Un informe sobre tecnología espacial prioriza la propulsión nuclear.

Michael Houts quiere que los astronautas vayan a Marte en un reactor nuclear. Está convencido de que pequeñas cantidades de uranio-235 – el cual tiene una densidad de energía un millón de veces mayor que la de los combustibles líquidos – podrían propulsar cohetes de manera eficiente, usando el calor de la fisión para acelerar pequeños almacenamientos de propelente de hidrógeno. Pero aunque Houts, director de investigación nuclear del Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA en Huntsville, Alabama, tiene una fe inquebrantable en el potencial de la propulsión y energía nuclear espacial, el patrocinio para desarrollar dicha tecnología no ha sido consistente. Este año está dirigiendo un proyecto de propulsión nuclear con unos fondos de 3 millones de dólares – minúsculo en comparación con los 1300 millones que gastará la NASA en investigación y desarrollo de tecnología espacial en el año fiscal de 2012. “En ocasiones, el presupuesto ha llegado a ser cero”, dice Houts. “Pierdes lo equipos y el momento”.

Curiosity del Mars Science Labratory (MSL) © by SkinheadSportBiker1

Aunque un informe publicado el 1 de febrero por el Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos podría cambiar la fortuna de Houts. Space Technology Roadmaps and Priorities es el primer documento comunitario en fijar las prioridades para la división de tecnología espacial de la NASA. El comité de dirección del informe pasó un año recopilando la opinión tanto de la industria como de la academia para crear una lista de las 16 áreas más importantes de desarrollo tecnológico, a partir de 320 temas potenciales. La propulsión y energía nuclear aparecieron en puestos altos de la lista. “Esto podría cambiar la exploración de una forma fundamental y para siempre”, dice Raymond Colladay, Presidente del comité y antiguo Presidente de Lockheed Martin Astronautics en Denver, Colorado.

Otras tecnologías aparecieron por encima en la lista. Por ejemplo, el comité puso énfasis en el desarrollo de ‘sombrillas estelares’ y coronógrafos para bloquear la luz de lejanas estrellas y permitir que los telescopios espaciales disciernan la tenue luz de los planetas que las orbitan. Y el informe prioriza el desarrollo de formas de proteger a los astronautas de la radiación en misiones de larga duración.

Pero el comité también dijo que los pequeños reactores de fisión podrían revolucionar la exploración del Sistema Solar, tanto para humanos como para robots. Los reactores podrían dar soporte a experimentos de larga duración en la superficie de planetas y alimentar misiones en el Sistema Solar exterior, donde el Sol está demasiado alejado para proporcionar suficiente energía incluso para los paneles solares más eficientes. Y una vez que esté en marcha la exploración espacial humana, los sistemas de propulsión nuclear pueden ser esenciales para viajes de varios años a asteroides o a Marte. Con el doble de eficiencia que los cohetes químicos, los reactores podrían impulsar a los astronautas no sólo más lejos, sino también más rápidamente que nunca antes – lo cual podría ayudar a reducir la exposición de los astronautas a la radiación.

Mason Peck, tecnólogo jefe de la NASA, dice que usará la lista de prioridades como guía cuando se fijen los presupuestos futuros. Sin embargo, desarrollar la energía de fisión para el espacio requerirá no sólo de dinero, sino también de voluntad política: la imagen de una nave nuclear estallando en la rampa de lanzamiento en su camino hacia la órbita es un poderoso elemento disuasorio. Houts dice que el riesgo de que el material nuclear contamine la Tierra tras un accidente es despreciable, debido a que el reactor no se iniciaría hasta que el sistema estuviese en órbita. No obstante, intentos anteriores de demostrar la tecnología han fallado. En 2003, la NASA empezó el Proyecto Prometeo, el cual apoyaba el desarrollo de un reactor nuclear que manejaría un impulsor de iones eléctrico para dar energía a una sonda a Júpiter. El programa recibió hasta 430 millones de dólares en 2005, pero fue cancelado un año más tarde, cuando la NASA desvió sus recursos hacia la vuelta a la Luna – un destino para el que no es necesaria la propulsión nuclear.

Aunque el proyecto ha desaparecido, apoyó un trabajo que ahora está dando fruto en forma de un nuevo generador de energía de radioisótopos – una fuente de energía que no usa fisión, sino que depende del calor natural del decaimiento del plutonio. El Advanced Stirling Radioisotope Generator (ASRG) es más ligero y eficiente que los ejemplos anteriores, y el informe de tecnología espacial lo identificó como un “punto crítico” de la tecnología que está casi listo para su demostración en vuelo. Hay dos misiones propuestas que incluyen el ASRG – una para explorar en un bote los mares de hidrocarburos de Titán, la luna de Saturno, y otra para saltar de un cometa a otro – ambas en proceso de consideración de la NASA.

Houts cree que la fuente de energía radiactiva para estas misiones no generaría mucha controversia política – ciertamente no como las protestas cuando se envió la misión Cassini-Huygens a Saturno en 1997 con una versión anterior del generador de radioisótopos. Actualmente, Houts a menudo abre sus charlas académicas preguntando a la audiencia si es consciente de que hay plutonio a bordo del Mars Science Laboratory (MSL), una misión lanzada en noviembre de 2011 para llevar un gran róver a Marte. Aproximadamente la mitad no lo sabe, dice. “De una forma extraña, siento que son buenas noticias”, dice Houts. “Parece que empieza a ser una tecnología muy aceptada”.

Autor: Eric Hand
Fecha Original: 6 de febrero de 2012
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Físicos de España y el Reino Unido han calculado que el grafeno – una capa de carbono de apenas un átomo de grosor – podría usarse para crear un absorbente perfecto de la luz si es dopado y colocado en una organización periódica. El trabajo podría llevar a unos dispositivos mejorados de fotodetección, particularmente en la parte infrarroja del espectro electromagnético, donde las tecnologías actuales tienen problemas de funcionamiento.

La afirmación es extraordinaria, dado que los materiales convencionales normalmente necesitan tener miles de átomos de grosor para absorber completamente la luz. “La predicción de que una capa de material de apenas un átomo de grosor puede absorber la luz por completo es notable y excitante”, dice el jefe del equipo F. Javier García de Abajo del Instituto de Óptica en Madrid.

Modelo de estructura del grafeno © by CORE-Materials

“La capa en cuestión es grafeno en un patrón de ordenación periódica de nanodiscos”, explica García de Abajo. La estructura absorbe luz confinándola a regiones que son cientos de veces menores que la longitud de onda de la luz. Esto se hace aprovechando los plasmones que aparecen dentro de las estructuras individuales de nanodiscos. Los plasmones son oscilaciones colectivas cuantizadas de los electrones dentro de un nanodisco – e interactúan con mucha fuerza con la luz.

Dopando con electrodos

El confinamiento de la luz en el grafeno sólo es posible si el material está cargado eléctricamente. Y la longitud de onda a la que puede quedar confinada la luz depende de cuánto se carga el material. También conocido como dopaje, debido a que tiene un efecto similar al de introducir impurezas en los semiconductores convencionales, la carga se consigue fácilmente colocando electrodos cerca del grafeno. La cantidad de carga puede controlarse variando el voltaje aplicado a los electrodos.

En sus cálculos, el equipo estudió cómo el patrón del grafeno absorbía la luz en el rango del espectro electromagnético del infrarrojo medio y cercano. Los investigadores dicen que sería fácil extender sus resultados a otros rangos de longitudes de onda, hacia el infrarrojo medio y el régimen de terahertzs, por ejemplo, aplicando directamente las ecuaciones analíticas que emplearon. “Todas estas regiones espectrales son especialmente interesantes, con potenciales aplicaciones en imágenes, sensores y detección”, dice García de Abajo. “Necesitamos dispositivos de buena absorción de luz en este rango de longitudes de onda, debido a que los detectores actuales no tienen un buen rendimiento aquí. Nuestro trabajo puede incluso proporcionar un puente para este famoso ‘hueco de terahertz’”.

La separación es justo la correcta

Los investigadores dicen que los nanodiscos son capaces de absorber grandes cantidades de luz debido a que estas estructuras individuales de grafeno están ordenadas a una distancia bien definida unas de otras. Si están demasiado cerca, la luz puede re-emitirse de vuelta y ser reflejada. Por otra parte, no se absorbe suficientemente si los nanodiscos se colocan demasiado lejos. Un efecto similar puede obtenerse con otros patrones de grafeno, específicamente con lazos, los cuales según los investigadores son más fáciles de dopar.

La luz también produce campos inducidos cerca de los nanodiscos. Estos campos están hechos de ondas evanescentes – ondas electromagnéticas que decaen exponencialmente desde una estructura. “El mecanismo, por tanto, no es un efecto de difracción en el sentido de onda clásica en el cual dos o más ondas que se propagan interfieren y forman patrones limitados de tamaño, de aproximadamente la mitad de la longitud de onda de la luz”, explica García de Abajo. “En lugar de esto, lo que se da es un acoplamiento crítico”.

El equipo, que incluye a científicos del ICFO en Barcelona y del Centro de Investigación Optoelectrónica en la Universidad de Southampton, planea ahora explorar otros efectos ópticos extraordinarios en el grafeno – posiblemente hasta el límite cuántico con estudios sobre los efectos en fotones aislados. “También esperamos analizar materiales alternativos, tales como aislantes topológicos, que podrían producir efectos similares”, revela García de Abajo.

El trabajo se describe en Phys. Rev. Lett. 108 047401.

Autor: Belle Dumé
Fecha Original: 26 de enero de 2012
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Para un gran rango de casos de utilidad práctica, los investigadores del MIT encuentran una forma de aumentar la velocidad de uno de los algoritmos más importantes en las ciencias de la información.

La transformada de Fourier es uno de los conceptos más fundamentales en las ciencias de la información. Es un método para representar una señal irregular – como fluctuaciones de voltaje en un cable que conecta un reproductor MP3 con un altavoz – en forma de combinación de frecuencias puras. Es universal en el procesado de señales, pero también puede usarse para comprimir ficheros de imagen y audio, resolver ecuaciones diferenciales y valorar las opciones sobre acciones, entre otras cosas.

La razón de que la transformada de Fourier sea tan predominante es un algoritmo conocido como Transformada Rápida de Fourier (Fast Fourier Transform- FFT), desarrollado a mediados de la década de 1960, que hizo viable calcular las transformadas de Fourier sobre la marcha. Desde que se propuso la FFT, no obstante, la gente se ha preguntado si podría encontrarse un algoritmo aún más rápido.

FFT © by hazure

En el Simposio de Algoritmos Discretos de la Asociación de Maquinaria de Cálculo (SODA) de esta semana, un grupo de investigadores del MIT presentará un nuevo algoritmo que, en un amplio rango de casos de importancia práctica, mejora a la FFT. Bajo ciertas circunstancias, la mejora puede ser drástica – un incremento de hasta 10 veces en la velocidad. El nuevo algoritmo podría ser particularmente útil para la compresión de imágenes, permitiendo, digamos, que los smartphones transmitan a través de wi-fi grandes archivos de video sin agotar sus baterías, o consumir tu cuota mensual de ancho de banda.

Como la FFT, el nuevo algoritmo trabaja con señales digitales. Una señal digital es, simplemente, una serie de números – muestras discretas de una señal analógica, tal como el sonido de un instrumento musical. La FFT toma una señal digital que contiene un cierto número de muestras y las expresa como la suma ponderada de un número equivalente de frecuencias.

“Ponderada” indica que algunas de esas frecuencias cuentan más para el total que otras. Es más, muchas de las frecuencias pueden tener una ponderación tan baja que pueden descartarse sin problema. Por esto es por lo que la FFT es útil para la compresión. Un bloque de 8×8 píxeles puede verse como una señal de muestra 64, y por tanto como la suma de 64 frecuencias distintas. Pero, como señalan los investigadores en su nuevo artículo, los estudios empíricos demuestran que, de media, 57 de esas frecuencias pueden descartarse con una mínima pérdida de calidad en la imagen.

División muy ponderada

Las señales cuyas FFT incluyen un número relativamente bajo de frecuencias muy ponderadas se conocen como “poco densas” (sparse). El nuevo algoritmo determina la ponderación de las frecuencias de mayor peso de una señal; cuanto menos densa sea la señal, mayor será la aceleración que proporciona el algoritmo. Es más, si la señal es lo bastante poco densa, el algoritmo puede simplemente muestrearla aleatoriamente en lugar de leerla por completo.

“En la naturaleza, la mayor parte de las señales son poco densas”, dice Dina Katabi, una de las desarrolladoras del nuevo algoritmo. Ten en cuenta, por ejemplo, la grabación de una pieza de música de cámara: La señal compuesta consta de sólo unos pocos instrumentos, cada uno tocando una única nota en cada instante. Una grabación, por otra parte, de todos los posibles instrumentos tocando cada uno todas las notas posibles a la vez, sería poco densa – pero tampoco sería una señal que interesara a nadie.

El nuevo algoritmo – que la Profesora Asociada Katabi y el profesor Piotr Indyk, ambos del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial del MIT (CSAIL), desarrollaron junto a sus estudiantes Eric Price y Haitham Hassanieh – se basa en dos ideas clave. La primera es dividir una señal en dos anchos de banda más estrechos, de un tamaño que cada porción generalmente contenga sólo una frecuencia de gran peso.

En el procesado de señales, la herramienta básica para aislar frecuencias particulares es el filtro. Pero los filtros tienden a tener límites difusos: un rango de frecuencias pasará a través del filtro más o menos intacto; las frecuencias justo fuera del rango se verán algo atenuadas; las frecuencias más lejos del rango se atenuarán aún más; y así sucesivamente, hasta que alcanzas las frecuencias que se filtran casi perfectamente.

Si sucede que la frecuencia con el peso importante está en el límite del filtro, sin embargo, podría terminar tan atenuada que no pueda identificarse. Por lo que la primera contribución de los investigadores fue encontrar una forma computacionalmente eficiente de combinar filtros de forma que se solaparan, asegurando que ninguna frecuencia dentro del rango deseado se atenuase indebidamente, pero que los límites entre las porciones del espectro quedasen bien definidas.

Apuntando

Una vez que aislaron una porción del espectro, sin embargo, los investigadores aún tenían que identificar la frecuencia de mayor peso en esa porción. En el artículo de SODA, hacen esto cortando repetidamente la porción del espectro en trozos menores y guardando sólo aquellos en los que se concentra la mayor parte de la potencia de la señal. Pero, en un artículo aún por publicar, describen una técnica mucho más eficiente, la cual toma prestada una estrategia de procesado de señales de las redes móviles 4G. Las frecuencias normalmente se representan como garabatos arriba y abajo, pero también pueden verse como oscilaciones; muestreando la misma porción de ancho de banda en distintas escalas temporales, los investigadores pueden determinar dónde está la frecuencia dominante dentro de su ciclo oscilatorio.

Dos investigadores de la Universidad de Michigan – Anna Gilbert, Profesora de Matemáticas, y Martin Strauss, Profesor Asociado de Matemáticas, Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación – habían propuestos anteriormente un algoritmo que mejoraba la FFT para señales muy poco densas. “Parte del trabajo previo, incluyendo el mío con Anna Gilbert y otros, mejorarían el algoritmo de la FFT, pero sólo si la densidad k” – el número de frecuencias de gran peso – “era considerablemente menor que el tamaño de entrada n”, comenta Strauss. Sin embargo, el algoritmo de los investigadores del MIT, “expande mucho el número de circunstancias bajo las que se puede superar a la FFT tradicional”, señala Strauss. Incluso si el número k empieza a acercarse a n – siendo todos significativos – este algoritmo proporciona algo de mejora sobre la FFT”.

Autor: Larry Hardesty
Fecha Original: 18 de enero de 2012
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El cálculo cuántico más grande de la historia llevó apenas 270 milisegundos, dicen los físicos cuánticos.

Los computadores cuánticos están en peligro de perder su brillo. Estas máquinas aprovechan las extrañas reglas de la mecánica cuántica para llevar a cabo cálculos que son extremadamente más potentes que cualquiera de los que puedan hacer los computadores convencionales.

O eso nos han dicho. Los computadores cuánticos, de una forma u otra, han estado llevando a cabo cálculos desde hace más de una década. Pero lejos de avergonzar a los ordenadores convencionales, estos dispositivos aún tienen que superar las habilidades de cálculo de un niño de primaria.

D-Wave Systems © by jurvetson

Hace quince años, los físicos usaron un computador cuántico para factorizar el número 15, usando siete bits cuánticos, o qubits. El resultado recibió aclamaciones. El año pasado, batieron este récord factorizando el número 143 usando 4 qubits. No podría catalogarse como una mejora meteórica.

Pero este sombrío estado de la situación puede cambiar finalmente con el anuncio hoy de un cálculo que implica 84 qubits, llevado a cabo por Zhengbing Bian de D-Wave Systems, un fabricante de computadores cuánticos con sede en Vancouver, Canadá, junto a algunos colegas.

Su tarea era calcular varios de los conocidos como ‘números de Ramsey de dos colores’, exóticas entidades matemáticas que están íntimamente conectadas con el surgimiento del orden en sistemas desordenados.

El famoso ejemplo usado para explicar los números de Ramsey es el problema de la fiesta, el cual puede enunciarse así: A cuánta gente tienes que invitar a una fiesta para asegurar que un subconjunto de ellos, designado como ‘m’, se conocerá entre sí y otro subconjunto de ellos, designado como ‘n’, no conocerá a todos y se verá forzado a mezclarse. El número requerido, R(m,n) es un número de Ramsey de dos colores.

Estos números son notablemente difíciles de calcular. El matemático Paul Erdos dijo en una ocasión que si una especie alienígena amenazaba con destruir a la humanidad a menos que pudiésemos decirle el número de Ramsey R(5,5), nuestra mejor opción sería poner a las mejores mentes de la humanidad a trabajar en el problema, dado que tendríamos alguna posibilidad de lograrlo.

Pero que si los alienígenas pedían un R(6,6), nuestra mejor opción sería lanzar un ataque inmediato contra los alienígenas, dado que el cálculo sería demasiado difícil para contemplarlo.

La tarea es básicamente un problema de conteo. Los invitados a la fiesta pueden verse como nodos de un grafo, y sus conexiones (o la ausencia de ellas) como aristas. Calcular los números de Ramsey es realmente una cuestión de contar la permutación de las conexiones para un número de invitados dado.

Pero incluso para un pequeño número de invitados, las permutaciones pueden ser enormes. Por ejemplo, R(5,5) aún es desconocido, incluso hoy, aunque los matemáticos creen que está entre 43 y 49.

Con la amenaza de un exterminio alienígena en sus oídos, Bian y compañía han calculado R(3,3) y R(m,2) donde m= 4,5,6,7, y 8.

Su computador cuántico usa qubits que son circuitos superconductores en los que los 1 y 0 corresponden a corrientes que viajan en sentidos opuestos, y las leyes de la mecánica cuántica permiten que existan a la vez ambos estados. Por lo que un único circuito puede representar a la vez tanto 0 como 1.

Lo útil de estos cálculos es que, cuando sea que se llegue a una solución, es el resultado de incrementar en uno el número de invitados. Por lo que, en fiestas R(3,3) con 1,2,3,4 y 5 invitados se produce un resultado nulo. No obstante, la dinámica del problema cambia drásticamente cuando hay 6 invitados, y es muy fácil de observar con el algoritmo cuántico adecuado.

Bian y compañía dicen que el cálculo de R(8,2) usó 84 qubits, de los cuales 28 se usaron en el cálculo y el resto para corrección de errores. Se necesitaron apenas 270 milisegundos. El resultado es 8 (algo que se sabía desde hace muchos años usando métodos convencionales).

Éste es un resultado impresionante. Bian y sus colegas dicen: “El cálculo de R(8,2)… hasta donde sabemos, es la mayor implementación experimental de un algoritmo cuántico con significado científico”.

También es una reivindicación para D-Wave Systems, la compañía que construye este computador y vende un computador cuántico de 128 bits por 10 millones de dólares.

La aproximación de la compañía a la computación, conocida como computación cuántica adiabática, ha sido muy criticada. Varios físicos han dicho que la teoría que hay tras la máquina tiene errores, y que la compañía ha mostrado pocas pruebas del tipo de mejora esperada sobre los computadores clásicos.

No obstante, distintas compañías se han asociado con D-Wave Systems para seguir desarrollando dicha aproximación, incluyendo Google y Lockheed Martin.

Por lo que será interesante ver si este resultado calma la tormenta o la aviva.

Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1201.1842: Experimental Determination Of Ramsey Numbers With Quantum Annealing

Fecha Original: 11 de enero de 2012
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Conforme avanza la tecnología, gran cantidad de aparatos tecnológicos y otras cosas que usamos se hacen más pequeños, ligeros y finos. Ahora, esta tendencia puede llevarse a otro extremo – pequeños exploradores robóticos espaciales que usan una minúscula fuente de energía – las bacterias.

Puede sonar a ciencia ficción, o simplemente como algo raro, pero es la idea que hay tras una nueva propuesta de la NASA como alternativa a las misiones solares o nuleares que son comunes hoy. Las bacterias podrían proporcionar una fuente de energía de vida larga que podría mantener a una minúscula sonda robótica; la cantidad de energía generada también sería pequeña, no obstante, no lo suficiente para alimentar a sondas de mayor tamaño como los róvers de Marte, por ejemplo. Las células de combustible microbiano duran mucho tiempo, no obstante, siempre que las propias bacterias tengan un suministro de alimento adecuado.

El microbio que se está considerando para este proyecto es el Geobacter sulfurreducens, que no requiere de oxígeno para su supervivencia.

Robot bacteriano © by Crédito: NASA

Un equipo de investigación del Laboratorio de Investigación Naval querría tener un prototipo funcional de tal robot, que pesaría aproximadamente un kilo, en los próximos diez años. Hay obstáculos tecnológicos, como en cualquier nuevo concepto de misión, que habrá que superar y que puede llevar varios años.

Sin embargo, otra gran preocupación es el problema de la contaminación. Las sondas planetarias, especialmente las que van a Marte, han sido esterilizadas antes del lanzamiento de acuerdo con un protocolo, para minimizar la introducción de bacterias terrestres en entornos alienígenas. Pero, ¿qué pasaría si se enviase una sonda alimentada por bacterias? Parece ser contraproducente enviar deliberadamente microbios que no sólo van como polizones, sino que son el combustible real.

De acuerdo con Gregory Scott, de NSL: ”Hay preocupación por la protección planetaria, así como por la protección de los propios microbios de la radiación. En algún momento tendremos que considerar si los microbios que estamos observando son los más efectivos para entornos de radiación o temperaturas extremas”.

Cualquier sistema de combustible basado en bacterias tendría que abordar el problema de la contaminación y desarrollarlo para intentar minimizar las posibilidades de un filtrado accidental, especialmente en un lugar como Marte, donde tales organismos podrían tener una posibilidad decente de supervivencia.

La idea es innovadora y emocionante, si pueden abordarse con éxito las distintas preocupaciones ambientales y tecnológicas. De ser así, nuestros diminutos amigos pueden ayudar a abrir un nuevo capítulo en la exploración espacial.

Scott continúa: ”Conforme avancemos en la utilización de células de combustible microbiano (MFCs) como método de generación de energía, esta investigación allanará el camino para la electrónica de baja potencia con potencial para aplicaciones robóticas y espaciales a largo plazo”, dice Scott. Las células de combustible microbiano acopladas a electrónica de potencia extremadamente baja y bajos requisitos energéticos para movilidad, cubre los huecos en la tecnología energética y es aplicable a todos los sistemas robóticos, especialmente la robótica interplanetaria”.

Autor: Paul Scott Anderson
Fecha Original: 9 de enero de 2012
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Barras de metal superconductor podrían revolucionar la detección de ondas gravitatorias.

Las ondas gravitatorias son vibraciones en el tejido del espacio-tiempo. Están entre los fenómenos más apasionantes del universo, debido a que se generan mediante procesos exóticos, tales como colisiones entre agujeros negros e incluso en el momento de la propia creación, el Big Bang.

Por lo que encontrar una forma de estudiarlas es un tema importante para los astrónomos.

Ondas gravitatorias © by NASA Goddard Photo and Video

Pero hay un problema. Las ondas gravitatorias comprimen y estiran el espacio conforme viajan, pero sus efectos son minúsculos. Los físicos calculan que las ondas que pasan a través de la Tierra cambian la distancia entre Londres y Nueva York aproximadamente el ancho de un núcleo de uranio.

Esto hace que sean tan difíciles de observar, aunque la actual generación de detectores gravitatorios debería ser capaz de captar este nivel de cambio (a menos que alguien haya equivocado mucho sus cálculos).

Sin embargo, nadie ha observado directamente ondas gravitatorias.

Por lo que una nueva forma de encontrar a estas bestias seguramente tendrá un gran interés. Hoy, Armen Gulian de la Universidad Chapman en Maryland, y unos colegas, esbozan un nuevo tipo de detector que tiene el potencial de ser mucho más pequeño que los colosos actuales.

Los detectores convencionales son gigantescos interferómetros en forma de L con cada brazo con una longitud de cientos de metros. En el extremo de cada brazo hay un espejo, de forma que un rayo láser pueda ir hacia delante y atrás a lo largo del bazo e interferir consigo mismo.

Cualquier cambio en la longitud de los brazos debería mostrarse en algún cambio en el patrón de interferencia resultante.

Gulian y compañía tienen una idea distinta. Imagina una barra de metal superconductor que sufra el impacto de una onda gravitatoria. Las ondas actúan sobre todas las masas dentro de la barra, pero el movimiento resultante de la red metálica, que está fija, será muy diferente del movimiento de los electrones superconductores, que están totalmente desligados y tienen libertad de movimientos.

“Por tanto, la onda tenderá a acelerar los electrones adelante y atrás, hacia y alejándose de los extremos de la barra”, dicen.

Luego, colocan otra barra superconductora en el extremo de la primera, pero en un ángulo recto. Mientras que la primera barra se verá comprimida por una onda gravitatoria, la segunda se estirará. Por lo que los electrones de esta barra también oscilarán, aunque desplazados medio periodo respecto a la primera.

Finalmente, si se conectasen estas barras mediante un cable superconductor, debería fluir una corriente oscilante entre ellas.

Hay otras sutilezas en el diseño, en gran parte para lidiar con la naturaleza de los superconductores, pero éste es, esencialmente, el principio que esbozan.

Pasan luego a describir cómo podría funcionar un detector tan pequeño, hecho de barras de apenas unas decenas de centímetros de largo. Una onda gravitatoria debería generar una corriente de unos pocos femtoamperes, un nivel que podría ser detectable con equipos comerciales.

El ruido, sin embargo, podría ser un problema. Pero Gulian y sus colegas dicen que si se conoce de antemano la frecuencia de las oscilaciones, puede filtrarse gran parte del ruido. Además, el detector podría colocarse dentro de una vasija magnética para apantallar el ruido magnético.

Es una idea interesante que parece que podría ser considerablemente más barata y simple que la próxima generación de herramientas basadas en láser que están siendo diseñadas actualmente para futuras misiones espaciales, tales como LISA (Antena Espacial de Interferómetro Láser). Merece la pena observarlo en más detalle.

Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1111.2655: : Superconducting Antenna Concept for Gravitational Wave Radiation

Fecha Original: 15 de noviembre de 2011
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Científicos de la Universidad de California en Berkeley, han demostrado que los plasmas ionizados, como los que se encuentran en las luces de neón y los televisores de plasma, no sólo pueden esterilizar el agua, sino también hacerla antimicrobiana – capaz de matar bacterias – hasta una semana después del tratamiento.

Los dispositivos capaces de producir tales plasmas son baratos, lo que significa que podrían salvar vidas en los países en desarrollo, zonas de desastres o en el campo de batalla, donde el agua estéril para uso médico – ya sea para dar a los niños o para cirugía mayor – tiene un suministro escaso y es de producción cara.

Plasma © by Kyknoord

“Sabemos que los plasmas matarán las bacterias del agua, pero hay otras muchas posibles aplicaciones, tales como esterilización de instrumental médico, o mejorar la curación de heridas”, dice el ingeniero químico David Graves, Distinguido Profesor de Investigación Lam en Procesado de Semiconductores en la UC Berkeley. “Podríamos llegar a un dispositivo para usarlo en el hogar o en áreas remotas y que reemplace la lejía o los antibióticos quirúrgicos”.

Los plasmas de baja temperatura como desinfectantes son “una extraordinaria innovación con un tremendo potencial para mejorar los tratamientos sanitarios en regiones en desarrollo o afectadas por un desastre”, dice Phillip Denny, funcionario administrativo jefe del Centro Blum para Economías en Desarrollo de la UC Berkeley.

“Uno de los problemas más complejos asociados con las instalaciones médicas en países con recursos bajos es el control de infecciones”, añade Graves. “Se estima que las infecciones en estos países tienen una expansión con un factor de 3 a 5 veces más que en el mundo desarrollado”.

Graves y sus colegas de la UC Berkeley publicaron un artículo en el ejemplar de noviembre de la revista Journal of Physics D: Applied Physics, informando de que el agua tratada con plasma acababa, básicamente, con todas las bacterias de E. coli vertidas en ella unas pocas horas tras el tratamiento, y aún mataba al 99,9 por ciento de las bacterias añadidas después de siete días. Las cepas mutantes de E. coli han provocado brotes de problemas intestinales e incluso la muerte cuando han contaminado carne, queso y verduras.

Basándose en otros experimentos, Graves y sus colegas de la Universidad de Maryland en College Park, informaban el 31 de octubre en la reunión anual de la Sociedad Americana del Vacío de que el plasma también puede “matar” proteínas y lípidos peligrosos – incluyendo priones, los agentes infecciosos que provocan la enfermedad de las vacas locas – que los procesos de esterilización estándar pasan por alto.

En 2009, uno de los colaboradores de Graves del Instituto Max Planck para Física Extraterrestre construyó un dispositivo capaz de desinfectar con seguridad la piel humana en segundos, acabando incluso con las bacterias resistentes a medicamentos.

“El campo de los plasmas de baja temperatura está en auge, y esto no es una exageración. ¡Es real!”, comenta Graves.

En el estudio publicado este mes, Graves y sus colegas de la UC Berkeley demostraron que los plasmas generados por breves chispas en el aire cerca de un contenedor de agua, hacían que ésta se volviese tan ácida como el vinagre, creando un cóctel de moléculas ionizadas muy reactivas – moléculas que han perdido uno o más electrones y, por tanto, son más propensas a reaccionar con otras. Identificaron las moléculas reactivas como peróxido de hidrógeno y varios nitratos y nitritos, todos antimicrobianos bien conocidos. Los nitratos y nitritos se han usado desde hace milenios para curar la carne, por ejemplo.

Graves quedó desconcertado, sin embargo, al ver que el agua era aún antimicrobiana una semana después, incluso aunque las concentraciones de peróxido y nitritos había caído hasta casi cero. Esto indicó que otro reactivo químico – tal vez nitratos – seguía en el agua matando a los microbios, señala.

Las descargas de plasma se han usado desde finales del siglo XIX para generar ozono en la potabilización del agua, y algunos hospitales usan plasmas de baja presión para generar peróxido de hidrógeno y descontaminar instrumentos quirúrgicos. Los dispositivos de plasma también se usan como instrumentos quirúrgicos para eliminar tejidos o coágulos en la sangre. Sólo recientemente, sin embargo, se han usado plasmas de baja temperatura como desinfectantes y para terapia médica directa, dice Graves, que recientemente se centró en las aplicaciones médicas de los plasmas tras trabajar durante más de 20 años en plasmas de baja temperatura del tipo usado para litografiar los semiconductores.

“Soy un ingeniero químico que aplica la física y la química para comprender los plasmas”, dice Graves. “Es emocionante buscar ahora formas de aplicar los plasmas a la medicina”.

El trabajo sobre la desactivación de moléculas biológicas persistentes y peligrosas se llevó a cabo con un grupo liderado por Gottlieb Oehrlein, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de Maryland en College Park.

Autor: Robert Sanders
Fecha Original: 14 de noviembre de 2011
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El objetivo de la ETP es definir las prioridades de la investigación para desarrollar tecnología europea para HPC, lo que conllevará una mayor competitividad europea en esta materia clave para la investigación y la innovación futuras. Esta iniciativa permitirá hacer frente a importantes retos tanto sociales como económicos. Actualmente, la Computación de Altas Prestaciones supone un instrumento indispensable para resolver problemas de extrema complejidad que necesitan una gran capacidad de cálculo y de almacenaje. Se aplica, por ejemplo, a la modelización de fenómenos naturales (clima, cambio climático o epidemias), la optimización de recursos energéticos, la investigación de nuevos materiales o la reducción de ciclos de desarrollo en ingeniería. Todo ello fomentaría la innovación en el territorio europeo.

Barcelona Supercomputing Center - Mare Nostrum © Crédito: toniher

La ETP será un punto de encuentro liderado por la industria y planteará una Agenda Estratégica de Investigación que aprovechará los puntos fuertes de la industria europea para incrementar el valor añadido en Europa de futuros sistemas de HPC. Actualmente, el diseño de los supercomputadores se enfrenta a retos en materia de paralelismo extremo de las arquitecturas HPC o de reducción del consumo de energía. Hacer frente a estos retos mejorará el posicionamiento europeo en el mercado mundial.

Para conseguirlo, el actual consorcio creará una organización accesible a cualquier empresa, institución o individuo que lleve a cabo actividades de I+D relacionadas con cualquier área de la Computación de Altas Prestaciones, y que se ubique en Europa. El objetivo es unir todas las iniciativas de investigación en Europa, incluyendo actividades en I+D de PIMES, corporaciones europeas, internacionales y centros de investigación con el objetivo de presentar un plan de investigación a la Comisión Europea.

El consorcio creará en breve esta plataforma y propondrá un documento con la visión del futuro de HPC. Otra de las acciones será la elaboración de la Agenda de Investigación Estratégica, reconocida por la Comisión Europea (CE), y que tendrá como objetivo aportar inputs en el marco del programa de Horizon 2020  (esta iniciativa de la CE definirá los objetivos de investigación europeos del futuro).

La nueva plataforma es un paso decisivo para promover y posicionar la industria de HPC europea. La amplia experiencia y los conocimientos de todos sus miembros demuestran que Europa puede liderar la industria de HPC en los próximos años si se establece un ambicioso programa de I+D. La ETP impulsará este proceso y el resultado será una industria HPC más fuerte, que creará empleo y valor añadido y supondrá un estímulo para estudiantes y académico. Los usuarios de HPC podrán conseguir nuevos y mejores resultados en ciencia y tecnología y un diseño de productos y servicios más innovadores.

Información proporcionada por el BSC (Barcelona Supercomputing Center).

Facetas planas, que pueden unirse fácilmente para cubrir cualquier forma, podrían hacer más prácticas las capas de invisibilidad.

La ciencia de la invisibilidad está cambiando rápidamente, desde un enfoque de investigación, a uno de desarrollo. En otras palabras, esta disciplina está pasando a ser de una ciencia a una ingeniería.

Invisibilidad © Crédito: lynnsta

Esto significa que estamos empezando a ver cómo los ingenieros convierten las pocas e increíblemente complejas capas creadas hasta el momento, en unos dispositivos mucho más baratos y simples.

Hoy, Oliver Paul de la Universidad de Kaiserslautern en Alemania, junto a unos amigos, revelan una forma eminentemente práctica de crear capas de invisibilidad de cualquier forma y tamaño.

Su idea es simple. Crear una capa que siga exactamente la forma del objeto que se intenta ocultar es difícil, debido a que es complicado crear las capas curvadas.

En lugar de esto, Paul y compañía aproximan la forma usando facetas planas. Estas ‘teselas de invisibilidad’ encajan entre sí de la misma forma que las facetas triangulares en una animación por computador. Y dado que cada tesela plana es relativamente simple y fácil de crear, se convierte en una forma más sencilla y barata de construir capas complejas.

Hasta el momento es sólo una idea. Su artículo esboza la aproximación, y simula lo bien que una capa creada por un dodecaedro puede ocultar una esfera. La capa formada por facetas no es tan buena como una lisa, pero tampoco es tan mala.

Una pregunta interesante es lo grandes que deberían ser las teselas. Obviamente, unas teselas menores pueden modelar mejor una forma dada, lo cual mejoraría el rendimiento de una capa.

En el otro lado de la balanza están las propiedades de las uniones entre teselas, que es improbable que sean tan invisibles como las mismas. Y dado que unas teselas menores significan más uniones, una cuestión clave es cómo cambia esto la invisibilidad.

Otra pregunta interesante es si las uniones pueden ser flexibles. No es difícil ver como con la ayuda de uniones flexibles, las teselas podrían colocarse sobre un material que se curva y dobla, y por lo tanto, pueden colocarse sobre objetos de casi cualquier forma. Una auténtica capa de invisibilidad.

Desde luego, esto es sólo un primer paso en la ingeniería de este tipo de dispositivos. Pero debería ser mucho más fácil de crear capas basadas en teselas que los diseños actuales.

Uno de los autores de este trabajo es David Smith, de la Universidad de Duke, el hombre que construyó la primera capa de invisibilidad hace casi una década. Una característica importante de este trabajo es que su anuncio teórico ha sido a menudo seguido de rápidas confirmaciones experimentales.

Por lo que, si el pasado nos sirve de referencia, Smith y su equipo ya estarán creando facetas de invisibilidad y formando teselas con todo tipo de formas. Lo que significa que veremos teselas de invisibilidad funcionales más pronto que tarde.

Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1110.5604: Flat-Face Approximations Of Invisibility Cloaks With Planar Metamaterial Layers

Fecha Original: 27 de octubre de 2011
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Los voluntarios de SETI@Home han encontrado 4200 millones de señales interesantes, desde que el proyecto comenzó en 1999. ¿Qué pasa con ellas?

SETI@Home es una iniciativa de computación distribuida que analiza señales de radio para detectar señales de inteligencia extraterrestre. Depende de voluntarios que utilizan sus propios ordenadores para descargar y la analizar datos del Radiotelescopio de Arecibo en Puerto Rico usando el software a medida disponible en el sitio web de SETI@Home.

BOINC ejecutando SETI@Home © Crédito: Keng Susumpow

El desafío principal del proyecto es detectar una verdadera señal de ET en un contexto de ruido e interferencias. El software busca cinco tipos distintos de patrones que es improbable que sean producidos por el ruido, cosas como tres picos potentes consecutivos y pulsos que podrían representar señales digitales.

Utilizando estos criterios, los voluntarios de SETI@Home han identificado unas 4200 millones de señales de interés potencial. Ésa es una cifra significativa. Pero incluso aunque estas señales han sido filtradas por el software de SETI@Home, la mayoría, si no todas, es probable que sean el resultado de ruido o interferencia.

Así que hoy, Eric Korpela en la UC Berkeley y algunos compañeros describen cómo se analizan estas candidatas. Una tarea importante es identificar las fuentes comunes de interferencia que producen señales similares a las inteligentes. “De largo, la fuente más común de interferencia en los datos de SETI@home son las estaciones de radar en la isla de Puerto Rico”, dicen Korpela y sus colegas.

La mayor parte de estos y otros tipos de interferencia puede identificarse y eliminarse automáticamente. Sin embargo, el equipo espera distribuir el análisis de las señales que pasan el filtro, usando un software que enseña a los voluntarios a inspeccionar visualmente las señales e identificar aquellas que son el resultado de la interferencia.

Un criterio importante para las señales de ET es que deben ser persistentes en el tiempo y la frecuencia. En otras palabras, una señal de interés debe ser visible en la misma zona del cielo en una fecha posterior. Para monitorizar esto, Korpela y sus colegas han diseñado un programa denominado Comprobador de Persistencia de Tiempo Cercano o NTPCkr que crea una especie de mapa de calor de las señales interesantes en el cielo.

Cuando aparece un candidato interesante, un área determinada del cielo se vuelve “caliente”. Si la señal continúa, esa zona del cielo permanece caliente, de lo contrario se enfría con el tiempo. Cualquier cosa que se mantenga caliente durante un período de tiempo decente vale la pena examinarla en más detalle.

Entonces, ¿qué ha encontrado SETI@Home? En realidad, nada. El candidato más importante es una fuente de radio llamada SHGb02 +14 a que el equipo reveló en 2004. Pero incluso éste es un candidato poco convincente. En el área del cielo en el que se encuentra, no hay estrellas a menos de 1000 años luz de la Tierra y la mayoría de los comentaristas piensan que la señal se debe probablemente a una variación aleatoria.

Sin embargo, la búsqueda continúa.

Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1109.1595: Candidate Identification and Interference Removal in SETI@home

Fecha Original: 13 de septiembre de 2011
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