miércoles, 23 de marzo de 2016

El silicio y la luz, nuevos avances para una electrónica más rápida y eficiente

Un microprocesador que emplea circuitos ópticos y eléctricos y se comunica con otros chips usando la luz en lugar de la electricidad ha sido descrito en la última edición de la revista Nature. Lo importante es que el estudio informa sobre los procesos de fabricación a emplear de forma que los chips sean integrados en la producción de chips de silicio de la actualidad, siendo potencialmente un paso para la llegada de nuevos chips más rápidos y eficientes para nuestros ordenadores, smartphones y dispositivos del Internet de las Cosas.



FUENTE: http://hipertextual.com

Desde la demostración del primer microprocesador en operación sólo hemos conocido chips más pequeños, baratos y rápidos. Pero ahora existe un notable cuello de botella en términos de velocidad y consumo para las comunicaciones entre los chips. Las conexiones tradicionales tienen pérdidas energéticas y se reduce la velocidad de las comunicaciones.

¿Por qué emplear la luz?

El transporte de datos a través de pequeñas conexiones eléctricas está limitado por el ancho de banda y la densidad energética, lo que crea este cuello de botella en el rendimiento de los chips y los sistemas de computación modernos desde los smartphones a los data centers más grandes del mundo.

Estas limitaciones pueden superarse empleando comunicaciones ópticas basadas en sistemas fotónicos del tamaño de un chip habilitados por dispositivos nanofotónicos basados en silicio. El problema es que combinar comunicaciones eléctricas y fotónicas crea varios problemas debido a los conflictos de fabricación de microchips entre la electrónica y la fotónica. En consecuencia, los chips electrónico-fotónicos actuales se limitan a procesos de fabricación de nicho e incluyen sólo unos pocos dispositivos ópticos junto con circuitos demasiado simples.

Chen Sun y sus compañeros presentan un enfoque totalmente compatible con los procesos de producción comercial de la microelectrónica contemporánea; dicha compatibilidad ha sido la mayor barrera a superar en los avances de la fotónica basada en el silicio.

Han desarrollado un microprocesador de 70 millones de transistores y 850 componentes fotónicos que se comunican con otros chips empleando la luz. Lo mejor: este enfoque de integración entre los complejos circuitos ópticos nanométricos, junto a los avanzados circuitos necesarios en la actualidad requieren cambios mínimos a los procesos de fabricación de chips.


A pesar del creciente interés en la fotónica basada en silicio y el desarrollo de circuitos integrados más eficientes, pocas muestras existen que combinen los avances.

Esto se debe a que el sustrato de silicio usado en fotónica es muy diferente de los sustratos estándar empleados en la electrónica. Incluso el cambio más pequeño en la tecnología CMOS puede degradar significativamente el rendimiento de los transistores empleados en los chips. Por ello, el desarrollo de un proceso que permita combinar electrónica con fotónica era altamente complicado.

Esto es porque el sustrato de silicio para la fotónica es muy diferente de los sustratos estándar utilizados en la electrónica - e incluso ligeros cambios a la tecnología CMOS puede degradar el rendimiento de los transistores utilizados en microchips. Como tal, el desarrollo de un proceso para combinar la electrónica y la fotónica en un solo chip es altamente desafiante

El proceso

La primera estrategia de la industria fue emplazar los transistores y los dispositivos fotónicos en la misma capa de un chip de silicio. El método estaba basado en un proceso electrónico CMOS a través de un sustrato no estándar en la industria que permitía una propagación rápida de la luz.

Pero aunque la integración fuese posible para desarrollar comunicaciones de entrada y salida a través de la luz, se requeriría inversiones enormes de dinero para adaptar la producción de chips avanzados como los que emplea nuestro smartphone a este desarrollo.

Chen Sun y su equipo con su estrategia "cero-cambios" desafían ese planteamiento. Han logrado emplear un proceso CMOS comercial, y utilizado en la actualidad para fabricar electrónica, acomodando los dispositivos fotónicos sin etapas o desarrollos extra.

Esto permite que los diseños electrónicos actuales puedan ser usados y combinados con componentes fotónicos sin procesos adicionales lo que podría incrementar drásticamente la eficiencia y fiabilidad del sistema en chip (SoC) resultante.

Los autores informan de grandes ventajas en la intercomunicación de un microprocesador. Su SoC integra millones de transistores y cientos de dispositivos fotónicos para formar un procesador y una memoria que se comunican entre sí usando la luz a una velocidad de 2.5 gigabits por segundo.

Los componentes fotónicos se usan para guiar codificar y detectar la información en combinación con los materiales estándar en la industria de la electrónica como el silicio y el silicio-germanio (SiGe).
Los investigadores han usado una fuente externa de luz para alimentar a los dispositivos fotónicos a una longitud de onda de 1.180nm para ser conducida sin problemas por el silicio. Tanto la memoria como el procesador incluyen un modulador compacto de silicio para codificar y decodificar la información de punto a punto.

Estudio mostrado en la revista Nature 10.1038/nature16454. Paper online.

Anthony Atala, el científico peruano que busca un lugar en la historia de la medicina con una impresora

Anthony Atala dirige el Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa en Estados Unidos. Con su equipo ya ha logrado fabricar e implantar con éxito en humanos uretras, vejigas y vaginas.

FUENTE; BBC.COM

Anthony Atala supo desde niño, cuando crecía en Lima, que quería ser médico.

Lo que seguramente no imaginaba es que dedicaría su vida a regenerar en el laboratorio tejidos y órganos. O que trabajaría en una impresora tan sofisticada que tal vez algún día haga realidad uno de sus sueños: imprimir riñones humanos para responder a la gran necesidad de órganos para trasplante.
Atala es urólogo y cirujano pediatra y dirige el Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa en Carolina del Norte, Estados Unidos, país al que llegó con 11 años.

Junto a su equipo y en un trabajo de más de dos décadas ha implantado con éxito en pacientes humanos una variedad de tejidos y órganos regenerados a partir de células del propio paciente.

"Creamos a mano, aún sin usar la impresora, piel, uretras, cartílago, vejigas, músculo y vaginas", le dijo Atala a BBC Mundo.

Las células del paciente son cultivadas y crecen sobre una estructura de biomateriales que una vez implantada en el cuerpo humano se desintegra como los puntos después de una cirugía.
El gran desafío ahora es regenerar en el laboratorio órganos más complejos, como el riñón, y hacerlo con una impresora 3D que permite fabricar tejido humano.


Atala anunció recientemente un paso crucial en ese proceso. El científico y sus colegas imprimieron una oreja de un tamaño apto para bebés, que tras ser implantada en un roedor sobrevivió y desarrolló un sistema de vasos sanguíneos.

¿Cuáles son las ventajas de la bioimpresora y cómo funciona?

Canales para vasos sanguíneos
En 2006, Atala y su equipo anunciaron el primer trasplante de órganos de bioingeniería exitoso, una vejiga que había sido implantada en siete pacientes en 1999.
A principios de 2014 se anunció el éxito del seguimiento de cuatro mujeres que recibieron vaginas entre 2005 y 2008.

Implantan vaginas cultivadas en laboratorio a cuatro mujeres
Para crear las vaginas en el laboratorio, los investigadores utilizaron una muestra de tejido y una estructura biodegradable que permitió que crecieran hasta adquirir el tamaño y la forma correcta para cada paciente.

Los órganos fueron fabricados a mano, "pero el problema es la variación de un resultado a otro, no se puede tener la misma precisión que con la impresora".

La impresora tiene boquillas por las que pasan las células en un gel líquido que luego se vuelve gelatinoso. Atala cree que las nuevas tecnologías como la bioimpresión podrían hacer estas investigaciones más accesibles a otros laboratorios en el mundo.

La exactitud de la bioimpresora 3D adaptada y mejorada en Wake Forest podría permitir replicar fielmente tejidos y órganos.

El llamado Sistema Integrado de Impresión de Tejidos y Órganos (ITOP, por sus siglas en inglés), imprime un material en el que las células humanas se mantienen vivas en un gel y mantienen su estructura.

La impresora tiene "boquillas muy pequeñas que pueden imprimir a niveles de dos micrones, básicamente la octava parte del diámetro de un cabello humano", explicó Atala.
"Las células pasan por las boquillas en un líquido y una vez que tocan una superficie adquieren una consistencia de gelatina, de forma que el líquido no se dispersa".

Retos

La bioimpresora debe responde a tres grandes desafíos. Los dos primeros son que las células sobrevivan al proceso de impresión y mantengan su estructura.
"El tercer elemento es que esas células puedan recibir nutrición para sobrevivir. Para eso creamos microcanales en la estructura, como un sistema de avenidas para que puedan llegar los nutrientes".
El entramado de microcanales permite que, una vez implantado el tejido, los nutrientes y el oxígeno en el cuerpo humano alimenten esas estructuras y desarrollen un sistema de vasos sanguíneos.
Investigaciones anteriores demostraron que un tejido vivo implantado que no ha sido capaz de desarrollar vasos sanguíneos sobrevive de nutrición externa a su periferia sólo si es muy pequeño, menor de 200 micras o 0,1778 milímetros.
La oreja fabricada por Atala y sus colegas mide 38,1 milímetros y presentaba signos de vascularización dos meses después de ser implantada.

La complejidad del riñón
Si el equipo de Wake Forest ya ha logrado implantar con éxito desde uretras a vaginas, ¿por qué es tan difícil avanzar en el caso del riñón?
"Básicamente, cuando hablamos de tejidos hay cuatro niveles de complejidad", explicó Atala.
"Todos los tejidos son complejos, pero los menos complejos son las estructuras chatas como la piel, que tiene principalmente un tipo de células".
El segundo nivel son las estructuras tubulares como vasos sanguíneos y uretras, más complejas porque no son chatas y que tienen principalmente dos grandes tipos de células, señaló el científico.
"El tercer nivel son los órganos huecos no tubulares, como el estómago y la vejiga, que tienen una arquitectura más compleja e interactúan más con otros órganos".
Y el cuarto nivel es el de los órganos más complejos, los órganos sólidos como el hígado, los riñones o el corazón, que tienen muchas más células por centímetro y en los que hay una vascularidad sofisticada que los científicos aún no han logrado replicar, según explicó el investigador.

"Para eso estudié medicina"
Atala no especula sobre la posibilidad de que veamos un riñon bioimpreso en los próximos años.
"En ciencia nunca se puede predecir, hay muchas incertidumbres. Nuestra meta es expandir el trabajo que hacemos a tejidos y órganos más complejos".

Mostrando en su mano un tejido gelatinoso creado con una bioimpresora, Atala sorprendió al público durante una charla TED.

El centro de investigación en Carolina del Norte cuenta con financiación del Instituto de Medicina Regenerativa de las Fuerzas Armadas estadounidenses, que esperan algún día aplicar esta tecnología en soldados heridos en combate dada la escasez de donantes de tejidos para implantes.
Atala mantiene vivo el motivo que lo llevó a trabajar en medicina regenerativa cuando completó su entrenamiento en la Escuela de Medicina de la Universidad de Harvard.
"Como cirujano pediátrico no había nada peor que implantar algo que sabíamos no era ideal, como un pedazo de plástico o metal. Tal vez era la única opción para reemplazar un tejido, pero sabíamos que mejor sería usar el propio tejido del paciente".
"La gran pregunta para nosotros era, ¿cómo podemos lograr eso?".
Más de dos décadas después y a pesar de su trabajo en investigación de punta, Atala sigue reservando tiempo para ver pacientes y realizar cirugías.
"A final de cuentas, para eso estudié medicina, para tratar y cuidar de pacientes. Esto es muy importante para ver de primera mano cuáles son sus necesidades y cual es el impacto de estas tecnologías".

La arena del desierto de Emiratos puede almacenar energía térmica A TEMPERATURAS DE 1.000 GRADOS CELSIUS

La arena del desierto de Emiratos puede almacenar energía térmica


FUENTE: http://www.europapress.es

La arena del desierto de Emiratos puede almacenar energía térmica



La arena del desierto de los Emiratos Árabes Unidos podría ser utilizada en instalaciones de energía solar concentrada, para almacenar energía térmica de hasta 1.000 grados Celsius.    El proyecto de investigación denominado 'Sandstock' ha estado tratando de desarrollar un sistema de recepción y almacenamiento sostenible y de bajo coste, usando partículas de arena como colector de calor, transferencia de calor y medio de almacenamiento de energía térmica.    

La arena del desierto de Emiratos puede almacenar energía térmica
La arena del desierto de los Emiratos Árabes Unidos ya se puede considerar un posible material de almacenamiento de energía térmica. Su estabilidad térmica, capacidad de calor específico, y tendencia a aglomerarse se han estudiado a altas temperaturas.
La arena del desierto de Emiratos puede almacenar energía térmica

Bahjat Al Yousuf, del Masdar Institute, quien dirige el proyecto, dijo: "El éxito de la investigación del proyecto Sandstock ilustra la fuerza de nuestra investigación y su relevancia local".    La sustitución de los materiales de almacenamiento de calor típicos utilizados en los sistemas de almacenamiento de energía térmica - aceite sintético y sales fundidas - por arena de bajo costo puede aumentar la eficiencia de la planta debido a la mayor temperatura de trabajo del material de aumentar la eficiencia de la planta debido a la mayor temperatura de trabajo del material de almacenamiento y por lo tanto reducir los costos.
La arena del desierto de Emiratos puede almacenar energía térmica

Los análisis mostraron que es posible utilizar la arena del desierto como un material de este tipo hasta 800 a 1000 ° C. La composición química de la arena ha sido analizada con técnicas de fluorescencia de rayos X (XRF) y difracción de rayos X (XRD), que revelan el predominio de cuarzo y materiales de carbonato.

La arena del desierto de Emiratos puede almacenar energía térmica

 La reflectividad energía radiante de la arena también se midió antes y después de un ciclo térmico, ya que puede ser posible utilizar la arena del desierto no sólo como un material de almacenamiento térmico sino también como un absorbedor solar directo bajo flujo solar concentrado.



Cómo Uruguay logró ser el país con mayor porcentaje de energía eólica de América Latina

Uruguay planea generar este año el 30% de su electricidad a partir de energía eólica.


¿Cómo pudo un país pequeño sin reservas conocidas de crudo bajar el costo de su electricidad, reducir su dependencia del petróleo y ser líder en energías renovables?

FUENTE: BBC.COM

En una década, Uruguay ha logrado algo que parecía inimaginable, convertirse en el país con mayor proporción de electricidad generada a partir de energía eólica en América Latina y uno de los principales en términos relativos a nivel mundial.

Con ello el país ha reducido su vulnerabilidad al cambio climático y a las crecientes sequías que afectan las represas hidroeléctricas.

Cae el precio del petróleo: ¿adiós a las energías renovables?
Actualmente el 22% de la electricidad del país sudamericano es generada a partir del viento. En Brasil, por ejemplo, el porcentaje es de poco más de 6%, según la Asociación Brasileña de Energía Eólica.

Y Uruguay espera otro aumento dramático en los próximos meses.
"Esperamos que este año el abastecimiento de energía eléctrica a partir de eólica sea del 30%", dijo a BBC Mundo la ingeniera Olga Otegui, jefa de la Dirección Nacional de Energía del Ministerio de Industria, Energía y Minería de Uruguay.

Para 2017, el país aspira a un 38% de electricidad generada a partir del viento, con lo que se colocaría próximo al líder mundial Dinamarca, con un 42%, según datos del Global Wind Energy Council, Consejo Global de Energía Eólica, GWEC por sus siglas en inglés.

A nivel internacional, los otros países con mayores porcentajes son Portugal, con 23%, España, 19%, y Alemania, 15%.

El progreso del mercado eólico en Uruguay es notable, según Tabaré Arroyo, asesor en energías renovables del Fondo Mundial para la Naturaleza y autor del informe Green Energy Leaders, "Líderes en energías verdes".

"En 2005 no había energía eólica en Uruguay. Al 2015 ya había una capacidad instalada de más de 580 MW y al 2020 se cree que habrá una capacidad instalada superior a los 2.000 MW", dijo Arroyo a BBC Mundo.

Condiciones favorables

¿Cómo logró Uruguay diversificar de forma tan radical su matriz energética?

El país tiene condiciones favorables para la energía eólica, tan favorables que sorprendieron hasta a los propios técnicos.

"A nosotros también nos sorprendió porque somos un país cuyo relieve es una semillanura, un país muy chato. Y cuando en 2005 se comenzaron a hacer las medidas pensamos que sólo algunos lugares podían tener buena disposición para estos parques eólicos. En cambio las medidas nos permitieron ver que tenemos una estabilidad de buenas mediciones de viento durante todo el año", señaló Otegui.

La velocidad del viento es variable, por lo que una turbina eólica trabaja mayormente por debajo de la potencia nominal para la que fue diseñada.

Por ello, el principal indicador de la eficiencia de un parque eólico es lo que se conoce como factor de capacidad, la relación entre la energía que se genera efectivamente en un período, y la que se hubiera producido si hubiese estado funcionado sin parar a potencia nominal.

"Sin entrar en demasiados detalles técnicos, es comprobado ya que los parques en Uruguay de 50 MW alcanzan factores de capacidad de entre 40% y 50% para modelos de aerogeneradores tales como V80, G97, V112 y otros", explicó a BBC Mundo el ingeniero Santiago Mullin, de la empresa Ventus Energía S.A. y asesor técnico de la Asociación Uruguaya de Energía Eólica, AUDEE.
Los parques eólicos en EE.UU., por ejemplo, funcionaron en 2014 a una capacidad de 34% en 2014, según datos del Departamento de Energía de ese país.

Planear a 25 años
Más allá de las condiciones favorables, un factor crucial fue la planificación de la política energética a 25 años.

"Yo creo que lo más destacado en el caso uruguayo fue su visión 2005-2030", opinó Tabaré Arroyo.
El plan energético 2005-2030 fue además aprobado, como política de Estado, por todos los partidos políticos con representación parlamentaria, algo que para Arroyo es un "referente mundial de cómo los intereses sociales y climáticos son absolutamente compatibles y costoefectivos en el fomento del desarrollo sostenible".

La planificación energética a 25 años aportó un marco de estabilidad para inversores y atrajo empresas privadas internacionales.
Según Otegui, "no se ofrecieron subsidios", sino licitaciones con "transparencia y seguridad al inversor".

"Se les garantiza el precio que ofertaron y ese precio se ajusta por una paramétrica que también se acordó. Ellos saben perfectamente desde el momento que se presentan cuáles son las pautas y cómo se va ajustar ese precio y son contratos que pueden ser hasta 20 años".

Entre las empresas internacionales que participan de proyectos en Uruguay está Enercon, de Alemania, y la multinacional Ventus.

Torres de hormigón
Con el desarrollo de la energía eólica Uruguay también busca un impacto en la industria nacional.
"Todos los parques tienen que tener un mínimo de 20% de componente nacional", dijo Otegui.

"Esto nos permite que hoy en día, por ejemplo, de toda la inversión que se ha realizado en potencia en energía eólica, que es del orden de unos US$3.000 millones, alrededor de US$800 millones fueron volcados a la industria y a servicios nacionales".

Desde diseño de obras civiles hasta estudios sobre medición de viento, la idea es que el boom de la energía eólica también impulse el avance tecnológico a nivel nacional.
Otro ejemplo es la utilización, en lugar de torres de acero, de torres de hormigón fabricadas localmente.

"En Uruguay sólo un proyecto ha incorporado hasta ahora torres de hormigón, el proyecto de la empresa Enercon. La empresa alemana ha realizado un gran esfuerzo en este sentido, instalando una planta exclusiva para la fabricación de dichas torres, lo que ha resultado en un beneficio para nuestro país, tanto en el uso de mano de obra como en su capacitación y desarrollo", afirmó Mullin.

Otegui, por su parte, dijo a BBC Mundo que habrá dos parques "en el departamento de Cerro Largo, que se están instalando entre este año y principios de 2017 que van a ser con torres de hormigón, lo que hace que el componente nacional sea mayor".

Cambio climático y sequías
La diversificación de la matriz energética ha permitido a Uruguay satisfacer cerca del 94% de su electricidad a partir de energías renovables, incluyendo aerogeneración, energía hidroeléctrica, biomasa y paneles solares.

Con esa oferta variada, Uruguay ha logrado una de las metas que estuvo presente desde un principio: aumentar la resiliencia del país ante el cambio climático.

"Lo que que se veía era la alta vulnerabilidad que tenía Uruguay con respecto a la generación hidro", señaló Otegui.

"Estábamos convencidos de que teníamos que bajar esa vulnerabilidad climática (...). Cuando había sequías importantes, teníamos importación muy grande de petróleo para generación térmica, todo eso fue totalmente atenuado con la incorporación de renovables".

La energía eólica puede ahora complementar a la hidroeléctrica.

"Uruguay tiene una potencia hidroeléctrica instalada del orden de los 1500 MW, cuyo uso se regula en función del recurso eólico disponible, permitiendo almacenar entonces la energía hidroeléctrica y utilizarla de forma más eficiente", explicó Mullin.

Otegui, por su parte, dijo que con la incorporación de las renovables, Uruguay obtiene "una soberanía y una independencia de importaciones de energía eléctrica". "Ya venimos dos años consecutivos en que no hemos tenido que importar energía eléctrica".

Tabaré Arroyo cree que el caso de Uruguay deja en claro por qué la diversificación energética es fundamental también para otros países.

"Como consecuencia del cambio climático los patrones de precipitación pluvial cambiarán y las temporadas secas se harán más largas, frecuentes e intensas. De ahí que depender de la energía hídrica es con certeza una apuesta a la inseguridad energética".

"Uruguay, muy inteligentemente, apostó por las renovables, como una opción real de diversificación y resiliencia".



Crean en Japón un sensor que detecta virus infecciosos en cinco minutos

Los sistemas de detección actual tardan entre uno y dos días desde la aparición de los síntomas

FUENTE: UN| EFE.- 

El gigante tecnológico Toshiba y la Universidad de Osaka (centro) han desarrollado un sensor que detecta los virus infecciosos en unos cinco minutos, más o menos un uno por ciento del tiempo requerido por los métodos actuales. 

Este nuevo sensor reconoce las formas de los virus en pocos minutos, algo para lo que con los métodos existentes es necesario recurrir a una ampliación de genes, proceso que tarda unas ocho horas, informó este lunes el diario económico Nikkei. 

La institución y la compañía, que se encuentra inmersa en el proceso de venta de su filial de equipos médicos Toshiba Medical Systems, planean lanzar un dispositivo de diagnóstico basado en esta nueva tecnología en 2020. 

Aunque no está claro quién se encargará de ofrecer los productos relacionados con esta tecnología (si la propia Toshina o su comprador, entre los que Canon parte como favorito), Toshiba ha anunciado que fabricará el chip que forma el núcleo. 

Un diagnóstico más rápido no sólo previene la aparición de síntomas severos en el paciendo al facilitar la administración de un tratamiento a tiempo, sino que también reduce las probabilidad de contagio. 

Por ello, otras empresas niponas también trabajan en el desarrollo de tecnologías de diagnóstico eficiente. 
Es el caso de la compañía Konica Minolta, que junto al Instituto Metropolitano de Medicina de Tokio, ha ideado un sistema de detección del virus de la influenza (conocida comúnmente como gripe) alterando la tecnología usada para los tests de embarazo rápidos. 

El sistema, que usa un chip con un pigmento fluorescente de alto rendimiento, puede emplease también para detectar enfermedades transmitidas por mosquitos, como las fiebres del zika y el dengue. 
Los sistemas de detección actual tardan entre uno y dos días desde la aparición de los síntomas, mientras que este nuevo sistema reduce el tiempo a unas 12 horas o menos. 
La compañía y la institución están trabajando para comercializar el sistema en 2017, que llegaría en forma de kit por un precio de unos 1.000 yenes (8 euros/9 dólares), detalló el diario. 

La Universidad de Shizuoka y la Universidad de Medicina de Hamamatsu también han desarrollado una tecnología basada en las pruebas de embarazo, en esta ocasión para detectar virus en la mucosidad nasal, a través del uso de partículas de oro.