El prototipo de sistema informático innovador, que se describe en un artículo que aparece en la revista Nature, representa un importante paso adelante en la complejidad de los circuitos de computadora modernos. También representa un avance debido a que estos nanocircuitos ultra-pequeños se pueden programar electrónicamente para llevar a cabo una serie de funciones básicas de aritmética y de lógica.

“Este trabajo representa un salto cuántico hacia adelante en la complejidad y la función de los circuitos construidos de abajo hacia arriba, y por lo tanto demuestra que este paradigma de abajo hacia arriba, es distinto a la forma en que los circuitos comerciales se construyen hoy en día, y puede producir nanoprocesadores y otros sistemas integrados del futuro”, dice el investigador principal Charles M. Lieber, especialista del Departamento de Química de la Universidad de Harvard.

El trabajo fue posible gracias a los avances en el diseño y síntesis de los bloques de construcción de nanocables. Estos componentes ahora se pueden usar para construir circuitos electrónicos funcionales, y también lo hacen a una complejidad y tamaño de material difícil de conseguir por los tradicionales enfoques de arriba hacia abajo.

Por otra parte, esta arquitectura es totalmente escalable, permitiendo el montaje de nanoprocesadores mucho más grandes y cada vez más funcionales.

Durante los últimos 10 a 15 años, los investigadores que trabajan con nanohilos, nanotubos de carbono, y otras nanoestructuras han luchado para construir los circuitos de base, en gran parte debido a las variaciones en las propiedades de cada uno de nanoestructuras, pero ahora han demostrado que esta limitación ahora se puede superar y están entusiasmados con las perspectivas de explotación del paradigma de abajo hacia arriba de la biología en la construcción de la electrónica en el futuro.

Una característica adicional del avance es que los nanoprocesadores funcionan con muy poca electricidad, incluso teniendo en cuenta su tamaño minúsculo, porque sus componentes contienen nanocables interruptores del transistor “no volátiles”. Esto significa que a diferencia de los transistores en los circuitos de un microprocesador convencional, una vez que los transistores de nanocables se programan, no requieren ningún gasto adicional de energía eléctrica para mantener la memoria.

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Un nuevo producto químico utilizado para la fabricación de materiales nanoestructurados podría ayudar a aumentar la autonomía y la fiabilidad de los coches eléctricos, gracias a la posibilidad de construir mejores baterías que podrían ayudar a estabilizar la red eléctrica.

Los investigadores del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) en Richland, WA, han desarrollado la técnica, que pueden convertir un material que normalmente no puede almacenar electricidad en uno que almacena más energía de la batería que los materiales similares que ya se encuentran en el mercado.

En el trabajo publicado en la revista Nano Letters, los investigadores muestran que la cera de parafina y el ácido oleico estimula el crecimiento de nanoestructuras de fosfato de litio-manganeso con forma de plato. Estos “nanoplatos” son pequeños y delgados, permitiendo que los electrones y los iones (átomos o moléculas con carga positiva o negativa) entren y salgan de ellos con facilidad. Esto convierte a dicho material, el cual normalmente no funciona como un material para una batería, debido a su pobre conductividad, en uno que almacena grandes cantidades de electricidad.

Cuando los investigadores midieron el rendimiento de este material, descubrieron que se podía almacenar un 10 por ciento más energía que la capacidad máxima teórica de un material de electrodo comercial comparable, por ejemplo, fosfato de hierro litio, que se utiliza en algunos híbridos y vehículos eléctricos.

El enfoque podría abrir la puerta al uso de una amplia gama de materiales para baterías, candidatos que están ahora limitados por su poca capacidad para conducir la electricidad. La investigación en el área ha alcanzado el punto en que la mayoría de los materiales para las baterías estudiados tienen una conductividad mala, dice Daiwon Choi, investigador de la energía material en PNNL. El nuevo método ofrece una manera sencilla de aumentar su conductividad, además el nuevo método podría también ser compatible con las técnicas convencionales para la fabricación de baterías.

Tanto el fosfato de litio-hierro y fosfato de litio-manganeso son atractivos para usar en los electrodos de una batería porque tienen una estructura atómica estable. Esta estructura cristalina, es mucho más estable que la estructura cristalina de materiales de electrodos utilizado en portátiles y baterías de teléfonos móviles. Como resultado, estos materiales, llamados olivinos, pueden durar mucho más tiempo que los tres años que duran los materiales de las baterías de teléfonos celulares. Algunos fabricantes afirman que las baterías de fosfato de hierro litio podrían durar más de 30.000 ciclos de carga y descarga sin perder mucho su capacidad para almacenar energía, suficiente para que las baterías duren 50 años.

En teoría, el fosfato de litio-manganeso podría durar un número similar de ciclos, porque tiene una estructura cristalina similar. Pero tiene la ventaja añadida de ser potencialmente ser capaz de almacenar 20 por ciento más energía que el fosfato de litio-hierro, ya que funciona a un voltaje más alto. Sin embargo, ha sido particularmente difícil de modificar el fosfato de litio-manganeso para superar el hecho de que es un aislante eléctrico.

Los intentos anteriores han exigido el procesamiento de materiales precursores en una solución líquida antes de crear los materiales sólidos de la batería, un proceso que es demasiado caro para la producción comercial. El nuevo método desarrollado en PNNL elimina este paso, lo que simplifica el proceso y lo hace compatible con las técnicas de fabricación existentes.

Para preparar el material, los precursores químicos, con mezcla de investigadores cera de parafina y el ácido oleico. La cera y el ácido juntos para hacer que el material precursor para formar cristales de un tamaño bien controlada y forma sin agrupar para arriba. La cera se licúa a las altas temperaturas utilizadas para procesar el material y actúa como un disolvente, que sustituye a la etapa distinta de procesamiento de líquidos utilizados en la investigación anterior.

Aunque el fosfato de litio-manganeso es atractivo ya que almacena más energía que el fosfato de litio-hierro, ambos toman una cantidad relativamente grande de energía en comparación con otros tipos de electrodos para baterías de iones de litio. Será cuestión de esperar a ver que tan rápido las automotrices centran su interés en este nuevo tipo de materiales para las baterías de sus vehículos eléctricos.

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En la última reunión de Investigación de Materiales Sociedad en San Francisco, Zhong Lin Wang, director del centro para la caracterización de nanoestructuras en Georgia Tech, ha presentado su trabajo en nanosensores auto-suficientes. El avance de concretarse este concepto sería enorme, ya que los nanosensores son extremadamente sensibles, muy dependientes del poder energético, y, por supuesto, diminutas. Podrían ser útiles para detectar señales moleculares de una enfermedad en la sangre, pequeñas cantidades de gases venenosos en el aire, y rastrear contaminantes en los alimentos. Por lo que la eliminación de las baterías necesarias para conducir estos dispositivos, hacen realmente posible que sean plenamente pequeños.

Wang ha estado desarrollando dispositivos basados en nanocables con piezoelectricidad, es decir, que generan un voltaje cuando son doblados. Con la integración de estos nanocables en los dispositivos, estos pueden cosechar la energía del movimiento biomecánico, incluyendo los movimientos de rodadura de un hámster en una rueda o el golpeteo de los dedos, y lo utilice para accionar un pequeño sensor.

El problema con estos dispositivos ha sido conseguir una tensión significativa en ellos, pero Wang presentó datos recientes que muestran que ha aumentado la tensión producida por sus dispositivos de nanocables, llevando dicha tensión al doble. El nuevo diseño integra millones de nanocables de óxido de zinc-piezoeléctrico.

A principios de este mes, en la revista Nature, Wang informó de un dispositivo flexible, que produce 1,2 voltios cuando se destacó, él dice que ahora ha hecho dispositivos que producen 2,4 voltios. Esto es suficiente para empezar a pensar en la integración de un dispositivo de almacenamiento de carga que permitirá regular la tensión que recibe de los sensores para un mejor control de las mediciones.

Sin dudas este es un paso fundamental para la nanotecnología y todas las tecnologías emergentes que dependen de la misma.

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Si bien muchos científicos pasan su tiempo tratando de crear nanobots el tamaño de las bacterias, los investigadores del Laboratorio de Nano-Robótica de la École Polytechnique de Montréal, Canadá, decidieron limitarse a tomar el control directo sobre bacterias vivas. Mediante el uso de un ordenador los investigadores controlan el campo magnético, pudiendo manejar a la las bacterias como si fuese nanobots.

El truco consiste en utilizar un tipo de microbio conocido como bacterias magnetotácticas, resulta que estas criaturas tienen pequeñas brújulas internas, y seguin la atracción de un campo magnético. Mediante la manipulación de un campo magnético, los investigadores engañaron a las bacterias, formando un enjambre de estas, controlado por computadora. En un experimento, los investigadores usaron el enjambre bacteriano montar una pequeña pirámide. En otro, dirigieron al grupo de bacterias a través del torrente sanguíneo de una rata, mostrando una posible aplicación en medicina.

En el futuro, los investigadores quieren usar las bacterias como un sistema de propulsión para los nanorobots, así estos pueden entregar medicamentos, reparar un órgano, o crear grandes y complejas nanoestructuras.

Es decir, su gran utilidad radicar en que podrán satisfacer gran parte de la demanda de energía de un conjunto de nanobots, la que respecta a su movimiento, y como sabemos, el abastecimiento energético es uno de los principales factores críticos de la nanotecnología.

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Yi Cui, un ingeniero de la Universidad de Stanford, ha encontrado una forma barata para la fabricación de baterías livianas de papel, gracias a la inmersión papel ordinario o de tela en una tinta especial infundida con las nanopartículas. Pudo lograr esto utilizando un conductor conocido como “Etextiles”, capaz de almacenar energía sin perder las propiedades mecánicas del papel ordinario o la tela.

Si bien la tecnología es nueva aún el equipo de Cui ha previsto numerosos usos funcionales para sus invenciones, las casas del futuro podrían estar un día llenas de energía, logrando un almacenamiento en su papel tapiz. Los amantes de los gadgets podrían ser capaz de cargar sus dispositivos portátiles sobre la marcha, simplemente con conectarlos a los tejidos de sus camisetas. La energía almacenada en telas también podría ser usadas para crear prendas de vestir deportivas de alto rendimiento y poder vestir soldados en el campo de batalla, donde cada vez necesitan más energía móvil.

Los ingredientes clave en el desarrollo de estos productos de alta tecnología no son visibles para el ojo humano, ya que el proyecto esta basado en nanoestructuras, que pueden montarse en los modelos que les permitan el transporte de electricidad, y pueden proporcionar las soluciones a una serie de problemas con dispositivos de almacenamiento eléctrico disponibles en el mercado.

El tipo de nanopartículas utilizadas en los dispositivos experimentales del grupo de Cui varía de acuerdo con la función prevista del producto, el óxido de cobalto litio es un compuesto común utilizado para las baterías, mientras que los nanotubos de carbono, o SWNT, se utilizan para supercondensadores.

Mientras que los dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica han recorrido un largo camino desde que debutó la célula eléctrica de Alessandro Volta en 1800, la tecnología se enfrenta a una nueva revolución. Los métodos actuales de fabricación de dispositivos de almacenamiento de energía pueden ser de capital intensivo y ambientalmente peligrosos, y los productos finales tienen limitaciones de rendimiento notable, las baterías convencionales de iones de litio tienen una capacidad de almacenamiento limitada y son costosa para la fabricación, mientras que los condensadores tradicionales proporcionan alta potencia, pero a expensas de gran capacidad de almacenamiento de energía.

Con un poco de ayuda de la ciencia, las baterías del futuro no se parecerán en nada a las unidades de metal voluminosos a las que estamos acostumbrados. La nanotecnología es apreciada como un recurso, tanto por su atractivo económico y su capacidad para mejorar el rendimiento energético de los dispositivos que la integran.

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