2021: ¿Un año de alegrías, cambios y arrepentimientos?
Con el comienzo del nuevo año, nos permitimos hacer predicciones, tanto sombrías como optimistas. En Estados Unidos, en el momento de la publicación de este número de "Galvanotechnik", habrá un nuevo presidente, Joe Biden, que será mucho mejor amigo de Europa que su predecesor D. Trump. El presidente Trump simplemente no ha apreciado a sus aliados, ya sea Canadá, Alemania o Corea del Sur. A menudo ha sido bastante antipático con sus gobiernos.
El presidente Biden tiene más sentido común y mejores modales, valorará la OTAN, pero mantendrá la presión sobre los socios, incluida Alemania, para que contribuyan con toda su cuota. Sobre Alemania para que pague su parte íntegra de las contribuciones a la OTAN, algo que algunos socios de la OTAN no han hecho en el pasado. No diré nombres. En cuanto al expresidente Trump, podemos predecir un nuevo año realmente emocionante para él. Después de que pierda sus privilegios presidenciales especiales, hay docenas de agencias federales y estatales que investigarán sus impuestos y otros asuntos comerciales. Predigo que lo que descubran hará muy improbable que D. Trump (que para entonces tendrá 79 años) se presente a la reelección en 2024. Y tampoco creo que lo haga nadie de su familia.
En 2021 estaremos casi completamente libres del virus Covid. Puede que siga habiendo pequeños brotes localizados, pero las restricciones serán cosa del pasado. Desarrollar vacunas en menos de un año es un milagro científico. Pero aún hay cosas de las que los científicos no están seguros. Por ejemplo, si es mejor administrar dos dosis completas con cuatro semanas de intervalo o una dosis más pequeña seguida de una dosis mayor. O tal vez dos dosis de un tipo de vacuna primero, y luego una segunda dosis de otro tipo. Pero estas preguntas tendrán respuesta muy pronto.
En 2021, creo que Alemania estará bajo presión en dos frentes. En primer lugar, sobre la cuestión de los equipos Huawei para 5G. La mayoría de las naciones occidentales están ahora de acuerdo en que es simplemente demasiado arriesgado por razones de seguridad instalar estos equipos chinos. Y en segundo lugar, Alemania está sufriendo una ligera presión en relación con el gasoducto submarino Nordstream 2 de Rusia. Este enorme proyecto está casi terminado y abandonarlo sería muy costoso. Pero en un momento en el que Rusia se comporta de forma tan agresiva en la escena mundial (y en el que, de todos modos, estamos intentando descarbonizar nuestra economía), esta fuente de energía da un enorme poder al Presidente Putin. Se trata de dos opciones difíciles para los políticos alemanes.
Cuando volvamos a la normalidad, ¿serán las cosas como en 2019? Casi seguro que no. Todo el mundo está de acuerdo en que el crecimiento de las compras en línea, en contraposición a visitar la calle principal, continuará.
La moderna tecnología de los drones
Fig. 1: Drone de repartoLatecnología de reparto de estas compras con vehículos autónomostambiénseguirá desarrollándose, tanto con vehículos con ruedas como con drones en el aire. Nuestros periódicos utilizan ahora el acrónimo WFH sin molestarse en explicarlo como "trabajar desde casa" y, en consecuencia, los desplazamientos en tren y autobús han disminuido. Las compañías ferroviarias y de autobuses tendrán que reducir sus horarios. Por último, cada vez son más los restaurantes y establecimientos de comida para llevar que nos entregan comida caliente a domicilio. También hay un nuevo término para esto, la llamada "cocina oscura". Pueden estar situadas en un polígono industrial y nunca serán vistas por sus clientes. Un equipo de mensajeros reparte las comidas a domicilio. Muchos temen que los centros urbanos queden desiertos, y los alquileres de las tiendas de los centros urbanos ya han caído en picado.
Cada vez se construyen más almacenes y se automatizan tanto los nuevos como los ya existentes. Casi un millón de británicos han perdido su empleo este año, alrededor de la mitad en el comercio minorista -tiendas que nunca volverán a abrir- y la otra mitad en el llamado sector de la hostelería -restaurantes, locales de comida para llevar y hoteles-. No se sabe con certeza cuántos de ellos volverán a abrir. Durante la pandemia, la tecnología ha evolucionado, en particular la forma en que entregamos nuestras compras a domicilio y a las empresas. La oficina de correos británica (Royal Mail) está empezando a utilizar drones para realizar entregas en las zonas más remotas del Reino Unido. Hace unas semanas, un dron realizó con éxito su primera entrega desde el Reino Unido continental a las islas Scilly. Completó los 100 km de ida y vuelta y entregó suministros médicos en el aeropuerto de St Mary's.
El Isles of Scilly Steamship Group (ISSG) declaró que el vuelo allanaba el camino "para un nuevo enlace vital" con las remotas islas situadas frente a Cornualles. El vehículo no tripulado (Fig. 1) regresó al aeropuerto de Land's End con productos locales, como ginebra y flores. En la actualidad, la mayor parte de la carga se transporta a las islas en barco, mientras que otros productos se transportan en avión junto con los pasajeros. Los drones podrían transportar suministros médicos y piezas urgentes de vehículos, entre otras cosas.
Fig. 2: El nuevo vehículo autónomo de reparto Kar-Go En el extremo norte de Escocia hay pequeños núcleos de población que viven en pequeñas islas. Royal Mail tiene la obligación legal de repartir a todas las direcciones del país, pero algunos viven a varios kilómetros de la carretera más cercana. El coste de entregar unas pocas cartas o paquetes puede oscilar entre 50 y 100 euros. El uso de drones podría ser mucho más barato.
La entrega autónoma de enseres domésticos dentro de las ciudades sigue desarrollándose. Hace unos meses informé sobre el pequeño robot de reparto, un vehículo de seis ruedas del tamaño de un cochecito de bebé, actualmente en uso en Milton Keynes (Reino Unido) y otros lugares y fabricado por Starship Technologies (www.starship.xyz). En la Academia de Robótica del Reino Unido(www.academyofrobotics.co.uk) se está desarrollando un vehículo algo mayor, llamado "Kar-Go" (Fig. 2). En noviembre completó con éxito su primer viaje en Londres. Dispone de una sofisticada tecnología de navegación y parte del sistema mecánico de propulsión se ha comprado a Tesla USA. Es ligeramente más pequeño que un coche pequeño y está diseñado para transportar paquetes y no productos de mayor tamaño, como lavadoras.
Brexit
El mes pasado escribí - erróneamente - que conoceríamos el resultado de las negociaciones entre la UE y el Reino Unido cuando se publicara el número de diciembre de Galvanotechnik. Un mes después, seguimos sin saberlo. El Primer Ministro irlandés afirmó que las dos partes habían alcanzado con éxito el 97% del acuerdo. No tengo ni idea de cómo llegó a esa cifra exacta y creo que se equivocó. Sigue habiendo grandes diferencias entre las dos partes. Se puede resumir la situación de forma muy sencilla. El Reino Unido quiere convertirse (como ha sido en el pasado) en un Estado totalmente independiente. Con plena libertad para tomar sus propias decisiones en una amplia gama de asuntos. La UE, por su parte, exige que el Reino Unido siga estrechamente ligado a la UE: un cuasi satélite en lo que respecta a casi todas las normativas comunitarias, ya sean de salud y seguridad, legislación laboral (vacaciones, horarios de trabajo), ayudas estatales a las empresas y mucho más. La UE exige que todos los litigios sean resueltos por un tribunal de la UE, en el que el Reino Unido no tendría nada que decir. La UE también exige que el Reino Unido no sólo siga las normas de la UE (lo que hace actualmente), sino que, en un proceso conocido como "alineación dinámica", el Reino Unido debe seguirlas automáticamente si la UE cambia dichas normas en el futuro. Todo ello bajo el paraguas de la llamada "igualdad de condiciones". Por último, aunque el Reino Unido tendría el control legal de sus aguas costeras en virtud del derecho internacional como "Estado costero independiente", la UE exige el derecho de los barcos pesqueros franceses, holandeses y de otros países de la UE a faenar en aguas británicas. Sin duda, al Reino Unido le resultará difícil aceptar estas condiciones y ninguna persona sensata predice el resultado de las negociaciones. Si las negociaciones fracasan, el Reino Unido y la UE comerciarán según las normas de la OMC (Organización Mundial del Comercio), con aranceles del 10% para los coches, del 30% para los productos lácteos, de alrededor del 50% para los productos cárnicos, etc. Cada parte tiene derecho a reducir estos aranceles, pero sólo a condición de que si, por ejemplo, el arancel sobre el queso se reduce al 15% o incluso a cero, este arancel más bajo debe aplicarse a todas las importaciones de queso, ya procedan de la UE o de EE.UU..
Las negociaciones más importantes se refieren ahora al comercio. Pero se teme que el distanciamiento entre la UE y el Reino Unido se profundice también en otros aspectos. Al principio, Bruselas decidió que el Reino Unido dejaría de participar en el proyecto de satélite Galileo, a pesar de que el Reino Unido ya había invertido grandes sumas en este proyecto. Otros asuntos no comerciales, como el intercambio de información sobre delincuencia y terrorismo, también pueden verse degradados, al igual que el intercambio de estudiantes y profesores. Nadie sabe a ciencia cierta a qué se debe, pero sin duda es motivo de tristeza y pesar en el Reino Unido. Nuestro deseo para 2021 es que la cálida y amistosa relación entre la UE y el Reino Unido se mantenga o se reconstruya. Compartimos una herencia de 2.000 años, amenazas comunes e incluso nuestro propio ADN, como han demostrado recientes investigaciones, es en gran medida idéntico. Esperemos que nuestros políticos puedan preservar al menos parte de él.
Cambio climático e hidrógeno
Fig. 3: El enfriamiento evaporativo imita la piel de camello Ahora que el presidente Trump ha hecho, esperemos, las maletas y ha abandonado la Casa Blanca, el presidente Biden ha dejado claro que le preocupa el cambio climático tanto como a la mayoría de nosotros aquí en Europa. Estados Unidos volverá a unirse al Acuerdo Climático de París y lanzará su propio programa para reducirlas emisiones de CO2. Un punto en el que los EE.UU. difieren de Europa es el uso muy extendido de los sistemas de aire acondicionado, con sus enormes necesidades energéticas. Mientras que en Europa la demanda energética es mayor en invierno y menor en verano, en Estados Unidos es casi al revés. Entonces, ¿podemos mantenernos frescos en verano y consumir menos energía? La respuesta es sí. En pleno verano, en el Sáhara, los camellos siguen transportando pesadas cargas, como han hecho durante siglos. Pero, ¿cómo lo hacen?
Los científicos han inventado una tecnología de refrigeración en forma de material flexible de un centímetro de grosor que podría fijarse a edificios o contenedores de transporte para enfriar su contenido sin electricidad. Las pruebas indican que el material puede mantener una temperatura unos 7 °C inferior a la del aire ambiente. La tecnología sigue el modelo del camello, un animal del desierto que tiene que hacer frente a condiciones muy duras. Puede parecer contraintuitivo, pero cuando un camello deambula por terrenos áridos, su capacidad para protegerse del sobrecalentamiento depende de una peluda capa de pelo. Ésta actúa como aislante y forma una barrera contra el calor exterior, al tiempo que libera vapor de agua de las glándulas sudoríparas de la piel al aire circundante. El camello rara vez suda, pero cuando lo hace, las dos capas de piel y pelaje se complementan, maximizando la capacidad del camello para mantenerse fresco y limitando la cantidad de agua que pierde.
La nueva tecnología imita la piel y el pelo del camello. Consta de dos capas, la inferior de las cuales consiste en una sustancia hidrogel que actúa como depósito de agua. Durante la evaporación, ésta se libera en forma de vapor y absorbe calor en el proceso. Encima de esta glándula sudorípara sustitutiva hay una capa de aerogel, una sustancia ultraligera y aislante que funciona de forma similar al pelaje del camello. "Los zoólogos han señalado que un camello esquilado debe aumentar el consumo de agua en un 50% durante el día para sudar, en comparación con un camello con pelaje de lana natural", explica Jeffrey Grossman, jefe del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales del Instituto Tecnológico de Massachusetts y uno de los autores principales del estudio. "Así que para minimizar la pérdida de agua manteniendo el efecto refrigerante de la evaporación y prolongar así la capacidad de refrigeración durante periodos más largos, tomamos ejemplo de la naturaleza". El principio se ilustra en la figura 3. Una tecnología alternativa consistente únicamente en la capa de hidrogel pudo mantener una temperatura ligeramente inferior, pero el enfoque de dos capas duró bastante más.
Fuente: "Passive Sub-Ambient Cooling from a Transparent Evaporation-Insulation Bilayer" Zhengmao Lu, Elise Strobach et al. Joule Lu et al. Vol. 4, 1-9 16 de diciembre de 2020 ª 2020 https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.10.005
Enfriamiento radiativo
Mientras que los trabajos anteriores se han basado en el enfriamiento evaporativo, se sabe que la pintura blanca altamente reflectante provoca el llamado enfriamiento radiativo. Científicos estadounidenses afirman que un color que mantiene los edificios más fríos que su entorno podría reducir la necesidad de aire acondicionado. Se ha descubierto que el nuevo color, capaz de reflejar el 95,5% de la luz solar, reduce la temperatura en 1,5 ºC con respecto a la temperatura ambiente. La nueva pintura no sólo aleja el calor de la superficie, sino que lo proyecta hacia el fondo de la habitación, en lugar de retenerlo en la atmósfera y contribuir al calentamiento global. Los inventores afirman que la nueva pintura podría aplicarse a superficies de carreteras, tejados y coches. Ya existen pinturas reflectantes en el mercado, pero la composición recién desarrollada es aún más eficaz. Los investigadores evaluaron más de cien materiales distintos, pero finalmente se decidieron por una mezcla rica en carbonato cálcico. Las partículas varían de tamaño, lo que permite que el color se disperse en una amplia gama de longitudes de onda. Otro punto a favor: se dice que la pintura de nuevo desarrollo cuesta menos que las pinturas reflectantes estándar del mercado.
Fuente: "Full Daytime Sub-ambient Radiative Cooling in Commercial-like Paints with High Figure of Merit": Cell Reports Physical Science Vol 11 Issue 10 (Publicado en edición: 21 de octubre de 2020) Xiangyu Li et al.
DOI: https://doi.org/10.1016/jxcrp. 2020.100221
Sustituir el gas natural por hidrógeno
Cientos de hogares escoceses serán los primeros del mundo en satisfacer sus necesidades de calefacción y cocina con hidrógeno puro, tras un ensayo financiado con 32 millones de euros por el regulador energético. En unos 300 hogares de la región escocesa de Levenmouth (Fife) se instalarán calderas y cocinas de hidrógeno gratuitas y se conectarán a una nueva red de tuberías que les suministrará hidrógeno 100% ecológico. El gas se producirá por electrólisis, utilizando la electricidad de una turbina eólica para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. Está previsto que los primeros hogares se conecten en 2022, y la prueba durará inicialmente cuatro años y medio. Lo llevará a cabo la empresa de redes de gas SGN, adjudicataria del contrato. La descarbonización de los hogares británicos es un reto importante, ya que alrededor del 80% de las viviendas utilizan calefacción de gas natural, que emite dióxido de carbono causante del calentamiento global. A menudo se ha sugerido el hidrógeno como posible solución por su combustión limpia. Aunque habría que sustituir calderas y cocinas, las calderas de hidrógeno podrían utilizarse junto con los sistemas de calefacción central existentes. Sus defensores afirman que esto sería menos perturbador que cambiar a sistemas de calefacción totalmente eléctricos, como las bombas de calor.
También permitiría seguir utilizando las redes de gas existentes, lo que beneficiaría a empresas como SGN, que suministra gas a 5,9 millones de hogares y empresas de Escocia y el sur de Inglaterra.
Entre los elevados costes de este proyecto de demostración figuraba el hecho de que las calderas y cocinas tendrían que construirse casi a mano, pero en sí mismas no costarían más que los aparatos de gas natural actuales. El hidrógeno se generará utilizando una turbina eólica de siete megavatios existente en Levenmouth, y se construirá una instalación de almacenamiento para albergar hidrógeno suficiente para abastecer a los trescientos hogares durante cinco días sin generación eólica. Como solución de reserva, la electrólisis podría alimentarse con electricidad de la red nacional.
Recubrimiento metálico selectivo de plástico impreso en 3D
Fig. 4: Utilización de una impresora de dos boquillas para el recubrimiento selectivo de ABSLas piezas de plásticoimpresas en3D pueden niquelarse con precisión si el plástico se dopa previamente con un catalizador antes de la impresión, según científicos de la Universidad de Waseda (Japón). Se trata de una alternativa a la técnica convencional en la que un simple objeto de plástico se recubre con un catalizador tras su producción y luego se sumerge en una solución de metalizado químico. Para mejorar la adherencia, puede añadirse un paso de desbaste o grabado antes del recubrimiento con catalizador.
"En realidad, este método supone una mejora con respecto al proceso de metalización convencional utilizado para recubrir de metal estructuras de plástico en 3D", afirma la universidad. Aunque el método convencional es técnicamente correcto, produce un recubrimiento metálico irregular y poco adherente a la estructura de plástico. La nueva técnica no requiere ningún tipo de desbaste o grabado para favorecer la deposición del catalizador. Estos pasos adicionales provocan daños en el objeto 3D y el uso de productos químicos tóxicos como el ácido crómico.
En su lugar, los investigadores utilizaron una impresora de filamento fundido con dos boquillas e imprimieron ABS con una boquilla y ABS dopado con el precursor catalizador cloruro de paladio (PdCl2) con la otra. El plástico dopado sólo se utiliza para construir superficies, en las que posteriormente se requiere metalización. El concepto se muestra en la figura 4.
A pesar de la ausencia de una etapa de desbaste, la adherencia del revestimiento metálico fue alta, según la universidad. Parte de la mejora procede de la superación de la naturaleza hidrófoba del ABS, que rechaza de forma natural el paladio recubierto por inmersión en el proceso convencional y es la razón del desbaste para aumentar la humectabilidad y la porosidad.
En el proceso de prueba de concepto se utilizó una cantidad significativa de paladio: el ABS dopado contenía un 9% en peso de PdCl2. Se descubrió que la concentración de catalizador influía notablemente en la velocidad de deposición del metal. La Universidad de Waseda colaboró con la Universidad Tecnológica de Nanyang y Yoshino Denka Kogyo. El artículo publicado también describe el recubrimiento con níquel de fibras ABS electrospunzadas.
Fuente: "Metal-plastic hybrid 3D printing using catalyst-loaded filament and electroless plating" JingZhan, Additive Manufacturing Vol 36, December 2020, 101556.
https:// doi.org/10.1016/j.addma.2020.101556
Aprendiendo de la naturaleza: un escarabajo blindado resistente al aplastamiento
Fig. 5: La vista transversal muestra la conexión en forma de rompecabezas entre los élitros individuales del escarabajo diabólico acorazado El llamado escarabajo diabólico acorazado tiene un exoesqueleto resistente al aplastamiento que le permite soportar hasta 39.000 veces su peso corporal, según investigadores de la Universidad de California en Irvine. De hecho, los investigadores atropellaron al escarabajo dos veces con un Toyota Camry y lo vieron huir después. Así se muestra en un número reciente de la revista Nature.
Un vídeo del experimento muestra cómo el coche de 1,5 toneladas arrolla al escarabajo en un camino asfaltado, una increíble demostración de su dureza. El escarabajo se hace el muerto brevemente bajo el neumático, luego mueve las antenas y huye gracias a su exoesqueleto superresistente.
Este escarabajo de dos centímetros de largo, con seis patas y un caparazón gris hierro lleno de bultos que no se puede aplastar, puede parecer aterrador, pero en realidad es un inofensivo y notable resultado de la evolución.
Investigadores de la Universidad de Purdue y de la Universidad de California en Irvine dedicaron años a analizar el escarabajo superfuerte, conocido en latín como Phloedes diabolicus. Desmenuzaron muchos escarabajos y examinaron sus caparazones a nivel microscópico para ver cómo estaban unidos. Descubrieron que la mejor defensa del escarabajo de caparazón son sus élitros, que son las vainas que cubren las alas de su espalda. Todos los escarabajos tienen estas partes, pero el diabólico escarabajo acorazado dejó de usar sus alas hace millones de años y endureció sus élitros. Las cubiertas de las alas del escarabajo acorazado están fusionadas en la costura central, donde una serie de costuras entrelazadas garantizan que puedan soportar una fuerza de hasta 149 newtons. La costura funciona como un rompecabezas. Conecta diferentes láminas del exoesqueleto (piezas de puzzle) bajo las cubiertas de las alas. Cuando se rompe una pieza de rompecabezas, se espera que se desprenda por el cuello, la parte más fina. Pero este tipo de rotura catastrófica no se observa en esta especie de escarabajo. En su lugar, se delamina, lo que hace que la estructura falle con más gracia. Delaminación significa que se divide en capas en lugar de romperse directamente.
Los investigadores afirman que los humanos podemos aprender mucho de este pequeño coche blindado, sobre todo si podemos adaptar su diseño de rompecabezas a otras estructuras y materiales.
Fuente: "Diabólicos escarabajos acorazados inspiran juntas más resistentes para aplicaciones de ingeniería" Po-Yu Chen Número : Nature. Vol. 586, 502-504 (2020).
https:// media.nature.com/original/magazine-assets/d41586-020-02840-1/d41586-020-02840-1.pdf
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