La gran revolución del siglo XXI que no aparece en las novedades de primera plana es la del creciente desarrollo de la ciencia de los materiales.
La vida actual sería imposible sin materiales que hasta hace pocas décadas sólo tenían existencia virtual, o experimental. Los teléfonos celulares, los automóviles autónomos, los ordenadores con microchips de alta capacidad de procesamiento de datos, la creciente presencia de generadores solares a un costo exponencialmente decreciente, los nanorobots para administración de fármacos con gran precisión reduciendo drásticamente los efectos colaterales, son, entre muchísimas otras, aplicaciones a la vida cotidiana posibilitadas por la fabricación de materiales inexistentes en la naturaleza y que fueron construidos por la acción humana con la ayuda invalorable de la Inteligencia Artificial.
Esta singular presencia me ha llevado a reproducir el artículo publicado en el blog “Diamandis.com”, en el que este futurista pensador y activo militante de la transformación científico técnica actual al servicio de la aplicación a la vida cotidiana nos ha ofrecido en la última actualización de su Blog. Aconsejo fuertemente a los interesados en esta materia su suscripción a dicho blog, que lo mantendrá actualizado con las novedades que se vayan presentando en el apasionante avance de la ciencia y la tecnología al servicio de una vida mejor.
Este es su link: https://www.diamandis.com/blog/materials-science-unsung-hero
Y esta es la traducción de su última entrada:
“Pocas personas reconocen las vastas implicaciones de la ciencia de los materiales.
Construir el teléfono inteligente actual en la década de 1980 costaría alrededor de $ 110 millones, requeriría casi 200 kilovatios de energía y el dispositivo tendría 14 metros de altura , según el CTO de Applied Materials, Omkaram Nalamasu.
Ese es el poder de los avances de los materiales. La ciencia de los materiales ha democratizado los teléfonos inteligentes y ha llevado la tecnología a los bolsillos de más de 3.500 millones de personas.
Pero mucho más allá de los dispositivos y los circuitos, la ciencia de los materiales se encuentra en el centro de innumerables avances en la energía, las ciudades del futuro, el tránsito y la medicina.
Como su nombre indica, la ciencia de los materiales es la rama dedicada al descubrimiento y desarrollo de nuevos materiales. Es una consecuencia tanto de la física como de la química, utilizando la tabla periódica como su tienda de comestibles y las leyes de la física como su libro de cocina.
Y hoy, estamos en medio de una revolución en la ciencia de los materiales. En este blog, analizaremos los avances en materiales más importantes que están ocurriendo ahora.
Vamos a sumergirnos ...
LA INICIATIVA DEL GENOMA DE MATERIALES
En junio de 2011 en la Universidad Carnegie Mellon, el presidente Obama anunció la Iniciativa del Genoma de Materiales, un esfuerzo a nivel nacional para utilizar métodos de código abierto e inteligencia artificial para duplicar el ritmo de la innovación en la ciencia de los materiales.
Obama sintió que esta aceleración era fundamental para la competitividad global de Estados Unidos y era la clave para resolver desafíos importantes en materia de energía limpia, seguridad nacional y bienestar humano.
Y funcionó.
Mediante el uso de IA para mapear los cientos de millones de diferentes combinaciones posibles de elementos (hidrógeno, boro, litio, carbono, etc.), la iniciativa creó una enorme base de datos que permite a los científicos tocar una especie de improvisación jazz con la tabla periódica.
Este nuevo mapa del mundo físico permite a los científicos combinar elementos más rápido que nunca y les ayuda a crear todo tipo de elementos novedosos.
Y una serie de nuevas herramientas de fabricación están amplificando aún más este proceso, lo que nos permite trabajar a escalas y tamaños completamente nuevos, incluida la escala atómica, donde ahora estamos construyendo materiales un átomo a la vez.
LOS MAYORES AVANCES EN LA CIENCIA DE LOS MATERIALES
Estas herramientas han ayudado a crear los metamateriales utilizados en los compuestos de fibra de carbono para vehículos más livianos, aleaciones avanzadas para motores a reacción más duraderos y biomateriales para reemplazar las articulaciones humanas.
También estamos viendo avances en el almacenamiento de energía y la computación cuántica.
En robótica, los nuevos materiales nos ayudan a crear los músculos artificiales necesarios para los robots blandos humanoides; piense en Westworld en su mundo.
Analicemos algunos de los principales avances en la ciencia de los materiales de la última década.
(1) Baterías de iones de litio
La batería de iones de litio, que hoy alimenta todo, desde nuestros teléfonos inteligentes hasta nuestros automóviles autónomos, se propuso por primera vez en la década de 1970. No pudo llegar al mercado hasta la década de 1990 y no comenzó a alcanzar la madurez hasta los últimos años.
Una tecnología exponencial, estas baterías han estado bajando de precio durante tres décadas, cayendo en picado un 90% entre 1990 y 2010, y un 80% desde entonces. Al mismo tiempo, han visto un aumento de once veces en la capacidad.
Pero producir suficientes para satisfacer la demanda ha sido un problema constante. Tesla ha asumido el desafío: una de las gigafábricas de la compañía en Nevada produce 20 gigavatios de almacenamiento de energía por año, lo que marca la primera vez que vemos baterías de iones de litio producidas a escala.
Musk predice que 100 gigafábricas podrían almacenar las necesidades energéticas de todo el mundo. Otras empresas también se están moviendo rápidamente para integrar esta tecnología: Renault está construyendo un almacenamiento de energía en el hogar basado en sus baterías Zoe, los paquetes de baterías 500 i3 de BMW se están integrando en la red energética nacional del Reino Unido, y Toyota, Nissan y Audi han anunciado proyecto de piloto.
Las baterías de iones de litio seguirán desempeñando un papel importante en el almacenamiento de energía renovable, ayudando a reducir los precios de la energía solar y eólica para competir con los del carbón y la gasolina.
(2) Grafeno
Derivado del mismo grafito que se encuentra en los lápices cotidianos, el grafeno es una hoja de carbono de solo un átomo de espesor. Es casi ingrávido, pero 200 veces más fuerte que el acero. Este supermaterial, que conduce electricidad y disipa el calor más rápido que cualquier otra sustancia conocida, tiene aplicaciones transformadoras.
El grafeno habilita sensores, transistores de alto rendimiento e incluso un gel que ayuda a las neuronas a comunicarse en la médula espinal. Muchas pantallas de dispositivos flexibles, sistemas de administración de fármacos, impresoras 3D, paneles solares y telas protectoras utilizan grafeno.
A medida que disminuyen los costos de fabricación, este material tiene el poder de acelerar avances de todo tipo.
(3) Perovskita
En este momento, la "eficiencia de conversión" del panel solar promedio, una medida de cuánta luz solar capturada se puede convertir en electricidad, ronda el 20-22%, a un costo de aproximadamente $ 3 por vatio.
La perovskita, un cristal sensible a la luz y uno de nuestros nuevos materiales más nuevos, tiene el potencial de llevar esa eficiencia de conversión mucho más alta. El año pasado, los científicos emparejaron perovskita con silicio en una célula solar híbrida que logró un nuevo récord mundial de 30% de eficiencia.
Y la perovskita tiene el potencial de aumentar ese número hasta en un 66%.
Los ingredientes que componen la perovskita están ampliamente disponibles y son económicos de combinar. ¿A qué se suman todos estos factores? Energía solar asequible para todos .
MATERIALES DEL NANO-MUNDO
La nanotecnología es el borde exterior de la ciencia de los materiales, el punto donde la manipulación de la materia se vuelve nano-pequeña , un millón de veces más pequeña que una hormiga, 8.000 veces más pequeña que un glóbulo rojo y 2,5 veces más pequeña que una hebra de ADN.
Los nanobots son máquinas que pueden dirigirse para producir más de sí mismas, o más de cualquier otra cosa que desee. Y debido a que esto ocurre a escala atómica, estos nanobots pueden separar cualquier tipo de material —suelo, agua, aire— átomo por átomo, y usar estas materias primas ahora para construir casi cualquier cosa.
El progreso ha sido sorprendentemente rápido en el nanomundo, con una gran cantidad de nanoproductos ahora en el mercado.
¿No quieres volver a doblar la ropa nunca más? Los aditivos a nanoescala de los tejidos los ayudan a resistir las arrugas y las manchas.
¿No haces ventanas? ¡No es un problema! Las nanopelículas hacen que las ventanas sean autolimpiantes, antirreflectantes y capaces de conducir electricidad.
¿Quiere agregar energía solar a su casa? Tenemos nano-revestimientos que capturan la energía del sol.
Los nanomateriales fabrican automóviles, aviones, bates de béisbol, cascos, bicicletas, equipaje, herramientas eléctricas más ligeros, y la lista continúa.
Los investigadores de Harvard construyeron una impresora 3D a nanoescala capaz de producir baterías en miniatura de menos de un milímetro de ancho.
Y si no le gustan esas voluminosas gafas de realidad virtual, los investigadores ahora están utilizando la nanotecnología para crear lentes de contacto inteligentes con una resolución seis veces mayor que la de los teléfonos inteligentes actuales.
Y aún se avecinan más. En este momento, en medicina, los nanobots de administración de fármacos están demostrando ser especialmente útiles en la lucha contra el cáncer. La informática es una historia más extraña, ya que un bioingeniero de Harvard almacenó recientemente 700 terabytes de datos en un solo gramo de ADN.
En el frente ambiental, los científicos pueden tomar dióxido de carbono de la atmósfera y convertirlo en nanofibras de carbono súper fuertes para su uso en la fabricación. Si podemos hacer esto a escala, impulsado por energía solar, un sistema del 10% del tamaño del desierto del Sahara podría reducir el CO2 en la atmósfera a niveles preindustriales en aproximadamente una década.
Las aplicaciones son infinitas. Y viene rápido. Durante la próxima década, el impacto de lo muy, muy pequeño está a punto de volverse muy, muy grande.
PENSAMIENTOS FINALES
Con la ayuda de la inteligencia artificial y la computación cuántica durante la próxima década, el descubrimiento de nuevos materiales se acelerará exponencialmente.
Y con estos nuevos descubrimientos, los materiales personalizados se volverán un lugar común. Los futuros implantes de rodilla se personalizarán para satisfacer las necesidades exactas de cada cuerpo, tanto en términos de estructura como de composición.
Aunque son invisibles a simple vista, los materiales a nanoescala se integrarán en nuestra vida cotidiana, mejorando sin problemas la medicina, la energía, los teléfonos inteligentes y más.
En última instancia, el camino hacia la desmonetización y democratización de las tecnologías avanzadas comienza con el rediseño de los materiales, el habilitador y catalizador invisible. Nuestro futuro depende de los materiales que creamos.
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Ricardo Lafferriere

















