IDEAN DISPOSITIVOS PARA CONVERTIR LA EMISIÓN INFRARROJA DE LA TIERRA EN UNA FUENTE DE ENERGÍA

Credito: SEAS / Steven J.Byrnes

Nuestro planeta, debido a la energía solar que recibe, es mucho más caliente que su gélido entorno.

Esta situación,  ha permitido que un equipo de físicos de la Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) de EEUU idear dispositivos con el cual se podría aprovechar la energía de las emisiones infrarrojas que la Tierra lanza al espacio, permitiendo generar así un flujo continuo de carga eléctrica o de corriente continua (CC).

Caroline Perry en un comunicado de la SEAS, dice que gracias a los avances tecnológicos recientes, este desequilibro de calor sería aprovechado como una fuente de vasta energía que por ahora es inexplotada.

Eso sí, que para poder “generar energía por emisión, y no por absorción de luz”, algo que parece contrario a la lógica, hay que hacer uso de una aplicación completamente nueva, basada en la física a nano  escala, explica el principal investigador y autor de la idea, el profesor Federico Capasso de SEAS.

Capasso es famoso a nivel mundial como experto en física de semiconductores, fotónicos y electrónicos. En 1994 co-inventó el láser ifrarrojo de cascada cuántica y en 2001 demostró que un fenómeno cuántico electrodinámico elusivo, conocido como “Fuerzas de Casimir”, funcionaba, ya que él y sus colaboradores consiguieron en concreto, poner en marcha un sistema microelectromecánico a MEMS con dichas fuerzas, las cuales eran mínimas.

Capasso y su equipo siempre han tratado de cuestionar las suposiciones establecidas sobre óptica y electrónica, de manera rigurosa. Ahora se han lanzado a cuestionar las ideas sobre uno de los rangos del espectro electromagnético (que es el conjunto de las ondas electromagnéticas que emite cualquier objeto): el infrarrojo medio, , a menudo también denominado infrarrojo térmico. 

Según el científico “el infrarrojo medio ha sido, en general, una parte descuidada del espectro”, por su dificultad para trabajar con él. Pero Capasso propone aprovecharlo fabricando un panel solar fotovoltaico que, en lugar de capturar la luz visible entrante, genere energía eléctrica a partir de la emisión de luz infrarroja. 

“La luz del Sol tiene energía, así que la fotovoltaica tiene sentido; simplemente se recoge esa energía. Pero eso no es tan simple realmente, y capturar energía de luz infrarroja emitida es incluso menos intuitivo”, señala Steven J. Byrnes, uno de los colaboradores de Capasso en el SEAS y principal autor de un artículo sobre la idea publicado aparecido en  PNAS. 

“No resulta obvia la cantidad de energía que podría generarse por esta vía (…) hasta que te sientas y haces cálculos”. Resulta que éstos han demostrado que la energía producida sería modesta pero real. De este modo, un dispositivo que aprovechase las emisiones infrarrojas podría, por ejemplo, acoplarse a una célula solar tradicional para obtener un extra de energía durante la noche, sin coste de instalación añadido.

Para demostrar las posibilidades del sistema, el grupo de Capasso sugiere fabricar dos tipos distintos de recolectores de la energía infrarroja emitida: uno análogo a un generador de energía solar térmica, y otro similar a una célula fotovoltaica. Aunque ambos funcionarían a la inversa. 

El primero de los sistemas sería un plato “calentado” a la temperatura de la Tierra y del aire, con otro plato “frío” situado sobre él. Los científicos han calculado que la diferencia de calor entre ambos platos generaría unos cuantos vatios por metro cuadrado, día y noche. 

El segundo dispositivo estaría basado también en las diferencias de temperatura, pero entre componentes electrónicos fabricados a nano escala (en concreto, diodos y antenas). 

Simplificando, los componentes de un circuito eléctrico pueden de manera espontánea impulsar una corriente en cualquier dirección. Si en un sistema un diodo se encuentra a una temperatura más alta que un resistor o resistencia eléctrica, el primero impulsará una corriente eléctrica en una dirección, produciendo un voltaje positivo. 

Capasso y su equipo sugieren que el papel de esa resistencia podría desempeñarlo una antena microscópica que emitiera de manera muy eficiente la radiación infrarroja natural de la Tierra hacia el cielo, enfriando los electrones presentes sólo en una parte del circuito. 
El resultado, asegura Byrnes, sería “conseguir una corriente eléctrica directamente del proceso de radiación, sin tener que pasar el paso intermedio de enfriar un objeto macroscópico”. Según el artículo, un solo dispositivo plano podría ser revestido con muchos de estos circuitos pequeños, dirigidos hacia el cielo, y así usado para generar energía. 

El novedoso método sería factible gracias a desarrollos tecnológicos recientes, como los avances en plasmónica, en electrónica a pequeña escala, en nuevos materiales como el grafeno o en nanofabricación. 
Sin embargo, incluso los mejores diodos de infrarrojo modernos presentan un problema. El voltaje que se produce a partir de emisiones infrarrojas es relativamente bajo y “es muy difícil crear un diodo de infrarrojo que funcione bien” con esos voltajes, afirma Byrnes. 

Los ingenieros y los físicos del equipo de investigación están considerando nuevos tipos de diodos que puedan rendir bien con los voltajes más bajos, como diodos túnel‎ o diodos balísticos. También contemplan incrementar la impedancia de los componentes del circuito para aumentar el voltaje hasta un nivel más práctico. 

La velocidad supone otro desafío, pues para las señales infrarrojas se necesita un tipo de diodo que se pueda encender y apagar 30 trillones de veces por segundo. “Necesitamos atender los requisitos de velocidad al mismo tiempo que los requisitos de voltaje e impedancia”, explica Byrnes, y concluye: “Ahora que comprendemos las restricciones y necesidades, nos encontramos en una buena posición para trabajar en el diseño de una solución”.

El trabajo del Profesor Federico Capasso, Steven J. Byrnes y Romain Blanchard titulado Harvesting renewable energy from Earth's mid-infrared emissions se encuentra en PNAS (2014) DOI 10.1073/pnas 1402036111.

Fuente: Compilado de Tendencias 21 - 

MAPA - VARIABILIDAD DE LA PRESIÓN ARTERIAL [PA] DURANTE 24 HORAS

MAPA -Crédito: Medicina preventiva

Las mediciones de la Presión Arterial [PA] en el consultorio [BP] han reconocido limitaciones, que incluyen la incapacidad de recopilar información de BP durante un largo período de tiempo, y en especial, durante las actividades diarias habituales de una persona. Es importante por lo tanto, que se pueda utilizar tanto en el hogar como en el lugar en el cual se desempeñe, una vigilancia ambulatoria [MAPA], permitiendo una complementación de las mediciones efectuadas en los lugares convencionales, mejorando en esta forma,  el valor del pronóstico.

Mapa  o Monitoreo Ambulatorio de la Presión Arterial; también llamado Holter de Tensión Arterial para diferenciarlo del Holter de Arritmias, es un método técnico no invasivo que pretende obtener una medición de la PA durante un período de tiempo determinado, generalmente de 24 horas, en forma ambulatoria, de tal forma que los datos de tensión arterial recogidos, puedan ser posteriormente analizados por el médico tratante.

Es de particular relevancia la capacidad de MAPA para cuantificar en 24 horas el grado de variabilidad de la PA. que ha demostrado que es un factor de riesgo significativo e independiente para cardiovascular [CV] la morbilidad y la mortalidad.

Veinticuatro horas de variabilidad de la PA esta fuertemente asociada con los resultados clínicos y la capacidad de MAPA para proporcionar una cuantificación de la PA a lo largo de un período de 24 horas durante la rutina diaria normal de un individuo, es una de las razones de su alto valor de pronóstico.

El índice de uniformidad [SI - Smoothness Index] proporciona una medida útil de la eficacia del tratamiento hipertensivo sobre un período de dosificación de 24 horas, permitiendo evaluar sus valores por ser más alta con agentes hipertensivos, que tienen grandes y consistentes efectos a través de las 24 horas.

El Telmisartán y el Amlodipino son fármacos antihipertensivos de acción prolongada que, en combinación, no solo reducen las 24 horas del promedio de la PA en las respectivas monoterapias, pero también promocionan un significativo SI. La provisión homogénea de un control de 24 horas de la PA, tiene, por lo tanto, importantes implicaciones clínicas.

Mantener un suave BP, en especial, en el período de  dosificación en  24 horas, puede contribuir a una mejoría en los resultados CV y en la reducción de la variabilidad de la PA, pudiendo así disminuir el daño del órgano y reducir el riego CV.

El trabajo completo efectuado por el Profesor Gianfranco Parati del Departamento de Cardiología del Ospedale San Luca / Universidad de Milano, Italia y Helmut Schumacher de Boehringer Ingelhein GMBH y Co KG de Alemania, se encuentra en la Revista Nature –Hypertension Research (2014) 37,187-193;Doi 10.1038I

 Fuente: Nature / Medicina Preventiva.com

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SANDÍA: SU JUGO PODRÍA ALIVIAR EL DOLOR MUSCULAR

La fórmula H₂NC(O)NH(CH₂) ₃CH(NH₂)CO₂H excentuando a los profesionales de la química, física, etc.,  para los neófitos científicos no nos dice mucho; ella corresponde a la fórmula química de la L-citrulina.

La L-citrulina es un compuesto orgánico, un aminoácido α-aminoácido perteneciente al grupo de los aminoácidos no proteicos; su nombre se deriva de citrullus, palabra en Latín para la Sandía [Watermelon en inglés], siendo aislada por primera vez por Koga y Odake en 1914 e identificada por Wada en 1930.

¿Porqué en la actualidad ha cobrado importancia? Se debe a que en el Journal of Agricultural and Food Chemistry fue publicado el resultado del estudio “Watermelon Juice: Potencial Functional Drink for Sore Muscle Relief in Athetes” [Jugo de Sandía: Bebida potencialmente funcional para el Alivio del Dolor Muscular en los Atletas – en español].

La L-citrulina es un excelente candidato para reducir el dolor muscular, y la sandía es una fruta rica en este aminoácido. Es la conclusión a la cual han llegado el equipo investigativo compuesto por Martha P. Tarazona-Díaz, Fernando Alacid, María Carrasco, Ignacio martínez y Encarna Aguayo que aparece en el Diario de Agricultura y Química Alimenticia. 

El estudio investigó el potencial que tiene el jugo de sandía como bebida funcional para los atletas, en el cual atribuyen el mencionado efecto a la L-citrulina, que en forma de suplemento, ha sido utilizada por años para mejorar el desempeño de los atletas.

Los investigadores creen que beber este jugo, ayudaría a que los músculos capten más oxígeno, permitiendo  así su rápida reparación.

Se requieren más estudios para lograr determinantes conclusiones, por cuanto se monitorearon atletas que habían ingerido el jugo de sandía, y también un placebo.

El estudio consistió en: Una hora antes de de ejercitarse, siete voluntarios de veintiuno tomaron 500 ml de jugo natural de sandía, otros siete tomaron jugo de sandía enriquecido con L-citrulina y los siete restantes tomaron 500 ml de un placebo que no contenía L-citrulina.

Los dos primeros grupos sintieron alivio del dolor muscular 24 horas después de haber realizado el ejercicio, sin embargo, los del primer grupo se sintieron más aliviado, lo cual puede significar que la L-citrulina en el jugo natural de sandía, sin pasteurizar,  “parecía estar más biodisponible en una forma en que el cuerpo podía utilizarla mejor”, incluso disminuyó el ritmo cardíaco mientras consumieron el jugo.

El trabajo investigativo  se encuentra en DOI: 10.1021/jf400964r Agric.Food Chem…2013

Paralelamente, podría ser una buena opción para aliviar los dolores musculares en las personas de mayor edad.

Fuente: Wikipedia / Salud UC Nº 29 / La Nación / Journal of Agricultural and Food Chemistry /soca

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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ESA Planet Hunter

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.

¿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)

POSIBLE IMPLANTE COCLEAR SIN PARTES EXTERIORES

Escuchen: un implante coclear sin partes exteriores puede ser posible

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