Las baterías electroquímicas pueden absorber carbono de la atmósfera y convertirlo en energía eléctrica.
La mera reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero no es suficiente para detener el calentamiento global. Ahora tenemos que eliminar parte del dióxido de carbono que ya está en la atmósfera. La buena noticia es que hay muchas maneras de hacer esto; la mala noticia es que básicamente todas consumen mucha energía.
La tecnología ideal de secuestro de carbono generaría electricidad en lugar de consumir energía. En un artículo publicado en Science Advances en julio de 2016, los investigadores de la Universidad de Cornell, Wadi Al-Sadat y Lyndon Archer, describieron una electroquímica que puede capturar el dióxido de carbono en el diseño de una batería.
El material del electrodo negativo de la batería es aluminio, que tiene un bajo coste, grandes reservas y es fácil de procesar. El ánodo está hecho de carbono poroso, en el que los investigadores inyectan una mezcla de oxígeno y dióxido de carbono. El aluminio, el oxígeno y el dióxido de carbono reaccionan dentro de la batería para producir electricidad y oxalato de aluminio. Sadat y Archer dijeron que durante el ciclo de vida de una batería de 1,4 voltios, la batería absorbe 2,5 veces el carbono que se libera cuando se fabrica la batería.
Archer dijo que él y sus colegas todavía tienen un largo camino por recorrer antes de convertir este diseño en tecnología práctica. En primer lugar, deben demostrar que la tecnología es rentable y escalable. Archer predice que si logran realizar esta transición con éxito, algún día las baterías se encontrarán en centrales eléctricas y tubos de escape de automóviles.
2. Nuevos antibióticos
Se pueden utilizar métodos de diseño de nuevos compuestos para combatir las bacterias resistentes a los medicamentos.
Es difícil imaginar un mundo sin antibióticos, pero nos estamos acercando a ese mundo debido al uso indebido masivo de los antibióticos. Sólo en Estados Unidos, más de 23.000 personas mueren cada año a causa de infecciones bacterianas que los antibióticos no pueden combatir, según los Centros Nacionales para el Control y la Prevención de Enfermedades. Un estudio financiado por el gobierno británico estima que para 2050, 654,38 millones de personas morirán cada año a causa de bacterias resistentes a los medicamentos en todo el mundo. Los científicos están trabajando arduamente para encontrar nuevos medicamentos, como los antibióticos macrólidos, que puedan matar las superbacterias.
Myers y su equipo encontraron una manera de sintetizar macrólidos. Para sintetizar el compuesto, los investigadores rompieron la estructura del macrólido en ocho módulos básicos y luego los combinaron en nuevas formas para adaptar sus propiedades químicas de diferentes maneras. En un artículo publicado en Nature en mayo de 2006, el equipo de Myers afirmó que habían sintetizado más de 300 nuevos compuestos. Los investigadores realizaron experimentos con 14 bacterias patógenas y descubrieron que la mayoría de los compuestos pueden inhibir las bacterias y muchos de ellos pueden matar cepas resistentes a los medicamentos.
3. Satélite Cuántico
La transmisión espacial de claves cuánticas podría hacer realidad una Internet “irrompible”.
Construir un método de cifrado absolutamente seguro no requiere tecnología más avanzada que lápiz y papel: simplemente elija una cadena aleatoria de caracteres y números como clave para cifrar el mensaje. Escriba esta clave en un papel y quémelo después de usarlo una vez. La clave es garantizar que nadie pueda interceptar o alterar la clave. El robo o la manipulación de claves nunca cesa en Internet. La distribución de claves cuánticas podría resolver este problema generando una clave única a partir de fotones entrelazados. El problema con la distribución de claves cuánticas es que nadie sabe cómo transmitir fotones entrelazados a largas distancias. Pero en agosto de este año, la Academia de Ciencias de China puso en órbita con éxito el primer satélite cuántico del mundo, dando un gran paso hacia la solución de este problema.
El proyecto de la Academia de Ciencias de China se llama Satélite Experimental de Ciencia Cuántica y es un proyecto cooperativo con la Academia de Ciencias de Austria. Este proyecto utiliza satélites para transmitir claves cuánticas a dos observatorios en China. Los dos observatorios están separados por 1.200 kilómetros, lo que supone ocho veces el récord de transmisión más largo actual. Si los investigadores chinos establecen un nuevo récord en la distancia de transmisión de claves cuánticas, los futuros satélites podrían proporcionar una plataforma orbital para establecer una "Internet cuántica" irrompible donde las leyes de la física puedan garantizar la seguridad absoluta de los paquetes de datos cifrados.
4. Los microrobots reemplazan la cirugía
Los microrobots controlados a distancia pueden completar el tratamiento dentro del cuerpo.
Cuanto más avanzada sea la intervención médica, menos invasiva será. Ahora, investigadores del MIT han creado un robot que puede realizar una cirugía sencilla en el estómago, sin necesidad de incisiones ni cables externos: los pacientes simplemente se tragan el robot.
Los pequeños robots están encerrados en pastillas orales hechas de hielo y se introducen en el estómago.
Cuando la cápsula de hielo se derrite, el robot se abre como si fuera un origami. El robot desplegado parece un trozo de papel arrugado. La ubicación de los pliegues, huecos y parches del material se diseña cuidadosamente. Se expanden o contraen cuando se exponen al calor o a un campo magnético y luego se mueven. Este movimiento es similar al movimiento de articulaciones y músculos. Los cirujanos pueden controlar el movimiento del robot afectando los imanes del robot a través de campos electromagnéticos externos.
El cuerpo principal del robot está hecho de materiales biocompatibles, algunos de los cuales provienen del intestino delgado de cerdo, que también se utiliza en tripas de salchichas. Estos materiales se pueden aplicar a las heridas del cuerpo o fijarse sobre las heridas como una curita. El robot también puede utilizar sus propios imanes para "atrapar" y retirar objetos extraños, como pilas de botón ingeridas.
5. Encuentre software en áreas pobres
El software de aprendizaje automático puede analizar imágenes satelitales para encontrar áreas remotas y pobres que necesitan ayuda.
En 2015, las Naciones Unidas se fijaron el objetivo de eliminar la pobreza extrema en todo el mundo para 2030. Este objetivo es muy audaz. Para lograr su objetivo, el primer paso es averiguar dónde están las personas más pobres, y este paso es difícil. Realizar pruebas de recursos en países pobres y propensos a la guerra es costoso y peligroso. Los investigadores intentaron resolver el problema de forma indirecta: buscaron zonas especialmente oscuras en fotografías de satélite nocturnas. "En términos generales, las condiciones económicas son mejores en lugares con luces encendidas por la noche", explica Marshall Bock, profesor asistente de sistemas de ciencias de la tierra en la Universidad de Stanford. Pero este enfoque es defectuoso, especialmente a la hora de diferenciar los niveles de pobreza. De noche, desde el espacio, los lugares con pobreza leve y pobreza extrema son iguales: oscuros.
Bok y su equipo de Stanford creen que el aprendizaje automático se puede utilizar para mejorar la investigación de imágenes satelitales. Los investigadores utilizaron imágenes satelitales diurnas y nocturnas de cinco países africanos para entrenar un software de análisis de imágenes. Después de sintetizar datos de imágenes diurnas y nocturnas, la computadora "aprende" a asociar características de las imágenes diurnas (carreteras, áreas urbanas y tierras agrícolas) con distintos niveles de brillo nocturno. "Al utilizar la iluminación nocturna, podemos resaltar características importantes en las fotografías diurnas", afirmó Bock.
Cuando terminó el entrenamiento, el software de Bok solo podía localizar áreas pobres basándose en imágenes satelitales diurnas.
6. Ropa que se puede refrigerar
Las fibras nanoporosas hacen que el usuario se sienta más fresco y pueden reducir la necesidad de aire acondicionado.
Cuanto más se calienta la tierra, más gente baja el aire acondicionado. Pero el aire acondicionado y la refrigeración requieren energía, y obtener esa energía emite gases de efecto invernadero.
Cui Yi es profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Stanford. Quería usar ropa para ayudar a la gente a refrescarse. Incluso la ropa más fina de fibra de algodón absorbe los rayos infrarrojos emitidos por el cuerpo, atrapando el calor. Cui Yi y su equipo descubrieron que un material de polietileno nanoporoso (nanoPE) utilizado para fabricar baterías de iones de litio puede dejar salir estas radiaciones.
En comparación con la ropa de algodón, nanoPE puede enfriar la piel humana simulada en 2 grados Celsius. El equipo de Cui Yi informó sobre este descubrimiento en la edición de septiembre de 2016 de Science. Cui Yi dijo: "Si usas ropa nanoPE, siempre que la temperatura exterior sea ligeramente más baja que la temperatura de tu cuerpo, te sentirás más fresco". Si es un día caluroso, es posible que quieras encender el aire acondicionado, pero. puedes aumentar la temperatura. Los estudios han demostrado que simplemente aumentar la temperatura del aire acondicionado unos pocos grados puede reducir el consumo de energía a casi la mitad.
7. El plan antiviral definitivo
Una rara mutación genética puede dar lugar a un fármaco que pueda combatir todos los virus.
Como todos sabemos, los virus son buenos para evitar ataques de drogas artificiales, pero son impotentes ante la rara mutación genética ISG15. Las personas con esta mutación son más capaces de combatir la mayoría de los virus que pueden infectar a los humanos, pero menos de 1 de cada 100.000 personas la portan. Duzan Bogunovic, de la Escuela de Medicina Icahn del Monte Sinaí, cree que esta mutación podría imitarse para desarrollar fármacos. Es posible que pueda encontrar un medicamento que pueda combatir temporalmente todos los virus para que la gente no se enferme a causa de ellos.
Bogunovic espera encontrar un fármaco que pueda atacar las mutaciones ISG15 de la misma manera. "Con sólo unos pocos ajustes en nuestros sistemas se podría suprimir el primer brote de infección", explicó. El equipo de Bogunovic está analizando fármacos antivirales prometedores entre 654,38+06 millones de compuestos.
Cuando encuentran un compuesto candidato, necesitan ajustar cuidadosamente la química del compuesto, completar la toxicología y las pruebas en animales, y finalmente pasar a los ensayos clínicos en humanos. No se sabe si el estudio tendrá éxito. Algunas personas con mutaciones ISG15 ocasionalmente experimentan convulsiones y síntomas de una enfermedad autoinmune similar al lupus. Los medicamentos desarrollados por investigadores deben evitar efectos secundarios.
8. Nuevos algoritmos permiten a las computadoras aprender a pensar lateralmente.
Los métodos de inteligencia artificial pueden permitir que las computadoras funcionen mejor que los humanos en el reconocimiento de patrones visuales.
Si alguien te mostrara las letras de un alfabeto desconocido y te pidiera que las escribieras en una hoja de papel, es posible que puedas hacerlo, pero una computadora no puede, incluso si tiene la mayor cantidad de recursos. Algoritmos avanzados de aprendizaje profundo. Incluso si es solo para realizar un trabajo básico de diferenciación de imágenes, el sistema de aprendizaje automático debe entrenarse con una gran cantidad de datos.
Con la ayuda de la programación bayesiana, un marco de aprendizaje automático, las computadoras no están muy lejos de este salto. Un equipo de investigadores de la Universidad de Nueva York, el MIT y la Universidad de Toronto ha demostrado que las computadoras que utilizan métodos de aprendizaje de programación bayesiana pueden reconocer y copiar caracteres escritos a mano desconocidos mejor que los humanos con solo aprender un ejemplo.
Existen diferencias esenciales entre los métodos de aprendizaje de programación bayesiana y el aprendizaje profundo. El aprendizaje profundo simula aproximadamente la capacidad básica de reconocimiento de patrones del cerebro humano. El aprendizaje de la planificación bayesiana se inspira en otra capacidad del cerebro humano: inferir una serie de acciones que pueden generar un determinado patrón. Este enfoque de aprendizaje automático es versátil y eficiente.
9. Tiras reactivas de diagnóstico baratas
Los métodos de detección rápidos y baratos de enfermedades como el ébola y la tuberculosis podrían salvar vidas en zonas remotas y empobrecidas.
Un paciente con fiebre alta acudió a una clínica en una zona rural de África. Los diagnósticos pueden variar desde tifoidea leve hasta ébola. Incluso si la clínica tuviera equipo de análisis de sangre, tomaría varios días obtener los resultados. Entonces, ¿qué deberían hacer los médicos? ¿Prescribir antibióticos o aislar al paciente?
Durante la última década, los investigadores han estado buscando un método de diagnóstico con tiras reactivas rápido y económico (similar a una tira reactiva o una prueba de embarazo) para salvar vidas en esta afección.
La primera generación de tiras reactivas de diagnóstico sólo puede detectar moléculas o microorganismos patógenos producidos por invasores para detectar enfermedades. Pero lo siguiente podría ser una herramienta de diagnóstico que detecte directamente el ADN del patógeno. Estas herramientas, conocidas como pruebas de ácido nucleico, permiten a los médicos diagnosticar con precisión la enfermedad en sus primeras etapas. Investigadores como Yeager y el profesor de química de la Universidad de Harvard, George Whitesides, están trabajando de forma independiente en tiras reactivas de ácido nucleico.
10. Supermoléculas formadas por superatomos
Nuevos métodos pueden diseñar átomos, moléculas y materiales útiles que superen los límites de la tabla periódica de elementos.
Parece haber muchos elementos en la tabla periódica, pero no los suficientes para los químicos y científicos de materiales. Para diseñar materiales sintéticos con algunas propiedades inusuales, como el diseño de semiconductores de silicio que sean tan degradables como la madera, las recetas naturales suelen tener limitaciones. "Muchas veces, lo que se necesita es un átomo que no existe", afirmó Colin Nuckolls, profesor de química en la Universidad de Columbia. Las supramoléculas compuestas por los llamados "superátomos" podrían satisfacer esa necesidad. Los superatomo son grupos de átomos que se comportan como átomos individuales, y los investigadores pueden intentar dotarlos de propiedades electromagnéticas especiales que son difíciles o imposibles de obtener mediante combinaciones naturales de elementos. Aunque los químicos saben cómo construir superátomos durante décadas, no han podido encontrar una manera confiable de conectarlos en estructuras más grandes.
Ahora, el equipo de investigación de Nuckels ha encontrado una manera de crear "moléculas de diseño" a partir de superatomos. Estas estructuras sintéticas pueden imitar las características de las moléculas naturales, y los científicos de materiales pueden "afinar" estas características para lograr algunos objetivos especiales. "Se puede cambiar fácilmente la química o el magnetismo de las moléculas formadas por superatomos, pero no se puede hacer eso sólo con la estructura atómica", dijo Nuckels. "Es como añadir otra dimensión a la tabla periódica".