La tecnología se ha convertido quizás en el mayor agente de cambio del mundo moderno. Aunque nunca está exenta de riesgos, los avances tecnológicos positivos prometen soluciones innovadoras a los desafíos globales más urgentes de nuestro tiempo, desde la escasez de recursos hasta el cambio ambiental global. Sin embargo, la falta de inversión adecuada, los marcos regulatorios obsoletos y las lagunas en la comprensión pública impiden que muchas tecnologías prometedoras alcancen su potencial.
El Consejo de la Agenda Global sobre Tecnologías Emergentes del Foro Económico Mundial identifica las tendencias clave recientes en el cambio tecnológico en su lista anual de Las 10 tecnologías emergentes principales. Al destacar los avances tecnológicos más importantes, el Consejo pretende concienciar sobre su potencial y contribuir a cerrar las brechas en inversión, regulación y comprensión pública. Para 2014, el Consejo identificó diez tecnologías nuevas que podrían remodelar nuestra sociedad en el futuro.
La lista de 2014 es:
Electrónica portátil adaptada al cuerpo
De Google Glass a la pulsera Fitbit, la tecnología portátil ha generado una atención considerable durante el último año, y la mayoría de los dispositivos existentes ayudan a las personas a comprender mejor su salud y su forma física mediante el seguimiento del ejercicio, la frecuencia cardíaca, los patrones de sueño, etc. El sector está pasando de los dispositivos portátiles externos, como las pulseras o los dispositivos con clip, a la electrónica «adaptada al cuerpo», que desplaza aún más la frontera, siempre cambiante, entre los seres humanos y la tecnología.
La nueva generación de dispositivos portátiles está diseñada para adaptarse a la forma del cuerpo humano en el lugar de uso. Estos dispositivos suelen ser diminutos, están repletos de una amplia gama de sensores y de un sistema de retroalimentación, y se camuflan para que su uso resulte menos intrusivo y más aceptable socialmente. Entre estos dispositivos prácticamente invisibles se encuentran auriculares que monitorizan la frecuencia cardíaca, sensores que se llevan bajo la ropa para controlar la postura, un tatuaje temporal que registra las constantes vitales de salud y suelas de zapato hápticas que comunican indicaciones GPS mediante alertas de vibración que perciben los pies. Las aplicaciones son muchas y variadas: los zapatos hápticos se proponen actualmente para ayudar a las personas ciegas a orientarse, mientras que los oncólogos ya han utilizado Google Glass para asistir en cirugías mediante historiales médicos y otra información visual a la que se accede mediante comandos de voz.
Los analistas tecnológicos consideran que los factores de éxito de los productos portátiles incluyen el tamaño del dispositivo, la no invasividad y la capacidad de medir múltiples parámetros y proporcionar retroalimentación en tiempo real que mejore el comportamiento del usuario. Sin embargo, una mayor adopción también depende de la aceptabilidad social en lo relativo a la privacidad. Por ejemplo, se han planteado preocupaciones sobre los dispositivos portátiles que utilizan cámaras para el reconocimiento facial y la asistencia de memoria. Suponiendo que estos desafíos puedan gestionarse, los analistas prevén cientos de millones de dispositivos en uso para 2016.
Compuestos de carbono nanoestructurados
Las emisiones de la flota de vehículos del mundo, que crece rápidamente, son motivo de preocupación medioambiental, y aumentar la eficiencia operativa del transporte es una vía prometedora para reducir su impacto global. Las nuevas técnicas para nanoestructurar fibras de carbono destinadas a compuestos novedosos muestran potencial en la fabricación de vehículos para reducir el peso de los coches en un 10 % o más. Los coches más ligeros necesitan menos combustible para funcionar, lo que aumenta la eficiencia en el transporte de personas y mercancías y reduce las emisiones de gases de efecto invernadero.
Sin embargo, la eficiencia es solo una preocupación; otra de igual importancia es mejorar la seguridad de los pasajeros. Para aumentar la resistencia y la tenacidad de los nuevos compuestos, la interfaz entre las fibras de carbono y la matriz polimérica circundante se diseña a escala nanométrica para mejorar el anclaje, por ejemplo mediante nanotubos de carbono. En caso de accidente, estas superficies están diseñadas para absorber el impacto sin desgarrarse, distribuyendo la fuerza y protegiendo a los pasajeros del interior del vehículo.
Un tercer desafío, que quizá ahora esté más cerca de una solución, es el reciclaje de los compuestos de fibra de carbono, algo que ha frenado el despliegue generalizado de la tecnología. Las nuevas técnicas consisten en incorporar «puntos de liberación» escindibles en el material, en la interfaz entre el polímero y la fibra, de modo que los enlaces puedan romperse de forma controlada y los componentes que forman el compuesto puedan recuperarse por separado y reutilizarse. En conjunto, estos tres elementos podrían tener un impacto importante al hacer posible la fabricación de vehículos compuestos ligeros, ultraseguros y reciclables a escala masiva.
Extracción de metales de la salmuera de desalinización
A medida que la población mundial sigue creciendo y los países en desarrollo salen de la pobreza, el agua dulce corre el riesgo de convertirse en uno de los recursos naturales más limitados de la Tierra. Además del agua para beber, el saneamiento y la industria en los asentamientos humanos, una proporción significativa de la producción agrícola mundial procede de cultivos de regadío en zonas áridas. Dado que ríos como el Colorado, el Murray-Darling y el Amarillo ya no llegan al mar durante largos períodos, el atractivo de desalinizar el agua de mar como nueva fuente de agua dulce solo puede aumentar.
La desalinización tiene, sin embargo, graves inconvenientes. Además del elevado consumo de energía (un tema tratado el año pasado en Las 10 tecnologías emergentes principales), el proceso genera una salmuera concentrada de rechazo que puede tener un grave impacto en la vida marina cuando se devuelve al mar. Quizá el enfoque más prometedor para resolver este problema sea considerar la salmuera de la desalinización no como un residuo, sino como un recurso del que extraer materiales valiosos. Entre ellos se incluyen el litio, el magnesio y el uranio, así como los elementos más comunes, como el sodio, el calcio y el potasio. El litio y el magnesio son valiosos para su uso en baterías de alto rendimiento y en aleaciones ligeras, por ejemplo, mientras que las tierras raras empleadas en motores eléctricos y aerogeneradores —donde la escasez potencial ya es una preocupación estratégica— también podrían recuperarse.
Los nuevos procesos basados en química asistida por catalizadores abren la posibilidad de extraer estos metales de la salmuera de desalinización de rechazo a un coste que podría llegar a ser competitivo con la minería terrestre de minerales o de yacimientos lacustres. Este beneficio económico podría compensar el coste global de la desalinización, haciéndola más viable a gran escala y, a su vez, reduciendo las presiones humanas sobre los ecosistemas de agua dulce.
Almacenamiento de electricidad a escala de red
La electricidad no puede almacenarse directamente, por lo que los gestores de redes eléctricas deben asegurar constantemente que la demanda total de los consumidores coincida exactamente con una cantidad igual de energía inyectada en la red por las centrales de generación. Dado que la energía química del carbón y el gas puede almacenarse en cantidades relativamente grandes, las centrales convencionales de combustibles fósiles ofrecen energía gestionable disponible bajo demanda, lo que hace que la gestión de la red sea una tarea relativamente sencilla. Sin embargo, los combustibles fósiles también emiten gases de efecto invernadero, que causan el cambio climático, y muchos países se proponen ahora sustituir los generadores basados en carbono por una combinación de energía limpia procedente de fuentes renovables, nucleares u otras no fósiles.
Las fuentes de energía limpia, en particular la eólica y la solar, pueden ser muy intermitentes; en lugar de producir electricidad cuando los consumidores y los gestores de red la necesitan, generan cantidades no controlables solo cuando las condiciones meteorológicas favorables lo permiten. Un sector nuclear ampliado también podría plantear desafíos debido a su funcionamiento preferente como carga base permanente. Por ello, el desarrollo de opciones de almacenamiento de electricidad a escala de red ha sido durante mucho tiempo el «santo grial» de los sistemas de energía limpia. Hasta la fecha, solo la energía hidroeléctrica de bombeo puede reclamar un papel significativo, pero es cara, supone un reto medioambiental y depende totalmente de una geografía favorable.
Hay señales de que una serie de nuevas tecnologías se acerca a superar este desafío. Algunas, como las baterías de flujo, podrían en el futuro almacenar energía química líquida en grandes cantidades, de forma análoga al almacenamiento de carbón y gas. Diversas opciones de baterías de estado sólido también compiten por almacenar electricidad en materiales suficientemente densos en energía y disponibles a bajo coste. Los supercondensadores de grafeno recientemente inventados ofrecen la posibilidad de una carga y descarga extremadamente rápidas durante muchas decenas de miles de ciclos. Otras opciones aprovechan la energía potencial cinética, como los grandes volantes de inercia o el almacenamiento subterráneo de aire comprimido.
Una opción más novedosa, que se explora a escala media en Alemania, es la metanación de CO2 mediante electrólisis de hidrógeno, en la que el excedente de electricidad se utiliza para separar el agua en hidrógeno y oxígeno; el hidrógeno reacciona posteriormente con dióxido de carbono residual para formar metano, que se quema más tarde, si es necesario, para generar electricidad. Aunque la eficiencia de ida y vuelta de esta y otras opciones puede ser relativamente baja, es claro que el potencial de almacenamiento tendrá un alto valor económico en el futuro. Es demasiado pronto para elegir un ganador, pero, a nuestro juicio, el ritmo del desarrollo tecnológico en este campo avanza más rápidamente que nunca, lo que hace más probable un avance fundamental a corto plazo.
Baterías de ion-litio de nanohilos
Como depósitos de carga eléctrica, las baterías son de importancia crítica en muchos aspectos de la vida moderna. Las baterías de ion-litio, que ofrecen una buena densidad energética (energía por peso o volumen), se incorporan habitualmente en teléfonos móviles, portátiles y coches eléctricos, por citar solo algunos usos comunes. Sin embargo, para aumentar la autonomía de los coches eléctricos hasta igualar la de los competidores de gasolina —por no hablar de la duración de la batería entre cargas de los teléfonos móviles y portátiles—, la densidad energética de las baterías debe mejorar de forma notable.
Las baterías suelen estar compuestas por dos electrodos: un terminal positivo conocido como cátodo y un terminal negativo conocido como ánodo, con un electrolito entre ambos. Este electrolito permite que los iones se desplacen entre los electrodos para producir corriente. En las baterías de ion-litio, el ánodo está compuesto de grafito, que es relativamente barato y duradero. Sin embargo, los investigadores han empezado a experimentar con ánodos de silicio, que ofrecerían una capacidad de potencia mucho mayor.
Un desafío de ingeniería es que los ánodos de silicio tienden a sufrir fallos estructurales debido a la hinchazón y la contracción durante el ciclo de carga y descarga. Durante el último año, los investigadores han desarrollado posibles soluciones que implican la creación de nanohilos o nanopartículas de silicio, que parecen resolver los problemas asociados a la expansión de volumen del silicio cuando reacciona con el litio. La mayor superficie asociada a las nanopartículas y los nanohilos aumenta aún más la densidad de potencia de la batería, lo que permite la carga rápida y la entrega de corriente.
Capaces de cargarse por completo con mayor rapidez y de producir entre un 30 % y un 40 % más de electricidad que las baterías de ion-litio actuales, esta nueva generación de baterías podría ayudar a transformar el mercado de los coches eléctricos y permitir el almacenamiento de electricidad solar a escala doméstica. Inicialmente, se espera que las baterías de ánodo de silicio comiencen a incorporarse en teléfonos inteligentes en los próximos dos años.
Visualización sin pantalla
Uno de los aspectos más frustrantes de la tecnología de comunicaciones moderna es que, a medida que los dispositivos se han miniaturizado, resulta más difícil interactuar con ellos; nadie escribiría una novela en un teléfono inteligente, por ejemplo. La falta de espacio en las pantallas tradicionales ofrece una oportunidad clara para que las visualizaciones sin pantalla ocupen ese hueco. Los teclados de tamaño completo ya pueden proyectarse sobre una superficie para que los usuarios interactúen con ellos, sin preocuparse de si cabrán en el bolsillo. Quizá evocando recuerdos de las primeras películas de Star Wars, hoy pueden generarse imágenes holográficas en tres dimensiones; en 2013, el Media Lab del MIT presentó un prototipo económico de pantalla de vídeo holográfico en color, con la resolución de un televisor estándar.
La visualización sin pantalla también puede lograrse proyectando imágenes directamente sobre la retina de una persona, lo que no solo evita la necesidad de hardware pesado, sino que también promete proteger la privacidad al permitir que las personas interactúen con los ordenadores sin que otros compartan su misma vista. En enero de 2014, una empresa emergente ya había recaudado una cantidad considerable a través de Kickstarter con el objetivo de comercializar un dispositivo personal de juegos y cine con pantalla retiniana. A más largo plazo, la tecnología podría permitir interfaces sinápticas que eludan por completo el ojo, transmitiendo información «visual» directamente al cerebro.
Este campo registró un rápido avance en 2013 y parece preparado para avances inminentes en el despliegue escalable de la visualización sin pantalla. Diversas empresas han logrado avances significativos en el sector, entre ellos cascos de realidad virtual, lentes de contacto biónicas, el desarrollo de teléfonos móviles para personas mayores y personas con visión parcial, y vídeos similares a hologramas sin necesidad de piezas móviles ni gafas.
Terapias con microbioma humano
El cuerpo humano se describe quizás con más propiedad como un ecosistema que como un único organismo: las células microbianas superan típicamente en número a las células humanas en una proporción de 10 a 1. El microbioma humano ha sido objeto de una investigación cada vez más intensa en los últimos años; en 2012, el Proyecto del Microbioma Humano presentó resultados obtenidos a partir de 80 instituciones científicas colaboradoras. Descubrieron que más de 10 000 especies microbianas ocupan el ecosistema humano, que comprenden billones de células y representan entre el 1 % y el 3 % de la masa corporal.
Mediante tecnologías avanzadas de secuenciación de ADN, bioinformática y cultivo, se están identificando y caracterizando las diversas especies de microbios que cohabitan con el cuerpo humano, y las diferencias en su abundancia se correlacionan con la enfermedad y la salud.
Cada vez se entiende mejor que esta pléyade de microbios desempeña un papel importante en nuestra supervivencia: las bacterias del intestino, por ejemplo, permiten a los seres humanos digerir los alimentos y absorber nutrientes importantes a los que, de otro modo, sus cuerpos no podrían acceder. Por otro lado, los patógenos presentes de forma habitual en los seres humanos pueden, en ocasiones, volverse virulentos y causar enfermedades o incluso la muerte.
Se está prestando atención al microbioma intestinal y a su papel en enfermedades que van desde infecciones hasta la obesidad, la diabetes y la enfermedad inflamatoria intestinal. Cada vez se entiende mejor que los tratamientos antibióticos que destruyen la flora intestinal pueden provocar complicaciones como infecciones por Clostridium difficile que, en casos raros, pueden derivar en complicaciones que amenazan la vida. Por otro lado, una nueva generación de terapias compuesta por un subconjunto de microbios presentes en el intestino sano se encuentra en desarrollo clínico con el objetivo de mejorar los tratamientos médicos. Los avances en las tecnologías del microbioma humano representan claramente una forma sin precedentes de desarrollar nuevos tratamientos para enfermedades graves y de mejorar los resultados de la atención sanitaria en nuestra especie.
Terapias basadas en ARN
El ARN es una molécula esencial en la biología celular, que traduce las 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 es también un factor central en la mayoría de las enfermedades y trastornos humanos, durante mucho tiempo se ha considerado que las terapias basadas en ARN podrían tratar una serie de problemas en los que los tratamientos farmacológicos convencionales no pueden ofrecer mucha ayuda. No obstante, el campo ha avanzado lentamente, ya que las grandes expectativas iniciales se vieron mermadas por la enorme complejidad del esfuerzo y por la necesidad de comprender mejor la variabilidad de la expresión génica en las células.
En el último año se ha producido un resurgimiento del interés por este nuevo campo de la biotecnología sanitaria, y, a 2014, ya hay dos tratamientos basados en ARN aprobados como terapias humanas. Se están desarrollando fármacos basados en ARN para diversas afecciones, como trastornos genéticos, cáncer y enfermedades infecciosas, a partir del mecanismo de interferencia por ARN, que se utiliza para silenciar la expresión de genes defectuosos o sobreexpresados.
Ampliando el repertorio de terapias basadas en ARN, está emergiendo una plataforma aún más reciente basada en moléculas de ARN mensajero (ARNm). Las secuencias específicas de ARNm inyectadas por vía intramuscular o intravenosa pueden actuar como agentes terapéuticos a través de las propias células del paciente, traduciéndose en las proteínas correspondientes que producen el efecto terapéutico. A diferencia de los tratamientos destinados a modificar directamente el ADN, las terapias basadas en ARN no provocan cambios permanentes en el genoma de la célula y, por tanto, pueden incrementarse o interrumpirse según sea necesario.
Los avances en la ciencia básica del ARN, la tecnología de síntesis y la administración in vivo se combinan para hacer posible una nueva generación de fármacos basados en ARN que pueden atenuar la abundancia de proteínas naturales o permitir la producción in vivo de proteínas terapéuticas optimizadas. Trabajando en colaboración con grandes empresas farmacéuticas y el ámbito académico, se han puesto en marcha varias empresas privadas que aspiran a ofrecer tratamientos basados en ARN. Esperamos que este campo de la atención sanitaria desafíe cada vez más a los fármacos convencionales en la creación de nuevos tratamientos para enfermedades difíciles en los próximos años.
Autocuantificación (analítica predictiva)
El movimiento de autocuantificación existe desde hace muchos años como una colaboración de personas que recopilan datos continuos sobre sus actividades cotidianas para tomar mejores decisiones sobre su salud y su comportamiento. Pero, con el Internet de las cosas actual, el movimiento ha empezado a cobrar protagonismo y a tener un impacto más amplio.
Los teléfonos inteligentes contienen un registro detallado de las actividades de las personas, incluidas con quién se relacionan (listas de contactos, aplicaciones de redes sociales), con quién hablan (registros de llamadas, de mensajes de texto y de correos electrónicos), adónde van (GPS, Wi-Fi y fotos geoetiquetadas) y qué hacen (aplicaciones que utilizamos, datos del acelerómetro). Con estos datos y con algoritmos especializados de aprendizaje automático pueden construirse modelos detallados y predictivos sobre las personas y sus comportamientos que ayuden en la planificación urbana, la medicina personalizada, la sostenibilidad y el diagnóstico médico.
Por ejemplo, un equipo de la Universidad Carnegie Mellon estudia cómo utilizar los datos de los teléfonos inteligentes para predecir la aparición de la depresión mediante la modelización de los cambios en los patrones de sueño y las relaciones sociales a lo largo del tiempo. En otro ejemplo, el proyecto Livehoods, en el que grandes cantidades de datos geoetiquetados generados por los teléfonos inteligentes de las personas (mediante aplicaciones como Instagram y Foursquare) y extraídos de la web han permitido a los investigadores comprender los patrones de desplazamiento por los espacios urbanos.
En los últimos años, los sensores se han vuelto baratos y cada vez más omnipresentes, ya que más fabricantes los incorporan a sus productos para comprender el comportamiento de los consumidores y evitar la necesidad de costosos estudios de mercado. Por ejemplo, los coches pueden registrar cada aspecto de los hábitos de conducción de una persona, y esta información puede mostrarse en aplicaciones de teléfonos inteligentes o utilizarse como macrodatos en la planificación urbana o la gestión del tráfico. A medida que la tendencia avanza hacia la recopilación masiva de datos para seguir cada aspecto de la vida de las personas, el desafío consiste en determinar cómo utilizar esta información de forma óptima y cómo conciliarla con la privacidad y otras preocupaciones sociales.
Interfaces cerebro-computadora
La capacidad de controlar un ordenador solo con el poder de la mente está más cerca de lo que cabría pensar. Las interfaces cerebro-computadora, en las que los ordenadores pueden leer e interpretar directamente las señales del cerebro, ya han logrado un éxito clínico al permitir que personas tetrapléjicas, quienes padecen «síndrome de enclaustramiento» o personas que han sufrido un ictus muevan sus propias sillas de ruedas o incluso beban café de una taza controlando con sus ondas cerebrales la acción de un brazo robótico. Además, los implantes cerebrales directos han ayudado a restaurar una visión parcial a personas que habían perdido la vista.
La investigación reciente se ha centrado en la posibilidad de utilizar interfaces cerebro-computadora para conectar directamente distintos cerebros entre sí. Los investigadores de la Universidad de Duke informaron el año pasado de la conexión exitosa de los cerebros de dos ratones a través de internet (en lo que se denominó una «red cerebral»), en la que ratones de distintos países pudieron cooperar para realizar tareas sencillas y obtener una recompensa. También en 2013, científicos de la Universidad de Harvard informaron de que habían logrado establecer un vínculo funcional entre el cerebro de una rata y el de un ser humano mediante una interfaz no invasiva de ordenador a cerebro.
Otros proyectos de investigación se han centrado en manipular o implantar directamente recuerdos desde un ordenador en el cerebro. A mediados de 2013, investigadores del MIT informaron de que habían implantado con éxito un recuerdo falso en el cerebro de un ratón. En los seres humanos, la capacidad de manipular directamente los recuerdos podría tener aplicación en el tratamiento del trastorno de estrés postraumático, mientras que, a más largo plazo, la información podría cargarse en cerebros humanos de la misma forma que un archivo informático. Por supuesto, este campo en rápido avance también plantea numerosas cuestiones éticas.
Esta lista fue elaborada por el Consejo de la Agenda Global sobre Tecnologías Emergentes del Foro Económico Mundial. Noubar Afeyan, socio gerente de Flagship Ventures, es el presidente del Consejo y también mentor de la Reunión Anual de los Nuevos Campeones 2014. Mark Lynas, escritor independiente sobre ciencia, tecnología y cambio climático, y sir David King, Representante Especial para el Cambio Climático de la Oficina de Asuntos Exteriores y de la Commonwealth del Reino Unido, son sus vicepresidentes. Para consultar la lista completa de miembros del Consejo, véase aquí.
Todas las imágenes proporcionadas por Reuters.
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Descubra aquí las 10 tecnologías emergentes principales de 2013.