Shouryya Ray, un joven indio de 16 años, ha resuelto un problema matemático propuesto por Newton en el siglo XVII. Un problema que hasta ahora se calculaba con aproximaciones. Suficientemente buenas para la práctica, pero no para él. ¿Cuál es la trayectoria exacta de un proyectil sometido a atracción gravitatoria y enfrentado a la fricción del aire?

El joven estudiante, que se mudó con su familia de India a Alemania hace cuatro años, se enteró de la existencia del problema sin resolver en una visita a la Universidad Técnica de Dresden (Alemania). Ahí le ofrecieron datos experimentales con los que analizar la trayectoria del lanzamiento de una pelota. Los métodos para resolverlo eran aproximaciones y Ray decidió —«por curiosidad e ingenuidad de estudiante», dijo al Sunday Times— buscar la solución definitiva.«Cuando se nos explicó que no existía una solución, pensé que tampoco pasaría nada por buscarla», explicó. Para hacerlo ha tenido que resolver una enmarañada ecuación diferencial.

La solución de este problema de la dinámica clásica es una ecuación relativamente sencilla que permite calcular la posición y la velocidad precisas de un proyectil con una aceleración concreta, atraído por la gravedad y frenado por la fricción del aire. Más de 300 años de misterio matemático y todo un logro para un adolescente de solo 16 años.

¿Y por qué no se había resuelto hasta ahora? Más que por que el problema supusiese una dificultad extrema, porque los métodos aproximados conocidos eran suficientemente buenos para las aplicaciones en la vida real. En cualquier caso, un éxito para un joven que confiesa sentir auténtica «hambre de matemáticas» desde que su padre le introdujese al cálculo infinitesimal con tan solo seis años.

En el mismo trabajo, «Solución analítica de dos problemas fundamentales no resueltos de la dinámica de partículas», Shouryya Ray se enfrentó a un segundo reto, esta vez del siglo XIX. En éste encontró la ecuación que determina el comportamiento de un proyectil que choca contra una pared.

Nanopartículas que sirven para repeler el agua o nanotubos de carbono utilizados para fabricar elementos fuertes de poco peso. De acuerdo con el físico Javier Mateos, profesor de Electrónica del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Salamanca, en España, estos son sólo dos ejemplos de las aplicaciones prácticas que la Nanotecnología ha desarrollado en la actualidad. 

"Esta tecnología agrupa a todos aquellos campos de la Ciencia que tienen el nexo común de trabajar con cosas muy pequeñas, involucra a disciplinas tan diversas como la Medicina, la Química, la Electrónica, la Fotónica o la Biología", señaló el especialista en declaraciones a DiCYT.

La Nanotecnología también es comprendida como la manipulación controlada de átomos y moléculas para producir materiales, sustancias y dispositivos en niveles muy pequeños. Su unidad de medida es el nanómetro, el cual equivale a una milmillonésima parte de un metro, es decir, 10 -9 metros. "Para hacernos una idea, su tamaño es más pequeño que un glóbulo rojo o un cabello humano", comenta. Por otra parte, un nanómetro es el ancho de una molécula de ADN y veintidós nanómetros es el tamaño de los transistores que se usan en la actualidad para elaborar los CPU de los ordenadores o las memorias USB.

Precisamente, estos últimos son los elementos que utilizan para realizar sus investigaciones, los científicos del equipo de trabajo del cual forma parte Mateos. "Nosotros pretendemos desarrollar circuitos, transistores y dispositivos que vayan más rápido, intentamos obtener sus características y optimizar su diseño, tratando de que tengan menos ruido electrónico y funcionen mejor. Como no tenemos la posibilidad de fabricar este tipo de dispositivos, nuestro grupo de investigación lo que hace es modelización, es decir, procesos de simulación por medio del ordenador", afirma. 

Para este investigador, la Electrónica es un área de gran aplicabilidad e interés para la Nanotecnología, ya que ha facilitado el desarrollo de circuitos y transistores mucho más pequeños que han cambiado la forma en que utilizamos actualmente los ordenadores. En los últimos 20 a 30 años, los estudios nanotecnológicos han avanzado en la visión práctica de estas tecnologías, desarrollando aplicaciones tan relevantes como la Nanoelectrónica. 

La Nanoelectrónica ha vivido un proceso de desarrollo continuo en el cual se han ido reduciendo el tamaño de los dispositivos. Incluye la electrónica de hace 50 años, en la cual los dispositivos poseían tamaños del orden de los milímetros, transitando por la Microelectrónica hasta alcanzar finalmente niveles nanométricos. Gracias a la Nanoelectrónica "somos capaces de hacer dispositivos electrónicos más pequeños que un virus. Los virus hace nada no se podían ver, no se podía saber cómo eran, mientras que ahora somos capaces de hacer estructuras aún más pequeñas", comentó el especialista. 

Actualmente, Mateos se encuentra involucrado en un proyecto europeo en el que su grupo es el coordinador. Dicho proyecto está orientado al uso de terahercios, un tipo de ondas que se encuentran entre los rayos x y los rayos visibles, empleados en la fabricación de sistemas técnicos que permitan la visibilidad entre las paredes o tejidos. Como España no cuenta con las condiciones para la producción de este tipo de dispositivos, su equipo se encarga de desarrollar la parte teórica del proyecto, mientras que cuatro laboratorios europeos que actúan como contraparte, se dedican a implementar sus posibles procesos de producción.

En un futuro no muy lejano, la investigación en Nanotecnología abrirá la puerta a un número infinito de utilidades, aunque algunas de ellas por ahora son ciencia ficción. Sin embargo es sólo cuestión de tiempo para que sean una realidad. Gracias a estas aplicaciones, se espera desarrollar nanomateriales que puedan monitorizar la temperatura del cuerpo, nanosensores que se implanten debajo de la piel para identificar cuerpos extraños e instrumentos nanométricos que permitan detectar enfermedades. Todos ellos tan pequeños que serían menos invasivos y molestos para las personas, explicó el especialista

La imagen ha sido tomada a unos 36.000 kilómetros de la Tierra y con sus 121 megapíxeles y ha cautivado a todos por

su belleza y nitidez. La cámara del satélite ruso Elektro-L ha destronado a la famosa 'cánica azul' que captó en 1972 el Apollo 17, aquella mítica fotografía del planeta completo, rodeado de la oscuridad del espacio.

Medios de todo el mundo han bautizado la foto como "la imagen definitiva de la Tierra". La panorámica muestra el contraste entre el suelo y el mar, entreverada con la nubosidad de la atmósfera que hace inconfundibles estos paisajes. La fotografía combina cuatro tipos de onda de luz y en las fotos aparece la Tierra con unas tonalidades naranjas que representan la vegetación, que quedan definidas así por el efecto infrarrojo.

La cámara utilizada para la foto tiene una resolución de un kilómetro por píxel para el espectro visible y de cuatro kilómetros para el espectro infrarrojo. Hace fotos cada 30 minutos, pero cuando hay algún fenómeno natural puede pasar a hacerlas cada 15, funcionando con una velocidad de transferencia de 16,36 megabits por segundo.

El satélite Electro-L fue lanzado desde el cosmódromo de Baikonur en enero del año pasado. Está en órbita para hacer pronósticos de tiempo a nivel regional y global, analizar el estado de los océanos, así como la ionosfera y el campo magnético de la Tierra.

Cada potencia espacial ha competido no solo en llegar más lejos sino en conseguir los mejores documentos fotográficos del rincón del universo en el que habitamos. De hecho, la NASA tiene la costumbre de tomar esta fotografía todos los años. Desde la primera toma realizada el 7 de diciembre de 1972 por la tripulación del Apolo 17, a 45.000 kilómetros de la superficie, el ritual se repitió con asiduidad.

En aquella primera ocasión los astronautas se encontraban en una posición privilegiada respecto al Sol, por lo que la Tierra apareciócompletamente iluminada ante ellos cuando llevaban cinco horas rumbo a la Luna. Al verla tan brillante les pareció una 'canica azul', y de ahí el nombre de la serie de fotografías, Blue Marble, que han maravillado a generaciones

Las autoridades aeroespaciales rusas, acostumbradas a llevarse de vez en cuando disgustos por los contratiempos en algunas misiones, han sacado pecho ante el buen resultado obtenido recordando que las fotografías que las agencias y la NASA suelen difundir habitualmente suelen ser tomadas uniendo distintas imágenes, algo que no sucede con la instantánea del Electro-L. Después sí se utilizaron varias imágenes en alta definición para armar un vídeo que representa el movimiento en el espacio.

  

Meteoritos HED

La investigación liderada por Maria Cristina de Sanctis, del Instituto Nacional de Astrofísica (Italia), demuestra que Vesta es una de las fuentes del grupo de meteoritos conocidos como HED (howardita, eucrita y diogenita).

Los científicos han llegado a esta conclusión después de observar el hemisferio sur del protoplaneta, donde está la depresión de Rheasilvia. La profundidad de esta cuenca sería consecuencia de la producción de los meteoritos HED del sistema solar.

En España cayó una de estas rocas. Se trata del meteorito de Puerto Lápice (Ciudad Real), que impactó en mayo del 2007. Actualmente, científicos españoles como Josep Maria Trigo-Rodríguez, del Instituto de Ciencias del Espacio (CSIC-IEEEC), explican a SINC que trabajan en “la caracterización espectral de estos restos caídos en España para compararlos con los espectros que toma la sonda Dawn de la superficie de Vesta”. Parte de estas muestras se conservan en el Museo Nacional de Ciencias Naturales (CSIC).

El tercer estudio de Science, liderado desde el Instituto de Ciencia Lunar de la NASA (EE UU) por Simone Marchi, se describe la historia de los cráteres de Vesta, y en otro, Paul Schenk, del Instituto Lunar y Planetario (EE UU), detalla las características de dos gigantescos impactos en el protoplaneta.

En otra investigación del equipo de Vishnu Reddy, del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (Alemania), se detalla la composición mineral y una variación cromática que nunca antes se había visto en un cuerpo celeste como Vesta.

Y el último de los seis trabajos, liderado por Ralf Jaumann, del Instituto de Investigación Planetaria (Alemania), describe “la geología diversa de la superficie de Vesta”, incluyendo cráteres de todos los tamaños, variedad de mantos, material oscuro y evidencias de pérdida de masa.

Una crónica del sistema solar

Estos hallazgos ayudan a comprender mejor la formación del sistema solar primitivo. Así lo cuenta Christopher Russell, de la Universidad de California (EE UU) a SINC: “El objetivo final es entender la formación del sistema solar ‘entrevistando’ a su habitante más viejo”.

De momento se han recogido datos a una altitud de entre 210 m a 2.700 km y, en estos momentos, la sonda Dawn intenta alcanzar alturas aún mayores. El próximo paso, continúa el investigador, es “tomar fotografías de la superficie de Vesta donde el Sol no ha brillado”.

Russell concluye: “Nuestras mediciones mejoran el conocimiento del protoplaneta para saber qué tendríamos que hacer para establecer una base en Vesta para la exploración humana”.

Todos hemos jugado alguna vez con imanes y hemos experimentado la "misteriosa" fuerza que hace que se atraigan o se repelan entre ellos y que atrae a todos los objetos fabricados con hierro. Los imanes, a pesar de su misterio, son también algo familiar para todos nosotros desde casi la más tierna infancia.. 

En estas experiencias vamos a ver cómo podemos tratar de "visualizar" o representar esas líneas de campo magnético generado por distintos imanes. 

Experiencia 1

Material necesario 

* Limaduras de hierro 

* Imanes 

* Un papel 

* Un salero para rellenar con las limaduras de hierro y poder espolvorearlas más fácilmente 

Las limaduras de hierro pueden comprarse en tiendas de juguetes científicos. También pueden obtenerse minúsculos hilos de hierro (cumplen el mismo papel que las limaduras) cortando con unas tijeras una esponja de lana de acero, una virulana. 

¿Qué vamos a hacer? 

Vamos a cubrir un imán con una hoja de papel y vamos a espolvorear lentamente las limaduras sobre el papel.

Observa como las limaduras se van orientando y dibujando las líneas de campo. 

Seguí experimentando 

Probá con distintos tipos de imanes y de diferentes formas. Enfrenta los polos de dos imanes (tanto iguales como diferentes) y observa lo que ocurre al añadir las limaduras de hierro. 

Experiencia 2 

En esta experiencia vamos a fabricar un dispositivo que nos ayude a detectar las líneas de campo sin tener que añadir y retirar continuamente las limaduras de hierro. 

Material necesario 

* Caja o recipiente transparente pequeño (puede servir un bote de mermelada u otro similar) 

* Limaduras de hierro 

* Aceite (sirve cualquier aceite de los que se utilizan en la cocina) 

* Imanes 

¿Qué vamos a hacer? 

Lo primero es fabricar nuestro detector. Para ello basta con rellenar el recipiente transparente con el aceite y añadir unas pocas limaduras de hierro, moviendo un poco para que se repartan uniformemente en el aceite. 

Acerca un imán y observa como se orientan lentamente las limaduras, dibujando las líneas de campo. Mueve el imán y colócalo con distintas orientaciones. 

Prueba a añadir distintas cantidades de limaduras de hierro hasta que consigas un buen detector. 

A pesar de su aparente simplicidad los materiales granulares como la arena, el balasto de las vías del tren o el contenido de los paquetes de cereales presentan una variedad sorprendente de propiedades y a menudo un comportamiento desconcertante. 

Efectivamente, estos materiales que, en ciertos aspectos parecen intermedios entre los líquidos y los sólidos, se diferencian notablemente de estos dos estados de la materia en numerosas situaciones. 

- Cómo lo hacemos

Un recipiente pequeño y ligero, por ejemplo un vaso de plástico se llena de arena. Un palo de madera,, incluso un lápiz, que sea algo rugoso se entierra parcialmente en la arena. A continuación se golpea con suavidad el envase contra la mesa durante un cierto tiempo con la finalidad de compactar la arena. 

Comprueba que has compactado tanto la arena que puedes levantar el conjunto de vaso con arena, simplemente, agarrando el palo con la mano y tirando suavemente hacia arriba. 

- Explicación 

En un paso más dentro de una línea de investigación que se abrió al demostrar que las células madre humanas pueden ser modificadas genéticamente para dar lugar a células capaces de combatir con éxito al virus VIH, causante del SIDA, un equipo de científicos de la UCLA (Universidad de California en Los Ángeles) ha demostrado ahora una acción eficaz de células derivadas de las células madre contra las células infectadas por VIH en un organismo vivo.

Este nuevo estudio demuestra por primera vez que la modificación genética de células madre para crear células inmunitarias que identifiquen y ataquen selectivamente al VIH es efectiva para suprimir al virus en tejidos vivos de un modelo animal.

El equipo de Scott G. Kitchen cree que este estudio sienta las bases para el uso de este tipo de enfoque en combatir la infección por VIH en individuos infectados, y proyecta un rayo de esperanza sobre la posibilidad de erradicar el virus del cuerpo.

En la investigación anterior, los científicos tomaron linfocitos T citotóxicos CD8 (células "exterminadoras" del sistema inmunitario que contribuyen a la lucha contra las infecciones) de una persona infectada por VIH, e identificaron la molécula conocida como receptor de células T, la cual ayuda a una célula T a reconocer y eliminar a las células infectadas por el VIH. Aunque estas células T son capaces de destruir a las células infectadas por VIH, en el cuerpo no existe la cantidad necesaria de ellas para erradicar al virus. Por eso, los investigadores clonaron el receptor y lo usaron para modificar genéticamente células madre humanas de la sangre. A continuación, colocaron las células madre modificadas dentro de tejido humano de la glándula conocida como "timo”, el cual había sido implantado en ratones, lo cual permitió estudiar la reacción en un organismo vivo.

Las células madre modificadas se convirtieron en una gran población de células CD8 maduras y multifuncionales que podían atacar específicamente a las células que contenían proteínas del VIH.

En el nuevo estudio, de modo similar, los investigadores modificaron células madre humanas de la sangre y descubrieron que pueden dar lugar a unas células T maduras capaces de atacar al VIH en los tejidos donde el virus reside y se replica. Para el trabajo, los científicos usaron un modelo sucedáneo del humano, el ratón "humanizado", en el cual la infección por VIH se asemeja mucho a cómo es la enfermedad y su progresión en los humanos.

Unos 300.000 años atrás, los humanos se adaptaron genéticamente para ser capaces de producir cantidades significativas de los ácidos grasos omega-3 y omega-6. Esta adaptación pudo ser crucial para el desarrollo de la capacidad cerebral única de los humanos modernos.

El cerebro y el sistema nervioso humanos contienen grandes cantidades de ácidos grasos poliinsaturados, y estos son esenciales para el desarrollo y funcionamiento del cerebro. Estos ácidos grasos omega-3 y omega-6 sólo aparecen en grandes cantidades en pocos alimentos, como por ejemplo en los pescados grasos. Nuestros cuerpos también producen estos importantes ácidos grasos a partir de determinados aceites vegetales.

El equipo de Adam Ameur y Ulf Gyllensten, de la Universidad de Uppsala en Suecia, ha examinado a fondo los genes de dos enzimas clave necesarias para producir los ácidos grasos omega-3 y omega-6 a partir de aceites vegetales. Estos investigadores han comprobado que los humanos tenemos una variante genética única que posibilita una mayor producción. Esta adaptación genética para producir mayor cantidad de ácidos grasos omega-3 y omega-6 sólo está presente en el Ser Humano y no en chimpancés, gorilas, y monos rhesus, nuestros parientes evolutivos vivos más cercanos. Tampoco poseyeron esta variante genética los neandertales ni los homínidos de la Caverna Denisova (nuestros parientes evolutivos extintos más cercanos aparte de los neandertales).

La capacidad cerebral de los humanos modernos no tiene precedentes. (Imagen: NASA)

Esta adaptación genética para una producción más eficiente de omega-3 y omega-6 a partir de aceites vegetales se desarrolló en África hace unos 300.000 años, dentro de la línea evolutiva que condujo a los humanos modernos, y probablemente ha sido a lo largo de la historia un factor importante para la supervivencia humana en ambientes con acceso limitado a comida que tuviera ácidos grasos.

Durante la evolución inicial de los humanos, cuando había un déficit general de energía, esta variante hizo posible que nuestros antepasados pudieran obtener la cantidad de ácidos grasos poliinsaturados necesaria para la gran capacidad cerebral que caracteriza a la especie humana.

Con las actuales condiciones de vida en las naciones industrializadas, donde la escasez de comida ya no es una amenaza generalizada como sí lo fue a menudo en el pasado de la especie, esta adaptación genética contribuye en muchas personas con dietas inadecuadas a generar un mayor riesgo de desarrollar trastornos tales como enfermedades cardiovasculares.

En lo que es otro ejemplo fascinante de ciencia-ficción convertida en realidad, se está desarrollando un diminuto robot, por ahora sólo en fase de prototipo, que funciona en ciertos aspectos como una criatura viva y que algún día podría ser usado de manera segura para identificar enfermedades en el cuerpo humano.

La intención con el diseño del robot es crear e integrar componentes que respondan a la luz y a las sustancias químicas de la misma forma que responden los sistemas biológicos. Es un nuevo camino dentro de la robótica. El objetivo final es que el robot, llamado Cyberplasm, tenga un sistema nervioso electrónico, sensores producidos con células de mamíferos que hagan la función de los ojos y la de una nariz, así como músculos artificiales que usen glucosa como fuente de energía para accionarse y propulsar al robot.

El Cyberplasm estará en fase de desarrollo durante los próximos años como parte de una colaboración internacional financiada por el Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC) en el Reino Unido, y por la Fundación Nacional estadounidense de Ciencia (NSF). El trabajo en el Reino Unido se está realizando en la Universidad de Newcastle.

Entre los usos futuros del Cyberplasm podría estar la capacidad de nadar por el interior del cuerpo humano, sin interferir con el funcionamiento normal de éste y sin que la persona notase nada, con el propósito de detectar una amplia gama de enfermedades.

Una vez que sea desarrollado, el prototipo del Cyberplasm tendrá menos de 1 centímetro de largo. Las versiones futuras podrían tener menos de 1 milímetro de largo o incluso ser construidas a escala nanométrica.

Los sensores del Cyberplasm están siendo desarrollados por el equipo de Daniel Frankel, de la Universidad de Newcastle, para que respondan a estímulos externos convirtiéndolos en impulsos electrónicos que son enviados a un "cerebro" electrónico equipado con sofisticados microchips. Este cerebro luego enviará mensajes electrónicos a músculos artificiales indicándoles que se contraigan y relajen, haciendo posible que el robot navegue de manera segura mediante un movimiento ondulante.

De modo similar, a través de estos sistemas se pueden recolectar y almacenar datos sobre la composición química del entorno del robot a los que después pueda tener acceso el personal cualificado que trabaje con él.

Los robotistas del proyecto están ahora desarrollando y probando componentes individuales del Cyberplasm. Se prevé alcanzar la etapa de ensamblaje dentro de un par de años. El Cyberplasm podría comenzar a ser usado en situaciones reales dentro de unos cinco años.