Curiosidades - Sección 25

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Descubren un método para aprovechar mejor la energía
Ingenieria

El motor de su automóvil desperdicia el 70 por ciento de su energía en forma de calor, pero un descubrimiento científico podría ahora desembocar en un modo eficiente de recobrar esa energía perdida, e incluso de aprovechar mucho más el potencial energético del calor geotérmico.

El truco está en convertir este calor en electricidad, y una manera prometedora de hacerlo, descubierta por los investigadores, incluye el uso de nanoconductores extremadamente finos para duplicar la eficiencia de los materiales termoeléctricos.

Si finalmente se logra, este dispositivo termoeléctrico nanoestructurado puede ser útil para reciclar el calor de los motores de automóviles, el enfriamiento de los microprocesadores de los ordenadores y la construcción de neveras más compactas y silenciosas.

El estudio ha sido realizado por Heiner Linke, un profesor adjunto de física en la Universidad de Oregón, asociado con el Instituto de Nanociencias y Microtecnologías de Oregón (ONAMI), y por Tammy Humphrey, una investigadora afiliada al Consejo de Investigaciones Australiano, actualmente de visita en la Universidad de California en Santa Cruz. Sus espectaculares hallazgos representan un avance significativo con respecto a los dispositivos termoeléctricos actuales.

Linke y Humphrey descubrieron que dos objetos pueden tener diferentes temperaturas y aún estar en equilibrio mutuo a escala nanométrica, un hecho desconcertante para alguien no experto en el tema, pero que es crucial para alcanzar el rendimiento que permita generalizar el uso de la tecnología termoeléctrica en la generación de energía y la refrigeración.

Imagine una taza de café caliente sobre una bandeja metálica. El café rápidamente se enfriaría debido a que las moléculas en la taza espontáneamente transmiten el calor a la bandeja para entrar en equilibrio de temperatura con ésta. El mismo efecto ocurre con los electrones en los materiales estudiados por Humphrey y Linke. En física, ésta es una ley de la termodinámica: el calor siempre fluirá de las zonas calientes a las frías. Por supuesto, la energía liberada por esos electrones normalmente se pierde.

Los materiales termoeléctricos tratan de recuperar esa energía convirtiéndola en electricidad, pero no funcionan apropiadamente si el flujo de calor es descontrolado. La principal innovación presentada por Humphrey y Linke consiste en controlar el movimiento de los electrones usando materiales estructurados a escala nanométrica.

Humphrey y Linke mostraron que si se aplica un voltaje a un sistema eléctrico en combinación con una diferencia de temperatura, es posible controlar los electrones que contengan una energía específica. Esto significa que si un material nanoestructurado se diseña para permitir un flujo de electrones con esta energía específica, se alcanza un nuevo tipo de equilibrio en el que los electrones no transportan espontáneamente el calor de zonas calientes a frías.

Este delicado balance puede tener enorme importancia práctica porque significa que los dispositivos termoeléctricos, que usan contacto eléctrico entre zonas frías y calientes en un semiconductor para transformar calor en energía eléctrica útil, pueden ser operados cerca del equilibrio. Ese es el requerimiento principal para elevar la eficiencia hacia el límite de Carnot, la máxima eficiencia posible para cualquier máquina térmica.

Debido a que el sistema está en estado de equilibrio, el flujo de electrones es reversible. Esta reversibilidad permite al dispositivo alcanzar la máxima eficiencia posible.

Hasta ahora, la eficiencia de los dispositivos termoeléctricos, que no tienen partes móviles y que pueden ser lo bastante pequeños para caber en un microchip, ha sido demasiada baja (menos del 15 por ciento del límite de Carnot para la generación de energía) como para usarlos en algo útil excepto en unas pocas aplicaciones especializadas.

El potencial de un sistema basado en el desarrollo de Humphrey y Linke podría permitir la construcción de dispositivos termoeléctricos nanoestructurados con eficiencias cercanas al 50 por ciento del límite de Carnot. Con ellos, sería viable mejorar la generación de electricidad a partir de fuentes geotérmicas, o aprovechar el calor liberado por los motores en automóviles híbridos.

Fuente: Noticias de la Ciencia y la Tecnología

El oscurecimiento global de la Tierra impide la entrada de la luz solar
Medio Ambiente

La superficie de la Tierra ha ido incrementando su brillo durante los últimos quince años, invirtiendo de este modo una tendencia de treinta años a la baja, acelerando el ascenso de las temperaturas en la superficie y desenmascarando el impacto del calentamiento provocado por el efecto invernadero.

Desde que un informe al final de los años 80 reveló la existencia de un 4 a un 6 por ciento de disminución de la luz solar que alcanza la superficie del planeta, con respecto al nivel de 1960, los científicos han estado explorando teorías acerca de las posibles causas de esta anomalía y de cómo estaría relacionada con el efecto invernadero, el calentamiento causado por la acumulación del dióxido de carbono y otros gases que retienen el calor en la atmósfera.

Entretanto, un grupo dirigido por Martin Wild en el Instituto Federal de Tecnología Suizo en Zurich, sede del archivo de la BSRN (Baseline Surface Radiation Network), se había puesto a trabajar recolectando mediciones en superficie y efectuando cálculos.

La labor de análisis de datos desarrollada por una investigación conducida dentro del Programa de Mediciones de la Radiación Atmosférica (ARM), fue crucial en el estudio, el cual revela que la superficie del planeta ha aumentado su luminosidad en un 4 por ciento durante la pasada década. Esta tendencia al alza del brillo está corroborada por otros datos, incluyendo varios análisis por satélite.

La luz del Sol que no es absorbida o reflejada por las nubes cuando se dirige hacia la superficie de la Tierra, acaba calentando esta superficie. Dado que la atmósfera alberga gases de efecto invernadero, el calentamiento por radiación solar y el causado por el efecto invernadero están relacionados.

"La atmósfera es calentada desde la superficie hacia arriba, y más energía solar en la superficie significa que podríamos llegar a ver finalmente los aumentos de temperatura que esperábamos encontrar con el recalentamiento global derivado del efecto invernadero", advierte Charles N. Long, científico principal del Departamento de Energía del Pacific Northwest National Laboratory. De hecho, muchos creen que ya hemos visto esos efectos en nuestros climas más sensibles a la temperatura, con el derretimiento del hielo polar y de los glaciares a gran altitud.

Los autores del informe se abstienen de atribuir una causa al ciclo de disminución y aumento de la luminosidad de la superficie, pero listan algunos factores sospechosos, como cambios en el número y composición de los aerosoles líquidos y las partículas sólidas suspendidos en el aire, y cómo los aerosoles afectan al carácter de las nubes. En la última década, el programa ARM ha construido una red de puestos de observación para tomar muestras de las características de las nubes y de la transferencia de energía en una amplia variedad de climas, desde los tropicales hasta los polares.

El flujo constante de datos precisos de estos puestos será crucial para determinar las causas de la anomalía. El 70 por ciento de la superficie del planeta es océano, para el que no se dispone de mediciones de largo plazo.

Fuente: Noticias de la Ciencia y la Tecnología

Aislan células madre embrionarias ajustadas al ADN de pacientes
Genética

Científicos surcoreanos han aislado las primeras líneas de células madre embrionarias y ajustadas al ADN de pacientes, un éxito que calificaron como un nuevo paso hacia el trasplante de ese tipo de células en seres humanos.

Ese tipo de intervención quirúrgica en que se utilizan células madre embrionarias ayudará a reemplazar células dañadas por enfermedades degenerativas e incurables como el mal de Parkinson y la diabetes, señalaron.

En un artículo publicado en la revista Science, los científicos de la Universidad Nacional de Seúl agregaron que las líneas celulares permitirán el estudio en los laboratorios de enfermedades que afectan al ser humano.

El grupo de investigadores, encabezado por Woo Suk Hwang, profesor de Citología de la Universidad Nacional de Seúl, indicó en el estudio que 18 mujeres donaron 185 óvulos específicamente para propósitos de investigación.

De ese total, 125 provinieron de 10 mujeres de menos de 30 años.

Con el fin de conseguir células somáticas, los investigadores reclutaron a 11 donantes, hombres y mujeres de entre 2 y 56 años de edad.

Una célula somática es cualquiera que forme parte del cuerpo, a excepción de los espermatozoides o los óvulos.

Entre los donantes de células somáticas había pacientes de diabetes juvenil, lesiones de médula espinal y de una deficiencia inmunológica genética llamada hipogamaglobulinmeia congénita, señaló el informe.

Según Hwang, las células conseguidas son normales, de autorenovación y "pluripotentes", es decir tienen la capacidad de transformarse en otro tipo de células con funciones definidas como las de la retina, los músculos o las del sistema gastrointestinal.

El grupo de investigadores surcoreanos ya había hecho historia en la investigación médica cuando hace poco más de un año anunció la clonación de una línea de células madre embrionarias.

Desde entonces y en apenas un año han refinado sus técnicas con lo que han hecho grandes avances, manifestó Schatten.

Los científicos explicaron que crearon 11 nuevas líneas de células madre a través de la transferencia de material genético de una célula no reproductiva de un paciente a un óvulo donado cuyo núcleo había sido extirpado.

Con este método, llamado "transferencia somática del núcleo celular", los óvulos con el material genético del paciente crecieron hasta convertirse en blastocitos, es decir la etapa inicial del desarrollo embrionario.

Después de eso, las células madre fueron derivadas a la masa interna del blastocito.

"Este estudio demuestra que se puede lograr que las células madre sean específicas para cada paciente, no importa cuál sea su sexo o edad, y que estas células son copias genéticas iguales a las del donante", dijo Gerald Schatten.

Schatten es profesor de investigaciones del Departamento de Obstetricia, Ginecología y Ciencias de la Reproducción en la Escuela de Medicina de la Universidad de Pittsburgh.

"Si se pueden usar sin problemas en trasplantes, la promesa de un tratamiento eficaz -y tal vez hasta una cura- de lesiones y enfermedades devastadoras está al alcance", señaló.

La próxima etapa preclínica, según los autores, es evaluar en el laboratorio las líneas de células madre embrionarias específicas de un paciente para determinar su tolerancia inmunológica, la eficacia terapéutica y la seguridad.

Para los científicos, los experimentos iniciales en laboratorio han mostrado una compatibilidad inmunológica entre las células madre embrionarias y las células de gente que proporcionó el ADN de cada línea, lo cual sugiere que el cuerpo del paciente podría tolerar esas células trasplantadas.

Añadieron que antes de que puedan usarse las células madre específicas para un paciente, se tendrán que resolver varios problemas de procedimiento médico.

Explicaron que las líneas de células madre producidas por pacientes con una enfermedad probablemente muestren las características de esa enfermedad, con lo cual no será apropiado emplearlas en el tratamiento de otros pacientes.

Además, los investigadores deberán desarrollar métodos para dirigir de manera eficiente la diferenciación de las células madres embrionarias.

Fuente: EFE.

Desarrollan un método óptico para ver bajo la piel
Ingenieria

Un nuevo método óptico permite visualizar con gran detalle capas profundas bajo la superficie de la piel. La nueva técnica ha sido presentada por un grupo de científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad John Hopkins.

El método se basa en los diferentes modos en que ciertos rasgos de distintos materiales dispersan la luz. Ha sido probado con éxito en pequeños fragmentos de piel de cerdo así como con materiales inorgánicos, pero puede acabar siendo de utilidad práctica para ver tejidos vivos en pacientes y ayudar a diagnosticar dolencias, o a determinar la extensión de diversos tipos de cáncer de piel.

El proceso de visualización implica iluminar la muestra con luz polarizada, la cual tiene su campo eléctrico orientado en una dirección particular, y emplear una cámara digital equipada con un filtro rotatorio de polarización para captar la luz dispersada a partir de la muestra. Los investigadores manipularon la polarización para reducir la dispersión de luz de áreas no deseadas, y posicionaron la fuente lumínica en múltiples ubicaciones a fin de lograr el efecto deseado. Después de estos y otros pasos, obtuvieron una imagen procesada que revela detalles significativos de la estructura subcutánea.

La obtención de imágenes mediante luz polarizada está siendo ya utilizada en dermatología para identificar los bordes de las lesiones. El nuevo método amortigua, en un único paso, los efectos de dos tipos de dispersión lumínica no deseada. Si la validez clínica de esta nueva técnica es confirmada por completo, algún día podría ser utilizada de manera cotidiana en el ámbito médico, para producir imágenes más detalladas de capas más profundas de la piel.

Fuente: Noticias de la Ciencia y la Tecnología

Crean una batería nuclear capaz de funcionar durante diez años
Ingenieria

La Universidad de Rochester, en EE.UU. informa, a través de su página web, sobre la nueva batería nuclear creada por sus investigadores, capaz de durar una década sin recargar y diez veces más eficiente que las actuales pilas nucleares. El artículo original aparece publicado en la revista 'Advanced Materials'.

" Durante 50 años, los investigadores han trabajado para convertir los procesos de decaimiento radiactivo en energía útil. Ahora, hemos encontrado la forma de hacer estos procesos más eficientes y esperamos que estos hallazgos puedan conducir a un nuevo tipo de baterías que proporcionen energía durante años", comenta el Profesor de la Universidad de Rochester, Philippe Fauchet, coautor de esta investigación.

Esta nueva fuente de energía podría aplicarse en marcapasos, naves espaciales, sensores submarinos, y otros dipositivos. El fundamento de esta batería nuclear se asemeja al de los paneles solares fotovoltaicos, en los que los fotones de luz solar arrancan los electrones externos de los átomos de silicio, produciendo corriente eléctrica continua.

En esta batería nuclear, se utiliza tritio, un isótopo de hidrógeno cuyo periodo de semidesintegración es de 12 años, en cuyo decaimiento radiactivo se producen partículas beta(e-) o electrones, los cuales golpean los átomos de silicio, generando una corriente eléctrica continua. Cada núcleo de tritio( 1 protón y 2 neutrones) se transforma en un núcleo de helio estable(2 protones y 1 neutrón) y en una partícula beta(electrón).
La reacción nuclear es:
31H ---->32He + 0-1e

Fuente: Librys.com