.

"La industria está preocupada no en lo que se puede hacer, sino en lo que hace la competencia; temen perder la competencia", apuntó.

"Hay un gran distanciamiento entre el mundo académico y la industria que ha aumentado durante las últimas décadas tras el fin de la Guerra Fría".

"Esto es lo que ha pasado en los últimos 30 o 40 años. Matamos a famosos laboratorios como Bell Labs [de las empresas AT&T and Bel]; las compañías se han empequeñecido, por lo que no pueden permitirse más institutos de investigación. Si algo pasa en Corea es porque Samsung tiene un instituto". 

"No pueden ver más allá de un horizonte de diez años y el grafeno está más allá de ese horizonte", subrayó.

Sin embargo, los esfuerzos europeos podrían verse fortalecidos a fines de este mes cuando la Comisión Europea anuncie a los ganadores del premio de US$1.330 millones para diez años para investigaciones científicas. Uno de los seis elegidos es un consorcio de investigación del grafeno.

Fuente: 

BBC Ciencia

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3 de enero de 2013

Aerografito, el material más ligero del mundo


El aerografito es el material más ligero del mundo (de hecho, está compuesto por un 99,9% de aire), y ha sido creado por científicos de la Universidad Técnica Hamburg-Harburg y de la Universidad de Kiel. Un metro cúbico pesa sólo 0,2 miligramos, siendo cuatro veces más ligero que el poseedor del récord hasta ahora, seis veces más que el aire y hasta 5.000 veces menos denso que el agua.

Está compuesto por una red de tubos de carbono de 15 nanometros de diámetro entretejidos entre sí a escala nanométrica. 

Matthias Mecklenburg, uno de los creadores del material, ha señalado que la densidad del aerografito de sólo 0,18 mg/cm3 es tan baja que un cubo que tuviera una base de un metro cuadrado y que midiera 5 metros de alto pesaría solo un kilogramo.


 Naturalmente, su reducido peso acarrea no pocos problemas a la hora de manipularlo: cualquier pequeño movimiento en el laboratorio es suficiente para crear minúsculas corrientes que hacen que el aerografito salga volando.

El aerografito (de color negro intenso) es un material estable, conductor de electricidad, dúctil y opaco. Dada sus propiedades mecánicas, ópticas y eléctricas, se espera que en el futuro pueda ser utilizado para crear baterías de ion de litio mucho más ligeras que las actuales, ropa impermeable e incluso escudos de protección para satélites.

Vía | rtve

Fuente:

Xakata Ciencia


20 de diciembre de 2012

Cables elásticos de metal líquido que se extienden 8 veces su longitud

Investigadores de la Universidad de Carolina del Norte han creado nuevos cables elásticos que pueden expandirse hasta ocho veces su longitud original, sin que dejen de funcionar por ello, como informan en NewsRoom. Un nuevo formato que no habíamos visto hasta ahora, pues los materiales utilizados hacían imposible algo así.



Para hacerlo posible, han desarrollado un cable compuesto de polímero elástico relleno de una aleación de metal líquido, galio e indio (utilizados en fotosensores, por ejemplo), con lo que ayudar a la conducción de la electricidad a pesar de que el cable resultante se vaya deformando. Igualmente válido resulta para la transmisión de sonido en el caso de los auriculares, que a priori no perderá calidad. 

Tradicionalmente, una mayor cantidad de metal aumentaba la conductividad del material compuesto, pero hacía prácticamente imposible su elasticidad. Este nuevo enfoque aísla los materiales, los trata por separado, con lo cual se obtiene la máxima conductividad sin poner en peligro la buscada elasticidad. Según sus creadores, estos nuevos compuestos son mucho más flexibles y elásticos que los materiales más conductores, y algo más conductores que los tubos más elásticos que se conocen actualmente.


Este avance tendrá consecuencias claras, y es que la aplicación de estos cables elásticos en la electrónica de consumo traerá mejoras sumamente notables. Podemos pensar en auriculares con los que ya no haga falta estar tan pegado a la fuente de sonido, o hacer algunos movimientos mientras estamos usándolos sin temor a arrastrar el dispositivo o que se nos caigan éstos. En eso mismo han pensado sobre todo sus creadores, como ilustra el vídeo que encabeza esta entrada. O también en cargadores de teléfonos móviles, tablets, ordenadores portátiles o cámaras, por ejemplo, que se expandirán a nuestra voluntad, y podremos tenerlos a mano a pesar de estar lejos del enchufe donde se conecten.

Por el momento, sólo hay un impedimento para que este tipo de cables elásticos comiencen a implantarse y popularizarse entre los fabricantes, y es la necesidad de evitar fugas de este metal en el caso de que el cable sea cortado. No obstante, se avanza a buen ritmo y no se pone en duda la capacidad de sus creadores para sortear el último obstáculo antes de su llegada a los consumidores. Asimismo, ya se ha lanzado la publicación en la que se recoge el proceso de desarrollo de este material, Ultrastretchable Fibers with Metallic Conductivity Using a Liquid Metal Alloy Core.

Si ahora contamos con cables de dispositivos que oscilan mayoritariamente entre los 50 centímetros y el metro de longitud, entre auriculares y cargadores, éstos podrían alcanzar entre cuatro y ocho metros de emplear este tipo de cable elástico en todo el conjunto. En las pruebas y prototipos iniciales únicamente se han utilizado para partes algo más pequeñas, por ejemplo en un tramo de los auriculares algo más pequeño. Un gran paso para la ansiada electrónica flexible.

Fuente:

ALT1040

14 de diciembre de 2012

El puercoespín, un modelo para desarrollar nuevos materiales adhesivos


Un puercuespín norteamericano ('Erethizon dorsatum'). | J. Glover

Un puercuespín norteamericano ('Erethizon dorsatum'). | J. Glover

El cuerpo del puercoespín norteamericano ('Erethizon dorsatum') está recubierto con 30.000 poderosas púas que no duda en utilizar para defenderse de sus enemigos. Penetran en la piel con gran facilidad y son muy difíciles de extraer, unas propiedades que convierten a este mamífero roedor de carácter desconfiado en un animal peligroso. Lo saben bien aquellos que han tenido un encuentro con él.

Los científicos están intentando entender cómo funciona este extraordinario mecanismo de la naturaleza para copiarlo y reproducirlo en el laboratorio con el objetivo de desarrollar nuevos materiales adhesivos con aplicaciones en medicina.

Los primeros pasos para copiar este sistema se están llevado a cabo con éxito, según asegura un equipo de científicos estadounidenses en un artículo publicado esta semana en 'Proceedings of the National Academy of Sciences' (PNAS).

Según explican los investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y del Centro Terapéutico Regenerativo y Hospital de Mujeres de Brigham (BWH), el mecanismo de las púas del puercoespín servirá para diseñar nuevos tipos de adhesivos, agujas y otros dispositivos médicos que permitan realizar suturas y cerrar heridas internas sin usar grapas, hilo o los pegamentos que se utilizan en la actualidad.

La Naturaleza como inspiración

"Creemos que la evolución es la mejor solución para los problemas", asegura Jeffrey Karp, profesor en la Escuela de Medicina de Harvard y coautor de este artículo.

Vista microscópica de una púa artificial.| PNAS

Vista microscópica de una púa artificial.| PNAS

Lo que han logrado hasta ahora es caracterizar por primera vez el mecanismo que permite que las púas entren y salgan de la piel. También han desarrollado dispositivos artificiales con las mismas características mecánicas que las púas del puercoespín de cara a la fabricación de agujas menos dolorosas o adhesivos que puedan cerrar tejidos internos de manera más segura.

En medicina, señalan los autores, existe una gran necesidad de este tipo de adhesivos, especialmente para pacientes que han sido sometidos a cirugías gástricas u operaciones en el intestino. Los cirujanos suelen utilizar suturas o grapas, que pueden causar complicaciones.

Además de suturas, los cirujanos usan a veces un pegamento especial para unir tejidos. Según señala Jeffrey Karp, profesor en la Escuela de Medicina de Harvard, estos adhesivos tisulares pueden resultar tóxicos y en algunos pacientes provocan reacciones inflamatorias.

Réplicas de poliuretano

Existen distintas especies de puercoespín. El que se ha utilizado para realizar esta investigación es el norteamericano ('Erethizon dorsatum') y habita los bosques de Alaska, Canadá y el norte de EEUU. Sus púas miden varios centímetros. La punta de la espina tiene unos cuatro milímetros recubiertos por púas microscópicas.

En el laboratorio crearon réplicas artificiales con poliuretano para comprender las fuerzas físicas que permiten que la púa penetre en una variedad de tejidos, como la piel y el músculo. Pudieron comprobar que su geometría permite que penetre fácilmente y que se mantenga dentro, pues presenta un alto nivel de adhesión que hace realmente difícil sacarla.

Para Karp, siempre ha habido muchas creencias erróneas sobre los puercoespines y sus púas. Por ejemplo, el investigador recuerda que el filósofo Aristóteles creía que estos animales podían disparar sus púas a distancia, algo que no es cierto, pues las liberan sólo cuando entran en contacto con un depredador. Por ello, penetran suavemente en el tejido.

Púas que se desintegran en el cuerpo

Ahora están investigando cómo fabricarlas con materiales biodegradables que se desintegren dentro del cuerpo cuando hayan cumplido con su función.

No es la primera vez que los científicos se basan en las propiedades de los animales para mejorar el instrumental médico. En 2008 Langer y Karp presentaron el concepto de vendajes inspirados en la salamanquesa, aunque necesitaban un adhesivo para fijarse en tejidos húmedos. La tecnología basada en la púa del puercoespín, aseguran sus creadores, se adhiere a los tejidos si necesidad de utilizar ninguna sustancia.

Los investigadores creen que los materiales y dispositivos inspirados en la naturaleza tienen un gran potencial para revolucionar las herramientas y los materiales que se usan en la actualidad en biomedicina, desde la administración de fármacos a la ingeniería de tejidos.

Fuente:

El Mundo Ciencia 

2 de diciembre de 2012

FORM 1, la impresora 3D que bate récords en Kickstarter

Es conocido por todos el poder de Kickstarter, el popular sitio de financiación en masa o crowdfunding al que tantos proyectos ha permitido ver la luz, como Ostrich Pillow, del que ya hablamos. Hoy hablamos de uno que ha roto récords por su buena acogida: FORM 1, la impresora 3D de resultados profesionales por un coste muy inferior al de las convencionales.


Los creativos y artistas que ansían ver sus diseños hechos realidad tienen un filón con este proyecto. FORM 1 es una impresora 3D de alta resolución, que permite recrear con mucha precisión los modelos digitales. Tanta, que permite equipararse con otros modelos que cuestan decenas de miles de dólares, pero a un precio muy inferior, y además bastante más fácil de usar, como aseguran sus creadores. Su software es mucho más intuitivo que el que el mercado está acostumbrado a utilizar, y se pone en marcha con un sólo botón. La sencillez llevada a su máximo exponente, algo muy interesante en un momento en el que está en auge esta tecnología. Tanto es así que incluso el gobierno de Estados Unidos apuesta por su uso.



¿Dónde está el secreto? Pasa de utilizar la tecnología FDM de prototipado rápido, a la estereolitografía. Nada nuevo, el mundo de la impresión 3D está tan acostumbrado a estos dos modelos como lo puede estar el de la automoción a los coches manuales y los coches automáticos. Sencillamente, hasta ahora las impresoras 3D de gama baja ofrecían resultados mucho peores que los de la estereolitografía, pero a menor coste. Tras más de un año de trabajo centrado en sortear este obstáculo, el equipo de FORM 1, trabajando conjuntamente desde Montreal, Boston y Londres, ha conseguido resultados satisfactorios.


Han conseguido abaratar sustancialmente los costes de la estereolitografía. Aseguran que los modelos finales obtenidos con esta impresión superan por mucho en cuanto a detalles a los maquetados con tecnología FDM, como se puede comprobar en la imagen comparativa superior, por costes similares. Tras siete generaciones de prototipos en los que ejecutar pruebas, están listos para su producción en serie, lo que les llevó a pedir apoyo en Kickstarter, con resultados que ni siquiera ellos esperarían, seguramente. Han recaudado casi 30 veces más de lo previsto: de los $100.000 que necesitaban, han obtenido $2.945.000.

Ahora es el turno de este equipo de ingenieros y diseñadores, que en breve comenzarán con la fase final del proyecto, que incluye devolver el apoyo de sus más de 2.000 colaboradores en función del tipo de ayuda recibida. Desde una figura impresa con la FORM 1, hasta camisetas, kits de desarrollo y modelado, y la propia impresora FORM 1, para quienes contribuyeron con al menos $2300. Mucho menos de lo que puede costar otro modelo que ofrezca resultados finales similares.

Más información: FORM 1 en Kickstarter.

Fuente:

ALT1040

24 de noviembre de 2012

Nanotecnología del carbono: Las pelotas del señor Fuller



La Bioesfera del arquitecto Fuller en Montreal, a la que deben su nombre los fullerenos.

Richard Buckminster Fuller es un arquitecto americano famoso por diseñar cúpulas geodésicas basadas en pentágonos y hexágonos. Su obra más famosa es el pabellón norteamericano en la Exposición Universal de 1967 en Montreal (hoy conocido como Bioesfera). Pero un ejemplo de este tipo de cúpulas lo podemos ver en cualquier planetario que tengamos cercano.

Pero si realmente lo conoces será por dar nombre a una molécula llamada Buckminsterfullereno. Una molécula esférica compuesta por 60 átomos de carbono con alternancia de anillos de 5 y 6 átomos, justo como los pentágonos y hexágonos de una pelota de fútbol. La molécula se descubrió en 1987 en el espacio (en la atmósfera de las estrellas gigantes rojas más concretamente) y, a pesar de su tardío descubrimiento, es una de las formas más abundantes de carbono y es de lo más popular entre los científicos por su belleza estructural y versatilidad. También se la conoce por su fórmula química: C60.



Nanobalones en el espacio.

Para que nos hagamos una idea de cómo de pequeña es esta molécula podemos imaginarnos que la misma relación de tamaño hay entre la Tierra y un balón de fútbol que entre el balón y el fullereno (unas 100 millones de veces más pequeño uno que el otro). ¡Una pelota del señor Fuller tiene un diámetro de menos de un nanómetro!.

Hoy en dia se conocen muchas moléculas cerradas sobre si mismas, diferencíandose entre ellas en el número total de átomos. Al conjunto de distintas moléculas cerradas sobre si mismas con formulación Cn se le denomina “fullerenos”, un nombre poco manejable que es un tributo al señor Fuller y sus cúpulas geodésicas.



La Buckybola es como un balón de fútbol pero 100 millones de veces más pequeñajo.

Aunque la síntesis controlada de fullerenos requiere complicadas técnicas, tales como la vaporización del grafito (el de la mina de tu lápiz) o la pirólisis láser (que consiste en calentar sustancias con una láser muy potente para formar otras sustancias), la formación sin más de este tipo de estructuras se produce más fácilmente de lo que podemos imaginar, pues son los principales integrantes de la carbonilla (el hollín) y se generan abundantemente en cualquier combustión. ¡Piensa en ello cada vez que se te queme algo!

Los fullerenos no son muy reactivos debido a la estabilidad de los enlaces tipo grafito (cada átomo de carbono está unido a otros tres mediante enlaces covalentes, quedándole un electrón libre que se mueve con cierta facilidad), y son también muy poco solubles en la mayoría de los disolventes. Entre los disolventes comunes para los fullerenos se incluye el tolueno y el disulfuro de carbono. ¡Los fullerenos son la única forma del carbono que puede ser disuelta! Desde un punto de vista de la nanotecnología, las propiedades físicas que más se han estudiado de los fullerenos son su resistencia térmica y su superconductividad.



¡Esto no es un columpio! Pelota de Fuller a la entrada del Pabellón del Conocimiento de Lisboa

Las aplicaciones de los fullerenos van desde la electrónica molecular, donde poseen propiedades interesantes como rectificadores, hasta la biomedicina, donde aprovechando que son huecos se han encerrado en su interior átomos de gadolinio que gracias a sus propiedades magnéticas aumenta la señal en los estudios de resonancia magnética utilizados en la detección de cancer. A pesar de que estas aplicaciones parecen muy prometedoras, con la última de ellas, por ejemplo, tenemos un problema de reciclado molecular. Hoy en día se sabe cómo encerrar átomos dentro de los fullerenos y cómo dirigirlos hacia un punto concreto del organismo donde desempeñarán su labor reparadora. Sin embargo, una vez el fullereno ha liberado su carga aparece un problema ¿cómo deshacernos de la molécula transportadora, es decir, del envase?



Obra del artista Leo Villareal en la Galería Nacional de Arte de Washington DC.

Pero es que Harold Kroto, premio Nóbel de Química en 1996 por el descubrimiento de las pelotas del señor Fuller, sigue en activo y nos ha sorprendido a toda la comunidad científica con su última publicación en la revista Nature Communications. En ella describen el descubrimiento de que fullerenos se auto-ensamblan a través de un mecanismo de crecimiento de la red cerrada, es decir, el truco de la formación de las Buckybolas estaba en su crecimiento mediante la incorporación o absorción de átomos de carbono y moléculas de carbono diatómicas del gas que las rodea. Hacer este descubrimiento no fue sencillo, requirió mucho ingenio y un poco de suerte, ya que la formación de fullereno sucede en un instante. “Empezamos con unas pocas moléculas de fullereno mezcladas con carbono y helio, les disparamos con un láser muy potente y, en vez de destruir los fullerenos, nos sorprendimos al encontrar que en realidad habían crecido,” declaran los autores del estudio.

Fuente:


Hablando de Ciencia

21 de noviembre de 2012

La fricción negativa sorprende a los investigadores

Si aprietas ligeramente con tu dedo en una mesa y lo deslizas sobre la superficie, verás que se mueve con bastante facilidad. Si aprietas más fuerte es más difícil deslizarlo ya que un contacto más firme genera más fricción. Pero ahora, investigadores de Estados Unidos y China han demostrado que si realizas el mismo experimento con la punta de un microscopio de fuerza atómica (AFM) sobre una superficie de grafito, puedes ver el efecto completamente opuesto – se reduce la fricción cuanto más aprietas.


Simulación de punta de diamante sobre grafito © Crédito: Smolyanitsky/NIST, Li/Tsinghua University

Para objetos grandes como dedos y mesas, la fricción entre dos superficies es el resultado de la rugosidad de la superficie, las impurezas, las capas de óxido y otros efectos diversos. A escala nanométrica, sin embargo, las interacciones entre átomos individuales se vuelven relevantes. Como resultado, las leyes de la nanotribología – el estudio de la fricción a nanoescala – pueden ser muy distintas de la fricción que experimentamos en el mundo macroscópico. Por ejemplo, la fricción puede variar, a veces, periódicamente con la red atómica cuando la aguja de un microscopio de fuerza atómica se mueve sobre la superficie. La nanotribología está convirtiéndose en un área cada vez más importante conforme científicos e ingenieros desarrollan minúsculas micromáquinas para una variedad de aplicaciones potenciales desde el ensamblaje de circuitos a la aplicación de medicamentos dirigidos.

El coeficiente de fricción mide cambios como una función de la carga. Puede ser muy variable en la nanoescala, con una fricción que aumenta de forma no lineal con la misma. Sin embargo, nunca se ha observado que fuese negativa – es decir, que la fricción aumente cuando se retira un objeto de la superficie.

Medidas rutinarias

Pero esto es exactamente lo que han encontrado Rachel Cannara, Zhao Deng y sus colegas del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Maryland y la Universidad Tsinghua en Pekín. Deng realizó el inesperado descubrimiento cuando medía la fricción entre la punta de diamante de un microscopio y una superficie de grafito como una función de la carga de la punta – una medida rutinaria realizada los nanotribólogos novatos que están aprendiendo los trucos del campo. “Estábamos observando distintos comportamientos que se sabe que aparecen, y repetíamos lo que ya se ha demostrado en la literatura”, explica Cannara.

Cuando Deng aumentó la carga de la aguja, encontró que, como se esperaba, la fricción aumentaba. Cuando redujo la carga de nuevo, sin embargo, apareció la sorpresa. En lugar de volver a su valor original, la fricción seguía aumentando. Esto sería similar a encontrar que cuanto menos aprietas la mesa, más difícil te resulta deslizar tu dedo sobre ella. Esto desafiaba todas las predicciones teóricas y es el primer ejemplo registrado de un material que muestra un coeficiente de fricción negativa. El aumento en la fricción siguió cuando se redujo la carga, hasta que la aguja se retiro por completo de la superficie.

Entonces, ¿qué está pasando? Investigaciones anteriores han demostrado que materiales como el grafito, que tienen una estructura atómica en capas, generan más fricción con la aguja que un AFM cuando solo tienen unos átomos de espesor. Esto se cree que se debe a que los materiales más finos son más flexibles. Cuando un material atómicamente fino toca la punta de un AFM, por tanto, se deforma más que su homólogo más grueso, incrementando de este modo el área de contacto y generando más fricción.

¿Superficie pegajosa?

El grupo de Cannara estaba trabajando con una masa de grafito, pero los investigadores sospechan que cuando se presionaba la aguja contra la superficie del material, la atracción intramolecular de las primeras capas atómicas sobre la punta de diamante era suficiente para que, cuando se reducía la carga, estas capas se elevasen ligeramente de la masa, pegándose a la punta y generando la fricción. Solo cuando se despegaba por completo la punta, el grafito volvía a su estado inicial. Dos simulaciones por ordenador diferentes demostraron que la hipótesis era plausible, aunque aún tienen que resolverse diferencias técnicas entre los resultados, señala Cannara.

Robert Carpick, cuyo laboratorio en la Universidad de Pennsylvania en Filadelfia fue parte del equipo que descubrió originalmente el aumento en la fricción del grosor atómico, está impresionado por los hallazgos del grupo de Cannara. “Creo que el artículo es bastante sólido”, dice. “Demuestra que el resultado es robusto y lo asocian de manera convincente a la adhesividad de la superficie”. El artículo original de Carpick revisó cuatro materiales distintos, todos con la misma estructura en capas y otros radicalmente distintos, encontrando que existía relación entre el grosor y la fricción en todos ellos.

A Carpick le gustaría ver ahora si los análisis de Cannara se aplican a otros materiales, tales como el sulfuro de molibdeno, con la misma estructura en capas. “Apostaría a que funciona igual”, señala. “Nuestro grupo, y otros, han visto estas finas capas exfoliantes bidimensionales compartir un comportamiento bastante común, aunque está claro que están hechos de átomos distintos y, por tanto, las energías químicas de interacción con la punta serán distintas”.

La investigación se publica en la revista Nature Materials.

Tomado de:

Ciencia Kanija

19 de noviembre de 2012

Los gecos y el secreto de la adherencia de Spiderman

Spiderman

El secreto del traje de Spiderman lo tienen los gecos y no las arañas.

Los gecos podrían ser considerados una especie de superhéroes del mundo animal.

Estos coloridos lagartos pueden escalar rápidamente por las paredes, corretear por los techos e incluso colgarse boca abajo en vidrios pulidos.
Sin embargo, hasta no hace mucho, el secreto de su asombrosa capacidad para escalar era un misterio.

La parte inferior de las patas del geco parece una llanta aplastada y está cubierta por millones de pelos microscópicos. Cada pelo se divide en miles de puntas diminutas.

El secreto de la adhesión de estos lagartos parecen ser las débiles fuerzas intermoleculares que agrupan a los materiales cuando se acercan.

Estas fuerzas explican cómo un geco puede poner todo su peso sobre un sólo dedo y cómo uno de sus pelos puede alzar el peso de una hormiga.

Para despegarse, este peculiar lagarto sólo tiene que poner su pata en una posición diferente.

"Estamos hablando de algo que es casi como una cinta adhesiva", explica el profesor Kellar Autumn, que empezó a interesarse en la extraña capacidad de los gecos cuando el ejército estadounidense le pidió que desarrollara robots capaces de escalar.

"Lo más especial es que es capaz de controlarlo. Y ese control está basado en la geografía y en la física, no en la química", afirma Autumn, que trabaja en el Insituto Lewis & Clark de Oregón.

Inspiración de materiales adhesivos

Gecko

Los científicos compararon los pelos del geco y otros de polímero creados sintéticamente.

Los esfuerzos por descubrir los mecanismos detrás de la capacidad de escalar de los gecos han llevado a la creación de un material que se adhiere de la misma manera.

Cuando se trata de pegar, despegar y volver a pegar un pedazo de cinta adhesiva varias veces, ésta pierde rápidamente sus propiedades adherentes.

El profesor Autumn y Mark Cutkosky, de la Universidad de Stanford, compararon los pelos del geco y otros de polímero creados sintéticamente mediante una máquina que simula la manera de escalar del reptil.

Ambos podían reusarse unas 30.000 veces sin perder la capacidad adherente.

Con los adhesivos sintéticos se podrían crear aplicaciones para la robótica, la medicina, los deportes y la industria textil.

Humanos adherentes

Y la pregunta que siempre surge es si esta técnica se podría aplicar en los humanos. ¿Podríamos escalar muros como Spiderman?

En 2007, el físico e ingeniero de la Universidad Politécnica de Turín Nicola Pugno, calculó que una persona con guantes y botas de nanotubos de carbono con un diseño que imita las patas del geco podría escalar de forma segura una pared o un techo.

Sin embargo, también hay desafíos como la posibilidad de que el tejido se rompa y que las partículas de suciedad se acumulen y pierda la adhesión.
"En mi opinión, no estamos lejos de crear un traje de Spiderman"
Nicola Pugno, profesor de la Universidad de Turín

El material debería funcionar en todo tipo de superficie por largos periodos de tiempo. 

"En mi opinión, no estamos lejos de crear un traje de Spiderman", explica el profesor italiano.

Por su parte, el profesor Metin Sitti de la Universidad de Carnegie asegura que la idea "no es imposible". Habría que escoger a una persona que pese poco y aplicar adhesivo a muchas partes del traje (no sólo a los pies y las manos). Eso mejoraría las posibilidades de éxito", explica.

Varios institutos han desarrollado robots capaces de escalar muros. Por ejemplo, un grupo de científicos creó los "gecobots" que se usan para buscar a supervivientes en edificios en llamas o en zonas de desastre, para explorar el terreno rocoso de Marte o incluso como juguetes.

Otras aplicaciones

Universidad de Stanford

Un grupo de científicos creó los "gecobots" que se usan para buscar a supervivientes en edificios en llamas o en zonas de desastre.

El profesor Metin Sitti cree que este material podría ofrecer alternativas a las actuales tecnologías de "cierre", como cierres de gancho y lazo y sistemas de empaquetado de comida.

Es un área que está estudiando con la compañía NanoGripTech.

Estos adhesivos sintéticos funcionan mejor en superficies como el cristal, ya que las rugosas o irregulares ponen más obstáculos.

El reto de la compañía es conseguir un buen rendimiento en una mayor variedad de superficies y condiciones.

"El segundo desafío es ¿cómo se puede crear y vender este material en grandes cantidades y a un bajo costo?", afirma Sitti.

El material adhesivo, que está hecho con silicona y que fabrica la compañía alemana Binder, lleva en el mercado unos seis meses.

La compañía está explorando también aplicaciones médicas.

"Por el momento sólo podemos poner usar este adhesivo en superficies muy planas y brillantes. Depende en las puntas por centímetro cuadrado que podamos colocar. Por ahora tenemos 29.000 por centímetro cuadrado", explica Jan Tuma, de la compañía Binder.

"Los gecos tienen más, pero llevan millones de años desarrollándolos", explica.


A. Las patas de los gecos están cubiertas de una serie de lamelas. B. Millones de pelos microscópicos cubren cada dedo. C. Cada pelo acaba en miles de puntas diminutas. D. Estas puntas están muy por debajo del límite de espectro visible.

"Podemos ver la naturaleza como una biblioteca de diseño gigante. La forma en la que los gecos se adhieren es tan extraña y tan diferente de cómo se han desarrollado los adhesivos, que no creo que hubiéramos podido inventar algo así".

Fuente:

BBC Ciencia 

13 de noviembre de 2012

Ahora puedes trabajar sobre una espiral logaritmica

Desde hace décadas al nautilo se la considerado una figura especial dentro del mundo matemático, ya que su forma ha sido sinónima con las espirales logaritmicas, especialmente con la espiral Fibonacci, asociada con la razón y el rectángulo áureos. Especialmente cuando ha sido razón para hacerlo portada de textos escolares desde nivel elemental a secundario.






Nautilus II Table by Marc Fish

Marc Fish logró crear esta mesa (y otras 4) de nautilo a comisión, mencionando que ésta en particular tendrá un hogar cerca del Canal Inglés.

Fuente:



Conocer Ciencia TV

Conozca más sobre Fibonaccii (y los números grandes, muy grandes) en la siguiuente presentación que incluimos en uno de nuestros programas de televisión:



Conocer Ciencia: ciencia sencilla, ciencia divertida, ciencia fascinante...

5 de noviembre de 2012

Hormigón que se repara por sí mismo cuando se agrieta


Hormigón con bacterias productoras de calcita / TU Delft
En BBC News, vía Dvice,
Hormigón con bacterias — El hormigón presenta un problema importante ya que tiende a agrietarse, lo que hace que se filtren químicos y agua con efectos corrosivos. [En la Universidad de Tecnología Delft, en Holanda] han incorporado en la mezcla de hormigón una bacteria inofensiva productora de mineral calcita junto con nutrientes [Lactato de calcio].
Cuando el agua activa las esporas durmientes, [estos microorganismos] se alimentan de los nutrientes y producen piedra caliza, reparando así grietas y agujeros.

Fuente:

10 de octubre de 2012

América Latina tira oro a la basura

Oro

Pepita de oro extraída después del procesamiento de residuos electrónicos.

¿Cómo se quedaría si le dijéramos que en 2011 países como Argentina tiraron literalmente a la basura 228kg de oro, 1.750kg de plata y 81.000kg de cobre?

Esta es la cantidad de metales valiosos que según el último informe de la organización ecologista Greenpeace, los argentinos desaprovecharon sólo por no reciclar los 10 millones de celulares descartados ese año y que actualmente se descomponen en vertederos generando tóxicos que contaminan la tierra, el aire y el agua del país. 

El reporte es un llamado de atención de la organización que intenta promover lo que se conoce como minería urbana, una actividad muy poco extendida en América Latina, pero que en Europa y países como Japón o Corea del Sur se están convirtiendo en importantes generadores de empleo y de riqueza, comparable en algunos casos al de la minería tradicional.

El dorado inexplorado

Minería urbana significa reciclar los materiales de valor presentes en los residuos electrónicos, que van del oro, la plata y el cobre, al platino, el aluminio, el acero, las tan apreciadas "tierras raras", plásticos y demás materiales que se pueden reutilizar en nuevos aparatos.

El oro por ejemplo, se utiliza en diversos componentes de los computadores y celulares, debido a sus buenas propiedades conductoras y a que es un material muy estable.

Un estudio reciente sobre este tipo de residuos llevado a cabo por la Universidad Naciones Unidas de Japón, estimó que en el mundo se emplean cada año US$16.000 millones de oro y US$5.000 millones de plata en la fabricación de artículos de alta tecnología. Sin embargo, poco más del 15% de estos metales se recupera.

La proliferación de dispositivos electrónicos, su constante renovación y la obsolescencia programada, entre otros factores, genera miles de toneladas de residuos que ha llevado a que los depósitos de este metal presentes en residuos crezca exponencialmente cada año, y aunque su reciclaje es todavía limitado algunos creen que presenta grandes oportunidades de negocio a futuro.

Un informe de firma de análisis Frost & Sullivan bajo el título ‘Oportunidades globales en el mercado de los servicios de reciclado de basura eléctrica y equipamiento electrónico’ destacó que la minería urbana generó en 2011 unos US$1.420 millones y se estima que alcance los US$1.860 millones en 2017, sobre todo cuando países en desarrollo se incorporen al negocio.

No obstante, en América Latina, el reciclaje de residuos electrónicos es todavía una actividad emergente.

Muy reciente

Basura electrónica

La Unión Europea cuenta desde 2003 con una normativa para el procesamiento de basura electrónica.

Datos de la Plataforma Regional de Residuos electrónicos en Latinoamérica y el Caribe indican que en países como Chile, Argentina, Perú, Colombia y Brasil las cantidades de residuos electrónicos procesadas todavía son limitadas y que todavía se carece de la infraestructura logística necesaria para aumentar el volumen de reciclaje.

Por ejemplo, en países como Chile, el reciclaje formal de residuos tecnológicos se estima que es del 1,5-3%. Argentina por su parte con un porcentaje del 10% de sus computadoras y celulares estaría entre los países más avanzados en este sentido en la región.

"Argentina es uno de los países que hace mayor hincapié en el reciclado de basura electrónica", explicó a BBC Mundo Verónica Calona, responsable de calidad y ambiente de la operadora de residuos electrónicos Silke.

"Nosotros somos 100% operadores de residuos de aparatos electrónicos. El resto son empresas que trabajan con otro tipo de actividad y fueron incluyendo esto poco a poco. Hay metales que comercializamos en el mercado interno, y el material de las plaquetas lo exportamos porque no existen en Argentina empresas de tecnología que reciclen este tipo de materiales", apuntó.

"La minería urbana es muy reciente, hay que esperar y ver que la actividad evolucione un poco. Hoy por hoy el mercado si bien está bastante en discusión no tiene una evolución mayor".

Una bomba tóxica

Basura electrónica

Gran parte de la basura electrónica que generamos no se procesa y termina en vertederos.

Más allá de lo que se estaría perdiendo económicamente por la falta de un procesamiento adecuado de estos residuos, plataformas ecologistas alertan del creciente riesgo que su descarte inadecuado supone para los países de la región.

En Estados Unidos por ejemplo, la Agencia Ambiental (EPA) estimó que la basura electrónica genera el 70% de la contaminación por metales pesados como mercurio, cadmio, plomo, bromo y selenio), al quedar esta almacenada en basurales o rellenos sanitarios que terminan contaminando los cauces de agua y el aire.
"En Argentina se descartan 10 millones de celulares al año, un millón de computadoras y la mitad termina en basurales", afirma Lorena Pujó de Greenpeace en Argentina.

"Estamos intentando poner en evidencia pública el sinsentido de todo el sistema. Por un lado estamos presionando sobre recursos naturales finitos con la minería y tiramos a la basura un montón de recursos sin reciclaje".

Con el fin de revertir esta situación, varios países de la región como Costa Rica Perú y Colombia cuentan ya con leyes que regulan la gestión de los residuos electrónicos. Curiosamente, no es así en Argentina, que lleva cuatro años tratando de aprobar en el congreso una legislación que permita, entre otras cosas, establecer la responsabilidad legal y financiera de los productores de aparatos electrónicos.

Una necesidad

Puede que la minería urbana avance a paso lento, pero muchos auguran que en un futuro no muy lejano su práctica más que una opción será una necesidad, sobre todo teniendo en cuenta que los productos de alta tecnología dependen en gran medida de las llamadas tierras raras.

Actualmente, el 97% de las reservas mundiales de tierras raras se encuentran en China y las cada vez mayores restricciones impuestas a su exportación por parte del gigante asiático son un tema que preocupa a Estados Unidos, la Unión Europea y países como Japón.

En este contexto, y teniendo en cuenta el cada vez mayor papel de la tecnología en nuestras vidas, la minería urbana bien podría convertirse en el dorado del s.XXI.

Fuente:

BBC Ciencia

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