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Cómo construir un computador atomtrónico

Usar átomos en lugar de electrones para procesar la información podría cambiar la forma en la que pensamos sobre la computación, dicen los físicos.

“El emergente campo de la atomtrónica tiene como objetivo construir analogías de los componentes, sistemas y dispositivos electrónicos, usando átomos ultrafrios”, dice Ron Pepino y sus colegas del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Boulder Colorado.

Hoy, esbozan su visión de la atomtrónica, demostrando cómo funciona y explicando por qué podría dar forma al futuro del procesado de información.

La idea es manipular átomos neutros usando lásers de una forma que imite el comportamiento de los electrones en cables, transistores y puertas lógicas. A lo largo del último par de décadas, los físicos del NIST y de todas partes del mundo se han hecho maestros en crear redes ópticas en las que los átomos pueden ser empujados, arrastrados y sacudidos a voluntad.

Pero este tipo de león óptico domesticado tiene un atractivo limitado por lo que Pepino y compañía han empezado un programa para poner a trabajar a esos átomos domesticados.

El problema es que los átomos no se comportan como electrones, por lo que construir el equivalente atomtrónico de algo incluso tan sencillo como un circuito simple que consta de una batería y una resistencia en serie, requiere de algo de pensamiento original.

Pepino y compañía dicen que la transferencia de átomos de una reseva a otra es una analogía decente y que esta transferencia pueden tener lugar a través de una red óptica en la que los átomos se tunelizan a un ritmo uniforme. Esta es su analogía de un circuito simple.

¿Qué hay de los componentes más complejos? Un diodo es un dispositivo que permite a los electrones viajar en una dirección cuado se aplica un voltaje, pero no viajan en el contrario cuando se invierte el mismo. El diodo atomtrónico de Pepino y sus colegas es una red óptica que conecta dos reservas, pero con un escalón diferencial de energía en medio. Esto permite a los átomos tunelizarse en una dirección pero no en otra.

De una forma similar, el equipo del NIST demuestra cómo es posible crear varios tipos de transistores atomtrónicos e incluso una puerta AND atomtrónica. A partir de ahí, no hay nada más que un pequeño paso hacia el procesado de información atomtrónica.

Pero, ¿por qué molestarse cuando ya tenemos todos esos componentes fucionando perfectamente con electrones?

Pepino y sus colegas dicen que hay varias razones. Los átomos neutros son fácilmente aislables del entorno, por lo que podrían ser útiles para la computación cuántica. Y al contrario que las redes de semiconductores, las redes ópticas pueden fabricarse de forma más o menos perfecta. Esto permitirá a los físicos poner a prueba las propiedades fundamentales de los circuitos lógicos de una forma que está totalmente libre de complicaciones indeseadas. “Es posible que una comprensión más profunda pueda darnos el diseño de sistemas electrónicos convencionales y llevar a futuras mejoras”, dice el equipo del NIST.

Pero, tal vez, la razón más interesante es esta: “los sistemas atomtrónicos son más ricos que sus homólogos electrónicos debido a que los átomos poseen más grados internos de libertad que los electrones”.

Hasta hace poco, la electrónica se había basado en una única propiedad de los electrones – su carga. Pero en los últimos años, los físicos han empezado a explicar una segunda propiedad: el espín electrónico. La conocida como espintrónica promete revolucionar la electrónica debido a que permite que la información se cofidique de una forma completamente nueva.

La atomtrónica podría llegar aún más lejos ofreciendo formas completamente nuevas de tratar la información. Los átomos neutros pueden ser fermiones o bosones y la interacción entre ellos puede ser de largo o corto alcance, fuerte o débil y atractiva o repulsiva.

Por tal razón, la atomtrónica abre unas nuevas y apasionantes formas de almacenar y procesar la información que no pueden hacerse con electrones. Aunque exactamente qué se logrará con esto no está claro.

Tendrá que esperar a estudios posteriores. Por el momento, Pepino y compañía parecer estar conduciendo a solas el camino de la atomtrónica. Hasta el momento el trabajo parece en gran parte teórico. Tal vez podrían contar con algo de ayuda para lograr tener los primeros dispositivos atomtrónicos listos y funcionando.


Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1005.3069: Open Quantum systems Approach To Atomtronics
Fecha Original: 20 de mayo de 2010
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Fuente: Ciencia Kanija

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Logran que bacterias controladas por ordenador construyan una pirámide diminuta

Investigadores del Laboratorio de Nanorobótica de la École Polytechnique de Montreal han conseguido dirigir a voluntad el movimiento de un grupo de bacterias magnetotácticas para hacer que trabajen en equipo y manipulen objetos a escala microscópica.

Estos organismos unicelulares disponen de unos orgánulos denominados magnetosomas que actúan como si de unas brújulas naturales se tratara. Los científicos canadienses han creado un campo magnético controlado con la ayuda de una computadora y han logrado que dichas bacterias sigan sus órdenes.

En uno de los experimentos que han llevado a cabo, las han agrupado en un enjambre de unos 5000 individuos y las han utilizado para construir, paso a paso, una pirámide diminuta:

En otra de las pruebas realizadas, las han dirigido a través del flujo sanguíneo de una rata. El profesor Sylvain Martel, que ha conducido estos ensayos, ha comentado que en unos años esperan poder usar a este tipo de bacterias como un sistema de propulsión que lleve a los nanorrobots del futuro hasta las zonas del cuerpo humano que precisen de asistencia.

Fuente:  Abadía  DIGITAL V4.0

Bajo licencia Creative Commons

Un implante en el cerebro permite a dos tetrapléjicos manejar un ordenador

Un implante en el cerebro permite a dos tetrapléjicos manejar un ordenador

El dispositivo ‘traduce’ las señales nerviosas en instrucciones para mover el cursor.

(El País) – Pensado y hecho. El futuro para las personas con lesiones medulares graves está en la energía de su cerebro. Lo acaban de demostrar dos experimentos publicados hoy en la revista Nature. Los voluntarios, personas que han perdido la capacidad de mover las extremidades, fueron capaces de manejar un ordenador o de hacer funcionar brazos mecánicos con el pensamiento. El experimento se basa en la transformación de los impulsos nerviosos en corrientes eléctricas, que son convertidas mediante un sistema informático en instrucciones para mover el cursor.

La base del proceso está en la naturaleza de las señales cerebrales. Al pensar, se generan micro-corrientes eléctricas. Utilizando microprocesadores, los investigadores de un equipo multidisciplinar y de varios centros de Estados Unidos han conseguido captar esas señales y transformarlas en órdenes que permiten a los tetrapléjicos manejar un ordenador y otros aparatos.

El sistema ha sido desarrollado por la empresa Cyberkinetics de Massachusetts. Consiste en una placa de 16 milímetros cuadrados y con 100 sensores del grosor de un pelo que se implanta en la zona exterior del cerebro (el córtex). Este chip se conecta en el exterior de la cabeza con un sistema informático que es el que traduce las señales nerviosas en corriente eléctrica dirigida.

Tras este primer paso viene un duro proceso de aprendizaje. El paciente tiene que saber en qué debe pensar cuando quiere que el cursor se mueva hacia la derecha, hacia arriba o haga clic. Una de las dudas que tenían los investigadores era si una persona que hacía años que no empleaba esa parte del cerebro porque ha perdido la capacidad de moverse mantenía la capacidad de activarla.

Abrir el correo

El sistema se ha probado con éxito en dos personas. La primera fue Matthew Nagle, de 25 años. Este joven llevaba paralizado cuatro años cuando comenzó el ensayo en junio de 2004 en un hospital de Rhode Island. Durante 57 sesiones, Nagle aprendió a abrir su correo electrónico, a dibujar figuras con un programa de ordenador e incluso a usar un videojuego. También logró cambiar el canal y volumen de la televisión con el mando a distancia. Llegó a tener tanta práctica que podía hacer estas actividades mientras conversaba. Cuando se conectó el sistema a un brazo mecánico, pudo agarrar y depositar objetos.

El sistema perdió eficacia a los seis meses y medio. Los investigadores no saben por qué, pero parece que el cerebro de Nagle se cansó y las señales que enviaba al chip perdieron fuerza y nitidez. El joven sigue participando en el ensayo y todavía se conecta para nuevas pruebas.

El otro voluntario fue un hombre de 55 años que recibió el implante en abril de 2005. El aparato tuvo problemas técnicos y apenas funcionó tres meses. Pero fue suficiente para demostrar que era posible reactivar la zona cerebral que no se usaba desde la pérdida de la capacidad de moverse. «Estamos ansiosos de expandir este sistema para que sirva realmente para mejorar la vida de las personas con lesiones medulares», ha dicho el presidente de Cyberkinetics, Timothy Surgenor.

Hasta ahora los tetrapléjicos ya disponían de algunas ayudas para usar los ordenadores, pero se trata de artilugios mecánicos que tenían que hacer funcionar basándose en movimientos de la cabeza, la boca o incluso de los ojos. Ésta es la primera vez que se consigue que muevan un cursor sólo con la mente.

Traducción inversa

La idea de transformar corrientes cerebrales en órdenes para una máquina es sólo un primer paso. Puede ayudar a las personas con lesiones medulares, pero no satisface su mayor aspiración: recuperar la movilidad.

John Donoghue, fundador de Cyberkinetics, apunta cuál es su objetivo último: «Convertir esas señales eléctricas en órdenes que puedan servir para mover los músculos». Sería el equivalente a una «traducción inversa»: primero, se captan las señales nerviosas en el cerebro; luego, se transportan mediante cables al miembro inmóvil; una vez ahí, habría que convertirlo de nuevo en impulsos nerviosos que fueran capaces de mover los músculos.

El ensayo publicado hoy es sólo la primera parte de este proceso. Es más rápido que otros sistemas probados hasta ahora, pero también tiene sus inconvenientes: el sistema implica tener permanentemente abierto el cráneo, es muy agresivo (hay que clavar los electrodos en el cerebro para captar las señales nerviosas) y, sobre todo, en las dos personas que lo han probado ha dejado de funcionar al cabo de un tiempo.

Por todo ello la empresa tiene en su web (www.cyberkineticsinc.com) un apartado para reclutar voluntarios.

Aportado por Eduardo J. Carletti

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