Diez tendencias que darán forma a la ciencia en la próxima década | Ciencias

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25 de febrero de 2020, 7 a.m.

Cuando comenzó la década de 2010, los vuelos espaciales privados apenas habían despegado, Google estaba lanzando los primeros resultados de búsqueda personalizados y la tecnología de edición de genes CRISPR-Cas9 aún estaba en su infancia. Al final de la década, la inteligencia artificial había derrotado a las personas en un grupo de juegos de mesa, SpaceX se había convertido en un nombre familiar y los embriones humanos genéticamente modificados se convirtieron en una realidad controvertida.

Claramente, pueden pasar muchas cosas en una década, pero la innovación tiene que comenzar en alguna parte. Basado en lo que está avanzando ahora, aquí hay algunas tendencias que tienen el potencial de dar forma a los años 2020.

Misiones a la luna, a Marte y más

La próxima década promete un impresionante alineación de misiones espaciales. El programa Artemis de la NASA apunta a aterrizar la primera mujer y el próximo hombre en la luna para 2024, pero probablemente será retrasado a 2028—con viajes adicionales cada año a partir de entonces, allanando el camino para futuras misiones a Marte. Los astronautas de aterrizaje en Marte no sucederán en esta década, pero este verano, un nuevo vehículo explorador se dirigirá al Planeta Rojo.

También en 2024, Japón planea enviar su sonda Martian Moon eXplorer (MMX) a las dos lunas de Marte, Phobos y Deimos. MMX aterrizará en Phobos, que tiene un tirón gravitacional 1.800 veces más débil que el de la Tierra, lo que hace que aterrizando una brisa pero sigue siendo lo suficientemente fuerte como para mantener la nave espacial en tierra después del aterrizaje. Un dispositivo de muestreo conectado a la nave espacial recogerá un poco de tierra para llevarla a la Tierra. MMX también dejará un rover y luego dejará a Phobos para inspeccionar a Deimos antes de regresar a la Tierra en 2029.






El brazo robótico de OSIRIS-REx con una muestra táctil en el extremo empujará contra la superficie de Bennu y liberará una nube de gas nitrógeno durante cinco segundos, haciendo que el polvo vuele hacia una cámara para traerlo de vuelta a la Tierra.

(NASA)

MMX no será la única nave espacial que traerá muestras a casa. La misión Hayabusa 2 de Japón recolectará muestras de Ryugu, un asteroide que se cree que tiene materia orgánica y restos de agua de cuando el sistema solar se formó por primera vez hace aproximadamente 4.600 millones de años. De manera similar, el OSIRIS-REx de la NASA ha estado orbitando y examinando el asteroide Bennu desde diciembre de 2018. A partir de este año, comenzará a practicar el aterrizaje en el asteroide para recolectar una muestra de su superficie. Según la NASA, los investigadores sospechan que la tierra en Bennu puede contener “los precursores moleculares del origen de la vida y los océanos de la Tierra”. (Bennu podría colisionar con la Tierra a fines del siglo XXII, lo que lo convierte en un valioso objetivo de investigación).

Coches voladores: no, de verdad

UNA futuro con autos voladores puede parecer cliché, pero esta podría ser la década que despegue esta realidad.

La mayoría de los vehículos voladores actualmente en desarrollo se asemejan a grandes drones con motor eléctrico que se pueden automatizar en su mayoría para que el operador no necesite una licencia de piloto. Pero otros detalles varían de un modelo a otro: si bien algunos se parecen al sueño de los “Jetsons” de la década de 1950, son convertibles de ruedas a alas, lo que les permite pasar de la carretera abierta a las vías respiratorias, la mayoría de los “autos voladores” actuales y operan mucho más como helicópteros.

El mercado más grande para los llamados “autos voladores” no es para uso personal, sino para flotas de taxis aéreos. Uber, por ejemplo, ha estado presionando por los servicios de taxi aéreo desde 2016. Este año, la compañía puso su mirada en Dallas, Los Ángeles y Dubai como ciudades para probar el sistema que evitaría el tráfico en carretera. Uber espera expandirse comercialmente a partir de 2023, según Tendencias digitales. Sin embargo, hasta que las regulaciones y la infraestructura puedan soportar el tráfico aéreo, la mayoría de las personas todavía no podrán actualizar sus vehículos personales, y muchas dudas la práctica siempre se generalizará.

Pero la realidad de los autos voladores es difícil de ignorar cuando el campo está lleno de grandes éxitos de la industria, incluidos Boeing, Porsche, Hyundai, Aston Martin, Rolls Royce y la firma china Geely, que posee o tiene participación en numerosas compañías automotrices. (Incluso el militar de Estados Unidos se está asociando con fabricantes personales de vehículos aéreos).

Mejores baterías






Antes de comenzar a ver realmente el próximo boom tecnológico, necesitaremos una revolución de la batería.

(alengo / iStock)

El futuro es eléctrico, lo que significa que los avances en la tecnología de baterías serán cruciales para la innovación en la década de 2020. La próxima generación de automóviles eléctricos, paneles solares y teléfonos inteligentes requerirá mejoras en la duración de la batería y formas más limpias y eficientes de producirlos en masa.

Todas las baterías tienen dos electrodos, un cátodo y un ánodo, conectados por un electrolito líquido que permite que los iones fluyan entre ellos. En baterías de iones de litio, el estado actual del arte que alimenta las máquinas desde computadoras portátiles hasta Teslas, la mayoría de los ánodos son de grafito, pero los ingenieros continúan jugando con diferentes materiales de cátodo. La mayoría de los teléfonos inteligentes y las computadoras portátiles de hoy en día usan óxido de litio y cobalto como cátodo, que es bueno para almacenar energía pero cuesta mucho dinero, no dura mucho y a menudo conduce el calor fácilmente. La próxima década podría definirse por la búsqueda de una mejor química.

Un puñado de ingenieros también están avanzando en la introducción del grafeno en las baterías de iones de litio, algo que Samsung dice que hará en 2021. El grafeno es una maravilla en el mundo de los materiales porque está hecho de un sola capa de átomos de carbono dispuestos en patrones hexagonales. El grafeno podría generar baterías mucho más pequeñas que se cargan mucho más rápido.

La red eléctrica de Estados Unidos también necesita un encendido. La nueva instalación nacional de investigación de energía de la red del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) recibió un compromiso multimillonario del DOE para actualizar la red, y una parte importante de esa financiación se canalizará a una batería nueva. tecnologías.

El director de laboratorio asociado de PNNL Jud Virden le dice James Conca de Forbes que las baterías de iones de litio tomaron 40 años de desarrollo para llegar a lo que tenemos ahora. Pero como escribe Conca: “No tenemos 40 años para pasar al siguiente nivel. Necesitamos hacerlo en 10. “

La medicina convencional se vuelve trippy






La investigación sobre cómo los psicodélicos se pueden usar para tratar una variedad de enfermedades mentales se está expandiendo.

(Jolygon / iStock)

Los años 2010 vieron 18 estados aprobar el uso de marihuana con fines médicos, trayendo el total a 33 estados. En la década de 2020, la investigación sobre los posibles usos medicinales de los psicodélicos podría aumentar dramáticamente.

John Hopkins Medicine en 2019 lanzó el Centro de Investigación Psicodélica y de Conciencia para estudiar el uso de psicodélicos e “identificar terapias para enfermedades como la adicción, el TEPT y el Alzheimer”, según una declaración. Hasta ahora, la universidad ha investigado principalmente cómo la psilocibina, el químico en los “hongos mágicos”, puede aplicarse en dosis bajas como un método de tratamiento terapéutico para una franja de afecciones, incluida la adicción a la nicotina, el trastorno depresivo mayor y la ansiedad. Los científicos ahora están considerando si la psilocibina podría aliviar el dolor de afecciones potencialmente mortales como el cáncer.

En otro ejemplo reciente, un investigador descubrió que el MDMA, o éxtasis, puede hacer que el pulpo característicamente tímido actúe de manera más amigable. Aunque los cerebros de los cefalópodos son más similares a los caracoles que a los humanos, los científicos obtuvieron ideas sobre cómo se comportan las neuronas y los neurotransmisores sobre el medicamento que podrían informar futuros estudios en humanos. Otros investigadores que realizan experimentos con ratones esperan que la capacidad de MDMA para manipular la oxitocina pueda beneficiar a las personas que padecen TEPT.

Una forma de ketamina que causa alucinaciones disociativas se usa como medicamento para fiestas, pero en el campo médico, el medicamento se usa comúnmente como anestésico médico. Ahora, los científicos están estudiando su eficacia para casos de depresión difícil de tratar. El año pasado, la Administración de Alimentos y Medicamentos aprobó un aerosol nasal forma de ketamina para casos severos de depresión. (Pero tenga cuidado con las “clínicas” emergentes que exageran su utilidad en aplicaciones inadecuadas, según un Stat investigación.)

Frente a la disminución de las especies “apocalípticas”

Insectos, anfibios, las aves y las criaturas de cada franja están en grave declive debido a un conjunto de amenazas, principalmente la destrucción del hábitat, la contaminación y el cambio climático. Las Naciones Unidas han establecido el final de la década de 2020 como la fecha límite para tomar medidas serias para salvar a estas poblaciones.

Se necesitan compromisos generales para proteger los hábitats, reducir las emisiones de carbono, eliminar los desechos plásticos y frenar el uso de pesticidas. Además, los científicos se están volviendo creativos para estudiar y proteger especies. Los gigantes tecnológicos como Google también están ayudando. A través de dispositivos de seguimiento pasivo como cámaras trampa, los investigadores pueden recopilar datos espaciales y temporales que informan los esfuerzos de conservación. Colectivamente, estas trampas acumularán millones de imágenes, pero clasificar ese inmenso pozo de datos ha sido un problema de larga data para los investigadores.

Proyectos como Perspectivas de la vida silvestre, que está patrocinado en parte por Google y la Smithsonian Institution, está utilizando tecnología de nube e inteligencia artificial para identificar animales en imágenes a nivel de especie para que los científicos puedan mapear el rango de una población más fácilmente. En otros lugares, a las startups les gusta Conservación X están reuniendo dinero para crear dispositivos como escáneres de ADN portátiles para ayudar a los funcionarios a identificar artículos comercializados ilegalmente como cuernos de rinoceronte o escamas de pangolín, informa Lisa Palmer para Naturaleza. El grupo también financió un programa llamado ChimpFace, que utiliza un software de reconocimiento facial para combatir el tráfico ilegal de chimpancés en línea mediante el entrenamiento de un algoritmo en miles de imágenes de chimpancés.

En el terreno, un equipo de investigadores en Nueva Zelanda está utilizando un conjunto de tecnología para recuperar el pájaro kākāpō en peligro de extinción. Pilotan aviones no tripulados para mover rápidamente muestras de semen para reproducirse en la isla; las pruebas avanzadas de ADN de microsatélites se utilizan para prevenir la endogamia; e incluso tienen huevos impresos en 3D para ayudar a la incubación. Varios equipos están utilizando satélites en el espacio para rastrear poblaciones de ballenas, wombats y pingüinos

Alimento para alimentar el planeta






El arroz diseñado con un impulso en betacaroteno se usará pronto para abordar una crisis alimentaria en Filipinas

(Instituto Internacional de Investigación del Arroz)

Según algunas estimaciones, el planeta necesitará generar más comida en los próximos 35 años que nunca se ha producido en la historia de la humanidad, una pregunta que indudablemente agotará los recursos agrícolas.

Aunque los cultivos genéticamente modificados han existido de una forma u otra durante milenios, las plantas de ingeniería están preparadas para causar un gran revuelo en la próxima década. Los alimentos básicos alterados como el arroz dorado, una variante del arroz blanco diseñado para combatir la deficiencia de vitamina A, podrían estar en camino de distribución antes de llegar a la década de 2030. También en desarrollo están cultivos resistentes al calor eso, en teoría, irá mejor que sus contrapartes a medida que la temperatura de la Tierra aumente.

Estas soluciones biotecnológicas tienen sus críticos. Las plantas modificadas genéticamente conllevan riesgos, ya que pueden transferir genes a otros organismos en sus ecosistemas, según National Geographic. Los escépticos también señalan su relativa impracticabilidad: para cuando los OGM superen los obstáculos regulatorios y lleguen a las poblaciones más necesitadas, la ayuda podría ser demasiado tarde.

En cambio, los expertos recomiendan invertir recursos en el desarrollo de prácticas agrícolas más sostenibles que puedan impulsar la gestión de la tierra e incluso la distribución de alimentos. Hablando calóricamente, el planeta ya produce suficiente comida para mantener a todos sus residentes alimentados, algo que no se solucionará centrándose solo en la producción, según el Borde. Los investigadores también están priorizando la tecnología que podría minimizar el desperdicio de alimentos, o reducir la dependencia del mundo en alimentos que tienen grandes huellas de carbono, como la carne y los lácteos.

Máquinas realmente inteligentes






Si la década de 2010 se trataba de “big data”, la de 2020 se tratará de lidiar con qué hacer con todo eso y abordar su creciente pila de implicaciones legales, éticas y sociales.

(Pitinan Piyavatin / Alamy Foto de stock)

Estamos en medio de una revolución digital. Las computadoras, programadas para “pensar” por sí mismas, ahora pueden vencer a la gente en los juegos, pronosticar el clima e incluso diagnosticar anormalidades médicas mejor que algunos doctores. Lo que la inteligencia artificial intentará y conquistará a continuación es difícil de adivinar, pero algunas compañías ya han alineado a algunos bateadores potencialmente pesados ​​durante los próximos diez años. Un ejemplo destacado es Google, que apareció en los titulares a principios de este año por una tecnología de diagnóstico de cáncer de mama y anunció planes para lanzar más de lo mismo para otras afecciones relacionadas con la salud.

Otro tema de moda es el reconocimiento facial, presentado el mes pasado cuando el New York Times publicó una exposición sobre un lanzamiento de armas de fuego para hacer del reconocimiento facial un accesorio de las agencias de aplicación de la ley. Muchos de estos avances han sido posibles gracias a los llamados Redes neuronales: Una forma de aprendizaje automático inspirada en la conectividad del cerebro humano que se ha vuelto excelente para seleccionar patrones ocultos de conjuntos de datos masivos, como registros médicos o fotos de personas.

La década de 2020 traerá más que avances técnicos: Expertos Ahora estamos presionando para que el mundo lidie con las implicaciones legales, sociales y éticas de la inteligencia artificial. Las máquinas que extraen datos personales plantean problemas de privacidad. Los algoritmos cada vez más “conscientes” evocan preguntas difíciles sobre la personalidad y si las computadoras alguna vez llegarán al punto de merecer sus propios derechos. Incluso los programas mejor intencionados son propensos a problemas: la inteligencia artificial no puede (todavía) saber cuándo las personas les dan datos incorrectos o sesgados, y tiene el potencial amplificar errores humanos en medicina, en algunos casos escupiendo resultados discriminatorios.

Resolviendo el problema de los plásticos






La investigación realizada en la década anterior mostró que el plástico está literalmente en todas partes. Tendremos que contar con eso en la década de 2020.

(Oceana)

En los últimos 70 años, los humanos han producido más de 8 mil millones de toneladas de plástico—Y la mayor parte todavía está presente hoy en día, causando estragos en el medio ambiente y comprometiendo la salud humana. Para ir más allá de la simple reutilización y reciclaje, los investigadores y los encargados de formular políticas recurren a tecnologías y regulaciones alternativas.

Las empresas están desarrollando sustitutos para el plástico a base de materiales como fibras de lino, hongos y conchas de camarones. Otros están intentando modificar las formulaciones plásticas existentes para hacerlas más degradable, de acuerdo con la Naciones Unidas. La necesidad urgente de una actualización es la tecnología de reciclaje en sí: solo alrededor del nueve por ciento del plástico del mundo se recicla, según el Economista. Un gran problema es la contaminación, que envía alrededor del 25 por ciento de las cosas que intentamos reciclar al vertedero.

Incluso los inventos más simples pueden tardar años en llegar al mercado. Mientras tanto, países de todo el mundo están instituyendo prohibiciones de plástico de un solo uso, con varios ya vigentes en miembros de la Unión Europea, China y Nueva Zelanda, entre otros, según Fortuna. Legislación similar está ganando terreno en los Estados Unidos, aunque en un estado por estado.

Progreso en la salud pública mundial






Los trabajadores rocían desinfectante para combatir el coronavirus en una calle de Corea del Sur.

(Kim Jun-beom / Yonhap a través de AP)

Las enfermedades infecciosas, incluidas muchas que son tratables, siguen siendo la principal causa de muerte en los países de bajos ingresos, debido en gran parte al acceso deficiente e inconsistente a los recursos de atención médica. Para agilizar los diagnósticos y los tratamientos, los investigadores recurren cada vez más a dispositivos fáciles de usar, algunos de los cuales ofrecen poderes simplificados para clínicas o profesionales humanos.

En la Universidad de California, Berkeley, los científicos han desarrollado aplicaciones de telefonía celular que puede detectar patógenos en muestras biológicas. La Organización Mundial de la Salud tiene aumento de la financiación a iniciativas que trabajan para aumentar la producción de vacunas en países afectados por enfermedades. Inteligencia artificial También está comenzando a causar un gran revuelo en el campo de las enfermedades infecciosas a medida que los informáticos implementan la tecnología para predecir y, con suerte, atenuar los brotes que se originan en los animales.

En la década de 2020, el mundo podría finalmente erradicar gusano de Guinea—Una enfermedad parasitaria que los investigadores han estado luchando durante décadas. El conteo anual de nuevas infecciones se redujo a solo 28 en 2018, por debajo de 3.5 millones en la década de 1980. Los esfuerzos recientes para erradicar completamente la enfermedad se han estancado, debido en parte a la frustrante tendencia del parásito a esconderse en los perros, según Noticias de la naturaleza. Pero si la Organización Mundial de la Salud cumple su objetivo de purgar oficialmente el globo del gusano de Guinea para 2030, el parásito se convertiría en el segundo patógeno erradicado en la historia de la humanidad, después de la viruela.

Un futuro brillante para la energía solar






A medida que baja el precio para instalar paneles solares, su potencial brilla.

(Solarimo / Pixabay)

Debido en gran parte al cambio climático impulsado por el ser humano, los años 2010 fueron la década más calurosa registrada. Sin una fuerte caída en las emisiones de carbono, es probable que los próximos diez años traigan al mundo otra ola de temperaturas récord, poniendo en peligro los ecosistemas naturales y las sociedades humanas en todo el mundo.

El consumo global de carbón ha comenzado a estabilizarse a medida que las potencias mundiales cambian a alternativas de energía limpia. De acuerdo con la New York Times, los expertos predicen que la energía eólica, solar e hidroeléctrica superará al carbón como la principal fuente de electricidad del mundo para 2030. La energía solar en particular brilla con potencial, como el precio para cosechar la energía del sol. sigue bajando tanto para tejados comerciales como residenciales. Si las predicciones de expansión solar funcionan, la energía del sol impulsará aproximadamente una quinta parte de la generación de electricidad de los Estados Unidos a principios de la década de 2030, según Forbes.

Pero un mercado expandido de energía limpia no garantiza un recorte en las emisiones de carbono, especialmente uno lo suficientemente sustancial como para salvar al planeta de un aumento desastroso en la temperatura. Las energías renovables como la eólica y la energía solar todavía representan una pequeña fracción del sector eléctrico total, y las necesidades de electricidad del mundo solo están creciendo. Como James Temple escribe para MIT Technology Review, repetir los avances realizados en la década de 2010 no será suficiente. Lo que se necesita ahora es una aceleración en el ritmo de los avances energéticos mientras todavía hay tiempo para marcar la diferencia.

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