{"id":192982,"date":"2015-05-15T15:50:37","date_gmt":"2015-05-15T18:50:37","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=192982"},"modified":"2015-08-05T16:52:58","modified_gmt":"2015-08-05T19:52:58","slug":"adiestramiento-de-nanotubos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/adiestramiento-de-nanotubos\/","title":{"rendered":"Adiestramiento de nanotubos"},"content":{"rendered":"
\"Evoluci\u00f3n:

Diogo Volpati\/ IFSC\/ USP<\/span>Evoluci\u00f3n: pulsos el\u00e9ctricos alineando nanotubos (en azul<\/em>) sumergidos en cristal l\u00edquido con electrodos de oro (en amarillo<\/em>)Diogo Volpati\/ IFSC\/ USP<\/span><\/p><\/div>\n

Imag\u00ednense un relojero chiflado que, en lugar de idear muelles, engranajes y analizar c\u00f3mo encajar esas piezas para construir un reloj, trabajara con un m\u00e9todo poco convencional, disponiendo las piezas en una caja y sacudi\u00e9ndola hasta que las mismas se encajen y se conviertan en un mecanismo que funcione perfectamente. Algo similar fue lo que obtuvo un equipo de la Universidad de Durham, en Reino Unido, en un trabajo conjunto con el f\u00edsico brasile\u00f1o Diogo Volpati, del Instituto de F\u00edsica de S\u00e3o Carlos, en la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP). Los investigadores elaboraron un filme muy delgado vali\u00e9ndose de un pol\u00edmero (polimetacrilato de butilo) conteniendo un enmara\u00f1ado de nanotubos de carbono, estructuras cil\u00edndricas formadas por hojas de carbono de tan s\u00f3lo un \u00e1tomo de espesor enrolladas sobre s\u00ed mismas, un material de gran inter\u00e9s por sus propiedades el\u00e9ctricas y mec\u00e1nicas.<\/p>\n

Con el filme listo, el equipo aplic\u00f3 una secuencia de pulsos el\u00e9ctricos en el material para alterar la capacidad de conducci\u00f3n el\u00e9ctrica de los nanotubos y detectar c\u00f3mo podr\u00eda utilizarse la red para procesar informaciones. Los investigadores denominan a esa estrategia como \u201cadiestramiento\u201d del material. Ello permite trabajar con el filme de nanotubos para ejecutar una tarea que solamente logra un circuito electr\u00f3nico de computadora: el procesamiento de se\u00f1ales el\u00e9ctricas para la realizaci\u00f3n de operaciones l\u00f3gicas.<\/p>\n

\u201cSe trata de un nuevo abordaje para la fabricaci\u00f3n de nanodispositivos electr\u00f3nicos, en la frontera entre la ciencia de la computaci\u00f3n, la ciencia de materiales y la ingenier\u00eda el\u00e9ctrica\u201d, dice Volpati. \u201cEn lugar de montar placas de circuitos electr\u00f3nicos para procesar informaci\u00f3n, nosotros \u2018adiestramos\u2019 a un material inicialmente desorganizado para que ejecute la tarea deseada\u201d.<\/p>\n

Este modo de producci\u00f3n de nuevos materiales que se comportan como circuitos electr\u00f3nicos se inspira en la forma en que evolucionan los organismos vivos. En 2004, el f\u00edsico Julian Miller, de la Universidad de York, en el Reino Unido, bautiz\u00f3 a esa estrategia como evoluci\u00f3n en materiales (evolution in materio<\/em>). La misma, permite la obtenci\u00f3n de circuitos electr\u00f3nicos sin necesidad de contar con un control total sobre el montaje de la estructura. F\u00edsicos, ingenieros y cient\u00edficos de la computaci\u00f3n consideran que la evolution in materio<\/em> es uno de los caminos para superar un problema que inquieta a la microelectr\u00f3nica: el l\u00edmite de miniaturizaci\u00f3n de los chips de las computadoras. En las \u00faltimas d\u00e9cadas, la capacidad para procesar la informaci\u00f3n ha aumentado permanentemente porque se ha logrado tallar cada vez un mayor n\u00famero de circuitos electr\u00f3nicos en espacios cada vez menores. Pero se est\u00e1 alcanzando el punto en el que deja de ser f\u00edsicamente posible manipular la materia para lograr una reducci\u00f3n a\u00fan mayor en los circuitos.<\/p>\n

Ese es el objetivo de Miller y otros investigadores en el Proyecto de Ingenier\u00eda a Nanoescala para una Nueva Computaci\u00f3n Empleando la Evoluci\u00f3n (Nascence), que abarca a cinco universidades europeas y desde 2012 fomenta la colaboraci\u00f3n entre cient\u00edficos de la computaci\u00f3n, f\u00edsicos e ingenieros en la b\u00fasqueda de nuevos materiales y diferentes maneras de adiestrarlos.<\/p>\n

Como experto en la fabricaci\u00f3n y clasificaci\u00f3n de nuevos materiales, Volpati recibi\u00f3 una invitaci\u00f3n de Michael Petty, l\u00edder del grupo de Durham en el proyecto Nascence, para participar en los experimentos con el material elaborado con nanotubos de carbono mezclados con pol\u00edmero. Bajo ciertas condiciones, los nanotubos pueden desempe\u00f1ar el papel de hilos el\u00e9ctricos microsc\u00f3picos. As\u00ed, el enmara\u00f1ado en el interior del pol\u00edmero funciona como un circuito electr\u00f3nico, aunque todo revuelto antes de que comience el experimento.<\/p>\n

En las pruebas, un trocito del material se conecta a computadoras convencionales mediante una serie de electrodos. La funci\u00f3n de algunos de ellos consiste en disparar pulsos el\u00e9ctricos que representan los datos de entrada \u2012una secuencia de n\u00fameros, por ejemplo\u2012 para un c\u00e1lculo matem\u00e1tico. Esos pulsos atraviesan la red de nanotubos de carbono y son captados en el otro extremo. Los pulsos recogidos a la salida corresponden a la soluci\u00f3n para el problema matem\u00e1tico.<\/p>\n

Realineamiento<\/strong>
\nNo obstante, como los nanotubos se encuentran desordenados, al comienzo de los experimentos la red desordena las se\u00f1ales el\u00e9ctricas de entrada. Como resultado, los datos de salida brindan una respuesta err\u00f3nea al problema. La capacidad para solucionar el problema mejora a medida que electrodos adicionales disparan se\u00f1ales el\u00e9ctricas producidas por un programa de computadora cuyo objetivo consiste en identificar la configuraci\u00f3n de pulsos el\u00e9ctricos capaz de modificar la orientaci\u00f3n espacial de los nanotubos. El trabajo de ese programa, al que se conoce como algoritmo evolutivo y se realiza mediante prueba y error, demora solamente algunos segundos y permite descubrir la mejor manera de orientar los nanotubos y procesar una determinada informaci\u00f3n en un conjunto de circuitos el\u00e9ctricos con estructura desconocida.<\/p>\n

Mediante la utilizaci\u00f3n de esa estrategia, Mark Massey, posdoctorando en la Universidad de Durham, Volpati y sus colegas, probaron diferentes composiciones de pol\u00edmeros con nanotubos de carbono. En un art\u00edculo publicado en abril en la revista Journal of Applied Physics<\/em>, ellos mostraron que el material s\u00f3lo efect\u00faa una determinada operaci\u00f3n matem\u00e1tica si la concentraci\u00f3n de nanotubos de carbono dispersos entre las mol\u00e9culas del pol\u00edmero var\u00eda entre 0,11% y 1%. \u201cTan s\u00f3lo en esas concentraciones el material posee las propiedades f\u00edsicas necesarias para la realizaci\u00f3n de la tarea\u201d, explica Volpati.<\/p>\n

El c\u00e1lculo efectuado por el material en ese experimento fue bastante sencillo. El enmara\u00f1ado de nanotubos realiz\u00f3 tan s\u00f3lo tres tipos de suma: 0 + 0; 1 + 1; y 1 + 0. Entretanto, en 2014, el equipo de Petty ya hab\u00eda utilizado el mismo material para resolver un tema un tanto m\u00e1s complejo, al que se conoce como problema del viajante: determinar el camino m\u00e1s corto para que un representante de ventas recorra una serie de ciudades vecinas. El filme de nanotubos permiti\u00f3 resolver el problema hasta para 12 ciudades, dispuestas en c\u00edrculo en un mapa. \u201cEsas son las pruebas iniciales\u201d, explica Volpati. \u201cEl desaf\u00edo actual consiste en desarrollar una porci\u00f3n de material capaz de reemplazar la plaqueta de circuitos electr\u00f3nicos que controla a un robot, por ejemplo\u201d.<\/p>\n

Una de las dificultades con que se topan los investigadores consiste en que los filmes de nanotubos de carbono son r\u00edgidos, con una seria limitaci\u00f3n: el aprendizaje es pasajero. S\u00f3lo funcionan como circuitos electr\u00f3nicos mientras los pulsos del algoritmo de b\u00fasqueda evolutivo se est\u00e1n aplicando. Cuando se desconectan esos pulsos, el material pierde las propiedades el\u00e9ctricas que le permiten actuar como un circuito.<\/p>\n

En otro art\u00edculo que se public\u00f3 este a\u00f1o en el Journal of Applied Physics<\/em>, Volpati y sus colaboradores lograron sustituir la matriz r\u00edgida del pol\u00edmero por una elaborada con cristal l\u00edquido. A diferencia de las mol\u00e9culas del pol\u00edmero, que no se mueven, las mol\u00e9culas del cristal l\u00edquido se desplazan bajo la influencia de los pulsos el\u00e9ctricos emitidos por el algoritmo evolutivo. \u201cLos cristales l\u00edquidos alteran la orientaci\u00f3n espacial de los nanotubos, modificando permanentemente las propiedades del material\u201d, explica Volpati. \u201cTambi\u00e9n demostramos que, una vez que orientamos los nanotubos en la direcci\u00f3n que deseamos, ellos no se mezclan m\u00e1s y el material no pierde su capacidad\u201d. En la actualidad, los cient\u00edficos intentan usar los nanotubos inmersos en el cristal l\u00edquido para realizar operaciones matem\u00e1ticas.<\/p>\n

Proyectos<\/strong>
\n1.<\/strong> An\u00e1lisis espectrosc\u00f3pico de la orientaci\u00f3n molecular en el volumen y en las interfaces de filmes delgados org\u00e1nicos depositados sobre diferentes superficies (n\u00ba 2012\/ 09905-3<\/a>); Modalidad<\/strong> Beca de Posdoctorado; Investigador responsable<\/strong> Osvaldo Novais de Oliveira Junior (IFSC-USP); Becario<\/strong> Diogo Volpati; Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 168.972,87 (FAPESP).
\n2.<\/strong> Control molecular en filmes nanoestructurados de nanotubos de carbono (n\u00ba 2013\/ 08864-4<\/a>); Modalidad<\/strong> Beca de Pasant\u00eda de Investigaci\u00f3n en el Exterior \u2013 Posdoctorado; Investigador responsable<\/strong> Osvaldo Novais de Oliveira Junior (IFSC-USP); Becario<\/strong> Diogo Volpati; Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 202.700,20 (FAPESP).<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos<\/em>
\nMASSEY, M. K.et al<\/em>. Computing with carbon nanotubes: Optimization of threshold logic gates using disordered nanotube\/ polymer composites.<\/a> Journal<\/strong> of<\/strong> Applied<\/strong> Physics<\/strong>. v. 117, n. 13. 6 abr. 2015.
\nVOLPATI, D. et<\/em> al<\/em>. Exploring the alignment of carbon nanotubes dispersed in a liquid crystal matrix using coplanar electrodes<\/a>. Journal<\/strong> of<\/strong> Applied<\/strong> Physics<\/strong>. v. 117, n. 12. 24 mar. 2015.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Redes aleatorias de cilindros de carbono realizan operaciones matem\u00e1ticas","protected":false},"author":14,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[304],"coauthors":[103],"class_list":["post-192982","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-fisica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/192982","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/14"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=192982"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/192982\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=192982"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=192982"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=192982"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=192982"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}