Transmisión inalámbrica de electricidad

Un equipo del MIT (Departamento de Física, Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ordenadores, Instituto de Nanotecnología Militar) ha conseguido transmitir electricidad sin cables a una distancia de más de dos metros con potencia suficiente para encender una bombilla, sin que se requiera una línea de visión directa entre la fuente y el receptor.

El equipo de científicos llama al sistema “WiTricity”, por considerarlo análogo a la tecnología WiFi, salvo que en este caso no se transmite información sino simplemente energía eléctrica (no tiene que tener ningún “orden”, pero la potencia es muchísimo mayor).

A pesar de que ya era posible transmitir energía eléctrica sin cables, los métodos empleados hasta ahora tenían graves inconvenientes: una fuente de radiación electromagnética tipo WiFi emitiría energía en todas direcciones, mientras que sólo una pequeña parte (si es que hay un receptor cerca) recibiría algo. En el caso del WiFi esto no es un problema: transmitir potencia no es el objetivo del aparato, y la potencia emitida es minúscula; pero si quiero hacer funcionar un portátil o un móvil en el cuarto de estar sin batería ni cables, la potencia debe ser bastante más grande.

Otra solución que se ha probado es dirigir la radiación electromagnética (por ejemplo, utilizando láser), pero esto requiere una línea de visión ininterrumpida entre la fuente y el receptor (y un rayo por cada receptor posible). Además, la potencia sería suficientemente grande para que fuera peligroso, y requeriría que la fuente fuera capaz de seguir al receptor con el rayo…vamos, un lío.

También se ha probado la inducción de corriente: el hecho de que un circuito en el que la corriente eléctrica varía crea a su alrededor un campo magnético capaz de inducir una corriente en otro circuito. Pero este sistema requiere, o bien corrientes gigantescas, o bien distancias muy cortas entre la fuente y el receptor, de modo que tampoco sirve de forma práctica. Sin embargo, el sistema del MIT se basa en la inducción de este tipo, añadiendo un elemento más: la resonancia.

El sistema desarrollado utiliza el acoplamiento de objetos resonantes. Como siempre, hablando rápido y mal: muchos sistemas físicos absorben y emiten energía de forma muy eficaz a determinadas frecuencias. Por ejemplo, cuando empujas un columpio, para que llegue muy alto tienes que empujarlo a un ritmo determinado: si lo haces a otro ritmo, estás empujándolo cuando no está en el momento adecuado y no le das toda la energía que deberías (o incluso le quitas energía). Seguro que has oído las historias de puentes que reciben viento a su frecuencia de resonancia y bandean más y más hasta que se rompen.

Los ingenieros se han centrado en un tipo específico de resonancia: han acoplado dos bobinas de cobre de la misma frecuencia de resonancia magnética. Una de las bobinas (la fuente) crea un campo magnético no radiativo a su alrededor de determinada frecuencia (del orden de MHz). En la otra bobina, de la misma frecuencia de resonancia, se induce una corriente eléctrica debida al campo magnético oscilante creado por la primera: si se tratase de inducción “normal”, no tendría suficiente potencia para hacer funcionar nada a una distancia de dos metros, pero la resonancia hace que la segunda corriente sea suficientemente grande como para encender una bombilla.

Al utilizar un campo magnético no radiativo, lo único que hay alrededor de la bobina fuente es eso: un campo magnético, que puede ser bloqueado por algo (por ejemplo, puedes pasar por delante) sin que pase nada. Además, puesto que el campo magnético está restringido a un área relativamente pequeña alrededor de la fuente, y lo único que puede absorber esa energía eficazmente es un circuito resonante, se pierde muy poca energía sin necesidad de “seguir” al receptor.

Podrías tener, por ejemplo, una fuente en el salón con un alcance de tres o cuatro metros y que el el portátil, la televisión, etc. tuvieran bobinas resonantes que los hicieran funcionar. Parece que una bobina relativamente pequeña (como la que cabe en un portátil) tendría un alcance de unos pocos metros, lo cual podría ser suficiente para que fuera práctico dentro de la casa.

Desde luego, hay cuestiones por resolver: sería mucho más fácil robar energía eléctrica (salvo que se encuentre alguna manera de “encriptar la señal”), y el campo magnético es de una intensidad relativamente grande (aunque no enorme). A pesar de que la acción de campos magnéticos no radiativos sobre nuestro cuerpo, hasta el momento, no ha demostrado tener efectos nocivos (corregidme si no es así), después de ver lo de los móviles y las abejas, y el WiFi en el Reino Unido, creo que una cosa así puede encontrarse con una enorme oposición de la opinión pública y los medios de comunicación. Veremos en qué acaba la cosa.

Planifican el primer córtex de silicio

Construir modelos del cerebro a partir de chips de computadora especialmente diseñados podría revelar los secretos de nuestro órgano pensante.

La Universidad de Stanford está planificando un ambicioso proyecto destinado a crear un modelo en silicio del córtex cerebral. Este cerebro realizador por el hombre podría ayudar a los científicos a entender cómo la última parte de nuestro cerebro en evolucionar, realiza sus complejas hazañas computacionales, gracias a las cuales podemos entender el lenguaje, reconocer las caras, y planificar el día. También podría conducir a la creación de nuevas prótesis neuronales.

“Los cerebros hacen cosas en formas novedosas (técnica y conceptualmente) – pueden solucionar casi sin esfuerzo tareas que aún no podemos resolver con las más grandes y modernas máquinas digitales”, comenta Rodney Douglas, profesor del Instituto de Neuroinformática en Zurich. “Una de las formas para explorar todo esto es desarrollar hardware que fuese en la misma dirección”.

Las neuronas se comunican mediante series de pulsos eléctricos; las señales químicas cambian de forma transitoria las propiedades eléctricas de las células individuales, lo cual hace a su vez que se provoque un cambio eléctrico en la siguiente neurona del circuito. En la década de 1980, Carver Mead, pionero en microelectrónica del Instituto Tecnológico de California, se dio cuenta de que los mismos transistores que se empleaban para construir chips de computadora podían ser usados para fabricar circuitos que imitasen las propiedades eléctricas de las neuronas. Desde entonces, los científicos y los ingenieros han venido usando estas neuronas basadas en transistores para construir circuitos neuronales cada vez más complicados, modelando la reina, la cóclea (la parte del oído interno que traduce las ondas sonoras en señales neurológicas), y el hipocampo (una parte del cerebro crucial para la memoria). A este proceso lo llaman neurotransformación.

Ahora Kwabena Boahen, neuroingeniero de la Universidad de Stanford, está planificando el más ambicioso proyecto neurotransfórmico hasta la fecha. La primera generación del diseño se compondrá de una placa de circuitos con 16 chips. Cada uno contendrá una matriz de 256×256 neuronas de silicio. Se podrán preparar conjuntos de neuronas para que tengan propiedades eléctricas diferentes, imitando a las distintas células del córtex. Los ingenieros podrán también programar conexiones específicas entre las células, para modelar la arquitectura en las diferentes partes del córtex.

“Queremos ser capaces de explorar en estas áreas, ideas distintas, patrones de conectividad distintos y operaciones distintas”, comenta Boahen. “En realidad, aún no podemos explorar todo esto”. Boahen planea en última instancia construir chips que otros científicos puedan comprar y emplear para poner a prueba sus propias teorías sobre el modo en que opera el córtex. Todo ese nuevo conocimiento podría luego integrarse sobre la siguiente generación de chips.

“Es muy excitante”, comenta Terrence Sjnowski, lider del Laboratorio de Neurobiología Computacional en el Instituto Salk de la Jolla, California. “La tecnología ha madurado hasta el punto en que es posible pensar en realizar simulaciones a gran escala”. Por ejemplo, Sejnowski estudia el modo en que el tálamo, un área del cerebro supuestamente relacionada con la transmisión en integración de información procedente de diferentes partes del cerebro, interactúa con el córtex. “En la actualidad, podemos realizar pequeñas simulaciones de cientos de miles de neuronas, pero sería genial poder aumentar la escala”, comenta Sejnowski.

La red de un millón de neuronas tendrá una velocidad de proceso equivalente a 300 teraflops, lo que significa que al contrario que las simulaciones del córtex realizadas mediante software, el modelo realizado con silicio será capaz de funcionar en tiempo real. “En lugar de ejecutar miles de instrucciones de software, simplemente hablamos de corriente atravesando unos transistores, igual que sucede con las neuronas reales”, comenta Boahen.

Por supuesto, el proyecto será todo un reto. “Tendrán que poner a funcionar conjuntamente un buen número de chips”, comenta Douglas. “Construir una estructura a la escala que Kwabena tiene en mente… nadie lo ha hecho jamás”. Pero podría convertirse en un punto de inflexión en este campo. Douglas compara el estado actual la ingeniería neurotransfórmica con las primeras etapas en el diseño de chips para computadora. “La gente había trabajado con diferentes clases de puertas lógicas, pero para construir un chip para computadora se necesitó todo un conjunto de visiones diferentes sobre la materia”.

Los ingenieros esperan, en última instancia, emplear la información generada por el córtex de silicio para una amplia variedad de cuestiones, por ejemplo para construir mejores prótesis neurológicas. “Esta tecnología, que funciona en tiempo real, nos permite en principio interconectar al córtex de silicio con el córtex real del cerebro”, comenta Pert Cauwenberghs, neuroingeniero de la Universidad de California en San Diego. “Existe la promesa, al menos futura, de construir una prótesis para remplazar alguna de las funciones motoras perdidas, o las funciones sensoriales”.

Traducido de Building the Cortex in Silicon.

Desarrollan un “cable alargador” neuronal para implantes cerebrales

Un “cable de datos” realizado con células nerviosas estiradas podría un día ayudar a conectar computadoras con el sistema nervioso humano. Las células modificadas deberían establecer mejores conexiones con los tejidos humanos que los electrodos de metal que se usan en la actualidad para propósitos médicos, tales como las prótesis por control remoto.

“Al sistema nervioso no le gustan los desagradables y duros cables de metal o plástico”, comenta Doug Smith, uno de los desarrolladores del cable basado en células de la Universidad de Pennsylvania, Estados Unidos. El tejido nervioso puede desarrollar heridas o puede encogerse ante el contacto con metales y otros materiales no biológicos, comenta Smith.

“Pero las células nerviosas crecerán felices para formar nuevas conexiones con otras células nerviosas”, añade Smith, “que queremos intentar esto como una alternativa a los métodos que implican clavar algo en los nervios o en el cerebro. La idea es hacer una especie de cable alargador”. Los prototipos de los primeros cables desarrollados por su equipo ya han demostrado ser capaces de transmitir sencillas señales de forma efectiva.

En el año 2001, Smith y sus colegas desarrollaron un método para alargar las fibras nerviosas gradualmente mediante sucesivos alejamientos entre grupos de neuronas conectadas. Ya se han empleado extensiones de nervios generados por este método, que llegaron a medir hasta 10 centímetros, para fijar nervios dañados a los miembros de algunos pacientes humanos.

Cubierta de proteínas

Los cables de datos se fabrican de un modo idéntico, Se cultiva un grupo de neuronas en la parte alta de una matriz de 96 electrodos cubiertos por una capa proteica que hace que las células se unan a ellos. Cuando se ubica otro grupo de neuronas a una distancia de 100 micrones (el ancho de un cabello humano) del primero, en una placa distinta, las células crecen hacia ella, y finalmente las neuronas de ambos grupos se unen entre si.

Después de eso, se emplea un motor para separar delicadamente las dos plaquitas – lo cual provoca que las fibras nerviosas continúen creciendo a un ritmo de 1 cm diario. “Planeamos usar uno de los extremos para conectarlo al sistema nervioso”, comentó Smith a New Scientist, “mientras que el otro se enlazará a una computadora”.

Las pruebas realizadas ya han demostrado que las señales eléctricas pueden transmitirse en ambas direcciones a lo largo del cable. “Lo siguiente es empezar a hacer pruebas con animales”, comenta Smith. Poder conectar el cable a electrodos ubicados fuera del cerebro significa que podremos controlar las reacciones que las neuronas sufren ante elementos no orgánicos. En el futuro, los cables podrán conectar a nervios amputados con nuevas y sofisticadas prótesis, añade, e incluso se podría encontrar un método que permitiese conectar ojos u oídos artificiales al cerebro.

Control del pensamiento

Christopher James, que trabaja en interfaces cerebro-computadora en le Universidad de Southampton, Reino Unido, ha acogido con cautela este trabajo. “Este enfoque parece ser una buena idea”, comenta. “Aunque unir directamente electrodos al cerebro ha demostrado funcionar, desconocemos los efectos a largo plazo“.

Pero James también sostiene que, a largo plazo, tal vez no sea en absoluto necesario conectarse directamente con los nervios. “En Europa, la mayoría de los investigadores en este campo están empleando electroencefalogramas no invasivos”.

“Las señales son más débiles, por lo que hace falta un método de proceso más complejo, pero no hace falta realizar cirugía sobre el sistema nervioso, lo cual tiene muchas ventajas”, añade James.

Traducido de Neural ‘extension cord’ developed for brain implants

Sayaka: la siguiente generación de cápsulas endoscópicas

Las cápsulas endoscópicas, dispositivos ingeribles con forma de píldora diseñadas para capturar imágenes del interior del tracto digestivo, ya llevan una temporada en funcionamiento. Pero Sayaka, la cápsula endoscópica desarrollada por RF System Lab en diciembre de 2005, ha incrementado drásticamente la calidad total de las imágenes tras cambiar de posición la cámara y permitirle que rote.

Mientras que las cápsulas convencionales - incluyendo a la anterior de RF System Lab, llamada Norika - poseen cámaras en uno de los extremos de la píldora, la de Sayaka ha sido desplazada hacia un lado, donde tiene una mejor visión de las paredes intestinales. Además, un pequeño motor por pasos, hace que la cámara rote a medida que la píldora pasa a través del tracto digestivo, permitiendo que Sayaka capture imágenes desde todos los ángulos.

Como con Norika, la Sayaka obtiene su energía de una fuente externa e inalámbrica, principalmente para no introducir en el cuerpo el tipo de sustancias dañinas que se emplean para hacer baterías.

En un viaje cuya duración normal es de 8 horas, y durante 8 metros a través del tracto gastrointestinal, Sayaka toma aproximadamente 870.000 fotos, que son enviadas a un receptor ubicado cerca del cuerpo. La tecnología de ensamblaje de imágenes se aplica para unir las fotos y formar un mapa rectangular plano y en alta resolución de los intestinos, que puede magnificarse 75 aumentos. Además de rastrear el mapa en busca de áreas problemáticas, los gastroenterólogos pueden comparar el mapa con otros obtenidos en sesiones previas en busca de cambios en las condiciones del paciente.

Enlace a un vídeo promocional.