Recrear en una máquina la portentosa arquitectura subyacente en el cerebro de un ser vivo podría dotarla de algunas de sus cualidades extraordinarias, y es el punto de partida obligado para todo intento de dotar a un ordenador o robot de inteligencia comparable a la humana, un sueño largamente perseguido por muchos científicos y un tema estrella de la ciencia-ficción. La cuestión de si tal máquina poseería lo que llamamos "consciencia" está desde hace mucho tiempo en el epicentro de un debate lleno de dudas morales.

Una de las cualidades que definen a un cerebro biológico es la poca energía que consume, en comparación con los sistemas artificiales. Se impone pues comenzar por encontrar los circuitos y chips más adecuados para construir cerebros artificiales que utilicen la menor cantidad posible de energía.

Ésta es la cuestión que la profesora Elisabetta Chicca, de la Universidad de Bielefeld en Alemania, ha estado investigando en colaboración con colegas de Italia y Suiza.

Uno de los objetivos de Chicca es fabricar robots y otros sistemas tecnológicos tan autónomos y capaces de aprender como sea posible. Los cerebros artificiales que ella y su equipo están desarrollando están modelados imitando a los sistemas nerviosos biológicos del Ser Humano y otros animales. Estos sistemas biológicos procesan los estímulos del entorno de manera completamente diferente a como lo hacen los ordenadores actuales. Los sistemas nerviosos biológicos se autoorganizan, se adaptan y aprenden por cuenta propia. Para lograrlo, necesitan una cantidad relativamente pequeña de energía en comparación con los ordenadores, y hacen posible habilidades complejas como la toma de decisiones, y el reconocimiento de asociaciones y patrones.

Con este sistema se pretende aprovechar el calor de menos de 100 grados centígrados, que representa una parte considerable del calor residual potencialmente aprovechable.

El concepto básico de este enfoque fue propuesto inicialmente en la década de 1950, pero por aquel entonces faltaba tecnología capaz de llevar el concepto a la práctica. Ahora ya se dispone de tecnología con la que afrontar el desafío. Concretamente, los avances clave son usar en los electrodos de la batería un material que no estaba disponible en la década de 1950, e incorporar innovaciones de diseño del sistema que no se han logrado hasta tiempo después.

Aunque el nuevo sistema ofrece una ventaja significativa en la eficiencia de conversión de energía, todavía hay que perfeccionarlo más, a fin de que alcance un nivel de eficiencia apto para dar el salto desde el laboratorio al mercado, tal como advierte Chen.

Muchos procesos industriales, e incluso la propia actividad de las centrales eléctricas, generan grandes cantidades de calor residual. Durante décadas, investigadores de todo el mundo han estado buscando formas de aprovechar algo de esta energía desperdiciada. La mayoría de tales esfuerzos se han centrado en dispositivos termoeléctricos, materiales que pueden producir electricidad a partir de un gradiente de temperatura, pero la eficacia de esos dispositivos está limitada por la disponibilidad de materiales idóneos.

Ahora, unos investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en la ciudad de Cambridge, y la Universidad de Stanford en el estado de California, ambas instituciones en Estados Unidos, han encontrado una nueva alternativa para convertir calor residual de baja temperatura en electricidad, o sea, para casos en que las diferencias de temperatura son de menos de 100 grados centígrados.

El nuevo enfoque, basado en un fenómeno llamado efecto termogalvánico, es obra del equipo de Gang Chen y Yuan Yang, del MIT, así como Seok Woo Lee y Yi Cui, en la Universidad de Stanford, entre otros científicos.

El nuevo sistema combina los ciclos de carga y descarga de ciertas baterías con el calentamiento y el enfriamiento, que influyen en el voltaje de las pilas recargables, de manera que el voltaje de descarga es superior al voltaje de carga. El sistema puede aprovechar de manera eficiente incluso diferencias de temperatura relativamente pequeñas, como por ejemplo una diferencia de 50 grados centígrados.

Para empezar, se calienta la batería no cargada con el calor residual. Entonces, mientras tiene una temperatura más alta, se carga la batería; una vez que está completamente cargada, se le deja enfriar. Como el voltaje de carga es menor a temperaturas altas que a temperaturas bajas, la batería, una vez que se ha enfriado, puede suministrar más electricidad que la que se utilizó para cargarla. Esa energía extra, por supuesto, no surge de la nada: Es resultado del calor que se agregó al sistema.

El equipo de Damiano, El-Khatib y el Dr. Steven Russell, de la Unidad de Diabetes en el Hospital General de Massachusetts, ya probó con éxito en ensayos clínicos una versión más primitiva del dispositivo varios años atrás.

Junto con las mejoras en el software que permite al dispositivo adaptarse a una amplia gama de necesidades individuales de aplicación de dosis, la nueva versión también se apoya en un hardware mejorado, incluyendo un teléfono inteligente (iPhone 4S) capaz de comunicarse inalámbricamente de forma práctica con dos bombas que proporcionan las dosis de insulina y glucagón. Cada cinco minutos, el teléfono inteligente o smartphone recibe una lectura del azúcar en sangre desde un sensor continuo de glucosa, que se emplea para calcular y administrar una dosis de insulina o de glucagón.

Se ha probado con éxito la más reciente versión de un dispositivo médico definido como páncreas biónico en dos ensayos clínicos de cinco días de duración, uno en adultos y el otro en adolescentes, los cuales impusieron mínimas restricciones a las actividades cotidianas de los pacientes. El dispositivo controla el azúcar en sangre en pacientes con diabetes de tipo 1, usando dosis tanto de insulina como de la hormona glucagón, que eleva el azúcar en sangre.

El equipo que ha realizado los ensayos, integrado por especialistas de la Universidad de Boston y el Hospital General de Massachusetts, ambas entidades en Estados Unidos, ha visto superadas ampliamente sus expectativas sobre la eficiencia de este dispositivo, en cuanto a su habilidad de regular la glucosa, prevenir la hipoglucemia y adaptarse automáticamente a las cambiantes necesidades, minuto a minuto, de cada persona, así como a la notable diferencia en el perfil de requerimientos que existe entre un adulto y un adolescente. El crecimiento rápido y los cambios hormonales de la adolescencia producen requerimientos de insulina que son de dos a tres veces más grandes que los de los adultos con el mismo peso corporal. E incluso, aunque las dosis necesarias en adultos son más predecibles, contraer una enfermedad típica como pueda ser un resfriado, o padecer de problemas gástricos, pueden cambiar de forma drástica la necesidad de insulina a lo largo de un período de días o semanas.

"Actualmente no hay una terapia de cuidado estándar que pueda alcanzar los resultados que hemos visto", ha declarado sobre el dispositivo Edward Damiano, del Departamento de Ingeniería Biomédica en la Universidad de Boston, uno de los investigadores principales del proyecto. Damiano conoce bien lo que significa vivir con diabetes, ya que su hijo de 15 años fue diagnosticado con una de tipo 1 a la edad de 11 meses.

Una de las virtudes claves de este dispositivo, diseñado por Damiano y Firas El-Khatib, de la misma universidad, es su capacidad para empezar a controlar el azúcar en sangre de forma instantánea, basándose sólo en el peso del paciente, y de adaptar continuamente su toma de decisiones en relación con las dosis de insulina y glucagón, para manejar un amplio abanico de necesidades de aplicación.

La nueva lente podría marcar un antes y un después en el mercado de las cámaras infrarrojas, al reducir el coste de las lentes de estas cámaras gracias al uso de materiales que son mucho más baratos que los empleados tradicionalmente en este tipo de cámaras.

Este nuevo y prometedor avance tecnológico ha sido presentado públicamente a través de la revista académica Optics Letters, editada por la Sociedad Óptica de América (The Optical Society, OSA), una organización fundada en Estados Unidos en 1916, con sede en Washington, D.C., y que agrupa a unos 17.000 científicos, ingenieros, y demás profesionales de la óptica y la fotónica de más de 100 naciones. Aproximadamente el 52 por ciento de los miembros de esta sociedad reside fuera de Estados Unidos.

Andar por un callejón solitario y oscuro donde un delincuente puede ocultarse fácilmente a la espera de una nueva víctima podría ser menos peligroso si fuese posible detectar la presencia de alguien aunque no lo tengamos a la vista. Puede que esto se logre gracias a una nueva clase de lente ultradelgada para cámaras infrarrojas más pequeñas y baratas. Las cámaras de este tipo permiten detectar el calor corporal en la oscuridad e incluso con algunos obstáculos interponiéndose, pero por razones de costo y tamaño no son un utensilio fácil de llevar encima.

El equipo de Tatiana Grulois, del laboratorio aeroespacial francés ONERA, ha dado con una prometedora estrategia de diseño para fabricar una cámara térmica infrarroja con una lente hecha de silicio, un material mucho más barato que los usados hasta ahora para las lentes de tales cámaras.

El prototipo de cámara infrarroja, desarrollado en colaboración con expertos del Centro Nacional francés para la Investigación Científica (CNRS), la compañía de sensores infrarrojos ULIS, y el Instituto de Óptica, todas estas entidades en Francia, tiene un amplio campo de visión (130 grados) y se desempeña bien en condiciones de poca luz. Es efectivo en un amplio rango de longitudes de onda de luz infrarroja, de 7 a 14 micrómetros, una banda que es muy sensible a diferencias en la temperatura.

La nueva lente de silicio es más pequeña que una moneda de 1 céntimo de euro. Aunque no tiene una resolución espléndida, la lente es lo suficientemente buena como para revelar la presencia de una persona y algunos rasgos generales de ella.

Las aplicaciones potenciales de la nueva cámara infrarroja incluyen tareas de vigilancia a bajo costo, en el hogar para detectar intrusos, o en la calle para detectar posibles atacantes ocultos en callejones oscuros o en esquinas.