El Rincón de la Ciencia, Tecnología y el Conocimiento

“Ahora para encontrar trabajo hace falta un máster. ¿Qué será lo próximo? ¿El Nobel? Entrevista al educador Ken Robinson

Publicado por El Rincón de la Ciencia, Tecnología y el Conocimiento en Jueves, 21 de julio de 2016

Historia del Universo

Diagrama representativo de la historia del universo.

Para todas las mentes curiosas

con inquietud de conocimiento.

Neuronas

Conexiones sinápticas.

Química

Tabla Periódica de los elementos.

Tecnología

Al alcance de nuestras manos.

Moléculas y el espacio

FRASES DE CIENCIA

sábado, 1 de octubre de 2011

VS Ramachandran: Las neuronas que forman nuestra civilización

El neurólogo Vilayanur Ramachandran ha estudiado los más básicos mecanismos del cerebro. Trabaja con personas que sufren daño cerebral ocasionado por derrame u otras causas y ha logrado crear un mapa de funciones mentales directamente relacionadas con áreas físicas del cerebro.
Me gustaría hablarles hoy del cerebro humano, que es sobre lo que investigamos en la Universidad de California. Piensen en este problema durante un segundo. Aquí tenemos un trozo de carne, de alrededor de un kilo y medio, que se puede sostener en la palma de la mano. Pero puede abarcar la inmensidad del espacio interestelar. Puede abarcar el significado del infinito, cuestionar el significado de su propia existencia, o el de la naturaleza de Dios.
Y sin lugar a dudas es lo más asombroso del mundo. Es el mayor misterio al que se enfrentan los seres humanos: ¿cómo ocurre todo esto? Bien, el cerebro, como saben, está formado por neuronas. Aquí observamos las neuronas. Existen 100 mil millones de neuronas en el cerebro humano adulto. Y cada una establece alrededor de entre 1.000 y 10.000 conexiones con otras neuronas en el cerebro. Y, basándose en esto, han calculado que el número de permutaciones y combinaciones de la actividad cerebral excede el número de partículas elementales del universo.
Por lo tanto, ¿cómo abordamos el estudio del cerebro? Un enfoque es observar a pacientes con lesiones en diferentes partes del cerebro, y estudiar los cambios en su conducta. Sobre esto hablé en la última charla en TED. Hoy hablaré sobre un enfoque diferente que consiste en poner electrodos en diferentes partes del cerebro, y grabar la actividad de las diferentes células nerviosas del cerebro. Algo así como escuchar a escondidas la actividad de las células nerviosas del cerebro.
Bien, un descubrimiento reciente realizado por investigadores de Italia, en Parma, por Giacomo Rizzolatti y sus colegas, es un grupo de neuronas llamadas neuronas espejo, que se encuentran en la parte anterior del cerebro en los lóbulos frontales. Bien, resulta que hay neuronas en la parte anterior del cerebro denominadas neuronas motoras, que se conocen desde hace más de 50 años. Estas neuronas se activan cuando una persona realiza una acción. Por ejemplo, si hago esto, y alcanzo una manzana, una neurona motora en la parte anterior de mi cerebro se activará. Si alargo la mano y alcanzo un objeto, se activará otra neurona, ordenándome que lo alcance. Se denominan neuronas motoras y se conocen desde hace mucho tiempo.

Pero lo que Rizzolatti encontró fue que un subconjunto de estas neuronas, tal vez un 20 por ciento de ellas, también se activará cuando mire a alguien que esté realizando la misma acción. Aquí tenemos una neurona que se activa cuando agarro algo, pero también se activa cuando veo a Fulanito agarrar algo. Es verdaderamente asombroso. Porque es como si esta neurona estuviera adoptando el punto de vista de la otra persona. Es casi como si estuviera realizando una simulación de realidad virtual de la acción de la otra persona.
Bien, ¿cuál es la relevancia de estas neuronas espejo? Como mínimo deben estar involucradas en la imitación y la emulación. Porque imitar un acto complejo requiere que mi cerebro adopte el punto de vista de la otra persona Esto es importante en la imitación y la emulación. Bueno, ¿por qué es tan importante? Bueno, echemos un vistazo a la siguiente diapositiva. ¿Cómo se realiza la imitación? ¿Por qué es importante la imitación? Las neuronas espejo y la imitación, la emulación.
Observemos la cultura, el fenómeno de la cultura humana. Retrocedamos en el tiempo entre 75.000 y 100.000 años, observemos la evolución humana, resulta que algo muy importante ocurrió hace unos 75.000 años. Hay una aparición repentina y una rápida extensión de una serie de destrezas que son propias de los seres humanos, como el uso de herramientas, el uso del fuego, el uso de refugios y, por supuesto, el lenguaje, y la capacidad de leer lo que alguien está pensando e interpretar la conducta de esa persona. Todo eso ocurrió de una forma relativamente rápida.
A pesar de que el cerebro humano había alcanzado su tamaño actual hacía casi 300 o 400 mil años, hace 100.000 años todo esto ocurrió muy muy rápido. Y defiendo que lo que ocurrió fue la aparición repentina de un sistema sofisticado de neuronas espejo, que permitió emular e imitar las acciones de otras personas. De forma que cuando un miembro del grupo descubría algo accidentalmente, digamos el uso del fuego, o un tipo concreto de herramienta, en lugar de desaparecer gradualmente, se extendió rápidamente, horizontalmente por la población, o fue transmitido verticalmente a través de las generaciones.
Esto hizo de repente lamarckiana la evolución, en lugar de darwiniana. La evolución darwiniana es lenta, tarda cientos de miles de años. Un oso polar, para desarrollar el pelaje, tardará miles de generaciones, tal vez 100.000 años. Un ser humano, un niño, puede ver que sus padres matan un oso polar, y lo despellejan y colocan la piel sobre su cuerpo, y lo aprende en un solo paso. Lo que el oso polar tardó 100.000 años en aprender, él lo aprende en 5 minutos, tal vez en 10. Y una vez que lo aprende esto se extiende en proporciones geométricas por una población.
Esta es la base. La imitación de destrezas complejas es lo que llamamos cultura y es la base de la civilización. Existe otro tipo de neuronas espejo, que está implicado en algo completamente diferente. Existen neuronas espejo, como existen neuronas espejo para la acción, hay otras para el tacto. Dicho de otro modo, si alguien me acaricia, mi mano, una neurona en el córtex somatosensorial, en la región sensorial del cerebro, se activa. Pero la misma neurona, en algunos casos, se activará cuando simplemente vea que acarician a otra persona. Empatiza al ver que acarician a otra persona.
La mayoría de ellas se activarán cuando me acaricien en diferentes zonas. Diferentes neuronas para difererentes zonas. Pero un subconjunto de ellas se activará incluso cuando vea que acarician a alguien en la misma zona. De nuevo aquí vemos neuronas que tienen que ver con la empatía. La pregunta que surge es: si simplemente veo que acarician a otra persona, ¿por qué no me confundo y literalmente siento que me acarician a mí con el simple hecho de ver que acarician a alguien? Es decir, empatizo con esa persona pero no siento la caricia literalmente. Bueno, eso es porque tenemos receptores en la piel, receptores del dolor y del tacto, entrando de nuevo en nuestro cerebro y diciendo “No te preocupes, no te están acariciando. Así que empatiza, en cualquier caso, con la otra persona, pero no experimentes la caricia de verdad o de lo contrario te confundirás y te harás un lío”.
De acuerdo, hay una señal de retroalimentación que veda la señal de la neurona espejo evitando que experimenten conscientemente esa caricia. Pero si se quitan el brazo… simplemente me lo anestesian, me ponen una inyección en el brazo, anestesian el plexo braquial, para que el brazo se quede insensible, y no se tenga ninguna sensación. Si ahora veo que les acarician, literalmento lo siento en el brazo. Dicho de otro modo, han disuelto la frontera entre ustedes y otros seres humanos. Yo las llamo las neuronas Gandhi, o neuronas de la empatía. (Risas)
Y no lo digo en un sentido metafórico y abstracto, lo único que les separa de él, de la otra persona, es su piel. Quítense la piel, y experimentarán la caricia de esa persona en su mente. Han disuelto la frontera entre ustedes y otros seres humanos. Esta, por supuesto, es la base de gran parte de la filosofía oriental, no existe realmente un yo independiente, ajeno a otros seres humanos, examinando el mundo, examinando a las otras personas. De hecho, están conectados no sólo a través de Facebook e Internet, en realidad están literalmente conectados a través de sus neuronas. Y existen cadenas completas de neuronas en esta habitación, hablándose. Y no existe distinción real entre su consciencia y la consciencia de otra persona.
No es una filosofía de pacotilla. Emerge de nuestra comprensión de la neurociencia básica. Tienen un paciente con un miembro fantasma. Si le han quitado el brazo y tiene un miembro fantasma, y observa que acarician a alguien, lo siente en su miembro fantasma. Lo asombroso es que, si siente dolor en su miembro fantasma, aprieta la mano de la otra persona, masajea la mano de la otra persona, eso le alivia el dolor de su mano fantasma, casi como si la neurona obtuviera alivio por el simple hecho de ver que están masajeando a alguien.
Aquí tienen mi última diapositiva. Durante mucho tiempo la gente ha considerado la ciencia y las humanidades como cosas distintas. C.P. Snow habló de las dos culturas: la ciencia por un lado, las humanidades por otro, nunca las dos se unirán. Yo sostengo que el sistema de neuronas espejo contiene la interfaz que les permitirá repensar cuestiones como la consciencia, la representación del yo, lo que les separa de otros seres humanos, lo que les permite empatizar con otros seres humanos, e incluso cosas como la aparición de la cultura y la civilización, que es exclusiva de los seres humanos. Gracias. (Aplausos)

Artículo tomado íntegro de :Ted, Ideas que vale la pena difundir.


Symphony of Science - Ode to the Brain (Subtítulos en español)


La simulación más exacta del universo hasta la fecha

La simulación Bolshoi es la simulación cosmológica más exacta de la evolución de una estructura a gran escala del universo, hecha hasta la fecha  ("Bolshoi" es la palabra rusa que significa "grandioso" o "grande"). 

Los dos primeros trabajos de una serie de investigación, que describe Bolshoi y sus implicaciones han sido aceptados para su publicación en el Astrophysical Journal. 

La liberación de los primeros datos de los resultados de Bolshoi , incluyendo la producción de Bolshoi y la simulación BigBolshoi o MultiDark de un volumen 64 veces mayor que el Bolshoi, se puso a  dispocision al público,  para los astrónomos y astrofísicos del mundo.

El punto de partida para el Bolshoi fue el mejor en tierra ya que sus observaciones desde el espacio, incluso de larga duración fueron un gran éxito de la misión del Explorador NASA WMAP que ha cartografiado a la luz del Big Bang en el cielo


La visualización de la materia oscura en 1 / 1000 de la gigantesca simulación cosmológica Bolshoi, hacer zoom sobre una región centrada en el halo de materia oscura de un grupo muy grande de las galaxias. Visualizados por Chris Henze, NASA Ames Research Center. Esta visualización se narra en el especial de National Geographic TV "Dentro de la Vía Láctea" .Que se utiliza con la pieza "materia oscura" en el concierto de Bjork biofilia.

La simulación Bolshoi tuvo 6.000.000 horas de CPU para ejecutar en la  supercomputadora Pléyades, recientemente clasificada como la séptima mejor del mundo del Top 500 de supercomputadoras, en el Centro de Investigación Ames de la NASA .

Grandes simulaciones cosmológicas, como la simulación "Millennium", son ahora la base para muchas investigaciones actuales sobre la estructura del universo y la evolución de las galaxias  y cúmulos de galaxias. 

Debido a los avances importantes en la medición de los parámetros cosmológicos, en el poder, la velocidad de las supercomputadores y los códigos de simulación en los últimos cinco años,  en comparacion con la simulación cosmológica del programa "Millennium", podemos decir que, la simulación Bolshoi es sustancialmente mejor en resolución y precisión.

Los principales  investigadores del proyecto Bolshoi , Anatoly Klypin,  Joel Primack  y sus colegas prevén que las simulaciónes  Bolshoi se  convertirán en las nuevas referencias de la cosmología, para hacer las predicciones teóricas que luego pueden ser contrastadas con los datos recopilados por los observaciones de los  astrónomos. 

Una de las primeras predicciones fue la fracción de galaxias del mismo tipo que la vía láctea con galaxias satelitales tan brillantes como la nuestraa, grandes y pequeñas nebulosas como la nebulosa de magallanes, los resultados estuvieron en concordancia con las observaciones del Sloan Digital Sky Survey.



La simulación traza la evolución de una estructura a gran escala del universo, incluyendo la evolución y distribución de materia oscura, entre la cual las galaxias se formaron y crecieron. Los estudios iniciales muestran concordancia entre las predicciones de la simulación y las observaciones realizadas por los astrónomos.
“Lo que es muy interesante es que ahora contamos una simulación bastante exacta que nos proporciona las bases para importantes y nuevos estudios en los meses y años por venir”, indicó Joel Primack, profesor de la Universidad de California en Santa Cruz.

Primack y Anatoly Klypin, profesor de astronomía de La Universidad Estatal de Nuevo México, encabezaron el equipo que realizó la simulación Bolshoi. Klypin escribió el código de computadora para la simulación, y la cual se llevó a cabo en la supercomputadora de la NASA en Ames Research Center.

La simulación Bolshoi se enfocó en una sección representativa del universo, calculando la evolución de un volumen cúbico midiendo alrededor de mil millones de años luz por un lado y observando las interacción de 8.6 mil millones de partículas de materia oscura. Tomó 6 millones de horas de CPU ejecutar la computación completa en la supercomputadora Pleiades, recientemente listada como séptimo lugar en la lista de supercomputadoras.


Fuente: http://hipacc.ucsc.edu/Bolshoi/

El Universo - La Vía Láctea



El Gen del sueño

Investigadores descubren el gen que te despierta

Controlar a un organismo no es tarea fácil y son muchos los mecanismos y funciones necesarios a nivel molecular. 

Por: Glenys Álvarez*  Editora Neutrina 

La importancia de los genes es vital en su producción de proteínas y, aunque no lo es todo, especialmente si hablamos de rasgos y conductas, las proteínas representan la biología básica de cualquier ser vivo. Y los genes hacen a las proteínas.

Esta molécula de ADN controla formas variadas de nuestra anatomía y el trabajo de nuestros órganos. Una de estas importantes funciones, de hecho, es el reloj molecular, nuestro calendario biológico que se encarga de apagarnos y encendernos todos los días. En esta amplia función, el sueño protagoniza la escena, el sueño con sus herramientas para dormirnos y despertarnos.


Hace mucho que conocemos algunas de las formas en que el reloj biológico funciona. Especialmente cuando se trata de adormecernos o de mantenernos despiertos; era, precisamente, la herramienta que nos activaba nuevamente lo que faltaba, hasta ahora. Un equipo de investigadores anunció ahora haber descubierto el gen que nos despierta. 


Pero veamos primero lo que conocíamos antes de saber sobre este nuevo gen y su proteína. Pues bien, el personaje principal en este drama de relojes biológicos es una proteína central a la que llaman PER. Día a día, la cantidad de PER que tenemos en nuestras células incrementa y disminuye y es importante que las células tengan conocimiento de ello pues usan PER como un indicador de saber cuánto tiempo le queda al día y cuándo ha llegado el momento de apagarnos o si hay que mantenernos aún despiertos.


No obstante, antes que la proteína tenemos a dos genes que la producen y la impulsan (CLOCK y BMAL); por eso, cuando caen las PER en nuestras células la presión sanguínea baja, nuestros procesos mentales y el nivel de los latidos del corazón disminuyen, la proteína disminuye de nuestras células y nos apagamos. Cerramos los ojos y a dormir.


“No sabíamos qué hacía que la proteína subiera de nuevo después de dormir y nos dijera que despertemos, hasta que conocimos al gen KDM5A que produce la proteína JARID1a”, explica Satchindananda Panda, profesor del Laboratorio de Química en el Instituto Salk para Estudios Biológicos. “El cuerpo es esencialmente una colección de relojes. Sabíamos más o menos qué mecanismos usa el cuerpo para decirle al organismo que reduzca la velocidad y duerma pero no sabíamos cómo hacía para despertarlo”.

Pues bien, los experimentos fueron realizados con células de moscas de la fruta (mimes o Drosophila melanogaster), de ratones y de humanos. Los investigadores, tanto de Salk como el doctor Luciano DiTacchio y otros especialistas de la Universidad McGill y el Colegio Universitario de Medicina Albert Einstein, identificaron la proteína, un tipo de enzima que pone al organismo a funcionar de nuevo. JARID1a es requerido para el ciclo normal, tanto a nivel celular como en términos del comportamiento diario del individuo.


“En las células humanas y de ratones que fueron genéticamente modificadas para producir muy poco JARID1a, la proteína PER no subía su cantidad en la sangre. En las moscas, por ejemplo, notamos que perdían la idea del tiempo y tomaban siestas durante el día, no existía una regulación. Lo que pasa es que nuestra proteína utiliza otra que actúa como un freno, conocida como HDAC, y la que reactiva así los niveles de PER en las células”, dice.


¡Y así nos despierta! Cuando los investigadores reintroducían la proteína en las moscas y los ratones, JARID1a producía la proteína freno y los animales volvían a la normalidad.


“Ahora que entendemos mucho mejor cómo funciona el mecanismo que nos duerme y nos despierta y de qué se trata, podemos indagar más profundamente e intentar resolver por qué no dormimos, qué ocurre con estos desórdenes crónicos que suelen empeorarse cuando envejecemos. De hecho, el reloj biológico suele ir en declive cuando envejecemos y nos enfrentamos al riesgo de contraer otras enfermedades, especialmente si no dormimos”.


Todos estos mecanismos estudiados y descubiertos manipulan los ciclos metabólicos y algunas de las enfermedades enlazadas a ellos; por ejemplo, convertir azúcares en grasa ocurre normalmente a ciertas horas del día y es probable que el análisis de estos relojes les permita entender mejor desórdenes como la diabetes.


“Mucho de lo que significa estar saludable y lucir joven tiene tanto que ver con tener una estupenda noche de descanso. Y ahora sabemos los protagonistas de esa tan necesaria función”, asegura Panda.



No tiene un nombre pegajoso: KDM5A, pero es el gen que se encarga de producir la proteína JARID1a que se encarga de despertarnos.

En la imagen, cortesía de Salk, los investigadores Luciano DiTacchio, a la izquierda, y Satchinadanda Panda, a la derecha, examinan una muestra del experimento.

Los resultados fueron publicados en el diario Science: www.science.org

Instituto Salk: http://www.salk.edu/
Albert Einstein: http://www.einstein.yu.edu/home/default.asp
Universidad McGill: http://www.mcgill.ca/


Investigadores descubren el gen que te despierta (Vídeo)
Unas moléculas dentro de las células se encargan del intenso trabajo de estructurar eso que llamamos reloj biológico y que nos mantiene despiertos y nos permite dormir, siguiéndole el rastro al día. 

Otra pieza de este interesante reloj, esa que nos despierta, fue descubierta por investigadores e identificadas como un gen y su distinguida proteína.








*Periodista científica fundadora y directora de Editora Neutrina
editoraneutrina@gmail.com

Cada minuto que pasa, 300 millones de células mueren en tu cuerpo




Lo cual no es mucho si contamos los billones y billones de ellas que poseemos y miles de millones que producimos diariamente. 

Por: Glenys Álvarez*  Editora Neutrina 

De hecho, las células que protagonizan esta noticia de hoy pertenecen a un tipo que puede durar vivas desde horas hasta años; estos llamados glóbulos blancos, diferentes a los rojos porque carecen de pigmentación, se llaman neutrófilos y son las células más abundantes en el cuerpo, de hecho, hasta un 75% puede estar conformado de neutrófilos. 

Pues bien, una célula tan popular ha sido bien estudiada. Se sabe que, por lo general, los neutrófilos se encuentran en el torrente sanguíneo pero pueden migrar hacia otros tejidos, más aún, estas células son las primeras en llegar al lugar cuando detectan la presencia de un invasor. 

Es la principal tarea de los neutrófilos, la fagocitosis, que sencillamente quiere decir que devoran hongos y microbios invasores, los capturan en su membrana y los degradan; indisputablemente, son muy buenos interviniendo y eliminando inflamaciones. Sin embargo, desde hace varios años se ha observado un enlace notable entre niveles elevados de estos neutrófilos y altos grados de invasión de tumores en pacientes con cáncer; además, científicos apuntaron que los neutrófilos juegan un papel realmente esencial durantes las primeras etapas del desarrollo de un tumor maligno.

Ahora, científicos en el Instituto de Investigación Scripps en la Universidad de California en San Diego, han confirmado este papel que abre nuevas estrategias para atacar la enfermedad; especialmente tumores cancerígenos que comienzan a desarrollarse, como las metástasis esperadas. 



“Este no es nuestro primer estudio sobre los neutrófilos y el cáncer, habíamos demostrado que estos glóbulos blancos de la médula que son los primeros en responder a una inflamación y promover el crecimiento de nuevos vasos sanguíneos en tejido sano, también lo hace en tumores malignos. Al promover la producción de estos vasos en el tumor, los neutrófilos hacen posible que el tumor se extienda”, explica Elena Deryugina, una de las autoras del estudio.

Así como hacen con la inflamación, que corren a ver qué ocurre, así se mueven los neutrófilos cuando un tumor comienza a formarse. Pero sabemos bien que la célula es una poderosa máquina que está conformada de muchas partes que interactúan con el cuerpo, los glóbulos blancos en general, por ejemplo, manufacturan una enzima (MMP-9) que ha sido enlazada al desarrollo de tumores también. 

Pero algo curioso ocurre, nuestros particulares glóbulos blancos, los neutrófilos, entre todos ellos, producen un tipo de esta enzima que es especialmente potente.


“Esta enzima es producida libre por los neutrófilos, no viene anclada con agentes inhibidores y reguladores, como los creados por otros tipos de células”, explica James Quigley, otro de los autores. 


Los neutrófilos traen esa poderosa enzima con ellos y sin inhibidores; suelta y libre. Para demostrar el enlace entre los neutrófilos, la desinhibida enzima y el crecimiento y la expansión de estos tumores malignos, el equipo transplantó dos tipos distintos de tumores en sus más tempranas etapas de formación en los embriones de pollitos y ratones. También introdujeron versiones diferentes de la enzima, en algunas ocasiones era combinada con agentes que disminuían su potencia, otras veces no. Y notaron que la formación de esos vasos sanguíneos tenía mucho que ver.


“Observamos el aumento y la disminución en la formación de vasos sanguíneos y establecimos que cuando los neutrófilos llevaban la enzima en su forma natural, los vasos en los tumores no dejaban de reproducirse, cada vez crecían más. De hecho, este crecimiento hace que los vasos sanguíneos se conviertan en una de las rutas de escape para estas células del tumor que van y se riegan más allá de su locación inicial”, explica Quigley.


Para los investigadores, que elaboraron distintas pruebas donde diferentes dosis y combinaciones eran suministradas, los tumores más agresivos dependían de su habilidad para atraer neutrófilos, sin embargo, cuando bloqueaban el flujo de neutrófilos en el área, no sólo reducían la angiogénesis sino también la metástasis.



“Nos parece que un agente anti-neutrofílico ayudaría más que un antiinflamatorio y en eso estamos trabajando”. 

Los resultados de la investigación fueron publicados en la edición de septiembre 2011 en el 

Diario Americano de Patología






*Periodista científica fundadora y directora de Editora Neutrina
editoraneutrina@gmail.com

Unas nuevas baterías para coches más seguras y de más larga duración

Energía sólido: El director general de Planar Energy, 
Scott Faris, muestra un cátodo de batería de estado 
sólido impreso con sus nuevas técnicas de fabricación.

Unas nuevas baterías para coches más seguras y de más larga duración


Una startup dispone de un método de impresión para baterías de estado sólido

MARTES, 20 DE JULIO, 2010  / POR KATHERINE BOURZAC 
Fuente: Planar Energy


Una startup con sede en Orlando ha desarrollado unas nuevas técnicas de fabricación que podrían mejorar la estabilidad y la duración de las baterías usadas en vehículos eléctricos. Planar Energy, una spin-off del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL, por sus siglas en inglés), está trabajando en el escalado de las baterías de estado sólido de iones de litio.

Las baterías convencionales, que normalmente utilizan un electrolito líquido, pueden sufrir reacciones químicas indeseadas que dañan el cátodo de la batería. Sustituyendo el electrolito líquido por un conductor iónico sólido se puede mejorar la estabilidad y la vida de la batería, y también permite que las baterías sean más pequeñas porque no se requiere ningún componente adicional para mantener la estabilidad. Los electrolitos sólidos también son compatibles con una gama más amplia de química de baterías que potencialmente podría ofrecer una mayor potencia o densidad de almacenamiento.
Sin embargo, las baterías de estado sólido son caras de fabricar y han sido difíciles de escalar hasta el tamaño necesario para ordenadores portátiles o vehículos. Al igual que otros dispositivos de estado sólido, las baterías de estado sólido normalmente se fabrican mediante métodos complejos y costosos basados en técnicas de deposición al vacío. La deposición al vacío limita el grosor de las baterías de estado sólido, que a su vez, limita su capacidad de almacenamiento de energía. Por lo que el uso de estas baterías de película fina ha sido limitado a dispositivos pequeños.
Los esfuerzos para utilizar procesos de impresión para hacer baterías de estado sólido más gruesas se han visto obstaculizados por la falta de un material de electrolitos sólidos imprimible (los electrodos impresos por lo general deben combinarse con un electrolito líquido para llevar a los iones de un lado a otro durante la carga y recarga).
Planar Energy ha desarrollado un proceso de rollo a rollo para la fabricación de baterías sólidas de iones de litio más grandes. La empresa, que recibió esta primavera 4 millones de dólares en fondos del programa de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Energía, afirma que puede imprimir baterías sólidas que ofrecen tres veces más almacenamiento que las baterías líquidas de iones de litio del mismo tamaño. Este aumento en el almacenamiento de energía es posible sobre todo porque las baterías sólidas de la empresa no requieren muchas de las estructuras y materiales de apoyo que ocupan espacio en las baterías convencionales, dejando más espacio para almacenamiento de energía.
Planar Energy espera reducir los costes de capital a la mitad en comparación con la fabricación de baterías de estado sólido utilizando maquinaria de alto vacío. Además, la empresa asegura que sus procesos se pueden utilizar para fabricar células lo suficientemente grandes para alimentar vehículos eléctricos.
Fuente: Planar Energy




Baterías de estado sólido


Células de alta energía para coches eléctricos más baratos.

MAYO/JUNIO 2011   POR KEVIN BULLIS


Ann Marie Sastry quiere eliminar la mayoría de cosas que no almacenan energía de los sistemas de baterías en los vehículos eléctricos, como los dispositivos de refrigeración y los materiales de apoyo dentro de las células de la batería. Todo ello suma más de la mitad del volumen de los sistemas típicos basados en ión-litio, haciendo que sean pesados y costosos. Así que, en 2007, fundó una startup llamada Sakti3 para desarrollar baterías de estado sólido que no requieran la mayor parte de este volumen añadido. Ahorran aún más espacio mediante el uso de materiales que almacenan más energía. El resultado podría reducir los sistemas de batería a un tercio del tamaño convencional.

De igual modo, disminuir el tamaño de un sistema de batería a la mitad podría reducir su coste también a la mitad. Dado que el sistema de batería es la parte más cara de un coche eléctrico (a menudo con un coste de hasta 10.000 dólares), esto haría que los coches eléctricos fueran mucho más baratos. Por otra parte, los fabricantes podrían mantener los precios constantes y doblar el rango de 100 millas típico de los coches eléctricos.
Las limitaciones de las baterías de ión-litio que se utilizan en los coches eléctricos son bien conocidas. "La mayoría de los electrolitos líquidos son inflamables. El cátodo se disuelve", afirma Sastry. Evitar que el electrolito estalle en llamas requiere el uso de sistemas de seguridad. Y para alargar la vida del electrodo y evitar la acumulación de calor, la batería debe ser enfriada y debe evitarse su carga o descarga plena, lo que resulta en una pérdida de la capacidad. Todo esto le añade volumen y coste. Así que Sastry se preguntó si podía crear una batería que simplemente no necesitase todo esto.
Las baterías de estado sólido de Sastry aún se basan en la tecnología de ión-litio, pero sustituyen el electrolito líquido por una delgada capa de material que no es inflamable. Las baterías de estado sólido son también resistentes: algunos prototipos demostrados por otros grupos pueden sobrevivir miles de ciclos de carga y descarga. Y pueden soportar altas temperaturas, lo que hará posible el uso de materiales que puedan duplicar o triplicar la densidad de energía de una batería (la cantidad de energía almacenada en un volumen dado), pero que sean demasiado peligrosos o poco fiables para su uso en una batería de ión-litio convencional.
Para fabricar baterías de estado sólido que sean prácticas y económicas, Sastry ha creado un software de simulación con el que identificar las combinaciones de materiales y estructuras que den como resultado dispositivos compactos y fiables de alta energía. Ella es capaz de simular estos materiales y componentes de manera suficientemente precisa como para predecir con exactitud cómo se comportarán cuando se unan en una célula de batería. También está desarrollando técnicas de fabricación que se prestan a la producción en masa. "Si su objetivo general es cambiar la manera en que la gente conduce, sus criterios no pueden seguir siendo la mejor densidad de energía jamás alcanzada, o el mayor número de ciclos", afirma. "El criterio final es la asequibilidad, en un producto que posea el rendimiento necesario".
Aunque pueden pasar varios años antes de que las baterías lleguen al mercado, GM y otros grandes fabricantes de automóviles como Toyota ya han identificado a las baterías de estado sólido como un componente potencialmente clave de los futuros vehículos eléctricos. Hay un límite en cuanto a la mejora de las baterías convencionales, afirma Jon Lauckner, presidente de GM Ventures, que bombeó más de 3 millones de dólares el año pasado en Sakti3. Si los vehículos eléctricos quieren representar algo más que una pequeña fracción de los coches en carretera, "algo fundamental tiene que cambiar", afirma. Él cree que Sakti3 está "trabajando mucho más allá de los límites de las células electroquímicas convencionales".
Sastry es consciente de que el éxito no está garantizado. Su campo es algo parecido a un campo de batalla tecnológico, con muchos enfoques diferentes que compiten por proporcionar energía a una nueva generación de coches. "Nada de esto es obvio", afirma.

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