10 Tecnologías Emergentes 2014

La tecnología se ha convertido quizás en el mayor agente de cambio en el mundo moderno. Aunque nunca sin riesgo, los avances tecnológicos positivos prometen soluciones innovadoras a los desafíos mundiales más urgentes de nuestro tiempo, desde la escasez de recursos hasta el cambio ambiental global. Sin embargo, debido a la falta de una inversión adecuada, a los marcos reglamentarios obsoletos y a las deficiencias en la comprensión del público, muchas tecnologías prometedoras se ven limitadas para alcanzar su potencial.

El Consejo de la Agenda Global del Foro Económico Mundial sobre Tecnologías Emergentes identifica las últimas tendencias clave en el cambio tecnológico en su lista anual 10 Tecnologías Emergentes. Destacando los avances tecnológicos más importantes, el Consejo tiene como objetivo dar a conocer su potencial y contribuir a cerrar las brechas de la inversión, la regulación y la comprensión del público.

Lista de Tecnologías Emergentes 2014:

• Equipamiento electrónico adaptado al cuerpo
• Materiales compuestos de carbono nanoestructurado
• Metales de minería de la desalinización de salmuera
• Almacenamiento de electricidad de la red
• Baterías de nanotubos de ion-litio
• Monitor sin pantalla
• Microbioma humano terapéutico
• Terapias basadas en el ARN
• Yo cuantificado (analítica predictiva)
• Interfaces cerebro-ordenador

Equipamiento electrónico adaptado al cuerpo

Desde las Google Glass hasta la pulsera Fitbit, la tecnología portátil ha generado gran atención en los últimos años, con la mayoría de los dispositivos existentes para ayudar a la gente a entender mejor su salud personal y estado físico mediante ejercicios monitorizados, frecuencia cardíaca, patrones de sueño, entre otros. El sector está yendo más allá de los dispositivos portátiles externos como pulseras o dispositivos con pinzas, a la electrónica adaptada al cuerpo, que impulsa aún más la frontera siempre cambiante entre los humanos y la tecnología.

La nueva generación de dispositivos portátiles está diseñada para adaptarse a la forma del cuerpo humano. Estos dispositivos portátiles son típicamente pequeños, con una amplia gama de sensores y sistema de retroalimentación, y aspecto camuflado para que su uso sea menos intrusivo y socialmente más aceptable. Estos dispositivos prácticamente invisibles incluyen auriculares que monitorizan la frecuencia cardíaca, sensores usados debajo de la ropa para rastrear la postura, tatuajes temporales que registran los signos vitales de la salud y suelas de zapatos táctiles que comunican direcciones del GPS a través de alertas de vibración que se sienten en los pies. Las aplicaciones son muchas y variadas: se proponen actualmente los zapatos táctiles para ayudar a las personas ciegas a desplazarse, mientras que las Google Glass ya se han usado por oncólogos como ayuda en cirugía a través de expedientes médicos y se accede a información visual por medio de comandos de voz.

Los analistas de esta tecnología consideran que los factores que determinan el éxito de los productos portátiles son entre otros el tamaño del dispositivo, que no sea invasivo, la capacidad de medir múltiples parámetros y proporcionar información a tiempo real. Sin embargo, el aumento de captación también depende de la aceptación social en cuanto a la privacidad. Por ejemplo, han surgido preocupaciones acerca de los dispositivos portátiles que utilizan cámaras de reconocimiento facial y ayuda de la memoria. Suponiendo que se pueden gestionar estos problemas, los analistas proyectan cientos de millones de dispositivos en uso en 2016.

Materiales compuestos de carbono nanoestructurado

Las emisiones de la flota mundial de vehículos están creciendo rápidamente y son una preocupación ambiental. El aumento de la eficiencia del funcionamiento del transporte es una forma prometedora para reducir el impacto global. Las nuevas técnicas de las fibras de carbono nanoestructurado para nuevos materiales compuestos están mostrando el potencial en la fabricación de vehículos para reducir el peso de los automóviles en un 10% o más. Coches más ligeros necesitan menos combustible para funcionar, lo que aumenta la eficiencia de la movilización de personas y mercancías y la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero.

Sin embargo, la eficiencia es sólo una de las preocupaciones: otro de igual importancia es la mejora de la seguridad del pasajero. Para aumentar la resistencia y la tenacidad de nuevos materiales compuestos, la interfase entre las fibras de carbono y la matriz del polímero que lo rodea se diseña a nanoescala para mejorar el anclaje, usando nanotubos de carbono, por ejemplo. En el caso de un accidente, estas superficies están diseñadas para absorber el impacto sin que rompa, distribuyendo la fuerza y protegiendo a los pasajeros del interior del vehículo.

Un tercer desafío, que ahora puede estar más cerca de una solución, es el reciclaje de los materiales compuestos de fibra de carbono, algo que ha retrasado el amplio despliegue de la tecnología. Las nuevas tecnologías implican la ingeniería de “puntos de liberación” divisibles en el material, de manera que los enlaces de la interfase entre el polímero y la fibra puedan romperse de manera controlada y los componentes que forman el material compuesto se puedan recuperar por separado y volver a utilizar. En conjunto, estos tres elementos podrían tener un impacto importante en el avance de la posible fabricación de vehículos ligeros, súper-seguros y aprovechables a escala masiva.

Metales de minería de la desalinización de salmuera

A medida que la población mundial sigue creciendo y los países en desarrollo salen de la pobreza, el agua dulce se encuentra en riesgo de convertirse en uno de los recursos naturales más limitados de la Tierra. Además del agua para beber, saneamiento e industria en los asentamientos humanos, una parte importante de la producción agrícola en el mundo proviene de los cultivos de regadío en zonas áridas. Con ríos como el Colorado, el Murray-Darling y el río Amarillo que no han llegado al mar durante largos períodos de tiempo, la atracción de la desalinización del agua de mar como una nueva fuente de agua dulce no hace más que aumentar.

Sin embargo, la desalinización tiene serios inconvenientes. Además del uso de una gran cantidad de energía (tema que se trata en el Top 10 de Tecnologías Emergentes del año pasado), el proceso produce una salmuera concentrada, que puede tener un serio impacto en la vida marina cuando los residuos son devueltos al mar. Tal vez el enfoque más prometedor para la solución de este problema sea ver la salmuera de la desalinización no como residuo, sino como un recurso para la obtención de materiales valiosos. Entre ellos están el litio, magnesio y uranio, así como otros elementos más comunes, como el sodio, calcio y potasio. El litio y el magnesio son valiosos para uso en baterías de alto rendimiento y aleaciones ligeras, por ejemplo, mientras que los elementos de tierras raras utilizados en motores eléctricos y turbinas de viento –donde la escasez de potenciales ya es una preocupación– también pueden ser recuperados.

Los nuevos procesos que utiliza la química de catálisis-asistida plantean la posibilidad de extracción de estos metales a partir de la salmuera de la desalinización, a un coste que a la larga puede llegar a ser competitivo con la minería terrestre de minerales o en depósitos de lagos. Este beneficio económico puede compensar el coste global de la desalinización, lo que hace más viable a gran escala, a su vez, la reducción de la presión humana sobre los ecosistemas de agua dulce.

Almacenamiento de electricidad de la red

La electricidad no se puede almacenar directamente, por lo que los administradores de la red eléctrica deben asegurarse constantemente de que la demanda global de los consumidores se corresponde exactamente con la misma cantidad de potencia suministrada a la red por las estaciones generadoras. Debido a que la energía química del carbón y del gas se puede almacenar en cantidades relativamente grandes, las centrales eléctricas alimentadas con combustibles fósiles convencionales ofrecen energía gestionable disponible según la demanda, por lo que la gestión del sistema es tarea relativamente simple. Sin embargo, los combustibles fósiles también liberan gases de efecto invernadero, causantes del cambio climático, y muchos países ahora tienen como objetivo sustituir a los generadores a base de carbono, con una mezcla de energía limpia de fuentes renovables no fósiles, nucleares o de otro tipo.

Las fuentes de energía limpia, en particular eólica y solar, pueden proporcionar energía de forma altamente intermitente. En vez de producir electricidad cuando los consumidores y los gestores de la red quieren, generan cantidades incontrolables sólo cuando las condiciones climáticas favorables lo permiten. Un reactor nuclear a mayor escala podría también presentar problemas debido a su funcionamiento con una carga base siempre activa. Por lo tanto, el desarrollo de posibilidades de almacenamiento de electricidad a gran a escala ha sido durante mucho tiempo el “Santo Grial” para los sistemas de energía limpia. Hasta la fecha, sólo la energía hidroeléctrica de almacenamiento desempeña un papel importante, pero es caro, un desafío para el medio ambiente y totalmente dependiente de la geografía favorable.

Hay indicios de que una serie de nuevas tecnologías está cada vez más cerca de tapar las grietas de este desafío. Algunos, tales como baterías de flujo puede que, en el futuro, sean capaces de almacenar energía química líquida en grandes cantidades análogas a la de almacenamiento de carbón y gas. Varios modelos de batería de sólidos también están compitiendo para almacenar suficiente energía eléctrica en materiales baratos disponibles.

Supercondensadores de  grafeno recién inventados ofrecen la posibilidad de carga y descarga extremadamente rápida durante muchas decenas de miles de ciclos. Otras opciones del uso de la energía potencial cinética son los grandes volantes de inercia o el almacenamiento subterráneo de aire comprimido.

Una opción más novedosa que se ha explorado a media escala en Alemania es la metilación del CO₂ a través de la electrólisis de hidrógeno, donde se utiliza el excedente de electricidad para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno después se hace reaccionar con dióxido de carbono para formar metano para combustión –si es necesario– para generar electricidad. Mientras que la eficiencia de ida y vuelta de esta y otras opciones puede ser relativamente baja, claramente el potencial de almacenamiento tendrá un alto valor económico en el futuro. Es demasiado pronto para elegir un ganador, pero parece que el ritmo del desarrollo tecnológico en este campo se está moviendo más rápidamente que nunca, en nuestra evaluación, lo que conlleva probablemente un avance fundamental a corto plazo.

Baterías de nanotubos de ion-litio

Como los almacenes de carga eléctrica, las baterías son muy importantes en muchos aspectos de la vida moderna. Las baterías de litio, que ofrecen una buena densidad de energía (energía por unidad de peso o volumen) se utilizan habitualmente en los teléfonos móviles, ordenadores portátiles y los coches eléctricos, por nombrar sólo algunos de los usos comunes. Sin embargo, para aumentar la gama de coches eléctricos para que coincida con la de los competidores de gasolina –por no hablar de la vida útil de la batería entre cargas de los teléfonos móviles y ordenadores portátiles– la densidad de energía de la batería necesita ser mejorada notablemente.

Las baterías se componen típicamente de dos electrodos, un polo positivo conocido como cátodo, y un polo negativo conocido como  ánodo, con un electrolito en el medio. Este electrolito permite que los iones se muevan entre los electrodos para producir corriente. En las baterías de iones de litio, el ánodo está compuesto de grafito, que es relativamente barato y duradero. Sin embargo, los investigadores han comenzado a experimentar con los ánodos de silicio, lo que ofrecerá una capacidad de energía mucho mayor.

Uno de los retos en la ingeniería es que los ánodos de silicio tienden a sufrir un fallo estructural debido a la hinchazón y contracción durante el ciclo de carga-descarga. Durante el año pasado, los investigadores han desarrollado posibles soluciones que implican la creación de nanotubos o nanopartículas de silicio, que parecen resolver los problemas asociados con la expansión del volumen de silicio cuando reacciona con el litio. La mayor superficie asociada a las nanopartículas y los nanotubos aumenta aún más la densidad de potencia de la batería, lo que permite la carga rápida y entrega actual.

Esta nueva generación de baterías es capaz de cargar completamente más rápidamente, y producir el 30% – 40% más de electricidad que las baterías de iones de litio de hoy, por ello podría ayudar a transformar el mercado de coches eléctricos y permitir el almacenamiento de la electricidad solar a escala de los hogares. Inicialmente, se espera que las baterías de silicio como ánodo se empiecen a utilizar en los teléfonos inteligentes en los próximos dos años.

Monitor sin pantalla

Uno de los aspectos más frustrantes de la tecnología de la comunicación moderna es que, como los dispositivos se han miniaturizado, se han vuelto más difíciles de interactuar: nadie podría escribir una novela en un teléfono inteligente, por ejemplo. La falta de espacio en las pantallas ofrece una clara oportunidad para los monitores sin pantallas para llenar el vacío. Los teclados de tamaño completo ya se pueden proyectar en una superficie para que los usuarios los utilicen, y sin la preocupación de si va a caber en su bolsillo. Tal vez evocando recuerdos de las primeras películas de Star Wars, imágenes holográficas ahora se pueden generar en tres dimensiones. En 2013, el Media Lab del MIT informó de una pantalla de vídeo holográfico de bajo coste con la resolución de un televisor estándar.

El monitor sin pantalla también se puede lograr mediante la proyección de imágenes directamente en la retina de una persona, no sólo evitando la necesidad de hardware, sino también la promesa de salvaguardar la privacidad, permitiendo a la gente interactuar con los ordenadores sin que los demás compartan la misma opinión. Para enero de 2014, una empresa de nueva creación ya se había planteado una suma sustancial a través de Kickstarter, con el objetivo de comercializar un dispositivo de juego personal y cine con la visualización en la retina. A más largo plazo, la tecnología puede permitir que las interfaces sinápticas omitan al ojo por completo, consiguiendo la transmisión de información “visual” directamente al cerebro.

Este campo vio un rápido progreso en 2013 y parece decidido a avances inminentes de despliegue de visualización sin pantalla. Varias empresas han hecho avances significativos en el campo, incluyendo auriculares de realidad virtual, lentes de contacto biónicas, el desarrollo de los teléfonos móviles para personas de edad avanzada y parcialmente ciegos, y videos-holograma, sin necesidad de piezas o gafas en movimiento

Microbioma humano terapéutico

El cuerpo humano es quizás más propiamente descrito como un ecosistema que como un solo organismo: las células microbianas superan en número a las células humanas 10 a uno. Este microbioma humano ha sido el tema de la intensificación de la investigación en los últimos años, con el Proyecto del Microbioma Humano en 2012 y los resultados de informes generados a partir de 80 colaboradores de las instituciones científicas. Ellos encontraron que más de 10.000 especies de microbios ocupan el ecosistema humano, que comprende miles de millones de células, y que constituyen el 1% – 3% de la masa del cuerpo.

A través del avance en la secuenciación del ADN, la bioinformática y tecnologías de cultivo, las diversas especies de microbios que cohabitan con el cuerpo humano están siendo identificados y caracterizados, con diferencias en su abundancia correlacionados con la enfermedad y la salud.

Se entiende cada vez más que esta gran cantidad de microbios juegan un papel importante en nuestra supervivencia: las bacterias en el intestino, por ejemplo, permiten a los humanos digerir alimentos y absorber nutrientes importantes que el cuerpo de otra manera no podría acceder. Por otro lado, los agentes patógenos que son ubicuos en los seres humanos a veces pueden volverse virulentos y causar enfermedades o incluso la muerte.

La atención se está centrando en el microbioma intestinal y su papel en enfermedades que van desde infecciones a obesidad, diabetes y enfermedad inflamatoria del intestino. Se entiende cada vez más que los tratamientos con antibióticos que destruyen la flora intestinal pueden dar lugar a complicaciones tales como infecciones por Clostridium, que pueden dar lugar en raras ocasiones a complicaciones potencialmente mortales. Por otro lado, una nueva generación de agentes terapéuticos que comprenden un subconjunto de los microbios que se encuentran en un intestino sano están en desarrollo clínico con el fin de mejorar los tratamientos médicos. Los avances en las tecnologías de microbioma humano representan claramente una forma sin precedentes para desarrollar nuevos tratamientos para enfermedades graves y para mejorar los resultados sanitarios generales en nuestra especie.

Terapias basadas en el ARN

El ARN es una molécula esencial en la biología celular que permite la traducción de instrucciones genéticas codificadas en el ADN en la producción de las proteínas que permiten a las células funcionar. Sin embargo, como la producción de proteínas también es un factor central en la mayoría de las enfermedades y trastornos humanos, durante mucho tiempo se ha intentado conseguir sustancias basadas ​​en el ARN para tratar una serie de problemas en los que los tratamientos a base de fármacos convencionales no pueden brindar mucha ayuda. El campo ha tenido un desarrollo lento. Sin embargo, las grandes esperanzas iniciales están abolladas por la enorme complejidad del esfuerzo y la necesidad de comprender mejor la variabilidad de la expresión génica en las células.

Durante el último año, ha habido un resurgimiento del interés en este nuevo campo de la salud de biotecnología, con nuevos tratamientos prometedores del ARN propuestos para los trastornos genéticos, como la distrofia muscular, así como las enfermedades infecciosas como la gripe y la fiebre hemorrágica. Para los primeros, el mecanismo recién descubierto de la interferencia del ARN podría ser utilizado para silenciar la expresión de genes defectuosos que causan la distrofia muscular. Para el tratamiento de cáncer, el objetivo es el desarrollo de vacunas utilizando el ARN mensajero para bloquear la transcripción de proteínas que permiten que los tumores crezcan y se propaguen. A diferencia de los tratamientos destinados a cambiar directamente el ADN, terapias basadas en el ARN no causan cambios permanentes en el genoma de la célula,  por lo que se pueden aumentar o suspenderse en caso necesario. Otros objetivos de enfermedades próximos incluyen el VIH / SIDA (un virus del ARN), la enfermedad de Huntington y la diabetes.

Varias empresas privadas que tienen como objetivo ofrecer tratamientos basados ​​en el ARN se han puesto en marcha, algunos de los cuales ya se encuentran en proceso de evaluación para el lanzamiento comercial de la Food and Drug Administration de EE.UU. Esperamos que este campo de la salud pueda desafiar cada vez más a los productos farmacéuticos convencionales en la creación de nuevos tratamientos para enfermedades difíciles en los próximos años.

Yo cuantificado (analítica predictiva)

El movimiento yo cuantificado (“quantified-self” en inglés) ha existido durante muchos años como una colaboración de personas que recolectan los datos continuos sobre sus actividades cotidianas con el fin de tomar mejores decisiones sobre su salud y comportamiento. Pero, con el Internet de las cosas de hoy, el movimiento ha comenzado a tener un impacto más amplio.

Los dispositivos inteligentes móviles contienen un gran registro de las actividades de las personas, incluidos sus conocidos (listas de contactos, aplicaciones de redes sociales), con quién hablan (registros de llamadas, registros de texto, correos electrónicos), dónde van (GPS, Wi-Fi, y fotos georeferenciadas) y lo que hacen (aplicaciones que utilizamos, los datos del acelerómetro). Con estos datos y algoritmos de aprendizaje especializados, modelos detallados y predictivos acerca de las personas y sus comportamientos pueden ser construidos para ayudar con la planificación urbana, la medicina personalizada, la sostenibilidad y el diagnóstico médico.

Por ejemplo, un equipo de la Carnegie Mellon University ha estado buscando la manera de utilizar los datos del smartphone para predecir la aparición de la depresión mediante el modelado de los cambios en los comportamientos de sueño y las relaciones sociales a través del tiempo. En otro ejemplo, el proyecto Livehoods, grandes cantidades de datos georeferenciados creados por los teléfonos inteligentes de la gente (que utilizan el software como Instagram y Foursquare) y rastreados desde la Web han permitido a los investigadores entender los patrones de movimiento a través de los espacios urbanos.

En los últimos años, los sensores se han vuelto cada vez más baratos y comunes a medida que más fabricantes los incluyen en sus productos para entender el comportamiento del consumidor y evitar la necesidad de una costosa investigación de mercado. Por ejemplo, los coches pueden registrar todos los aspectos de los hábitos de conducción de una persona, y esta información puede ser mostrada en aplicaciones de teléfonos inteligentes o se utilizan como grandes datos en la planificación urbana o la gestión del tráfico. A medida que la tendencia continúa hacia la extensa recopilación de datos para el seguimiento de cada aspecto de la  vida de las personas, el reto se convierte en cómo utilizar esta información de manera óptima, y la manera de conciliarla con la privacidad y otras preocupaciones sociales.

Interfaces cerebro-ordenador

La capacidad de controlar un ordenador utilizando sólo el poder de la mente está más cerca de lo que uno podría pensar. Las interfaces cerebro-ordenador, cuando los ordenadores pueden leer e interpretar las señales directamente del cerebro, ya han alcanzado el éxito clínico ya que permiten a los tetrapléjicos, aquellos que sufren el síndrome de enclaustramiento o personas que han tenido un derrame cerebral, mover sus propias sillas de ruedas o incluso beber de una taza de café mediante el control de la acción de un brazo robótico con sus ondas cerebrales. Además, los implantes cerebrales directos han ayudado a restaurar la visión parcial a las personas que han perdido la vista.

Investigaciones recientes se han centrado en la posibilidad de utilizar las interfaces cerebro-ordenador para conectar directamente diferentes cerebros juntos. Investigadores de Duke University el año pasado informaron que conectaron con éxito los cerebros de dos ratones a través de Internet (en lo que se denominó una “red de cerebros”) donde los ratones en los diferentes países fueron capaces de colaborar para llevar a cabo tareas simples para generar una recompensa. También en 2013, los científicos de la Universidad de Harvard informaron que fueron capaces de establecer una relación funcional entre el cerebro de una rata y un ser humano con una interfaz no invasiva de ordenador a cerebro.

Otros proyectos de investigación se han centrado en la manipulación o implantación directamente de recuerdos desde un ordenador en el cerebro. A mediados de 2013, los investigadores del MIT informaron haber implantado con éxito una falsa memoria en el cerebro de un ratón. En los seres humanos, la capacidad de manipular directamente recuerdos podría tener una aplicación en el tratamiento de trastorno de estrés post-traumático, mientras que en el largo plazo, la información puede ser cargada en los cerebros de humanos en forma de un archivo de ordenador. Por supuesto, numerosas cuestiones éticas también están claramente planteadas por este campo que avanza rápidamente.

Esta lista fue compilada por el Consejo de la Agenda Global del Foro Económico Mundial sobre Tecnologías Emergentes.

Imagenes: Reuters.