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miércoles, 26 de febrero de 2014

PERSONAS AMENAZADAS CON LA CEGUERA PUEDEN SALVAR SU VISIÓN GRACIAS A TELESCOPIO CAZADOR DE EXOPLANETAS

Ojo humano-crédito ROTFLOLEB / Wikipedia

La Misión Darwin fue concebida como parte de una flotilla de 4 naves espaciales de vuelo libre, que buscarían exoplanetas similares a la Tierra y analizarían sus atmósferas con el propósito de encontrar la firma química de la vida.
La propuesta fue que captaran imágenes de alta resolución, utilizando síntesis de apertura a fin de que proporcionara imágenes de objetos celestes con detalles sin precedentes. Era como observar la luz de una vela junto a un faro a 1.000 kilómetros de distancia.
Para lograrlo, Darwin habría utilizado una técnica llamada “interferometría de anulación”. La luz que llega a algunos de los telescopios se habría demorado un poco antes de observarse de nuevo; lo que significaba que la luz de la estrella central disminuía un poco permitiendo deducir la existencia de un objeto orbitando la estrella.
La misión Darwin no prosperó más allá de la fase de estudio, en 2007 quedó  en suspenso.
Pero el equipo técnico que trabajó en ella y había creado revolucionarios sistemas, pensaron que estos podrían tener vida propia.

El 24 de febrero de 2014,  la Agencia Espacial Europea (ESA) ha informado que médicos de los Países Bajos, han recurrido a la experiencia de un telescopio buscador de exoplanetas de la misión Darwin, para mejorar el microscopio quirúrgico utilizado en salvar la visión de las personas amenazadas de ceguera.

Médicos de la  Clínica de la Universidad del Ojo de Maastricht,  se dieron cuenta que su microscopio temblaba, haciendo que uno de cada cinco operaciones a la vista, fuera imposible ejecutarla.
La respuesta a su problema, les llegó en la forma del revolucionario dispositivo Hummingbird (Colibrí), el cual había sido originalmente diseñado para probar Darwin, el posible observatorio espacial, que había quedado en suspenso en 2007 y que permitía a los ingenieros estabilizar el microscopio y desbloquear su potencial, con lo que se podría prevenir la pérdida de visión.

Cirugía de ojo con el microscopio-crédito Wikipedia / C.A. Bascom

Los cirujanos, para ampliar el ojo, utilizan un microscopio de gran alcance montado en el techo de la sala de operaciones: “Cuando se trabaja dentro de (un límite) menor a 1 mm, un microscopio tembloroso no es una opción”, dice el cirujano oftalmólogo Profesor Carrol Weber director del Centro Médico de la Clínica Oftalmológica de la Universidad   de Maastricht. “Si un paciente tiene un desprendimiento de retina, hay que operar dentro de un día o dos para que dejen de ir a ciegas. La retina  (tiene) apenas la mitad de un milímetro de espesor y, a veces tenemos que pelar una ‘membrana epirretiniana’, que es 10 veces más delgada. Es imposible llevar a cabo este delicado tipo de cirugía con una imagen oscilando”.

Este problema se debía  a diversas circunstancias que convergían al provocar vibraciones semejantes a un temblor que hacían oscilar el microscopio. Entre ellas se podía encontrar un badén de la concurrida carretera que pasaba por fuera  y que sacudía el microscopio cada vez que un autobús pasaba por encima al cual se agregaba el viento que sopla en el exterior del nuevo hospital, el que  hacía vibrar el techo en el cual se apoyaba el microscopio. 
Aún cuando el edificio era de cristal y acero, era sensible a las vibraciones de baja frecuencia, invisibles a simple vista, las vibraciones eran 100 veces más pequeñas que el diámetro de un cabello humano. El factor de aumento de 20 veces  del microscopio, a menudo ponía en riesgo las cirugías.
Imagen del nuevo edificio del Centro Médico Universitario de la Clínica de Ojos de la Universidad de Maastricht-Crédito: John Sondeyker Architectu urfotographie bfn

Un cirujano que constantemente tiene que utilizar a mano el microscopio, tuvo la idea de que se montara el Colibrí (Humminbird) entre el techo y el brazo del microscopio, con el fin de aislarlo de la fuente de perturbación. Así se creó el amortiguador, que activamente contrarrestaba las vibraciones de baja frecuencia en los microscopios quirúrgicos, todo se logró mediante la pionera labor de un equipo de ingenieros de prueba de elementos cruciales, del proyecto del Telescopio Darwin de la ESA..

Nacido en el interés de búsqueda de exoplanetas semejantes a la Tierra, prosperó  la idea de fabricar 4 o 5 telescopios espaciales de vuelo libre, para lo cual la organización de investigación holandesa TNO, desarrolló una “línea de retardo óptico” la cual combina la luz que se ve desde cada uno de los telescopios, creando una sóla y detallada imagen. “Pero existió un problema” dice Len van der Wal de TNO, “Hubieron vibraciones de la transitada calle fuera del laboratorio que estaba en el sótano; se tomaron todas las medidas imaginables, pero era imposible de probar completamente la línea de retardo; así que tuvimos que idear un ambiente totalmente nuevo el que podría cancelar esas vibraciones: un banco de pruebas sin vibraciones”.
 Ilustración de uno de los telescopios de la Misión Darwin-Crédito ESA/Medialab

 A menudo, las tecnologías desarrolladas para los programas espaciales, proporcionan inteligentes soluciones en los sistemas terrestres;  y considerando que la Misión Darwin no había progresado más allá de la fase de estudio,  el  equipo de TNO no se desanimó, especialmente al darse cuenta que de  aplicarlo, podrían dar vida propia a la revolucionaria plataforma que habían inventado. Al mismo tiempo, TNO es parte de la Red del Programa de Transferencia de Tecnología de la ESA para los spin-off de soluciones espaciales, por lo tanto, decidieron que el problema fuera llevado a la Empresa de Ingeniería Holandesa MECAL.

“Hay dos tipos de vibraciones”, explica Johan Van Seggelen, “Vibraciones de alta frecuencia (desde donde) provienen los movimientos rápidos como un motor; para amortiguarlos, utilizamos resortes o goma,  que es el aislamiento pasivo; y las vibraciones de baja frecuencia (que corresponden) al movimiento lento, como el tráfico, el viento, las olas en una playa o incluso, la gente que camina delante de un edificio, (que) son más difíciles de eliminar. No se pueden utilizar muelles para detener el vaivén  (de un) edificio (ocasionado por) el viento. Lo que se tiene que hacer es contrarrestar ese movimiento. A esto lo llamamos  aislamiento activo”.

El Hummingbird [Colibrí] detecta las pequeñas vibraciones y los pequeños actuadores  empujan el microscopio en la dirección opuesta, cancelando de manera efectiva la vibración; es como si se estuviera de pie en un acantilado con el viento empujando en una dirección y alguien te empuja en forma contraria con la misma fuerza. 
La lucha contra las vibraciones no es algo nuevo, pero el Hummingbird tiene una característica única: El equipo inventó y patentó el mecanismo de <<acoplamiento horizontal>>, el que mantiene el nivel horizontal de los sensores de vibración en todo momento;  por lo tanto, evita los errores que se producen normalmente cuando las vibraciones horizontales son contrarrestados en ultra-bajas frecuencias en un ciclo de dos segundos.
Los sistemas activos sin esta tecnología, por lo general sólo trabajan en no más de cinco ciclos por segundo. “Todo se mueve dentro de ‘seis grados de libertad: Arriba/abajo, adelante/atrás, derecha/izquierda, balance, cabeceo y guiñada”, explica Johan, “Gracias al acoplamiento horizontal, el Hummingbird, cuenta las vibraciones en los seis”.
Esto fue vital al montar el dispositivo en el techo de la sala de operaciones, la cual se movía horizontalmente.
Prueba del Colibrí en el banco de pruebas sin vibraciones- Crédito: TNO

“El Hummingbird ha cambiado nuestra vida profesional” dice el profesor Weber, “Nuestros pacientes pueden sentirse totalmente seguros que por fin llegamos a usar nuestro hermoso nuevo edificio con su teatro de operaciones al máximo”.
TNO está encantado de que su innovador trabajo esté dando frutos; “De algo creado para el espacio, nos preguntábamos como y donde podríamos aterrizar en la Tierra este proceso creativo” señala Len Van der Wal.

Entonces, ¿Qué será lo próximo para el amortiguador de vibraciones del microscopio quirúrgico?
“Puede ser útil para todo tipo de operaciones de precisión, tales como la cirugía del cerebro, neurosensor para los pequeños vasos sanguíneos, etc., ya tenemos el interés de Hospitales de Austria, Canadá y del Reino Unido”, dice Johan.


Colibrí - Hummingbird

Mientras tanto, el equipo  lanzará su última versión del Colibrí [Hummingbird] que, al igual que las alas de su homónimo – bate sus alas hasta 80 veces por segundo – es una hazaña de ingeniera de los seres humanos unida a una no menos impresionante hazaña de la naturaleza.
Fuente: ESA -  Programa De Trasferencia de Tecnología
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martes, 25 de febrero de 2014

MICROSCOPIO DE FASE ENREDADA LOGRA APROVECHAR A DISTANCIA UNA ACCIÓN FANTASMAL.


Creación de imágenes más nítidas utilizando el enredo
 Las imágenes corresponden a una muestra de placas de vidrio sobre una superficie con forma de “Q”, la cual se ha tallado utilizando una entrada [Log in Using] de litografía óptica. A la izquierda está la imagen de la muestra obtenida utilizando el microscopio de entrelazamiento mejorado en nuevo desarrollo, el cual se utiliza sin un estado de entrelazamiento de dos fotones para iluminar la muestra. La clara imagen inferior de la derecha, se tomó utilizando una entrada simple de fotones [ una fuente de luz clásica]. Crédito: Cortesía de Shigeld Takeuchi et al. / Nature Comms
  
El microscopio de contraste de interferencia diferencial, es ampliamente utilizado para lograr la evaluación de materiales opacos o tejidos biológicos en las aplicaciones de medición de fase óptica.
Sin embargo, la relación señal-ruido para una intensidad de luz dada, está limitada por el Límite Estándar Quántico (Standard Quantum Limit –“SQL” – en inglés), lo cual es crítico para las mediciones en las que la intensidad de la luz de la sonda, está limitada con el propósito de no dañar la muestra.
Físicos japoneses, han  logrado mediante una nueva investigación, la obtención de reales beneficios que  los biólogos podrán aprovechar, por cuanto ellos deben trabajar con ése fenómeno que en su momento, Einstein lo denominó como “espeluznante”.

Al mejorar la relación señal-ruido de un microscopio de contraste  basado en la fase enredada de la explotación de la conexión entre partículas, se logra la medición sobre una de ellas permitiendo fijar en forma instantánea, el estado cuántico del otro, no importando la lejanía en que estén.
Los investigadores consideran que este mejor desempeño, particularmente podría ser útil en el estudio de las delicadas y transparentes muestras de tejido biológico.

La fase de la luz, tiene un importante papel en la microscopía moderna, debido que se pueden registrar las variaciones de los microscopios ópticos estándar, de la intensidad de la luz que pasa a través o que es reflejada por un objeto. Este método  produce imágenes de muy bajo contraste, cuando la muestra que está bajo observación es muy transparente.
Los microscopios exploran mediante una muestra, el registro de la interferencia de los rayos de luz que pasan a través de las diferentes regiones del índice de refracción, lográndose así la producción de imágenes de la fase. Para lograr imágenes de células vivas, estos dispositivos son muy adecuados, por cuanto son altamente transparentes y extremadamente sensibles a la luz intensa.

El líder del equipo, Shigeki Takeuchi y sus colegas de la Universidad de Hokkaido, en su último trabajo, utilizaron un entrelazamiento de fotones para lograr el rendimiento de “Un Microscopio de Contraste de Interferencia Diferencial (Differential Interference contrast Microscope – DIM – en inglés). Este tipo de dispositivo divide un haz láser, en dos “vigas”  centradas en puntos adyacentes al plano de la muestra, hechos para recombinarse e interferir en un adecuado detector. Es la forma en el cual el dispositivo revela la variación del índice de refracción y por lo tanto, la composición de la muestra.
Dado que cada fotón de fase  en un haz de rayos láser, ha utilizado la señal procedente de un DIM de vigas a escala no enmarañadas con una cantidad de fotones en el rayo ( N ); y como el error estadístico asociado con el conteo discreto de fotones, introduce un ruido igual a la raíz cuadrada de (N), la relación de la señal-ruido en un DIM ordinario es por lo tanto, también √N; pero si estos fotones están entrelazados, cada uno de ellos percibe las fases N veces, de tal modo que multiplican la señal y mejoran la relación señal-ruido por un factor adicional de √N.

Takeuchi y sus colegas en su experimento utilizaron lo que se conoce como Estados Mediodía (Noon States), llamados así por ser una superposición cuántica de N polarización horizontal de los fotones (con fotones “0” en el modo vertical) y N polarización  vertical de los fotones (con “0” en el modo horizontal).
Utilizando los estados mediodía, los equipos pares generó fotones enredados (es decir: donde N es 2)  que en la imagen se  indican con la letra “Q” grabada a 17 nm en una placa de vidrio.

Noon States o estados mediodía, son mediciones de precisión llevadas a su último límite mediante el aprovechamiento de los principios de la mecánica cuántica.
En la óptica multifotónica, los estados entrelazados conocidos como estados mediodía, pueden ser utilizados para obtener mediciones de alta precisión, en una forma cada vez más y más ventajosa a medida que el número de fotones crece.
La generación de estados “alto Noon” (N = 5) mediante la interferencia de la luz multifotón cuántica-down (abajo) convertida con un estado coherente clásico en un enfoque que es inherentemente escalable. Las mediciones de fase Súper-revolución con hasta 5 fotones entrelazados, se produjeron con una visibilidad mayor a las que utilizan sólo la luz clásica obtenible.

Los investigadores crearon píxeles con un promedio de 460 pares de fotones y fueron capaces de obtener un mejor posible contraste que  utilizando sólo fotones clásicos.De hecho, los investigadores encontraron que el enredo mejora la señal-ruido de la DIM en un factor de 1.35 – ligeramente menor que el valor esperado de √2 (es decir,1.41) debido a la no perfecta interferencia cuántica de dos fotones.

Warwick Bowen, físico cuántico de la Universidad de Queensland en Australia, ha elogiado el último trabajo como “Un hito en medida cuántica y un paso hacia usos biológicos”. Pero él dice que la precisión alcanzada por el grupo japonés, es “muy inferior al estado del arte en microscopios de contraste de fase convencional”.
En vez de pegarse con los Estado mediodía, Tekeuchi y sus compañeros de trabajo,  podrían lograr cosas  mejores utilizando otra forma de luz no clásica, con muy bajos niveles de ruido y que se conocen como “luz exprimida” , la cual puede ser producida en vigas luminosas y que ya son utilizadas en los detectores de ondas gravitacionales.

El equipo de Takeuchi, ahora están construyendo un “prototipo más fácil de utilizar”, adaptado para la obtención de imágenes biológicas; pero ellos también admiten que será difícil aumentar aún más el número de fotones enredados, y así aumentar la relación señal-ruido, usando fuentes existentes del grupo de enredo (paramétrico por la conversión de un cristal no lineal convencional). Utilizando un estado mediodía con 10 o más fotones   cuántico, Takeuchi dice que podría hacerse mediante un tipo especial de cristal, que utiliza menos energía y que produce pérdidas ópticas más pequeñas, o mediante el uso de la clase de circuitos fotónicos utilizados en computación cuántica. “Esto es un desafío verdaderamente excitante, tanto en aplicaciones como en la ciencia fundamental” comenta.
Esta investigación en detalle, se encuentra en arXiv

Fuente: Physicsworld (Edwin  Cartlidge escrito de Science con sede en Roma) / arXiv / Science AAAS
Traducción libre de soca.

sábado, 22 de febrero de 2014

¿MÚSCULOS ARTIFICIALES DE LÍNEAS DE PESCA E HILO DE COSER?

Los de la torcedura: ¿Músculos de fibra enrollada para hacer el trabajo pesado?
crédito: Cortesia de Ciencia / AAAS
Un equipo internacional de investigadores en un enfoque inusualmente fácil, ha desarrollado en base de fibras de polímeros de alta resistencia, músculos artificiales. En lugar de tener materiales sofisticados o caros, los músculos pueden ser producidos a partir de polímeros simples que se utilizan para hacer  líneas de pesca o hilos de coser. Cuando se calientan, estas fibras se pueden acortar o alargar mucho más que el músculo biológico, pudiendo ser utilizadas en aplicaciones tan diversas como contra ventanas sensibles a la temperatura, la ropa y la robótica "inteligente".

Tendones sintéticos
Los materiales que se expanden y contraen en respuesta a algún tipo de estímulo son útiles para la robótica, donde se utilizan para hacer "actuadores" o fibras musculares artificiales, y en escalas más pequeñas se pueden producir sensores para dispositivos lab-on-a-chip. Numerosos diseños para tales materiales se han desarrollado, tales como los materiales con memoria de forma - ya sea metales o polímeros que existen en dos fases, por lo que puede de repente acortarse o alargarse a una temperatura específica - o polímeros electroactivos - que cambian de forma en respuesta a un campo eléctrico - y electroquímicamente estimulados hilos de nanotubos de carbono. 
Todos ellos, sin embargo, tienen limitaciones. Los metales con memoria, de forma que puedan degradarse después de un número limitado de ciclos y mostrar diversas cantidades de histéresis (la renuencia a cambiar de fase). Polímeros de campo eléctrico impulsado que pueden requerir impracticablemente altos cambios en el campo. Además, todos estos materiales - especialmente el hilo de nanotubo de carbono - son altamente especializados y pueden ser muy costosos.
En la nueva investigación, Ray Baughman y sus colegas de la Universidad de Texas en Dallas, junto con sus colaboradores en Canadá, Corea del Sur, Turquía, China y Nueva Gales del Sur en Australia, tomaron un rumbo más simple. A diferencia de la mayoría de los materiales, las fibras de polímero tienden a acortar cuando se calientan, porque como la entropía del sistema aumenta, las cadenas de polímero se vuelven más desordenadas. Por su parte, esta contracción es bastante pequeña - aproximadamente un  4% para un aumento de 250º K en la temperatura.
Sin embargo, lo más importante, es que cuando las cadenas se vuelven más desordenadas, la fibra se vuelve más gruesa.
Tendones retorcidos
El equipo de Baughman trabajó una sencilla forma de utilizar esta expansión radial para amplificar o, alternativamente, para revertir la contracción térmica. Los investigadores comenzaron con una fibra formada por personas muy ordenadas, cadenas de polímeros lineales y luego tuercen repetidamente, convirtiendo las cadenas en hélices. Cuando la fibra se calienta se expande radialmente, este aumento en las longitudes de las trayectorias helicoidales de las cadenas individuales, crean así un par de torsión en la fibra que aumenta la tensión en las cadenas de polímero provocadas cuando se trata de desenroscar.
A continuación, los investigadores de la fibra trenzada en forma de espiral, demostraron que si la bobina se enrolla en la misma dirección que la fibra se había  retorcido, esta destorsión por calentamiento hace que la bobina apriete se  acorte hasta en un 49%. Más sorprendente aún, si la bobina se enrolla en sentido contrario - es decir, se enrolla hacia la derecha y la otra hacia la izquierda – el calor hace que la bobina se alargue hasta en un 69%. Esto se compara favorablemente con los músculos del esqueleto humano, el cual puede expandirse y contraerse en un máximo de alrededor del 20%, aunque los músculos utilizan tiempos de energía mucho más eficientes.

Tirando su peso

Las propiedades mecánicas fundamentales utilizadas por los músculos - expansión térmica radial combinado con la contracción térmica axial - se encuentran en muchos polímeros que se pueden comprar en cualquier tienda del ramo. Para producir los músculos de alta resistencia, los investigadores se centraron en fuertes polímeros como las líneas de pesca de polietileno y de hilo de coser de nylon. El uso de estos materiales, demostraron la utilización de los músculos en una variedad de aplicaciones de uso diario, tales como persianas que abren y cierran en respuesta a los cambios de temperatura o de tejidos con hilos de polímeros enrollados entretejidos de manera que los poros se abran cuando la temperatura aumenta. En el futuro, estos podrían ser utilizados en la ropa, permitiendo que el exceso  de calor  escape si al usuario le afecta una  ambiente demasiado caliente. "Tenemos un montón de mejoras para hacer", dice Baughman, "pero ya que estos músculos están listos para ser desplegados comercialmente y son baratos de hacer -. usted no tiene que hacer el precursor y usted puede hacer un infierno de un gran cantidad de músculo muy fácilmente ".

Richard James , experto en polímeros con memoria de forma en la Universidad de Minnesota en los EE.UU., siente "que no es un gran avance, pero es muy inteligente y me gustó mucho leer sobre el tema".
Él cree que la parte más valiosa de la investigación, es el efecto geométrico, en el que una espiral de la bobina amplifica la deformación producida, aunque señala, que es necesario un cambio de temperatura de más de 200ºK para producir las cepas más grandes, haciendo problemático las aplicaciones. "Es un método interesante", concluye. "Me puedo imaginar la gente podría combinar esto con memoria de forma que las fibras no tienen que ser polímeros."
La investigación se publica en la Revista Science 
21.February.2014 DOI:10.1126/science 1246906 Vol.43 Nº6173
Fuente: Physicsworld (Tim Wogan, escritor de ciencia en el Reino Unido)

jueves, 20 de febrero de 2014

POSIBLE IMPLANTE COCLEAR SIN PARTES EXTERIORES

La cóclea [del latín cochlea, también conocida como caracol], es una estructura en forma de tubo enrollado en espiral, situado en oído interno. Forma parte del sistema auditivo de los mamíferos y es el órgano del sentido de la audición.

Un implante coclear es un dispositivo médico implantado quirúrgicamente que proporciona una sensación de sonido a una persona que es profundamente sorda o tiene severas alteraciones de audición como consecuencia del daño a las células ciliadas sensoriales en su cóclea. Cientos de miles de personas de todo el mundo se han beneficiado de este tipo de dispositivos ya que se implantaron por primera vez en los adultos en 1984
Un nuevo chip de procesamiento de señales, de bajo consumo de energía que podría ser utilizado para desarrollar un nuevo implante coclear que no requeriría de ningún hardware externo ha sido desarrollado por investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts(MIT), junto con los médicos de la Escuela de Medicina de Harvard y el Massachusetts Eye y Ear Infirmary (MEEI). 
El implante - que puede utilizar el micrófono natural del oído interno en lugar de un sensor montado en el cráneo - podría en forma inalámbrica recargarse, pudiendo funcionar durante unas ocho horas con cada carga.

Una fácil carga
Por desgracia, en la actualidad los implantes son voluminosos y poco atractivos. "Los implantes cocleares de hoy se basan en un componente detrás del oído externo para albergar un micrófono externo y fuente de energía, que puede ser engorroso, ha limitado el uso de agua y puede ser estéticamente poco atractivo", dice Anantha Chandrakasan del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación en el MIT, que dirigió el trabajo. "La idea con este diseño es que se puede utilizar un teléfono con un adaptador, para cargar el implante coclear, por lo que no tiene que estar conectado", añade.

El nuevo implante es una adaptación de los dispositivos existentes que vibran en las estructuras óseas del oído medio normalmente intactos en pacientes con implantes cocleares. El oído interno tiene tres huesos, o "huesecillos", que llevan a cabo las vibraciones del sonido al oído interno y a la cóclea - la cámara pequeña, en espiral que convierte las señales acústicas en señales eléctricas que son detectados por el cerebro. Los pacientes con implantes de oído medio sufren porque uno de los huesecillos - el estribo - no vibra con suficiente fuerza para estimular el nervio auditivo. Por tanto, el nuevo implante tiene un pequeño sensor que detecta las vibraciones de los huesecillos y de un actuador que ayuda a impulsar el estribo.
Chandrakasan y su equipo prevén que el nuevo dispositivo podría utilizar un tipo similar de sensor, pero la señal que genera viajaría a un microchip implantado en el oído, que a su vez lo convierte en una señal eléctrica y pasándolo luego a un electrodo en la cóclea. 
El equipo ha hecho un prototipo de este chip, y de  un cargador que se conecta a un teléfono móvil normal pudiéndose recargar el chip de procesamiento de señales en unos dos minutos. Las conclusiones y prototipos fueron presentados por Marcus Yip , el autor principal del artículo, en la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido, celebrada en San Francisco, EE.UU., la semana pasada.

Forma de onda especializada

 

Ubicación de la cóclea en relación a los huesos del oído interno. Crédito:Wikimedia Commons

Uno de los procedimientos clave que permitió al equipo prescindir de los aparatos voluminosos fue el que permitía cumplir con los requisitos de energía del chip convertidor. El laboratorio de Chandrakasan especializado en chips de bajo consumo, permite  que los investigadores puedan aplicar técnicas perfeccionadas a lo largo de los años, como es la adaptación de la disposición de filtros de baja potencia y amplificadores de las propiedades acústicas precisas de la señal entrante.
Sin embargo, una característica novedosa del chip es el nuevo circuito generador de señal que reduce radicalmente su consumo de energía entre un 20 y 30%. Esto se hace mediante el uso de una nueva forma de onda - señal eléctrica básica emitida por el chip que se modula para codificar información acústica.
Sobre la base de investigaciones previas sobre las fibras nerviosas simuladas, la forma de onda fue adaptada para hacer el dispositivo más eficiente en la producción de energía, sin dejar de ofrecer suficiente estimulación al nervio auditivo. 
Dos de los colaboradores de Chandrakasan en MEEI -Konstantina Stankovic y Don Eddington - probaron la forma de onda en cuatro pacientes que ya tenían implantes cocleares, encontrando que no afectó la capacidad de escuchar y que los resultados estaban a la par con el modelo computacional del equipo.
El dispositivo no se ha implantado en cualquier paciente, el sensor fue probado en los oídos de cadáveres humanos, demostrando que el sensor y el microchip podían recoger señales del habla desde  el oído del cadáver. Los implantes cocleares convencionales han sido aprobados por la Food and Drug Administration de EE.UU. en niños de un año de edad, por lo que el equipo prevé que sus implantes podrían beneficiar también a los niños pequeños.
Stankovic comentó a Physicsworld  “que la ventaja añadida de un implante totalmente implantable en los niños, significaría que ellos podrían jugar sin tener que preocuparse por el componente externo de caer, romperse o ser incomodo”.
Esta investigación será publicada en las actas de la Conferencia Internacional IEEE Circuitos de Estado Sólido .

Fuente de la compilación: Physicsworld (Reporteado por Tushna Comisariado) / Wikimedia

martes, 18 de febrero de 2014

ASTEROIDE 2000 EM26


Imagen del asteroide 2000 EM26 del 15 de febrero de 2014-Crédito: Venezuela al día

Una vez más, noticias alarmistas señalaron que un “Enorme Asteroide” pasaría cerca de la Tierra entre el 17 y 18 de febrero en curso; este bombo que se le da a la noticia,  crea en las personas un sentimiento de temor ante lo que pueda suceder.

Realmente se refiere al Asteroide 2000 EM26 que hoy pasó a una velocidad de 27.000 Km/hora a  3.219.000 kilómetros de nuestro planeta [2.000.000 de millas] o a 8,4 LD [distancia lunar]; su diámetro es aproximadamente  de 195 metros..
Este objeto nos es diferente a la media docena de rocas espaciales que han pasado “rozando” la Tierra. La alarmista noticias no tiene relación  con su singularidad real, como lo fue en su momento, el Asteroide  2012 DA14 que explotó en los cielos de Rusia en febrero de 2013, situación que realmente fue un encuentro muy cercano.

Fuente: Space weather/  Archivo de SOCA
Diagrama de la órbita del asteroide 2000 EM26 - Crédito: JPL-Caltech - Osamu Ajiki y Ron Baalke (JPL)

lunes, 17 de febrero de 2014

BENEFICIOS PARA LA HUMANIDAD DE LA ESTACION ESPACIAL INTERNACIONAL



En enero del presente año, el gobierno de Obama anunció una extensión de la misión de la Estación Espacial Internacional hasta, al menos, el año 2024. El tiempo adicional permite a la NASA y a otras agencias espaciales del mundo ir en busca de ciertos objetivos importantes.

La Estación Espacial Internacional está considerada uno de los grandes logros tecnológicos, geopolíticos y de ingeniería en la historia de la humanidad.  Es un esfuerzo de colaboraciones entre 16 naciones, habiendo participado en actividades de investigación en el  laboratorio orbital más de 69 países, lográndose un  avance en el conocimiento científico fundamental; apoyando al mismo tiempo, la exploración del espacio más allá de la órbita baja de nuestro planeta Tierra, ofreciendo una multitud de beneficios a las seres humanos.

Pueden suceder muchas cosas en los próximos 10 años, a pesar de que durante la última década, el  laboratorio internacional ha sido muy conocido pero frecuentemente menospreciado, ha estado generando resultados a un ritmo extraordinario, utilizando sus capacidades únicas,
  • Los ingenieros desarrollaron un brazo robot de precisión que ayuda a los cirujanos a extraer tumores del cerebro humano;
  • Los experimentadores aprendieron a encender fuego sin llama, una tecnología anti-intuitiva que podría conducir a la fabricación de motores de automóviles súper eficientes;
  • Los físicos contaron cientos de miles de partículas de anti-materia entre los rayos cósmicos normales, lo que es un signo inequívoco de la misteriosa materia oscura;
  • Los investigadores unieron átomos en formas exóticas, creando así los bloques fundamentales de los materiales inteligentes del futuro;
…y mucho más.

Ese laboratorio es la Estación Espacial Internacional (EEI, por su sigla en idioma español o International Space Station o ISS, por su sigla en idioma inglés).
“Los logros de los últimos 10 años son notables; especialmente considerando que la estación espacial todavía estaba en construcción”, destaca Julie Robinson, quien es una científica del programa para la EEI. “Ahora que la estación está terminada, nos han otorgado al menos 10 años más”.

Por un lado, la EEI es vital para los viajes de larga duración a través del espacio profundo. “Eso puede sonar irónico dado que la estación espacial nunca abandona la órbita de la Tierra, dice Robinson, “pero hemos determinado que las investigaciones en la estación son necesarias para mitigar 21 de 32 riesgos para la salud humana asociados con las misiones espaciales de larga duración. La ruta hacia Marte pasa por la EEI”.
Ella agrega que las investigaciones médicas relacionadas con los astronautas ayudan a las personas en la Tierra también. Los tratamientos para la osteopenia y para el deterioro muscular, y los avances en la telemedicina, son apenas unos pocos de los beneficios indirectos que se han llevado los hospitales desde que comenzó el programa de la EEI.

El Dr.Garnette Sutherland realiza una neurocirugía, utilizando el preciso Neuro Arm, una adaptación de la  tecnológica robótica de alta especialización utilizada en la Estación Espacial. Crédito: NASA

Durante los próximos 10 años, una colección de “organismos modelo” se unirá a los astronautas en la EEI para poder llevar a cabo estudios avanzados sobre ciencias biológicas. Los nuevos “miembros de la tripulación” incluyen algas, moscas de la fruta y roedores (todos ellos comparten una sorprendente cantidad de ADN con los seres humanos). “Al estudiar estos organismos en la microgravedad, aprenderemos mucho sobre nosotros mismos”, señala.

A pesar de que Robinson tiene un título universitario en biología, algunos de sus experimentos favoritos son los que están asociados al área de la física fundamental. Por ejemplo, dice, “el programa del Espectrómetro Magnético Alfa (Alpha Magnetic Spectrometer, en idioma inglés) de la estación, dirigido por Samuel Ting (quien fue reconocido con un premio Nobel), está listo para realizar descubrimientos sobre la naturaleza de la materia oscura”. Otro proyecto emocionante es el Laboratorio de Átomos Fríos (Cold Atom Lab, en idioma inglés), cuyo lanzamiento está programado para el año 2016. “Vamos a crear el sitio más frío del universo conocido en el interior de la EEI”, dice. “Esto permitirá a los investigadores estudiar formas exóticas de la cuántica, como los condensados de Bose-Einstein”.
  

 Un niño en Chiapas, México, en la escuela, llena  su taza con agua potable, utilizando la tecnología de purificación de agua adaptada desde el Soporte de Vida del Control Ambiental de la Estación Espacial Internacional. Crédito: NASA

Con la “gran canica azul” acercándose a su ventana, la estación espacial es una poderosa plataforma para las ciencias de la Tierra. Los sensores que están en construcción, y cuyo lanzamiento está programado para los próximos años, incluyen instrumentos para la predicción de huracanes, estudios sobre el clima mundial y los peligros de los rayos. “La extensión de la misión de la estación espacial permite que los instrumentos científicos de la Tierra reúnan conjuntos de datos a más largo plazo”, destaca Robinson. “Algunos de los sensores que ya tenemos reunirán un 90% más de datos durante la década venidera”.

La extensión del programa de la estación por 10 años más también impulsa el desarrollo del programa espacial comercial de Estados Unidos. Las firmas SpaceX y Orbital Sciences Corp., que están contratadas para proveer cargamento a la estación, ahora pueden aspirar a competir por futuros contratos.
SpaceX, Boeing y Sierra Nevada también están interesadas en enviar equipos a la estación para el año 2017. A medida que los proveedores comerciales brindan acceso a la órbita de la Tierra a un costo más bajo, nos estamos encaminando hacia el día en el cual los científicos viajarán al espacio para hacer sus propios experimentos, de primera mano.

En este enlace al vídeo que sigue, podrán conocer como la ciencia y la investigación beneficia la vida en la Tierra.
Fuente: NASA  14.feb.2014 /
Enlaces  relacionados:

sábado, 15 de febrero de 2014

EL PLACER DE APRENDER RELACIONANDO EXPERIENCIAS - NEUROCIENCIA Y EDUCACIÓN


Neurociencia  

Las neurociencias son un conjunto de disciplinas científicas que estudian la estructura, la función, el desarrollo de la bioquímica, la farmacología y la patología el sistema nervioso y de cómo sus diferentes elementos interactúan, dando lugar a las bases biológicas de la conducta humana.
El estudio biológico del cerebro es un área multidisciplinaría que abarca muchos niveles de estudio, desde el puramente molecular, hasta el específicamente conductual y cognitivo, pasando por el nivel celular [neuronas individuales], los ensambles y redes pequeñas de neuronas [como las columnas corticales] y los ensambles grandes [como los propios de la percepción visual], incluyendo sistemas como la corteza cerebral o cerebelo, y, por supuesto, el nivel más alto del Sistema Nervioso.
Memorizar no es malo, es como funciona el cerebro esencialmente, pero hay ocasiones en las que relacionando y comparando la información, el aprendizaje se hace más efectivo. Si esa información está asociada con el placer, entonces se obtiene un aprendizaje más que seguro.

Aprender es un proceso innato del ser humano, siempre se está en constante aprendizaje. Este proceso adquiere mayor relevancia cuando se traduce en el plano educativo, en la escuela. Todos los seres humanos han pasado en esa etapa por malas experiencias, ya sea por tener malos profesores, por aburridas clases o interminables horas de pizarra, abrumados por infinitos número y palabras que más parecían jeroglíficos; todos indescifrables, y alguien se ha preguntado ¿Por qué?

Felizmente, hoy en día el estudios de la conducta y de los hábitos humanos, así como del funcionamiento completo de nuestro cerebro, ha permitido encontrar algunas respuestas y ha colaborado con una mejor implementación en el campo educativo. Los grandes avances de la neurociencia han consentido develar los mecanismos cerebrales que hacen posible el aprender, recordar y grabar información en el cerebro de manera permanente.

Según la educadora neurocientífica, e investigadora norteamericana Judy Willis, postula que hay tres sistemas cerebrales principales, a los que llama RAD [R = Sistema activador reticular (SAR), A = Amígdala y D = Dopamina];  que la relación entre educación  y neurociencia es la llave para crear mejores cerebros; planteando que en el proceso de aprendizaje es necesario valorar dos puntos cardinales: En primer lugar el estado de ánimo del alumno, es decir, la predisposición que éste tenga hacia la captación de una información novedosa. Si el alumno está contento, la información recepcionada será aprendida con mayor facilidad, de lo contrario, las horas frente al profesor poco o nada habrá valido la pena.
En segundo lugar, resulta importante la metodología en la enseñanza, porque depende en gran parte  de la manera cómo el estudiante se predisponga para aprender.
Según la investigadora, son las emociones las que conducen la memoria, esto significa que si las emociones son placenteras, el rechazo a la información novedosa será menor, y por consiguiente, el aprendizaje es más efectivo.
Para la neurociencia, al cerebro se le agiliza el aprendizaje cuando incorpora mediante esquemas, mapas, gráficos y cualquier otra herramienta que permita la formalidad y el orden. La información mostrada de forma organizada y estructurada, incorpora una actitud positiva para captar la atención del alumno. Dicha información se maximiza cuando ésta se relaciona con aprendizajes previos, es decir, vivencias personales que los alumnos tienen y que permiten entender mejor lo aprendido.

 Aprendizaje 2 Crédito foto: Sociedad Pediatría

La neurociencia continúa desenredando los mecanismos del cerebro, y en el ámbito educativo ha colaborado mucho.
Según el neurocientífico Ignacio Morgado, actualmente se ha podido concluir que la educación memorística ha sido correcta, pese a haber sido satanizada por mucho tiempo. El memorismo resulta la  mejor forma de aprender muchos conceptos que se determinan por hábitos o formas de hacer las cosas. Una suma siempre será la misma, por eso se repite hasta memorizarla; sin embargo, existen otras formas de aprendizaje, como el racional, que consiste en aprender hechos, episodios y circunstancias en la vida que, más que repetir, requiere relacionar cosas. Cuanto más cosas compramos, cuanto más nos relacionamos, más y mejor aprendemos, afirma el neurocientífico.

Memorizar no está mal, porque es como trabaja el cerebro, pero el aprendizaje actual no se sirve de una única fuente. Hoy en día, los alumnos tienen la posibilidad de contrastar la información nueva con otras fuentes que le permitan ampliar y comprobar el conocimiento. Es la razón por el cual el aprendizaje necesita de una estrategia cognitiva que lo guíe.
El repetir la información hasta memorizarla sirve como guía de aprendizaje, pero si lo que se quiere es aprender hechos y conocimientos, episodios que han ocurrido, el memorismo no será insuficiente. Entonces es más efectivo aprender por contraste, utilizando las diversas fuentes de información.
Aprender mediante la experiencia puede resultar mejor, mediante las sensaciones de un específico hecho, sobre un evento en especial. Cada vez que se repita la situación estaremos mejor preparados para afrontarla, porque dejará de ser nueva para nosotros y reaccionaremos más rápido y mejor.

El proceso de aprendizaje para la investigadora Judy Willis, hace necesario que toda información novedosa, antes de ser aprendida, debe pasar por tres importantes filtros en nuestro cerebro. Estos filtros favorecen la discriminación y la atención del cerebro a lo que realmente le interesa absorber como aprendizaje.
Los filtros están presentes en el sistema de aprendizaje RAD, que como ya se indicó anteriormente, corresponde al Sistema Reticular  de activación (SAR), al filtro positivo de la Amígdala y la intervención de la Dopamina.
 Crédito foto Verónica’s Portafolio 

Cada uno de ellos se determina por las emociones, si son positivas, el acceso de la novedad al cerebro se realizará con mayor rapidez. Si el  cerebro detecta estrés, puede combatir y bloquear la información.
El Neurocientífico Ignacio Morgado, agrega a lo expuesto, que las emociones son de relevante importancia para el aprendizaje, porque determinan finalmente la decisión del ser humano al elegir entre varias opciones. El uso de la razón se mantiene limitado al análisis de las probabilidades, pero es la decisión final que las emociones determinan la elección según las sensaciones que nos producen.
Esto significa, que cuando mejor sea el ambiente para aprender, mejor será el aprendizaje. Es por eso que es importante la didáctica en el proceso educativo. Está claro que no sólo el memorismo resulta beneficioso, sino también existen ciertas maneras según sea el caso de lo que se requiera aprender. Cada vez los niños son más hábiles y más veloces en su pensamiento, por eso es necesario mejorar las herramientas para capturar su atención.

Es por todo esto que la educación debe centrar sus esfuerzos en captar la atención del alumno con la mayor variedad de posibilidades, siempre buscando estimular la satisfacción de éste en el proceso educativo. La transferencia de información estructurada utilizando medios agradables, permitirá que el alumno capte la información placenteramente.

La variante de educar relacionando experiencias, puede resultar satisfactoria si a lo expuesto, se suma un correcto manejo de las emociones. Gracias al aporte de la Neurociencia, es posible que los profesores  y las clases, dejen de ser aburridas y por el contrario, el aprendizaje sea, una actividad placentera y efectiva. Sencillamente inolvidables.
Fuente: eLiceo et al.
Vídeo:
Conferencia de Sarah-Jayne Blakemore (Neurocientífica Cognitiva):
 
Leer más:
Judy Willis (Neurocientífica y Educador):
Sarah-Jayne Blakemore (Neurocientífica Cognitiva)
Ignacio Morgado – Psicobiólogo – entrevista:
Ignacio Morgado, Libro: “Como percibimos el Mundo”

EL ARTE ES ESTIMULADO POR FORMULAS MATEMÁTICAS

Mehr oder Weniger Schön (Más o menos Bella)
Ecuaciones simples, como la fórmula de Euler, son consideradas por los matemáticos, como particularmente hermosas. Fórmulas más complicadas como la del matemático indio Srinivasa Rarmanujan, se aplican sin embargo, generosamente menos. 
Crédito: Spektrum.de

La idea de que la belleza nos es sólo humo y espejos, sino que debe servir al bien y al conocimiento, se remonta a la antigüedad. Los artistas y estudiosos de la Edad Media, estaban convencidos que algo de verdad no puede ser feo. En la actualidad, matemáticos y físicos están de acuerdo que la elegancia y belleza de una teoría, a menudo ofrece la primera pista de que es correcta.

Los participantes en un estudio realizado por un equipo investigador de la Universidad College de Londres, liderados por Semir Zeki, en el cual también participaron 15 matemáticos; utilizaron 60 ecuaciones conocidas de formulas matemáticas, las que a pesar de ser complicadas, sintieron que eran muy  estimulantes y altamente estéticas, siendo muy útiles o ingeniosas por la estimulación que provocaban.
Ellos sintieron que muchas de las ecuaciones provocaban una visión activa de una zona cerebral donde  se sabe que reacciona el cerebro a los estímulos artísticos o musicales presénciales logrando que este equipo investigador percibiera  la belleza de las fórmulas.

Dos semanas más tarde, los investigadores comprobaron mediante  el uso de imágenes de resonancia magnética, la funcionalidad de la actividad cerebral de  los participantes mientras veían nuevamente las fórmulas.


Imagen: Ein Aereal für Mathe und Kunstn (Un espacio para las Matemáticas y el Arte) – Vista de las bellas fórmulas que desencadenan la activación matemática en la corteza media orbitofrontal (resaltada en color amarillo). Aquí se llevará a cabo el procesamiento de la estética del arte o la música. Crédito: Semir Zeki, John Paul Romaya, Dionigi MT Benincasa y Michael F. Atiyah

Las ecuaciones provocaron una mayor activación en la corteza orbito- frontal media ante formulas menos atractivas.
En experimentos anteriores, esta región del cerebro (orbitofrontal) ya sugirió que podía incrementarse con hermosas vistas de arte o con  la música.
Las ecuaciones eran muy claras y de diferentes longitudes. El grupo investigativo sintió las ecuaciones como algo particularmente hermoso, representando con la fórmula de Euler, un contexto complejo pero de forma sorprendentemente simple.
En cambio, una fórmula menos económica como es la ecuación de  Srinivasa Ramanujan, fue todo lo contrario, lo peor.
Fuente: Spektrum de.
Traducción libre del alemán por Soca.
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