domingo, diciembre 11, 2016

Nanopedagogía. ¿Podrá la nanotecnología llevar el conocimiento directamente al cerebro?

Un año después de que Nicholas Negroponte fundara, junto a Jereme Wiesner, el MIT Media Lab (Instituto Tecnológico de Massachussets), un laboratorio interdisciplinario considerado uno de los principales centros de innovación del mundo vinculado a la neurobiología y la robótica;  dictó una conferencia (1984) en la cual  lanzó varias predicciones acerca de cómo podría ser nuestro futuro. El ahora Director del Laboratorio, cuya puntería profética quedó demostrada en otras ocasiones, conjeturó con la posibilidad de que el conocimiento pueda depositarse directamente en el cerebro, luego de ingerir una pastilla con nanorrobots para liberarlos al riego sanguíneo y desde allí se introduzcan en los capilares conectados con  las neuronas. Dice a modo de ejemplo: “En el futuro aprenderemos idiomas tomando una pastilla”. 36 años después, en noviembre del año 2016 publicamos en Biotecnología & Nanotecnología al Instante el artículo “Neuronanorobots & cerebros humanos artificiales.” en el cual se da un amplio panorama sobre el estado actual de nanoneurorobótica y su contribución para el estudio estructural y funcional del cerebro humano. Decíamos “En el artículo “Human Connectome Mapping and Monitoring Using Neuronanorobots” publicado en la revista científica Journal of Evolution & Technology, investigadores de la Universidad de Minho (Portugal) proponen tres clases específicas de neuronanorobots: los endoneurobots, los gliabots y los synaptobots. Los tres en conjunto pueden de forma no destructiva  monitorear la estructura y los cambios estructurales que ocurren en los 89.000 millones de neuronas y en las  2,42 x 1014 sinapsis del cerebro humano y a la vez procesar los 4,31 x 1015 picos/segundo de información funcional eléctrica de la red neuronal y sináptica..” “Tales neuronanorobots deberían conservar la información estructural y funcional subyacente del cerebro con la temporal-espacial apropiada, constituyéndose no sólo en la base para comprender el funcionamiento del cerebro humano (Human Brain Project, de la Comunidad Europea y Brain Activity Map, de los Estados Unidos),  también para ingresar software a los cerebros naturales o artificiales construidos con nanochips neurosinápticos”. Una nueva forma de llevar conocimiento directamente al cerebro.
-Me da una píldora de historia,  una de química  y una de chino mandarín…

Video complementario:



miércoles, noviembre 16, 2016

Neuronanorobots & cerebros humanos artificiales.

Preservar la información del cerebro es esencial para la conservación de la vida humana significativa. Una parte crucial de esa valiosa información es de naturaleza estructural denominándose conectoma humano al entorno de procesamiento necesario para la información funcional. La neuronanorobótica es la aplicación de nanorobots para el estudio estructural y funcional del cerebro humano. En el artículo “Human Connectome Mapping and Monitoring Using Neuronanorobots” publicado en la revista científica Journal of Evolution & Technology, investigadores de la Universidad de Minho (Portugal) proponen tres clases específicas de neuronanorobots: los endoneurobots, los gliabots y los synaptobots. Los tres en conjunto pueden de forma no destructiva  monitorear la estructura y los cambios estructurales que ocurren en los 89.000 millones de neuronas y en las  2,42 x 1014 sinapsis del cerebro humano y a la vez procesar los 4,31 x 1015 picos/segundo de información funcional eléctrica de la red neuronal y sináptica. El monitoreo del conectoma funcional y estructural por los neuronanorobots incluye dos tareas principales: el seguimiento del funcionamiento de procesamiento de información eléctrica sobre la base del potencial de acción que ocurre en las sinapsis y neuronas; y  el seguimiento de los cambios sinápticos neuronales y estructurales asociados con el tratamiento de dichos datos funcionales. Los endoneurobots y los gliabots son los mayores de los neuronanorobots propuestos, cada uno con un volumen de 10 μm3. Los endoneurobots salen del torrente sanguíneo para entrar en el parénquima cerebral y navegar por el interior de la neurópila hasta entrar en el soma celular de la neurona y se ubicarse en un puesto intracelular del segmento inicial del axón. En forma análoga los gliabots salen del torrente sanguíneo, entran en la célula glial respectiva para posicionarse de forma intracelular en la región intraglial más adecuada. Los synaptobots (5 μm3) son los más pequeños y claramente los más técnicamente difícil de construir debido a: su escaso volumen,  los requerimientos de navegación necesarios para llegar a la posición de vigilancia y el desafío de los datos de análisis de la sináptica estructural. La comunicación de soporte (y transmisión de datos) es proporcionada por los endoneurobots, liberando a los synaptobots de la necesidad de incluir esta maquinaria de apoyo de alto volumen a bordo de su estructura. La tarea de supervisar el tráfico de datos en bruto para todo un cerebro humano vivo requiere mínimamente una capacidad de manejo de datos a la red de (5,52 ± 1,13) x 1016 bits / seg, que corresponde a una tasa de aumento sináptico-procesado estimado de (4,31 ± 0,86) x 1015 picos /seg. Los synaptobots son responsables de supervisar las sinapsis, las estructuras más difíciles e importantes subcelulares en el cerebro humano. Las sinapsis eléctricas son parte de la red neuronal que procesa la información del cerebro humano. Ellas juegan un papel crucial en el procesamiento de información del cerebro y están implicadas en el aprendizaje y la memoria…
El artículo propone manejar la información de todo el cerebro humano utilizando un conjunto de neuronanorobots:endoneurobots, gliabots y synaptobots. Tales nanorobots deberían conservar la información estructural y funcional subyacente del cerebro con la temporal-espacial apropiada, constituyéndose no sólo en la base para comprender el funcionamiento del cerebro humano (Human Brain Project, de la Comunidad Europea y Brain Activity Map, de los Estados Unidos),  también para pasar nuestro "software" a los cerebros artificiales construidos con nanochips neurosinápticos.

Lectura complementaria:
Human Connectome Mapping and Monitoring Using Neuronanorobots

martes, mayo 17, 2016

Qué hace y dónde trabaja un nanotecnólogo.

Comprender el mundo desde lo pequeño y hacer construcciones con átomos y moléculas para dar respuestas a las problemáticas socioeconómicas relacionadas con la salud, el medio ambiente, la energía, los nuevos materiales y la electrónica, constituye lo esencial de la fascinante tarea de los nanotecnólogos.
Los nanotecnólogos somos innovadores  y como tales debemos poseer conocimientos de ciencia, tecnología y gestión. Tenemos una enorme cantidad de tareas para realizar, algunas muy diferentes entre sí. Vamos a analizarlas desde las cuatro etapas del hacer innovador. La primera, indispensable para la profesión, es entender los procesos íntimos de la nanociencia para poder hacer investigación de punta descubriendo y descifrando fenómenos y mecanismos aún no conocidos, generando las bases de futuros usos prácticos de nuestras investigaciones. La investigación es uno de nuestros campos de desempeño. Tal vez el que inicia la mayoría de nuestro accionar y sin el cual no tendría sentido la nanotecnología.
La  segunda consiste en ocuparnos de traducir el resultado de aquellas investigaciones en productos o servicios que signifiquen mejorar y hasta extender la vida de las personas, haciendo píldoras de nanorobots que viajan por el torrente sanguíneo para introducirse en las células del cuerpo y combatir a los virus, reparar alteraciones genéticas y eliminar moléculas nocivas; nanopartículas magnéticas afines a marcadores tumorales para "descubrir" el cáncer mejorando los niveles de detección;  nanoesferas-nanodelivery para llevar medicamentos a distintas partes de nuestros organismo con capacidad de introducir un componente esencial en células específicas; nanorreparación de tejidos y células (ejemplo: cardíacas) utilizando implantes de nanomateriales, etc. Para sanear ambientes contaminados mediante la utilización de nanopartículas limpiadoras de contaminantes del agua y del suelo; de nanofiltros purificadores del agua; de nanosensores ambientales para prevenirnos de la contaminación ambiental y actuar consecuentemente; de nanocatalizadores (ejemplo: pueden convertir el monóxido de carbono en dióxido de carbono), etc. Para disminuir la utilización de combustible fósil a través de nuevos paneles solares de puntos cuánticos de alta eficiencia; de paneles solares nocturnos capaces aprovechar la radiación infrarroja reflejada de noche por las nubes sobre la tierra; de dispositivos lumínicos ecoeficientes; de sistemas de nanofotosíntesis artificial, de autos eléctricos con nanobaterías, etc. Para construir nanodispositivos y nanosistemas electrónicos tales como los nanochips que aumentan la velocidad de procesamiento y permiten construir “cerebros similares” con nodos neurosinápticos; las computadoras de dimensiones diminutas; las pantallas FED (Field Emisión Display) para reemplazar  las de los televisores LED, etc. Podríamos también citar toda una revolución en los nanomateriales, cada vez más resistentes, flexibles y mejores conductores de la electricidad. Nanomateriales utilizables tanto para hacer productos autopimpiantes, chalecos antibalas y baterías como encapsulados en nanopartículas  de productos cosméticos y de nutrientes para el agro. Sin tecnólogos que puedan llevar adelante esa traducción de investigación a productos, la ciencia es apenas un mero ejercicio intelectual sin valor práctico alguno, sólo la satisfacción personal de quien la ejecuta y la acumulación de conocimientos escritos en artículos que no se transforman en las respuestas que la sociedad del siglo XXI necesita.
La tercera etapa del innovador, una vez generados esos productos y servicios, es desarrollar y aplicar sistemas que permitan producirlos eficientemente, de forma reproducible, económicamente rentable, con la calidad y consistencia necesarias para que sean útiles a la gente. ¿Como producir numerosas nanopartículas, nanotubos de carbono, grafeno, nanochips, nanopiel electrónica, nanorobots, nanofiltros, paneles solares,…  nanodispositivos y nanosistemas?
Finalmente la cuarta etapa y la más dificultosa: generar empresas que puedan producir y comercializar esos productos, conseguir las aprobaciones legales y regulatorias necesarias para poder efectivamente llevar los productos al mercado, obtener la protección comercial a través del uso de la propiedad intelectual, venderlos en un ambiente de competencia extrema y de cambios continuos y profundos, generar una línea de sucesión para los productos que conseguimos, en modo de tener una compañía viable en el largo plazo y no una de un negocio solamente, evaluar acertadamente la factibilidad científico-técnica, económica, financiera y comercial de los nuevos desarrollos, incluyendo el riesgo asociado, la generación de las empresas y su operación.
Decíamos: tenemos una enorme cantidad de tareas para realizar, algunas muy diferentes entre si, es cierto, un nanotecnólogo investiga y trabaja con átomos y moléculas de todo tipo: plata, oro, óxidos de hierro, óxido de titanio, óxido de selenio, ADN, ARN, proteínas, virus, bacterias, levaduras, liposomas, gelatina, nanopartículas etc.; realiza dispositivos, sistemas, nanorobots, nanoesferas, nanodeliveris, nanochips, nanoreactores, nanoregeneración de tejidos y células, nanocatalizadores, nanobaterías, formulaciones, diseño de plantas; producción 3D, normas, validaciones, control de calidad, etc.;  gestionar asuntos regulatorios, propiedad intelectual, ventas, estudios de mercado, finanzas, exportación, contratos de todo tipo, dirección de empresas, negocios nacionales e internacionales...
Comprender el mundo desde lo pequeño, reconstruir el mundo desde lo pequeño transformando la naturaleza para hacer factible la vida de 7000 millones de personas en un planeta contaminado y saturado, constituye el gran y fascinante desafío de los nanotecnólogos.

Información complementaria:
nano.edu.ar
Nota: para una explicación adicional sobre "Qué hace y dónde trabaja un nanotecnólogo" solicitar una reunión con el Prof. Dr. Alberto L. D'Andrea, Director de Nanotecnología y Nuevas Tecnologías de la Universidad CAECE: adandrea@caece.edu.ar

domingo, abril 10, 2016

La nanotecnología convierte el agua en vapor sin hervirla.

En el artículo “Self-assembly of highly efficient, broadband plasmonic absorbers for solar steam generation", publicado el 8 de abril del 2016 en la revista Science Advances, se presenta un nuevo nanomaterial, realizado con nanopartículas de oro adheridas al interior de  un andamio con pequeños poros, capaz de convertir el agua en vapor usando sólo la luz del sol sin la necesidad de llevarla a ebullición. El material es de un color negro profundo debido a que refleja muy poca luz visible. Tiene un 99% de eficiencia en la absorción de la luz del espectro visible y partes del espectro infrarrojo. Gracias a su estructura altamente porosa el material flota en la superficie del agua, lo que le permite absorber los rayos del sol. Cuando la luz de cierta longitud de onda golpea una nanopartícula de oro dentro de uno de los poros, suben los electrones en la superficie produciendo plasmones localizados (nube de electrones) generando un intenso calor puntual responsable de la vaporización del agua. La longitud de onda de luz que excita un plasmón depende del tamaño de las nanopartículas. Entremezclar nanopartículas de oro de distintos tamaños permite absorber una gama de longitudes de onda y en definitiva más radiación solar. El nanomaterial logra la conversión de hasta el 90 por ciento de la energía de la luz en vapor. La generación eficiente de vapor constituye una forma muy útil de energía; puede utilizarse para la producción de agua dulce a partir de agua salada, la esterilización y el funcionamiento de las máquinas de vapor para generar corriente eléctrica o trabajo mecánico. Un buen ejemplo de la importancia  de comprender el universo de lo muy pequeño para realizar contrucciones con átomos y moléculas; un buen ejemplo de la nanotecnología en acción.


Lecturas complementarias: