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martes, 4 de octubre de 2011

¿Quién enseña mejor una clase de física a un auditorio universitario?

Resulta que la manera en que se enseña es más importante que el profesor, según un estudio realizado por un físico ganador del Premio Nobel y quien ahora asesora al presidente Barack Obama en cuestiones científicas.

Halló que en casos casi idénticos, estudiantes canadienses aprendieron mucho más de asistentes jóvenes que empleaban herramientas interactivas, que de un profesor veterano que daba una cátedra magistral. Los estudiantes que usaron las herramientas interactivas tuvieron calificaciones el doble de altas en una prueba posterior, comparado con los alumnos de la clase normal, dice el estudio publicado en la revista Science.

En el método interactivo no hubo casi nada de clases sino discusiones breves entre grupos reducidos, exámenes cortos, exposiciones y sesiones de preguntas y respuestas. Los docentes recibían la reacción del estudiantado inmediatamente en forma de gráficas.

"Es más importante lo que ocurre en la mente de cada alumno que quién es la persona instruyéndole", dijo el investigador Carl Wieman de la Universidad de la Columbia Británica, el cual fue uno de los ganadores del Premio Nóbel de Física en el 2001 y encabezó el estudio. "Este es un aprendizaje mucho más eficiente, por supuesto. Todos deberían estar practicándolo ... El que no esté aplicando esto está haciendo mal enseñanza".

El estudio solamente comparó dos clases de física durante sólo una semana, pero Wieman aseguró que la técnica funcionaría para otras materias, incluso historia.

Estudios anteriores mostraron resultados similares. Pero este estudio, al ser publicado en una revista científica de renombre y escrito por un ganador del Nobel, podría representar una gran diferencia en la enseñanza de las ciencias, dice Robert Beichner, físico y profesor de educación científica de la Universidad Estatal de Carolina del Norte. Beichner, quien fue designado el mejor profesor de pregrado en Estados Unidos en el 2010 por la Asociación de Profesores de Pregrado, no participó en el estudio pero elogió la labor realizada por Wieman.

Wieman "tiene las cualificaciones científicas" como para que otros profesores consideren modificaciones en sus métodos de enseñanza, dijo Beichner.

Wieman es director de los programas de educación científica tanto en la Universidad de la Columbia Británica como en la Universidad de Colorado. Es también miembro de una dependencia gubernamental que asesora a la presidencia sobre temas científicos y tecnológicos.

Lloyd Armstrong, ex vicerrector de la Universidad del Sur de California y profesor de física y educación, coincidió en que el estudio demuestra que "no depende del maestro y ni siquiera de la tecnología, sino del método de enseñanza".

Beichner, quien suele usar el enfoque de enseñanza interactivo, lo comparó con la diferencia entre decirle a alguien cómo montar una bicicleta y hacer que la persona se monte en ella.

Un partidario prominente del método tradicional para enseñar física se negó a hablar del estudio. Walter Lewin, del Massachusetts Institute of Technology (MIT), escribió en un correo electrónico: "Tengo un estilo de cátedra bastante singular que no podría ser parte de un estudio".

En el experimento realizado en el 2010, Wieman y sus colegas le hicieron seguimiento a dos clases de física prácticamente idénticas de más de 250 estudiantes, que recibieron el método de enseñanza tradicional por tres horas a la semana durante 11 semanas. En la decimosegunda semana, una clase se quedó con el método tradicional y la segunda pasó al método interactivo.

Las calificaciones antes de las sesiones interactivas eran casi idénticas, pero hubo una marcada diferencia cuando a los estudiantes se les hicieron 12 preguntas después de la sesión interactiva. Los que fueron a la clase interactiva acertaron en un 74%, comparado con 41% para los que asistieron a la charla.

Las mejores calificaciones en la clase de la charla estuvieron por debajo del promedio de la clase interactiva, dijo Wieman. Además, la asistencia y el grado de atención de los alumnos fueron más altos en la clase interactiva.

El profesor que dio la cátedra estaba convencido de que su método era superior y le tomó un tiempo superar el asombro al enterarse de los resultados, dijo Louis Deslauriers, uno de los estudiantes de posgrado que dio la clase interactiva. Agregó que el profesor ahora está impartiendo el segundo método.

Los dos estudiantes de posgrado son coautores del estudio y sabían que lo que estaban haciendo era parte de la averiguación, lo que implica que no era un experimento científico con el control de rigor. Pero Wieman dijo que ello no afectó los resultados del estudio. Observadores ajenos monitorearon las reacciones de estudiantes y profesores.

Wieman se negó a identificar al profesor veterano, quien participó voluntariamente en el experimento.

El investigador dijo que los resultados no son una crítica a la generación aficionada a los videojuegos, sino que demuestran cómo funciona el cerebro humano. El método desde hace tiempo funciona para casos de tutores individuales, sólo que ahora se está aplicando a una escala mayor, sostuvo.

En cuanto a la calidad de un profesor, "ninguna persona tiene cualidades mágicas", afirmó.

"Las conferencias siempre han sido un método de enseñanza deficiente, y ahora tenemos un mejor método", agregó.

martes, 28 de junio de 2011

El grafeno, un paso más cerca de cumplir su promesa revolucionaria

El grafeno es una de esas grandes promesas de la ingeniería de materiales que, desde su aparición en 2004, todavía está en vias de demostrar su real valor práctico.

Hasta ahora pertenecía más al campo de la ciencia que de la tecnología; las técnicas para producirlo eran limitadas y sus aplicaciones sólo existían a nivel teórico.

Pero dos recientes avances pueden hacer que el grafeno se convierta en una promesa cumplida, y que salga del laboratorio para formar parte de dispositivos tecnológicos reales.

El primero de los avances es a nivel de su manufactura.

Magnesio y hielo seco

Hasta ahora el grafeno se "cultivaba" a temperaturas sofocantes, utilizando una técnica denominada deposición química de vapor.

Grafeno

El grafeno se "cultiva" a unos 1.000°C en su forma de producción tradicional.

"En este proceso, se hace pasar una mezcla de gases por sobre un metal -una película de cobre o níquel- calentado a 1.000°C, que funciona como catalizador", explicó Daniil Stolyarov, director de tecnología de Graphene Laboratories.

"Moléculas de metano se descomponen sobre la superficie del metal y liberan átomos de carbono, que luego se ensamblan conformando una película de grafeno".

Es un sistema complejo, que da un muy bajo rendimiento.

Pero ahora investigadores de la Nothern Illinois University (NIU) han encontrado una forma mucho más fácil de producir grafeno a gran escala, quemando magnesio en hielo seco.

Los científicos aseguran que el método es simple, rápido y tiene un menor impacto ambiental.

El equipo, que publicó sus hallazgos en la revista Journal of Materials Chemistry, dijo que logró producir grafeno de "unas pocas capas", de varios átomos de espesor.

El descubrimiento de la NIU ocurrió mientras los investigadores experimentaban con la creación de nanotubos de carbón.

¿Qué es grafeno?

  • Elaborado del grafito, que se encuentra en las minas de los lápices.
  • Compuesto de átomos de carbono fuertemente unidos en forma hexagonal.
  • Tres millones de láminas de grafeno juntas tendrían un espesor de 1 milímetro.
  • Es un excelente conductor de calor y electricidad. Podría usarse para circuitos semiconductores y partes de computadoras.
  • Experimentos han demostrado su increíble tenacidad.

"Nos sorprendió a todos", dijo Narayan Hosmane, profesor de química y bioquímica.

Chips más veloces

El segundo gran avance que emociona a los científicos de materiales está vinculado a una posible aplicación del grafeno.

Sus propiedades de conducción eléctrica son bien conocidas, y los diseñadores de chips han venido soñando con la posibilidad de desarrollar procesadores basados en grafeno.

En 2010 IBM dio los primeros pasos al crear un sencillo transistor de grafeno.

Este mes la compañía anunció que fue más allá: integró el transistor en un tipo de circuito llamado mezclador de frecuencias de banda ancha (broadband frequency mixer, en inglés), componente esencial de televisores, teléfonos celulares y radios.

"Cuando una estación de radio transmite a través del espacio, lo onda que llega al receptor es de alta frecuencia y no puede escucharse, así que debe convertirse a una baja frecuencia, audible", dijo a la BBC el científico que lidera el proyecto, Phaedon Avouris.

IBM dice que su investigación es un importante hito de cara al futuro de los dispositivos con conexión de datos inalámbrica.

Tal vez más importante sea que ha demostrado la capacidad de crear circuitos integrados de grafeno.

Circuito integrado con transistor de grafeno

Primer circuito integrado, con un transistor de grafeno.

En el pasado los científicos han tenido dificultades cuando intentaban preservar la integridad del material durante el proceso de grabado de silicio.

Lograr que funcionara junto a otros materiales con los que se fabrican chips también ha resultado problemático.

"Nuestro trabajo demuestra que el grafeno se puede utilizar en forma práctica, ya no es un material individual"

Otro científico del proyecto, Yu-Ming Lin, explicó que "esta es la primera experiencia de producción a escala de oblea (en referencia a las obleas de silicio que forman la base de producción de los chips) de un circuito integrado con grafeno; y demostramos que el grafeno se puede combinar con otros elementos, lo que brinda un mayor rendimiento y da funcionalidades más complejas a un circuito".

Los resultados parecen sorprendentes.

En el trabajo que publicó en la revista Science, el equipo explicó que el circuito podía operar a altas frecuencias, de hasta 10GHz (10.000 millones de ciclos por segundo) y a temperaturas de hasta 127°C.

Gran sorpresa

El trabajo de IBM sorprendió a muchos, aún a uno de los descubridores del grafeno.

"Nunca sospeché que llegaríamos a este punto tan pronto", dijo Konstantin Novoselov, de la Manchester University.

Él, junto a su colega Andre Geim, son los responsables del hallazgo -en 2004- de este material altamente conductivo, de gran tenacidad y transparencia.

Yu-Ming Lin (izq) y Phaedon Avouris, de IBM

Yu-Ming Lin (izq.) y Phaedon Avouris forman parte del equipo de IBM que investiga aplicaciones del grafeno.

Los científicos consiguieron extraer grafeno cuando experimentaban con cinta adhesiva y el material de los lápices, grafito.

Por este descubrimiento obtuvieron el premio Nobel.

"El circuito integrado (desarrollado por IBM) es un lógico paso hacia adelante, y está en un punto medio entre los primeros experimentos y posibles usos del material en la vida real", dijo Novoselov.

"Pero me sorprendió que alguien lograra hacerlo tan pronto".

Otros usos

Gigantes de la electrónica, al igual que pequeños laboratorios, ávidos de contar con componentes electrónicos más pequeños, rápidos, térmicamente estables y poderosos que los actuales, tienen al grafeno en la mira.

Samsung ha realizado fuertes inversiones en investigaciones sobre el grafeno, y Nokia ha anunciado recientemente planes para asociarse con terceras partes -como los ganadores del Nobel- para explorar las potencialidades del grafeno.

Más allá de la electrónica, el grafeno se podría utilizar en óptica y en el desarrollo de materiales compuestos.

En laboratorios alrededor del mundo ya se han desarrollado prototipos que utilizan grafeno, y sus posibilidades no parecen tener límites.

"Su teléfono podrá percibir si lo está tocando, percibirá el entorno; y no tendrá que apretar un botón para encenderlo, el aparato reconocerá si está siendo utilizado"

Andrea Ferrari, Universidad de Cambridge

También ha atraído la atención de los biólogos, ya que por sus propiedades de transparencia, resistencia y conductividad lo harían un candidato ideal como componente de microscopios electrónicos de transmisión.

Samsung ha prometido que lanzará en el futuro cercano su primer teléfono celular con pantalla de grafeno.

Andrea Ferrari, de la Universidad de Cambridge, dice que más allá de ser totalmente flexible, una pantalla táctil hecha de grafeno podría ofrecer una "impresionante" respuesta.

"Pasamos de botones físicos a pantallas táctiles; el próximo paso es integrar algunas capacidades sensibles", dice Ferrari.

"Su teléfono podrá percibir si lo está tocando, percibirá el entorno; y no tendrá que apretar un botón para encenderlo, el aparato reconocerá si está siendo utilizado".

También dijo que un día no hará falta llevar dispositivos GPS (de posicionamiento satelital global), ya que podrían estar entretejidos en nuestras ropas, junto con otros dispositivos hechos de grafeno.

"Además de GPS uno podría tener algo que controle, por ejemplo, el ritmo cardíaco, integrado en la tela", dice Ferrari.

El grafeno ayudaría, inclusive, a que los aviones se "comuniquen" con sus pilotos.

El científico explicó que las propiedades eléctricas del grafeno varían según la tensión a la que se lo somete, como cuando hay fuertes vientos, por caso.

Así que el fuselaje de un avión podría ser capaz de "sentir" si está sometido a grandes o pequeñas fuerzas y dar esa información a la cabina, sin necesidad de tener sensores extra.

http://www.bbc.co.uk/mundo/noticias/2011/06/110628_tecnologia_grafeno_avances_nc.shtml

Fuente:

miércoles, 4 de mayo de 2011

Crean una memoria cuántica de un solo átomo

Un equipo de investigación alemán ha conseguido almacenar información cuántica en un solo átomo. Los científicos escribieron el estado cuántico de fotones individuales, como partículas de luz, en un átomo de rubidio y lograron volver a leerlos después de un tiempo. Esta nueva técnica podría ser utilizada para diseñar ordenadores cuánticos más potentes y mejorar las redes que los unen en grandes distancias. Por Elena Higueras de Tendencias Científicas.

En un futuro, los ordenadores cuánticos serán capaces de hacer frente en un instante a tareas computacionales en las que los ordenadores de hoy en día emplearían años. Las computadoras del mañana desarrollarán su enorme potencia de cálculo a partir de su capacidad para procesar simultáneamente las diversas piezas de información que se almacenan en el estado cuántico de los sistemas físicos elementales, como átomos y fotones.

Pero para tener semejante capacidad de operación, las computadoras cuánticas deberán intercambiar estas piezas de información entre sus componentes individuales. Los fotones son especialmente adecuados para ello, mientras que las partículas de materia se utilizarán para el almacenamiento y el procesamiento de la información.

En la actualidad, los investigadores están buscando métodos que permitan intercambiar información cuántica entre fotones y materia. Aunque esto ya se ha experimentado con conjuntos de muchos miles de átomos, un equipo de físicos del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Garching (Alemania) ha demostrado ahora que la información cuántica también se puede intercambiar entre átomos y fotones de una forma controlada, informa un comunicadode la revista Nature.

"El uso de un solo átomo como unidad de almacenamiento tiene varias ventajas. La miniaturización extrema es sólo una de ellas", advierte Holger Specht, uno de los científicos del Instituto Max Planck involucrados en el estudio. La información almacenada puede ser procesada manipulando directamente el átomo, lo que resulta importante para la ejecución de operaciones lógicas en una computadora cuántica. "Además, ofrece la oportunidad de comprobar si la información cuántica almacenada en el fotón se ha escrito correctamente en el átomo sin destruir el estado cuántico", añade Specht. Esto permite determinar en una fase temprana si un proceso de cálculo debe repetirse debido a un error de almacenamiento.

El hecho de que, hasta hace muy poco, nadie hubiera logrado el intercambio de información cuántica entre fotones y átomos individuales se debe a que la interacción entre las partículas de luz y los átomos es muy débil. Para comprenderlo fácilmente, los investigadores ponen el siguiente ejemplo en el comunicado: "es como si los átomos y los fotones no se percatasen mucho el uno del otro, como si dos invitados a una fiesta apenas hablasen entre sí y, por lo tanto, sólo intercambiasen una cantidad mínima de información".

El truco está en la interacción entre átomos y fotones

Para mejorar esta interacción, los científicos de Garching utilizaron un truco: Colocaron un átomo de rubidio entre los espejos de un resonador óptico, y utilizaron un láser muy débil para introducir fotones individuales en el resonador. Los espejos del resonador reflejaron los fotones varias veces, lo que mejoró la interacción entre fotones y átomos. Siguiendo el ejemplo anterior, ahora los invitados se ven con más frecuencia, lo que incrementa las posibilidades de que se comuniquen.

Los fotones llevaron la información cuántica en la forma de su polarización. Esto puede ser zurdo, es decir cuando la dirección de la rotación del campo eléctrico es hacia la izquierda, o diestro, cuando la rotación se produce en el sentido de las agujas del reloj. El estado cuántico del fotón puede contener ambas polarizaciones simultáneamente en lo que se denomina un estado de superposición.

En la interacción con el fotón, el átomo de rubidio suele excitarse y luego perder esa excitación por medio de la emisión de un fotón más. Pero eso era precisamente lo que los investigadores no querían que sucediera. Por el contrario, la absorción del fotón estaba pensada para llevar al átomo de rubidio a un estado cuántico definido, estable. Los investigadores lo lograron gracias a la ayuda de un haz de láser más, el denominado láser de control, que se hizo incidir sobre el átomo de rubidio al mismo tiempo que éste interactuaba con el fotón.

La orientación del espín del átomo contribuye decisivamente a un estado cuántico estable generado por el control del láser y el fotón. El espín da al átomo un momento magnético. El estado cuántico estable, lo que los investigadores utilizan para el almacenamiento, viene determinado por lo tanto por la orientación del momento magnético. El estado se caracteriza por el hecho de que refleja el estado de polarización del fotón: la dirección del momento magnético corresponde a la dirección de rotación de la polarización del fotón, una mezcla de ambas direcciones de rotación son almacenadas por una mezcla correspondiente de los momentos magnéticos.

Este estado es leído por el proceso inverso: la irradiación del átomo de rubidio con el láser de control de nuevo hace que se vuelva a emitir el fotón. En la gran mayoría de los casos, la información cuántica leída en los fotones coincidió así con la información almacenada originalmente, descubrieron los físicos de Garching.

Resultados

La cantidad que describe esta relación, llamada de fidelidad, fue superior al 90%. Esto es significativamente mayor que la fidelidad del 67% que se puede lograr con los métodos clásicos, es decir, aquéllos que no se basan en efectos cuánticos. Por tanto, el método desarrollado en Garching constituye una memoria cuántica real.

Por otra parte, los físicos midieron el tiempo de almacenamiento, es decir, el tiempo en el que se puede conservar la información cuántica en el rubidio, y el resultado fue de alrededor de 180 microsegundos.

"Esto es comparable con los tiempos de almacenamiento de todas las memorias cuánticas anteriores basadas en conjuntos de átomos", señala Stephan Ritter, otro investigador involucrado en el experimento. Sin embargo, sería necesario un tiempo de almacenamiento significativamente más largo para que el método se pudiese utilizar en un ordenador o en una red cuántica.

Además, existe otra característica que tiene que ver con la calidad de la memoria cuántica de un solo átomo que se podría mejorar: la llamada eficiencia. Se trata de medir cómo muchos de los fotones irradiados se almacenan y luego se pueden volver a leer. En este caso, los resultados positivos fueron inferiores al 10%.

En opinión de Ritter, "los límites en el tiempo de almacenamiento se deben principalmente a las fluctuaciones del campo magnético del entorno del laboratorio. Por lo tanto, se podría incrementar mediante el almacenamiento de la información cuántica en átomos que sean insensibles a los campos magnéticos".

Por otra parte, la eficacia está limitada por el hecho de que el átomo no se mantiene quieto en el centro del resonador. Esto hace que la fuerza de la interacción entre átomos y fotones disminuya. En este caso, los investigadores podrían mejorar la eficiencia mediante una mayor refrigeración del átomo, es decir, reduciendo aún más su energía cinética.

El equipo de científicos del Instituto Max Planck en Garching ya está trabajando en estas dos mejoras. "Si esto tiene éxito, las perspectivas de la memoria cuántica de un solo átomo serían excelentes", vaticina Stephan Ritter.

Fuente: http://www.laflecha.net/

lunes, 7 de febrero de 2011

EE.UU dispone de herramientas secretas para restaurar Internet bajo dictaduras


En un claro mensaje a los acontecimientos ocurridos en Egipto y con una clara alusión a otros países (llámese China o Irán), Wired destapa la exclusiva dela capacidad estadounidense de restaurar Internet si en algún punto del globo fuera o se intentará “desconectar” bajo un régimen dictatorial. Se trata de una tecnología que obligaría a “conectar” a toda una población que hubiese sufrido ese “apagón”. La figura que hay detrás de esta primicia tiene nombre, John Arquilla, profesor de la Escuela Naval de Posgrado, quién resume un único inconveniente para que esta tecnología no haya sido utilizada antes: “podría considerarse como un acto de guerra”.

¿Cómo funciona esta tecnología? Hace unos días os contábamos las diferencias actuales entre filtrar, cerrar o bloquear Internet y la imposibilidad actual de que se desconecte la red a nivel global. En este punto, supongamos un caso en el que una población sufriera el corte parcial de Internet, una desconexión que eliminara en un espacio de un país la posibilidad de entrada y salida de datos y la comunicación de sus habitantes al mundo exterior. Bien, dado este caso, y si Estados Unidos se mostrara contrario a la actitud adoptada por el régimen, gobierno o dictadura que hubiese ordenado la acción, el ejército estadounidense tiene una segunda opción antes de entrar en conflicto. De la misma forma que puede ejecutar la interrupción online de un bando hostil, también la puede recuperar en el momento que crea oportuno, al menos en el espacio aéreo en el que se haya producido el corte.

Tal y como cuenta Arquilla, si pensamos que a través del avión Commando Solo, un avión de carga modernizado que se encuentra en el Centro de difusión de las Fuerzas Aéreas, se puede emitir y llevar a cabo operaciones en AM y FM para la radio, y UHF y VHF para la televisión, otro avión clasificado del que no quiere dar ningún nombre, puede realizar las labores de restauración en un espacio negado a las redes, es decir, que el avión pude sobrevolar un espacio aéreo donde había un corte de red y restaurar el espacio con wifi a plena capacidad. En muchos casos, el propio ejército norteamericano ya ha utilizado sus aviones como relés de comunicaciones en lugares como Afganistán. Arquilla lo cuenta así:

Tenemos satélites preparados para lo que pueda venir y ofrecer puntos de acceso para que la población vuelva a estar online. Gran parte de esta tecnología se realiza desde los barcos. Sería como una versión cibernética de la radio pirata

Se habla también del proyecto FastCom, un esfuerzo que están realizando varios compañías en conjunto para conectar las redes en el interior de un avión no tripulado, de esta manera el avión podría realizar largas horas de vuelo mientras mantiene la conexión y los datos sin la fatiga de un piloto en vuelo. Una especie de actualización de los famosos y muy criticados Drones (aviones utilizados en Estados Unidos sin necesidad de pilotos para conflictos) y que podrían llegar a conseguir cobertura 3G con un radio de pocos kilómetros sobre el terreno.

Aún así, existen varios problemas que se le plantean a una tecnología así. En primer lugar, el uso de estos aviones con emisión de radio-frecuencias son muy fáciles de detectar por cualquier mínima defensa anti-aérea actual. Por otro lado, los dispositivos receptores deben ser capaces de “conectar” y hablar con el teléfono y la señal de datos y dado que generalmente (caso de Egipto o Afganistán) los teléfonos compatibles podrían darse el caso de ser de contrabando, no funcionarían. De todas formas, Arquilla recuerda que todo es hipotético hasta que no ocurra un caso así, no se puede aventurar nada. En Egipto, Estados Unidos no ha actuado de esta manera ni ha forzado ningún tipo de restauración de la red porque, hasta este momento, Egipto era y es un aliado, pero no creo que a nadie le sorprenda si pensamos que Estados Unidos podría apagar y restaurar zonas “hostiles” si lo necesitase…

Fuente: http://bitelia.com/2011/02/