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16 de diciembre de 2013

El Heraldo Tecnología

Una singular antena para controlar mejor los reactores prácticos de fusión nuclear Robot aprendiendo de su contacto con humanos

os robots industriales convencionales de hoy en día, como los de las cadenas de montaje de automóviles, no tienen nada que merezca ser llamado cerebro; sólo tienen memoria. Un operador programa el robot para que realice los pasos necesarios para la acción deseada; entonces, el robot puede repetir exactamente los mismos pasos cada vez que se le presenta el mismo trabajo. Pero fuera de la cadena de montaje, las cosas se complican: Un robot personal que trabaje en un hogar tiene que manejar los huevos con mayor suavidad que las latas de conservas. Si tiene que coger y usar un cuchillo de cocina afilado, debe ser lo bastante inteligente como para mantener la hoja alejada de las personas de su entorno. El equipo de Ashutosh Saxena y Ashesh Jain, de la Universidad Cornell en Ithaca, Nueva York, Estados Unidos, decidió enseñar a un robot humanoide y lo bastante inteligente a trabajar de cajero en un supermercado. Los experimentos no se hicieron en un supermercado abierto al público, sino en una sala habilitada como supermercado pero con acceso restringido. El robot escogido fue uno del modelo Baxter, creado por la empresa Rethink Robotics de Boston. Este modelo está diseñado para trabajar en una cadena de montaje de una fábrica, pero los robotistas de la Universidad Cornell lo modificaron para adecuarlo mejor a su nuevo oficio. Al robot se le puede enseñar a hacer cosas de la manera que es tradicional en la robótica: Programándolo mediante software a fin de que mueva sus brazos del modo deseado para que haga un determinado trabajo manual. Pero también es posible enseñarle a hacer cosas de una manera comparable a cómo un humano podría enseñarle a otro. El robot dispone de una modalidad de aprendizaje en la que un humano puede por ejemplo tomar su mano robótica y guiarla en el movimiento adecuado, cuando el robot ha comenzado a hacer algo y lo está haciendo mal. Esto permite a cualquier humano, sin necesidad de ser robotista ni de tener un conocimiento profundo sobre el robot, enseñarle de manera muy directa cómo debe y cómo no debe hacer

algo. El robot por su parte memoriza la corrección y la aplica. Por ejemplo, si el robot coge un cuchillo blandiéndolo con la hoja hacia su entorno y moviéndolo deprisa podría herir accidentalmente a alguien que estuviera cerca. En su trabajo como cajero, eso podría ocurrir si un cliente compra un cuchillo de cocina y el robot lo coge para contabilizar su precio y luego al ir a dejarlo al otro lado lo acerca peligrosamente al cliente. Si alguien le enseña al robot que un cuchillo o cualquier objeto con forma parecida debe ser movido despacio, alejado lo más posible de las personas de su entorno y con la hoja vuelta hacia él en vez de hacia los humanos, el robot lo hará así a partir de entonces. Arriba: Ian Lenz, a la izquierda, y Ashesh Jain, con el robot. Abajo: Con varias articulaciones, un robot del modelo Baxter se puede mover con mayor flexibilidad que una persona, pero para un humano sería difícil decidir la mejor manera de usar esos brazos, por lo que el robot está programado para que planifique sus propios movimientos y permita luego que las personas le hagan correcciones. (Foto: Cornell U.) La opción que permite corregir al robot y hacer que aprenda se basa en lo que los investigadores llaman modo de "gravedad cero", en el que el robot mantiene sus brazos en posición pero sin ofrecer resistencia cuando el operador los mueve. A medida que el robot ejecuta sus movimientos, el operador puede intervenir, guiando los brazos para corregir la trayectoria. La primera corrección puede que no sea la mejor, pero sí un poco mejor. El algoritmo de aprendizaje con que los investigadores dotaron al robot le permite aprender de forma incremental, perfeccionando su trayectoria un poco más cada vez que el humano le corrige. Incluso con correcciones incompletas pero en su conjunto cada vez más cerca del ideal buscado, el robot logra finalmente realizar un movimiento óptimo en la situación de interés. Con esa y otras estrategias parecidas, estos robotistas están ayudando a los robots (y también a los humanos que deban trabajar con robots) a colaborar juntos del mejor modo posible, en una estrategia llamada "aprendizaje coactivo".

a fusión nuclear es un proceso del todo distin to a la fisión nuclear. La fisión, que es la empleada por las centrales nucleares, consiste en fragmentar núcleos de átomos, y conlleva la emisión de mucha radiactividad. En cambio, la fusión nuclear, que es la que hace funcionar a las estrellas, consiste en juntar núcleos de átomos, y se evita toda la problemática de la radiactividad de las centrales nucleares. La fusión nuclear puede, por tanto, ser vista como una alternativa ecológica a la muy contaminante fisión nuclear. La tecnología necesaria para un reactor de fusión nuclear se está consiguiendo poco a poco, a diferencia de la tecnología de fisión que es operativa desde mediados del siglo XX. Uno de los retos a los que se enfrentan los diseños de reactor de fusión nuclear es regular el flujo de calor y de partículas en su interior. Un nuevo y revolucionario dispositivo, ideado por el equipo de Theodore Golfinopoulos y Brian LaBombard, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, podría ser una solución idónea para superar ese reto. El dispositivo, que se puede describir como una antena, aprovecha vibraciones resonantes, presentes de modo natural, para regular el flujo de partículas y de calor en los bordes de la masa de plasma dentro de un reactor de fusión nuclear del tipo tokamak. La mayoría de los reactores experimentales de fusión nuclear del mundo, como el del Centro de Ciencia del Plasma y Fusión del MIT, son del tipo tokamak, en los que se usan poderosos campos

magnéticos para retener el plasma caliente dentro de una cámara en forma de dónut (o toroidal). El término tokamak proviene del nombre ruso del primer reactor de esta clase en la historia de la humanidad, el desarrollado en Rusia en la década de 1960. Los reactores del tipo tokamak son capaces de albergar plasma extremadamente caliente (10 veces más caliente que el Sol) y mantenerlo en el estado deseado mientras se captan las enormes cantidades de energía producidas en el proceso de fusión. Por supuesto, todo depende de la estabilidad que se consiga al mantener el plasma ultracaliente dentro. Y esta es una tarea complicada. La turbulencia en el borde

de un tokamak determina en gran medida cuán permeable es el borde de la masa de plasma al calor y a las partículas. A su vez, la cantidad de calor y partículas que se escapan del borde de la masa de plasma determina el rendimiento de la máquina y condiciona su diseño. Si hay muy poco confinamiento, el plasma no se calienta lo suficiente como para alcanzar las temperaturas de fusión sin que haya que construir una máquina enorme y costosa. Si hay demasiado confinamiento, las impurezas (generalmente átomos de carbono o de metales de la pared) se acumulan en el interior del plasma de hidrógeno, haciendo que sea imposible mantener un estado estable. Una gran parte de la investigación en física de la

fusión se dedica a lograr mejores formas de control, para lograr un equilibrio adecuado entre estos extremos. La nueva antena logra inducir fluctuaciones en el plasma que son similares a las que ocurren de manera natural y que sirvieron de inspiración a los creadores de la antena. En algunas situaciones, las vibraciones estimuladas por la antena son el rasgo predominante en el segmento relevante del espectro de frecuencias. Todo esto se ha logrado usando sólo 2 kilovatios, una cantidad de energía insignificante si se la compara con la energía necesaria para calentar el plasma, y aún más insignificante en comparación con la energía que genera la reacción de fusión nuclear inducida.

¿Mejores baterías para automóviles gracias a la biología?

Los investigadores del MIT han encontrado una nueva forma de mejorar la eficiencia de las baterías litio-aire, valiéndose de virus modificados.

Con varias articulaciones, un robot del modelo Baxter se puede mover con mayor flexibilidad que una persona, pero para un humano sería difícil decidir la mejor manera de usar esos brazos, por lo que el robot está programado para que planifique sus propios movimientos y permita luego que las personas le hagan correcciones.

Modelo de la nueva antena, diseñada para su instalación en el reactor de fusión nuclear Alcator C-Mod del MIT, un reactor experimental del tipo tokamak. con uno de los autores del trabajo de investigación y desarrollo de la antena.

as baterías de litio-aire se han convertido en objeto de intensa investigación en los últimos años, dado que tienen un gran potencial para incrementar drásticamente la energía por peso de batería, lo cual podría dar lugar, por ejemplo, a coches eléctricos con una mayor autonomía. Pero para lograrlo hay que superar una serie de desafíos, entre ellos la necesidad de desarrollar materiales mejores y más duraderos para los electrodos de la batería, así como aumentar la cantidad de ciclos de carga-descarga que las baterías pueden soportar. Recientemente, unos in-

vestigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, han comprobado que la estrategia de añadir virus genéticamente modificados a la producción de nanocables (cables tan delgados que su diámetro es aproximadamente el mismo de un glóbulo rojo de la sangre), que sirven como electrodos de la batería, podría ayudar a resolver algunos de estos problemas. La clave del trabajo de estos científicos radica en un aumento significativo del área de superficie del cable, lo que conlleva un incremento del área donde la actividad

electroquímica tiene lugar durante la carga o la descarga de la batería. El equipo de Dahyun Oh, Angela Belcher y Yang ShaoHorn produjo un conjunto de nanocables, cada uno de 80 nanómetros de ancho, usando un virus genéticamente modificado al que se denomina M13, y que puede capturar moléculas de metales presentes en agua y enlazarlos en formas estructurales. En este caso, los cables de óxido de manganeso (un material que figura entre los favoritos para el cátodo de una batería de litio-aire), fueron fabricados por los virus. Sin embargo, y aquí radica el aspecto más importante del

avance tecnológico, a diferencia de lo que sucede con los nanocables fabricados a través de métodos químicos convencionales, estos nanocables elaborados por virus tienen una superficie áspera, con prolongaciones. Debido a ello, el área de superficie de estos nanocables víricos es mucho mayor que la de los nanocables lisos que usualmente se obtienen con los métodos convencionales. El aumento del área de superficie conseguido mediante el nuevo método vírico puede constituir una gran ventaja que ayude a afrontar con éxito el problema de la tasa de carga y descarga en las baterías litio-aire. Pero el proceso también tiene otras ventajas potenciales: A diferencia de los métodos de fabricación convencionales, que requieren altas temperaturas, consumen mucha energía, y emplean productos químicos peligrosos, el nuevo proceso se lleva a cabo a temperatura ambiente mediante un proceso basado en el agua. Además, los virus producen de manera natural los nanocables con una estructura tridimensional que proporciona una mayor estabilidad al electrodo. Una parte final del proceso es la adición de una pequeña cantidad de un metal, como el paladio.