La Singularidad Desnuda

Un universo impredecible de pensamientos y cavilaciones sobre ciencia, tecnología y otros conundros

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¿Cuál podría haber sido el récord de Usain Bolt en los 100m?

Posted by Carlos en septiembre 5, 2008

Uno de los momentos más memorables de los Juegos Olímpicos de Pekín 2008 -e incluso de los últimos años del atletismo mundial- fue la carrera de los 100 metros lisos, y la manera en la que Usain “Lightning” Bolt rompió todos los registros, marcando 9.69s a pesar de estar bailando sobre la pista en los últimos 20 metros. La cuestión que mucha gente se preguntó en aquel momento, y que aún hoy sigue provocando todo tipo de especulaciones es en cuánto podría haber parado el cronómetro Usain Bolt aquel día, si hubiera corrido a tope hasta el final. Su entrenador, Glen Mills, se lanzó a la piscina con una estimación extragaláctica: según él, aquel día Usain tenia 9.52s en las piernas. Esta estimación es optimista, pero no descabellada, según un curioso análisis realizado por Hans Kristian Eriksen y colaboradores, de la Universiad de Oslo (del Instituto de Astrofísica Teórica, del Centro de Matemáticas para Aplicaciones, y del Departamento de Física), plasmado en un trabajo que lleva por título

sometido a revisión en el American Journal of Physics (y al que he llegado via Cosmic Variance). El análisis de la carrera y la proyección del posible record de Usain Bolt se ha realizado a partir de la medición de su posición y de la de Richard Thompson (2º clasificado) durante los primeros 8 segundos de la carrera (hasta el momento en el que Usain Bolt comenzó su particular celebración). Esta medición se ha hecho sobre el metraje de la carrera proporcionado por la NBC, la BBC y la NRK (una televisión noruega), empleando los raíles sobre los que se desplazaba la cámara móvil como regla para medir el desplazamiento de los atletas. A partir de una muestra de los fotogramas se ha podido obtener la curva e(t) para Bolt y Thompson, empleando un spline para producir una aproximación suave a la trayectoria (añadiendo puntos ficticios al principio y al final del intervalo de la carrera, como condiciones de contorno para una velocidad inicial nula y una aceleración final suave). Derivando esta curva con respecto al tiempo una y dos veces se obtienen las curvas de velocidad v(t) y la de aceleración a(t) respectivamente.

Esta primera fase del análisis arroja resultados interesantes, como el hecho de que fue entre los 4s y 8s durante los que Bolt ganó el oro, manteniendo una velocidad muy superior a la de Thompson, con picos de aproximadamente 13-14 m/s, y que a partir de los 8s se produce una brusca desaceleración de Bolt, que le permite a Thompson igualar y superar la velocidad del primero. Esto lógicamente supone que Thompson mantuvo un perfil de aceleración superior al de Bolt, y es aquí en lo que se basa una primera estimación del posible récord: supongamos que Usain Bolt hubiera mantenido la misma aceleración que Thompson. Es una estimación bastante conservadora, habida cuenta del desarrollo de la carrera, pero arroja un nuevo récord del mundo: 9.61s ± 0.04s. Estos 0.04s representan el intervalo del 95% de confianza, y capturan la incertidumbre debida al cronómetro de pantalla, que sólo mostraba décimas. Una estimación más optimista resulta de considerar que Usain Bolt fuera capaz de seguir manteniendo un diferencial de aceleración de 0.5m/s2 sobre Richard Thompson, lo que no es descabellado ya que este último parece agotar su impulso a los 8.5s, y que la distancia natural de Bolt (si es que “natural” es un término que se le puede aplicar) son los 200m. En este caso, la proyección del récord arroja unos estratosféricos 9.55s ± 0.04s. En la imagen inferior (tomada del artículo de Eriksen et al.), se muestra cuál sería la situación de carrera en este segundo escenario.

Proyección del récord de Usain Bolt a 9.55s

Proyección del récord de Usain Bolt a 9.55s. Crédito: Eriksen et al. (arXiv:0809.0209)

A la luz de estos datos, parece que la estimación de Mills no es del todo descabellada, y no puede descartarse al 95% en el caso optimista. Con todo, hay otro factor que indica lo que Usain Bolt es capaz: ese día el viento era inexistente, y el día de la final de 200m batió el récord con un viento en contra de ~1m/s. Si hubiera habido un viento favorable de esa magnitud, o incluso de +2m/s, el máximo admitido para dar validez a los récords, la marca podría haber sido de 0.1s menos: ¡9.45s! Usain Bolt puede convertirse pronto en el primer humano conocido en bajar de los 9.5s en los 100m. Y Vds. que lo vean.

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“Raft” de Stephen Baxter

Posted by Carlos en agosto 11, 2008


Raft (1991) fue la primera novela de Stephen Baxter y con la que empezó a marcar terreno como uno de los grandes de la ciencia ficción hard de escala cósmica. Es también la primera novela encuadrada en la secuencia Xeelee, sin duda uno de los universos más cautivadores por la magnitud tanto de la escala temporal como de los eventos y escenarios que en él se presentan. A fuer de ser precisos, en esta primera novela (que como suele suceder en muchas series no es luego el punto de partida cronológico de la secuencia) los Xeelee no aparecen, y de hecho la trama transcurre en un universo paralelo (en el sentido físico, no literario). Se trata además de un universo sumamente interesante y con una peculiaridad notable: la gravedad es mil millones de veces más fuerte que en nuestro universo. Esto tiene consecuencias a muchos niveles como es de esperar. Así por ejemplo, las estrellas tienen una tamaño mucho menor, de apenas unos kilómetros, y queman todo su combustible en alrededor de un año.

A este universo llegó hace muchos años por accidente una nave con tripulantes humanos (tras atravesar el Anillo de Bolder, una estructura cuyo origen y propósito se conocerá en otras obras de la serie). La nave quedó atrapada en una densa nebulosa, mantenida compacta por un agujero negro de un par de milímetros a cuyo alrededor orbita toda la materia de la nebulosa: gases, estrellas en formación, los fríos núcleos de las estrellas muertas, y los restos de la nave humana. Innumerables ciclos de vida estelar produjeron elementos pesados de deshecho que enriquecieron la composición química de la nebulosa, dotándola de una gruesa capa de oxígeno y nitrógeno (intermedia entre la zona más externa de la nebulosa, compuesta de hidrógeno y helio y en la que se forman nuevas estrellas, y la zona más interna en la que está el Núcleo, y en la que la intensa gravedad da lugar a un nuevo tipo de química basada en enlaces gravitatorios en lugar de electromagnéticos). Esta capa es respirable, y al menos en un intervalo de la misma las temperaturas son aceptables para la vida.

Poco conocimiento se ha conservado de la tripulación original de la nave y de los tiempos inmediatamente posteriores al naufragio en este universo. Con el paso de los años, los descendientes de aquellos tripulantes (que curiosamente miden el tiempo en “turnos” de 8 horas, sin saber exactamente el origen de esta unidad de medida) se han dividido en varios grupos. El protagonista principal, Rees, es un habitante del Cinturón, una asentamiento humano que orbita un núcleo de hierro resultado de la combustión de una estrella. Los habitantes del Cinturón son rudos mineros que extraen hierro del núcleo y lo intercambian por alimentos con los habitantes de la Balsa (la que da nombre a la novela). Estos últimos son –y se tienen por– más civilizados; habitantes de una -relativamente grande- plataforma en cuyo centro están los restos de la nave original (las partes que no implosionaron al llegar al nuevo universo), su sociedad está estratificada en científicos, personal de infraestructura y oficiales (casta esta última hereditaria). La comunicación entre la Balsa y el Cinturón se realiza a través de unas criaturas nativas de ese universo, similares a grandes árboles capaces de ajustar su órbita. Otro de los personajes cuyo punto de vista nos es mostrado es Pallis, precisamente uno de los pilotos de estas criaturas.

Espoleado por una gran curiosidad y con una enorme inteligencia innata, Rees escapa de polizón desde el Cinturón a la Balsa, para intentar entender por qué la nebulosa está cambiando y la vida es cada vez más difícil. A pesar del rechazo que un minero del Cinturón recibe en la Balsa, el jefe de los científicos ve en él el talento suficiente como para hacerlo merecedor de ser formado como uno de ellos en lugar de devolverlo a su lugar de origen. Así, Rees aprenderá que la nebulosa está muriendo por agotamiento de sus recursos. Pronto las estrellas dejarán de formarse, y el lugar se tornará frío e irrespirable. Inseguros de cuál puede ser la solución al problema, la situación se vuelve más complicada cuando se produce una rebelión en la Balsa, y el personal de infraestructura toma el control del asentamiento. Científicos y oficiales son o bien ejecutados, o bien reasimilados dentro de una nueva organización, o exiliados al Cinturón. Ése es el caso de Rees, que verá como en su lugar de origen es considerado un traidor, y junto con el resto de científicos exiliados es sometido a un régimen de casi esclavitud. El desarrollo de los acontecimientos y la amistad que existió con la que era y es líder del Cinturón permitirá que sea re-exiliado a uno de los asentamientos más cercanos al núcleo, habitado por los humanos conocidos como “hueseros” (Boneys), protagonistas de las historias de terror contadas a los niños. Allí Rees verá por primera vez a otra de las grandes criaturas nativas, las “ballenas”, y concebirá una idea para que los humanos puedan escapar de la agonizante nebulosa.

Baxter consigue en esta novela imaginar un universo asombroso, en el que la gravedad es tan alta que una persona puede sentir los pozos gravitatorios de los objetos que le rodean. Aunque a nivel microscópico uno puede plantearse si esta elevada gravedad no afectaría a la química básica y a la dinámica de fluidos hasta el punto de hacer imposible la vida humana, la descripción macroscópica de estrellas y nebulosa es convincente. Una vez rota la barrera del escepticismo, el universo parece consistente, y pequeñas deficiencias al margen permite una lectura entretenida. Aunque relacionada con la secuencia Xeelee, la historia es auto-contenida y fundamentalmente tangencial a la serie.

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Búsqueda activa de inteligencia extraterrestre: ¿Merece la pena?

Posted by Carlos en mayo 9, 2008

Mensaje de AreciboLa idea de los proyectos SETI es bien conocida: explorar el espectro electromagnético en busca de señales que sugieran la existencia de civilizaciones alienígenas. Se trata de algo muy parecido a la búsqueda de una aguja (que no sabemos siquiera si existe) en un pajar, y de hecho lo infructuoso de todas las iniciativas SETI sugiere que a pesar de lo enorme del pajar hay pocas agujas en él, están muy bien escondidas, o simplemente no sabemos reconocerlas. La paradoja que supone la ubicuidad (supuesta) de la vida en el Universo con la falta de evidencia de vida inteligente es la que conduce a hipótesis como la de la Tierra Rara, de la que precisamente hablábamos hace unos días.

Esta falta de resultados ha inducido a parte de la comunidad científica a proponer estrategias de búsqueda más invasivas, como puede ser el denominado SETI activo: emitir señales que atraigan la atención de hipotéticos alienígenas, con idea de que éstos actúen de manera análoga y podamos detectar su presencia. Sería algo así como llamar a la puerta para ver si la casa está habitada. Un enfoque más extremo es el denominado METI (Messaging to Extra-Terrestrial Intelligence) planteado por el astrónomo ruso Alexander Zaitsev, y en el que la finalidad no es tanto llamar para obtener una respuesta, sino simplemente llamar para decir que existimos (el matiz es del propio Zaitsev, y a fuer de ser sinceros no demasiado relevante en términos prácticos).

Ha habido varios mensajes de este tipo, de los que quizás el más célebre fue el enviado desde Arecibo en 1974, y en cuyo diseño participaron entre otros Frank Drake y Carl Sagan. Este mensaje no llegará a su destino -M13, el Cúmulo de Hércules- hasta dentro de 26.000 años, por lo que se trata de un acto fundamentalmente simbólico. Otros mensajes posteriores como por ejemplo el Cosmic Call 2 sí llegarán en breve a su destino (Casiopea en 2036 en este caso). La cuestión es qué puede pasar si hubiera alguien escuchando. Más aún, ¿qué pasaría si el mensaje lo recibe una civilización hostil con medios técnicos suficientes para plantarse aquí?

Éste es un temor recurrente y bastante razonable (al menos en la misma medida de la propia idea de SETI), por lo que no puede obviarse a priori. No obstante, según los cálculos del propio Alexader Zaitsev, se trata de un riesgo independiente del propio METI. Para llegar a esa conclusión, Zaitsev ha estimado la fracción del firmamento iluminada por señales de astronomía radar y la duración de estas transmisiones, y ha cotejado esta estimación con la correspondiente a las señales METI. La comparativa puede verse en una pequeña comunicación titulada

Para Zaitsev hay una relación de 1/2000 en la fracción de firmamento iluminado y de 1/500 en duración de la transmisión, siempre a favor de la astronomía radar. Por lo tanto -concluye- la probabilidad de que seamos detectados a través de nuestra actividad astronómica es un millón de veces superior a la de serlo debido a METI. Dado que no parece razonable pedir la supresión de la astronomía radar (sumamente útil por ejemplo para el estudio de NEOs), la conclusión sería que no hay que temer a METI. Sin entrar en consideraciones cuantitativas sobre la estimación de Zaitsev, y suponiendo que ésta es correcta, la cuestión que surge en cualquier caso es ¿para qué vamos a perder entonces el tiempo con METI (e incluso con SETI activo), si nuestra propia actividad tecnológica ya nos delata?

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¿Merece la pena construir un escudo anti-asteroides?

Posted by Carlos en enero 23, 2008

Parece que al final nuestra esperanza de ver a 2007WD5 impactar contra la superficie de Marte se disipa, y aunque sólo sea por unos 26,000 km el asteroide pasará de largo. Según las estimaciones actuales de su trayectoria, no hay tampoco riesgo de colisión con Marte o con la Tierra en el próximo siglo, lo que nos da un colchón de seguridad (al menos en lo que a este asteroide respecta) para hipotetizar un poco, y plantearnos que habría pasado si este asteroide hubiera llevado rumbo de colisión no con Marte, sino con la Tierra. Indudablemente, hay poco que hubiéramos podido hacer al respecto , ya que en el momento carecemos de protección efectiva contra asteroides. Se han propuesto diferentes estrategias al respecto (véase un informe reciente de la NASA [pdf, 771KB]), ya sea para destruir un posible objeto en trayectoria de impacto, o para desviar su curso, pero por el momento no se ha intentado poner en funcionamiento ningún sistema de protección anti-asteroide, en parte por limitaciones tecnológicas, y en parte por limitaciones prácticas. Esto nos lleva a la siguiente cuestión: ¿merece la pena construir un escudo anti-asteroides de estas características?

Asteroid deflection (M Vasile et al, University of Glasgow)
Credit: M Vasile et al, University of Glasgow

En principio parece que la respuesta obvia a la anterior cuestión es que sí, y de hecho ésa sería la respuesta correcta si no hubiera otras variables en juego. Sin embargo, estamos en un mundo de recursos limitados, por lo que para determinar si merece la pena un sistema de protección contra asteroides (o cometas) hay que realizar al menos una estimación de los costes y beneficios de tal sistema, y ponerlo a la par con otros riesgos existenciales a los que la Tierra o la Humanidad está sujeta (enfermedades, cambios climáticos, etc.). Aunque una estimación de estas características pueda parecer extraña, máxime si consideramos por ejemplo eventos de impacto con alto riesgo (o incluso seguridad) de extinción total, hay que partir de la base que dichos eventos son de naturaleza estocástica, y que cuanto mayor es el riesgo del impacto, menor es su probabilidad. Pudiera ser entonces que la prevención de un riesgo fatal pero improbable consumiera recursos necesarios para la prevención de otros riesgos menos serios, pero mucho más probables.

Un análisis de estas características ha sido realizado por Jason G. Matheny, un estudiante doctoral del Departmento de Salud Pública y Gestión de la Johns Hopkins University, en un trabajo titulado

publicado en Risk Analysis, y del que puede verse una versión preliminar aquí. Matheny parte de la base de que el coste de un sistema de protección como el reseñado puede estar entre 1G$ y 20 G$ (hay un informe de 2006 de la NASA en ese sentido que puede verse aquí [¡cuidado, pdf de 22MB!]). Supongamos además que ese sistema de protección tiene una eficacia pe=0.5 (i.e., con una probabilidad del 50% destruiría o desviaría un objeto en rumbo de colisión con la Tierra) y una vida de un siglo. Una circunstancia muy importante que no puede ser obviada aquí hace referencia a que si efectivamente el sistema tiene éxito y evita una colisión con riesgo de extinción, no sólo se salvan las vidas de los habitantes actuales de la Tierra en ese momento, sino también las de todos sus descendientes futuros. Necesitamos entonces una estimación del patrón de crecimiento de la población. Por simplicidad puede suponerse que la población terrestre se estabilizará en unos P=1010 habitantes, y que perdurará en el tiempo T=1-2 millones de años (Matheny considera 1.6 millones, que fue lo que sobrevivió el homo erectus). Estaríamos hablando entonces de PT=1.6·1016 años-vida. Si consideramos la posibilidad de un impacto durante este siglo, en el caso de un objeto de 10 km (capaz de causar la extinción de la humanidad), rondaría pa=10-6. Por lo tanto, la esperanza del número de años-vida que se podrían salvar es PTpape=8·109 años-vida. Si el sistema cuesta 20 G$, el coste efectivo es de 2.5$ por año-vida.

Esta cifra puede parecer ridícula, sobre todo si se compara con el gasto sanitario, que en la UE supera los 2,000€ por persona y año. Esto es lo que hace Matheny precisamente, pero esta comparación requiere varios matices. En primer lugar sólo son cifras comparables si se asume que ese gasto sanitario se mantendrá constante de aquí al final de la existencia de la especie humana. En segundo lugar, es cuestionable que esas vidas futuras deban contabilizarse al mismo nivel que las vidas actuales, o la de nuestros descendientes directos (no es lo mismo un hijo o un nieto, que un hipotético tatara…(n)…nieto en grado milésimo). Esta segunda circunstancia sí que es tenida en cuenta por Matheny, que presenta un análisis en el que se introduce una depreciación de estas vidas futuras. Una depreciación de un 1% anual de las vidas futuras conduce a un coste ajustado de 40,000$ por año-vida. Esto ya es claramente superior al coste sanitario, pero quizás esa depreciación pueda parecer excesiva (implica que una vida actual vale lo mismo que diez mil millones de vidas dentro de 2300 años). En cualquier caso, si jugamos con los números podemos ver que incluso una depreciación de sólo el 0.05% conduciría a una cifra similar a la del gasto sanitario. Esta depreciación del 0.05% sería consistente con una estimación de que la especie humana no alcanzaría 20,000 años más de existencia con un 99.99% de probabilidad.

Matheny recurre a un modelo de depreciación alternativo en el que a partir de los 300 años no se produce reducción de valor de los años-vida, y llega a un coste ajustado de 140.65$ por año-vida, lo que le lleva a afirmar la utilidad relativa de un sistema de protección contra asteroides, o al menos la relativa baja dotación presupuestaria que se le da a la puesta en marcha del mismo. Personalmente encuentro este argumento incompleto, ya que no tiene en cuenta el coste de oportunidad de esa inversión, y lo que ésta supondría en años-vida futuros [Excel, 862 KB] si se dedicara por ejemplo a la investigación médica. No disponer de un escudo anti-asteroides es jugar a la ruleta rusa, pero también lo son las diferentes enfermedades que cada año acaban con casi el 1% de la población mundial, y para estas últimas el tambor tiene muchos menos huecos. Quizás haya que buscar soluciones de compromiso e invertir en la detección temprana de objetos susceptibles de presentar riesgo de impacto, maximizando de esta manera el tiempo de reacción.

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Posible impacto de 2007WD5 sobre Marte el 30/01/08

Posted by Carlos en diciembre 22, 2007

Actualización (03/01/2008): Las posibilidades de impacto se reducen ligeramente a un 3.6% en una nueva estimación más ajustada.

Actualización (29/12/2007): Una nueva estimación más ajustada de la trayectoria de 2007WD5 ha reducido la zona de incertidumbre a 400,000 km, e indica que las probabilidades de impacto se triplican: ahora son del 3.9% (1 entre 25).

2007WD5 es uno de los múltiples objetos próximos a la Tierra catalogados hasta la fecha. Su órbita le lleva en torno al Sol a una distancia de entre 1.01AU y 4.06AU, empleando unos 1476 días para completar su traslación. Lo que hace en estos momentos especial a este objeto (cuyo diámetro es de entre 40m y 90m) es que para finales de enero del año próximo -concretamente para el 30 de enero, sobre las 10:55 UT- existe una posibilidad del 1.3% de que impacte sobre Marte. Esta probabilidad -aún siendo pequeña en término absolutos- no es nada despreciable para lo que suele ser habitual con este tipo de objetos. La estimación actual es que pasará a unos 50,000 km de la superficie de Marte, pero la zona de incertidumbre se extiende a lo largo de un millón de kilómetros, lo que pone a Marte en el punto de mira. La figura inferior muestra una animación de la trayectoria de 2007WD5 y la zona de incertidumbre de la misma.

De producirse un impacto, éste sería sobre la zona ecuatorial de Marte. 2007WD5 impactaría a una velocidad de 13.5 km/s, y liberaría una energía equivalente a una explosión de 3MT (esto es, del mismo orden de magnitud que el evento de Tunguska). Un impacto de estas características podría producir un cráter de 1km de diámetro, similar al Meteor Crater de Arizona. Presenciar un evento de estas características constituiría más allá de la espectacularidad del mismo, una extraordinaria fuente de información sobre los efectos que el impacto de un asteroide tiene sobre un planeta rocoso. Y como dice el bien conocido refrán, cuando las barbas de tu vecino veas pelar…

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¿Qué pasa si un astronauta infringe la ley en el espacio?

Posted by Carlos en noviembre 19, 2007

Desde el final de la Guerra Fría y de la superación del uso de los logros espaciales como herramienta propagandística, existe cada vez una mayor comprensión del hecho de que la exploración espacial es una empresa colaborativa, que requiere del trabajo conjunto de las diferentes agencias espaciales que en la actualidad operan. Pensemos por ejemplo en la Estación Espacial Internacional (ISS): hay siete países involucrados en el proyecto, y tanto la tripulación como los diferentes módulos que integran la estación proceden de diferentes lugares. Gracias a ello, desde noviembre de 2002 hay una presencia humana permanente en el espacio, y esto hace que haya que empezar a plantearse cuestiones que hasta ahora no se habían explorado. Por ejemplo, el régimen legal aplicable en el espacio. ¿Que pasaría si hay una pelea entre astronautas de diferentes países? ¿o si se produce una situación de acoso? ¿Cómo se manejarían las cuestiones de propiedad intelectual? …

Estación Espacial Internaciona

En el caso de la ISS existe un marco ético y legal bastante razonable al que se adhieren los participantes en el proyecto. Puede verse una descripción del mismo en un documento titulado

En el ámbito de la persecución criminal, la idea básica es que el estado cuya nacionalidad ostenta el presunto infractor tiene la prioridad para ejercer las acciones que correspondan. En este sentido es responsabilidad de cada país el dotarse de los medios legales para poder perseguir y juzgar a sus nacionales que cometan crímenes a bordo de una nave espacial (y pensándolo con perspectiva, en una hipotética estación de superficie en otro satélite o planeta). Esto no zanja la cuestión, ya que puede que un país no tenga la capacidad legal para perseguir a uno de sus astronautas por un delito de estas características, o que simplemente el hecho delictivo no esté tipificado en la legislación de dicho país. El estado víctima del delito puede entonces ejercer su propia jurisdicción, bajo la condición de que haya habido consultas con el estado de nacionalidad del astronauta presuntamente criminal, y de que dicho estado (obligado a atender dichas consultas) haya accedido a la cesión de jurisdicción, o haya desestimado ejercer la suya propia.

Este último aspecto no es baladí, si pensamos que algunos países que participan en la ISS admiten la pena de muerte (EE.UU., Japón, y Rusia). ¿Significa esto que un astronauta europeo, canadiense o brasileño podría ser sentenciado a muerte de acuerdo con, por ejemplo, la legislación estadounidense? Entramos aquí en situaciones hipotéticas y extremadamente improbables: muchos crímenes son imposibles de realizar a bordo de una nave espacial (e.g., atentar contra un jefe de estado), y resulta impensable que en casos donde un astronauta pueda haber cometido un delito de extrema gravedad el país de origen decida no ejercer su jurisdicción. Se trata en cualquier caso de circunstancias que son extremadamente improbables en este momento en el que las tripulaciones espaciales pasan todo tipo de exámenes psicológicos, aunque quizás en el futuro sí sean más relevantes si se populariza el turismo espacial, por poner un caso.

Los temas de propiedad intelectual son menos especulativos y quizás más importantes a corto plazo. En este caso, la norma para la ISS es que el registro de patentes se realiza en el estado que ostenta la titularidad del módulo de la estación en el que se hace el descubrimiento o invención. En cierto sentido, la convención usual de que las misiones diplomáticas se consideran técnicamente parte del país de origen se aplicaría a las naves espaciales, o a los módulos que la integran. Teóricamente podría haber un problema en el caso europeo, ya que no existe un estado como tal, aunque la normativa europea de patentes es homogénea en los diferentes países y en la práctica no habría problema.

Con todo y con esto, es interesante pensar qué pasará a medida que el viaje espacial sea cada vez más asequible, y haya más países involucrados. Es previsible que será necesario desarrollar una “Ley del Espacio”, tal como diferentes expertos han reclamado en una reciente conferencia organizada por la European Science Foundation y que ha tenido por título Humans in Outer Space – Interdisciplinary Odysseys. Hasta ahora lo más parecido a tal ley es el denominado “Tratado del Espacio Exterior“, técnicamente conocido como “Tratado sobre los principios que gobiernan las actividades de los estados en la exploración y uso del espacio exterior, incluyendo la Luna y otros cuerpos celestes”. Este tratado determina que no es posible establecer propiedad particular o estatal de los cuerpos celestes, pero sigue dejando sin aclarar cuestiones que a la larga pueden ser moneda común: ¿qué nacionalidad adquieren los nacidos en el espacio o en una hipotética base lunar? ¿Qué jurisdicción se aplicaría en una de dichas bases? ¿Qué límites existirían en el ejercicio subsidiario de la persecución criminal por parte de un estado diferente del infractor? Quizás se puedan aplicar muchas ideas del Derecho Marítimo, hasta el momento lo más parecido a la definición de un marco legal en terreno de nadie. Con suerte lo veremos.

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Computación in fluido: De la lógica de burbujas a los dispositivos microfluídicos inteligentes

Posted by Carlos en septiembre 18, 2007

Hace unos meses hablábamos de la creación de microjets mediante un haz láser, y cómo éstos se podrían emplear para controlar el flujo de líquido a través de canales microscópicos. Este tipo de procesos caen dentro del ámbito de los microfluidos, cuyas aplicaciones en biotecnología, ingeniería, física, etc. no hacen más que aumentar desde su emergencia en los años 90. Típicamente, los procesos en este área se basan en el empleo de sustancias líquidas que se hacen fluir por canales cuyo tamaño es del orden de micrómetros, usando dispositivos eléctricos o mecánicos para controlar el sistema (hay una presentación -muy interesante- de carácter general sobre el área aquí). De esta manera se pueden realizar reacciones químicas sumamente precisas de manera controlada y a gran velocidad.

De acuerdo con lo anterior, en un sistema como el descrito existe una clara distinción entre los materiales que intervienen en la reacción y los mecanismos de control de la misma. El siguiente paso es eliminar dicha distinción, o al menos minimizarla, haciendo que el propio flujo de los materiales contenga la información de control del proceso. Es lo que se denomina “lógica de burbujas microfluidica”, y fue introducida por Manu Prakash y Neil Gershenfeld, ambos del MIT, en un artículo titulado

publicado en Science. La idea básica es construir dispositivos con microcanales por cuyo interior fluye un líquido conductor (por ejemplo agua). En dicho líquido conductor se insertan gotas de otro líquido o burbujas de gas (nitrógeno en el trabajo descrito) cuya escala es de nanolitros. La dinámica del flujo de estas burbujas está determinada por dos cantidades adimensionales, el número de Reynolds y el número capilar. Usualmente la primera cantidad es muy baja, lo que indica que el flujo es laminar y simple. La segunda cantidad indica la relación entre la viscosidad y la tensión superficial, y determina si la burbuja se mantiene estable o se disgrega al llegar a una bifurcación en los canales. A grandes rasgos, cuando se produce una de estas bifurcaciones en los canales una burbuja desplazándose en el interior del fluido elige la rama que ofrece menos resistencia. Lo interesante es que cuando ocurre esto, el propio paso de la burbuja por el canal altera su resistencia (la aumenta), por lo que una burbuja que llegue después puede optar por la otra rama. Esto puede emplearse para construir circuitos lógicos mediante un adecuado diseño de los canales.

Microfluidic AND-OR gate
Credit: M. Prakash and N. Gershenfeld

Imaginemos por ejemplo el dispositivo ilustrado en la figura superior, en la que el canal inferior izquierdo es más ancho que el derecho, y ofrece por lo tanto menos resistencia. Una burbuja que llegue al punto de bifurcación desde la izquierda (A) o desde la derecha (B) optará por dicha rama, por lo que en la práctica esta rama computa A OR B. En caso de que lleguen burbujas de ambas ramas (dentro de una ventana de tiempo del orden de 0.5 ms en este ejemplo) , el paso de la primera burbuja por la rama inferior izquierda aumenta su resistencia, por lo que la siguiente pasa por la inferior derecha, que en la práctica computa A AND B. De manera análoga pueden diseñarse otras puertas lógicas, e incluso dispositivos más complejos como biestables, contadores, etc. Pueden verse diferentes vídeos (en formato MPG) de estos dispositivos aquí.

Un sistema como el descrito tiene el inconveniente de la velocidad en relación a su equivalente electrónico (1000 veces más rápido, aunque hay que decir que se puede reducir esta diferencia mediante la reducción de la escala de las burbujas), pero sigue siendo 100 veces más rápido que un sistema de control basado en válvulas y dispositivos externos. Pero sobre todo la gran ventaja de este tipo de sistemas es el hecho de que cada gota o burbuja puede llevar una carga química, lo que permite “programar” reacciones químicas muy complejas, y quien sabe si puede abrir la puerta en el futuro a dispositivos inteligentes en los que reacciones químicas internas alteren el flujo de control de manera dirigida. Esto sería de gran interés en química combinatoria o en diseño de fármacos, y ha llegado a hacer que surjan cuestiones de largo alcance, algunas de las cuales las plantea Irving R. Epstein, de la Brandeis University, en un trabajo titulado

publicado en el mismo número de Science que el artículo anterior y que otro artículo de Michael J. Fuerstman y colaboradores, de la Universidad de Harvard y de la Academia Polaca de Ciencias, titulado

en el que muestran como la combinación de la no-linearidad de la dinámica de las burbujas al llegar a las bifurcaciones y la linearidad del flujo de líquido a través de los canales permite codificar y decodificar información (análoga o digital) en una secuencia de burbujas. Las posibilidades de estos dispositivos -en los que como Prakash y Gershenfeld comentan, se une química y computación- son realmente apasionantes.

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Biotrajes espaciales: La segunda piel

Posted by Carlos en julio 26, 2007

Si uno observa alguna de las famosas imágenes de Neil Armstrong caminando sobre la Luna, o las de cualquier astronauta actual realizando alguna labor de mantenimiento por el exterior del transbordador espacial observará que a pesar de los 40 años transcurridos no hay gran diferencia entre los trajes espaciales de los protagonistas. Por supuesto, la tecnología ha avanzado enormemente y se han conseguido mejoras sustanciales en materiales, electrónica, capacidad de soporte vital, etc. Sin embargo, la idea básica sigue siendo la misma: situar al astronauta dentro de una burbuja presurizada. El resultado no es sólo incómodo y pesado (alrededor de 150 kg), sino que limita la movilidad del usuario, y le deja a merced de una descompresión fatal en caso de que se produzca una perforación accidental.

Dava Newman in space biosuit - Copyright 2005 Volker Steger / Science Photo LibraryTodo esto puede cambiar con los biotrajes espaciales que se están desarrollando en el MIT, bajo la dirección de la Prof. Dava Newman. El concepto de los mismos es totalmente diferente al anterior, y se asemeja más al de una malla elástica al estilo de lo que la ciencia-ficción clásica solía imaginar. La idea básica es la de disponer de un traje que se ajuste al cuerpo, aplicando presión sobre el mismo para aislarlo del posible vacío exterior (puede verse una recreación en la imagen lateral; evidentemente, las zapatillas deportivas no forman parte del traje). Esto permitirá sobre todo que brazos y piernas tengan mucha mayor libertad de movimientos (para el torso no es precisa tanta flexibilidad, y se puede disponer de un chaleco rígido, amén de un casco, como es lógico). Para combinar esta flexibilidad con la necesidad de disponer de un soporte estructural que dé consistencia al conjunto, los investigadores del MIT trabajan en identificar las denominadas “líneas de no-extensión” en brazos y piernas, esto es, segmentos longitudinales que pueden doblarse, pero no extenderse. A partir de estas líneas de no-extensión puede llegar a definirse una especie de exoesqueleto que asista al astronauta (y que le ayude a mantener la musculación, ejerciendo cierta resistencia al movimiento).

Por supuesto, el traje podrá estar dotado de todo tipo de tecnología electrónica, incluyendo por ejemplo sistemas de auto-reparación. Incluso en el caso en el que se produzca una perforación en el traje bastaría con realizar el equivalente a una vendaje sobre la zona dañada para evitar la descompresión (en una de las últimas películas de de Star Trek, Worf usaba un torniquete en un momento de apuro en el exterior de la USS Enterprise). Más aún, la capa externa del traje podría ser reciclable y/o desechable, aplicándose mediante un spray sobre la malla interna, lo que podría ser de gran utilidad a la hora de realizar reparaciones rápidas sobre el terreno. Todo esto está evidentemente en pañales, pero si la raza humana pretende extenderse alguna vez por el espacio, es algo que sin duda habrá que resolver convenientemente.

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Alfombrillas energéticas: Adiós a los cables

Posted by Carlos en julio 18, 2007

Hace ya algunos meses que surgió la noticia de los avances en materia de transmisión inalámbrica de energía. Este objetivo ha dado un nuevo paso adelante en el marco de lo que se viene a denominar inteligencia ambiental, esto es, el diseño de un entorno electrónico que sea sensible a la presencia de personas u otros dispositivos electrónicos, y que interactúe con ellos de manera automática, adaptativa, y personalizada. Concretamente, un equipo de investigadores de la Universidad de Tokio encabezado por el Prof. Takeo Someya ha diseñado un dispositivo de transmisión de energía en forma de láminas de plástico, tal como describen en un artículo titulado

y publicado en Nature Materials. De manera más precisa, este dispositivo es similar a una alfombrilla muy fina (de sólo 1mm de espesor) con la que podemos tapizar por ejemplo nuestra mesa de despacho. Esta lámina está dotada de una matriz de sensores de posición, y de unidades de transmisión de energía. De esta manera, puede detectarse sin necesidad siquiera de contacto la presencia de un dispositivo electrónico en su cercanía (mediante acoplamiento electromagnético). En ese caso, se trasfiere energía de manera selectiva e inalámbrica hacia el mismo a través del campo electromagnético generado por unas bobinas de cobre controladas por un circuito con tecnología MEMS (microelectromechanical system) impreso en la lámina. El prototipo implementado hasta el momento tiene un área de 21 x 21 cm2, pesa 50 gramos, y es capaz de transmitir unos 50 W con una eficiencia de en torno al 60%.

Wireless Power Sheet (credit Takao Someya)
Credit: Takao Someya

Si esta tecnología finalmente se desarrolla de manera industrial, podemos imaginar un nuevo entorno libre de cables, en el que simplemente con poner el portátil o la PDA en la mesa empezarán a recargarse automáticamente. Si a esto le unimos la conexión automática para intercambio de datos con el sistema de cómputo ambiental (algo mucho más trabajado en la actualidad) podemos empezar a tener una idea del entorno que nos espera a la vuelta de la esquina.

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Ten cuidado con lo que deseas…

Posted by Carlos en mayo 22, 2007

…porque siempre hay un genio torpe dispuesto a retorcer la realidad para complacerte.

Por cierto, 4 friquipuntos para quien entienda el chiste de la tira cómica, 3 friquipuntos más para quien además lo encuentre gracioso, y 1 friquipunto adicional por cada teoría alternativa sobre los detalles de qué sucede en la última viñeta. ¿Cuál es tu puntuación?

Actualización: Un par de ideas sobre qué puede pasar cuando el genio satisface el oscuro deseo del poco avezado estudiante. Alguna de estas ideas provienen de un hilo de discusión en Cosmic Variance, donde vi por primera vez esta tira cómica. En primer lugar habría que ver cómo decide el genio hacer que el hidrógeno tenga 2 electrones de valencia, y luego ver a qué nivel se analiza el efecto que eso produce. Por ejemplo, sin cambiar ninguna constante física, el genio puede añadir un electrón a cada átomo de hidrógeno. El anión H- es una de las bases más fuertes, y reacciona exotérmicamente (1675 kJ/mol) al obtener un segundo protón y dar lugar a H2. El resultado sería en este caso “Boom”.

Por supuesto, lo anterior implica también que súbitamente el Universo tiene una carga neta negativa de magnitud gigantesca, lo que haría que cualquier aglomeración de materia que no fuera lo suficientemente masiva para vencer la repulsión electrostática sería despedazada. El Universo quedaría bañado por un mar de electrones, y posiblemente esto provocara una rápida expansión cósmica. Quizás entonces el resultado podría ser mejor descrito como “Bang”.

Claro que el genio puede intentar que el H- no sea realmente un anión, y para ello puede pensar en reducir a la mitad la carga del electrón (manteniendo constante la de los quarks). Por supuesto, para que esto no afecte a la carga de los demás elementos químicos, todos duplicarán su número de electrones, lo que alteraría todas sus valencias (nuevamente “Boom”); claro que al cambiar la carga del electrón, cambiarían posiblemente todos los orbitales, así como la constante de estructura fina. Esto último podría compensarse multiplicando la velocidad de la luz por 4. Un cambio súbito de este tipo sería quizás un “boom-bang”. También puede mantener fija la carga del electrón, y duplicar la de los quarks, lo que probablemente conduciría a despedazar los núcleos atómicos (“Boom”). En cualquier caso, estos cambios en las constantes físicas pueden alcanzarse haciendo que el Universo pase por efecto túnel a otro punto del paisaje antrópico (suponiendo que la Teoría de Cuerdas sea correcta), por lo que podríamos describir el proceso como “Bang”.

En fin, todo lo anterior sin ánimo de ser exhaustivo, y por supuesto sujeto a todo tipo de correcciones por parte de físicos, químicos, y demás gente de bien.

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