El primer robot agrónomo.

Quiero contar a las nuevas generaciones una historia centrada en uno de los momentos más inquietantes de mi vida. Ocurrió el  24 de junio del 2025 en la Bolsa de Cereales de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires:Presidente de la Bolsa de Cereales.

-Señores, los he reunido para presentarles al primer robot agrónomo. Tiene en vez del cerebro humano constituido por 89.000 millones de neuronas, uno similar formado por nanochips neurosinápticos interconectados (TrueNorth de IBM). Cada nanochip equivale a 1 millón de neuronas y 256 millones de sinapsis programables a través de 4.096 núcleos neurosinápticos individuales. Estos nanochips se pudieron hacer gracias al  proceso Samsung con sus 28nm (nanómetros) entre transistores lográndose la  cifra record de 5.400 millones de transistores en cada uno. El nanochip neurosináptico  integra a la capacidad de procesamiento matemático de las computadoras clásicas, equivalente al lado izquierdo del cerebro, con la capacidad de imitar el lado derecho, dónde impacta la información percibida por los sentidos, pudiendo procesar imágenes y la información recibida por una cantidad casi ilimitada nanosensores para responder y resolver complejas situaciones. El sistema logra hacer esto usando esa inmensa red de “neuronas” y “sinapsis”, similares a las que el cerebro humano utiliza para procesar la información recopilada de los sentidos, codificándola como patrones de pulsos circulantes en su interior, en vez de realizar cálculos matemáticos. El robot recibe información al instante de una red “nanosatétiles” de bajo costo (Ej.: el nasnosatélite argentino “fresco y batata” de la empresa Satellogic) sobre valiosos parámetros ambientales; de nanosensores distribuidos en el campo que le brindan información de las características y condiciones del suelo, humedad, nutrientes básicos, sustancias orgánicas, microbioma, condiciones de stress, grado de crecimiento y estado de los cultivos, etc. El puede manejar a voluntad una cuadrilla de drones capaces de fotografiar la superficie de los cultivos detectando e identificando plagas. También tiene capacidad para manejar una cuadrilla de robots “no pensantes” con posibilidad de llevar a zonas puntales nanopartículas para mejorar el crecimiento, evitar el stress, fijar nitrógeno, mejorar el consumo de fósforo; nanoesferas y nanocápsulas conteniendo fertilizantes, pesticidas y herbicidas necesarios en una zona definida en la cantidad adecuada y/o material genético para silenciar o editar genes. Puede trabajar las 24 horas utilizando paneles solares realizados con nanocristales capaces de alimentarse de día con la luz visible y de noche con la radiación infrarroja que fluye de la tierra y se refleja en las nubes. También cuenta con nanobaterías para casos de emergencia.  Puede manejar a distancia maquinaria agrícola no tripulada e interpretar y hacer ejecutar una compleja e integrada secuencia de tareas: la preparación del suelo, la siembra, la cosecha y el mantenimiento óptimo en los silos. Puede sugerir, en virtud de la información recibida y de su mega archivo, el cultivo, la semilla y el momento más adecuado de siembra; considerando no sólo variables técnicas, también el precio del mercado presente y proyectado y, las ganancias presuntas.  Realiza minuciosos informes en lapsos programados para enviarlos puntualmente a  teléfonos celulares preseleccionados. El robot ya fue validado por las  empresas de seguro y hemos logrado una importante disminución en la prima al minimizar riesgos.  Se lo que se están preguntando todos ¿Cuál es su costo? Si bien requiere una inversión inicial importante, el ahorro en salarios, optimización de los recursos utilizados, el rendimiento logrado y la calidad del producto permite amortizar la inversión en menos de un año. Se lo puede adquirir con el complemento de una serie de nanosensores “ambientales” capaces de detectar la concentración residuos tóxicos en el suelo, en el agua y en el aire y disparar acciones tendientes a minimizar las contaminaciones o de remediación. Seguramente me estoy olvidando de muchas de las tareas que el es capaz de hacer; sobre la mesa tienen  carpetas muy completas en lo concerniente a las cualidades del primer robot agrónomo…

A ustedes, jóvenes de las nuevas generaciones, todo esto les resulta hoy cotidiano y normal, pero traten de ubicarse en nuestra situación; tal vez lo más grave no fue ser desplazados por un robot, lo más preocupante era nuestra falta de conocimiento, muestra ignorancia nanotecnológica, tan lejana de la formación universitaria recibida. El desconocimiento tal vez nos llevo a subestimar su mcrecimiento exponencial y sus logros. Tengo que reconocer los maravillosos resultados obtenidos durante estos años gracias a los cuales todavía podemos percibir una interesante renta vitalicia. Mi mensaje final para ustedes y motivo central de esta pequeña historia: traten de mantenerse siempre en la vanguardia del conocimiento de vuestra generación. Que un nuevo avance, no los sorprenda.

Lecturas complementarias.    

Introducing a Brain-inspired Computer TrueNorth's neurons to revolutionize system architecture.   

Nanosatélites comerciales argentinos.

Nanotecnología para comprender la mente humana.

Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies es un ambicioso proyecto científico de los EEUU apoyado por el presidente Obama inicialmente con 100 millones de dólares para el año 2014.  El objetivo del proyecto consiste en desentrañar  el comportamiento neuronal del cerebro  vinculado con las emociones, los recuerdos, las acciones y la conciencia. Para entender estos fenómenos complejos, la nanotecnología jugará un papel crucial  "El cerebro siempre ha sido nano", dice Paul Weiss, científico en la Universidad de California, Los Angeles, uno de los impulsores originales del proyecto. Los 89.000 millones de neuronas que aloja nuestro cráneo y los 100 billones de conexiones que las unen hacen que las mediciones a tamaño nanométrico sean absolutamente imprescindibles aunque muchas de las herramientas nano necesarias para investigar el cerebro aun estén en vía de desarrollo. Las mediciones actuales basadas en sensores micro sólo dan valores promedio. La Nanotecnologia permitiría, entre otra cosas, reemplazar las matrices con los 64 electrodos de la tecnología actual, por  matrices de 100.000 o más nanoelectrodos estratégicamente ubicados para captar las señales de las neuronas individuales y además, debido a  alteraciones en la superficie de los nanoelectrodos, recoger información sobre  los cambios químicos en el cerebro vinculados a los 100 neurotransmisores (pequeñas moléculas que llevan señales entre las neuronas) conocidos. Algunos científicos del proyecto  quieren ir más allá de la lectura de lo que ocurre en el cerebro durante ciertas actividades,  pretenden avanzar hasta el punto en el que sea posible estimular el cerebro y luego leer su respuesta. Rafael Yuste, neurocientífico de la Universidad de Columbia, Nueva York dice  "Está claro es que la nanotecnología será la única manera de obtener una imagen clara de cómo funciona el cerebro. Con ese conocimiento, nuevas terapias y medicamentos serán más fáciles de desarrollar y el cerebro humano podría empezar a ser mucho menos  enigmático”. La confluencia de la neurociencia con la nanotecnologia, inmersa en el avance de las tecnologías convergentes (NBIC: nano, bio, info y cognotecnología) nos dará las herramientas para entender la mente humana e iniciar un nuevo camino con las otras (info y bio) para procesar la información y generar-reproducir circuitos neuronales “in vitro e in vivo” para...

Nanoestructuras 3D con células vivas.

"Hacer crecer células en una superficie plana es fácil, pero estos cultivos celulares a menudo se comportan de manera diferente a los tejidos reales en tres dimensiones", dice el Dr. Aleksandr Ovsianikov (Institute of Materials Science and Technology), galardonado con la Beca del Consejo Europeo de Investigación de aproximadamente 1,5 millones de euros. Con su equipo interdisciplinario de investigadores, en Universidad Tecnológica de Viena, Ovsianikov desarrolló tecnologías especiales para crear con precisión estructuras tridimensionales a escala nanométrica. Utiliza un sistema láser para iniciar la generarción de intrincadas estructuras y rodear a las células vivas por una matriz polimérica extracelular.

Al principio, las células se suspenden en un medio acuoso. Para hacer el ambiente celular se agregan moléculas capaces de reaccionar cuando un haz del láser le produce la ruptura de los enlaces dobles en los lugares exactos originando una reacción química en cadena conducente a la formación de un polímero en los intersticios entre las células creando un íntimo y sólido andamiaje (matriz 3D). De esta manera se puede construir una estructura de hidrogel similar a la matriz extracelular presente alrededor de nuestras propias células en el tejido vivo.

La aplicación a células madre es un campo particularmente interesante de la tecnología propuesta. Las células madre pueden convertirse en diferentes tipos de tejido dependiendo de su entorno. En un entorno duro tienden a convertirse en células óseas, sobre un entorno blando pueden convertirse en neuronas. La rigidez de la matriz polimérica puede ser ajustada nanométricamente de forma de crear los diferentes tipos de tejidos.

Una contribución significativa de la nanobiotecnología a la ingeniería de tejidos.

Fuente bibliográfica:
-Engineering 3D cell-culture matrices: multiphoton processing technologies for biological & tissue engineering applications. Ovsianikov A, Mironov V, Stampfl J, Liska R, Expert Rev Med Dev 2012, 9 (6) 613-633.

-Selective functionalization of 3D matrices via multi-photon grafting and subsequent click chemistry.Ovsianikov A, Zhiquan L, Torgersen J, Stampfl J, Liska R. Adv. Funct. Mater. 2012, 22 (16) 3429-3433.

El nuevo big bang: las NBIC. La exposión del conocimiento.

Alberto L. D’Andrea.
Novedades Bioquímicas. Nº182. Agosto 2008.

La interacción dinámica entre la nanotecnología, la biotecnología y la informática permiten potenciar el incremento del conocimiento universal para el avance hacia una tecnología neurocognitiva. La integración armónica de ellas llevará tanto a una comprensión profunda del ser humano como a una nueva y trascendente revolución tecnológica. Esta integración conduce a las tecnologías de convergencia: NBIC (nanotecnología-biotecnología-informática-cogno). Las iniciales de sus unidades elementales de funcionamiento, el bit en la informática, el átomo en la nanotecnología, la neurona en la tecnología inherente a la neurociencia cognitiva y el gen en la biotecnología, conforman la palabra bang. Esta small bang en el hombre, multiplicado por los 7200 millones de habitantes existentes en la tierra, se constituirá, a partir de la comprensión de como se genera el pensamiento en el circuito neuronal, en la gran explosión del conocimiento en siglo XXI.

Para ubicarnos en la realidad actual del desarrollo autopotenciado entre las tecnologías de convergencia citaremos dos ejemplos secuenciales en el tiempo.

El Dr. Peter Fromherz del Instituto de Bioquímica Max Planck de Munich cuenta, en su publicación Neuroelectronic Interfacing: Semiconductor Chips with Ion Chanels, Nerve Cells and Brain (2003), como con su equipo de investigadores adosaron células nerviosas sobre la superficie de un chip de base silicio logrando que la red neuronal del ser vivo interactuara eléctricamente con el circuito intercambiando señales eléctricas desde el silicio a las neuronas y desde estas de vuelta al circuito. La excitación post-sináptica de las neuronas logró modular la corriente de los transistores en el chip lo que demuestra el grado de integración que lograron los dos sistemas. Los impulsos eléctricos viajaron a través de las células nerviosas e ingresaron nuevamente al chip. Por su parte el Prof. Dr. Michael Gebinoga de la Universidad Técnica de Ilmenau - Alemania, en su curso sobre Nanobiotecnología dictado en mayo del año 2008 en la Universidad Argentina de la Empresa, presentó un microrreactor para el cultivo tridimensional (3D) de células y tejidos, incluyendo el cocultivo de células del sistema nervioso y muscular. En el reactor 3D las células tienen mejor adhesión sobre la superficie del chip nanosensor debido a la utilización de nanosemiconductores de aluminio-galio-nitrógeno en vez de los clásicos a base de silicio. De este modo la biotecnología permite hacer la interfase célula-semiconductor por ejemplo diferenciando células madre en musculares y nerviosas sobre semiconductores cuya superficie permite el adecuado crecimiento celular. La nanotecnología, mediante nanorobots ubica átomos en los puntos justos y necesarios del sólido para reemplazar los microprocesadores por nanoprocesadores que permiten aumentar el procesamiento a 300.000 millones de instrucciones por segundo, mucho más cerca de la capacidad humana y, la informática, permite monitorear las señales generadas y controlar el proceso.

Una estimulación producida desde el nanosemiconductor actuará sobre la neurona adherida y se transmitirá a un punto donde la red neuronal pasará su información a otro sector del sólido (transistor). Dentro del sólido la información-señal microelectrónica migrará desde del punto receptor al estimulador produciendo una rápida y eficiente interacción entre la dinámica neuronal y la dinámica digital.

La posibilidad de monitoreo e interpretación fisicoquímica sobre como el pensamiento es generado en un circuito neuronal se encuentra en su máximo histórico. Las NBIC conducirán a técnicas de comunicación altamente efectivas como, por ejemplo, la interacción mente-máquina y al perfeccionamiento de interfases hombre-máquina mediante el implante de nanochips y/o nanosensores. También podemos esperar grandes avances en el negocio de la salud donde la tecnología neurocognitiva permitirá mejorar las capacidades sensoriales y cognitivas humanas de modo de evitar la disminución física y de aprendizaje usual en gente de edad avanzada.

La factibilidad de interacciones controladas entre neurosistemas vivos y artificiales esta dejando su infancia fundamentalmente de la mano de la nanobiotecnología.

Biotecnología, nanotecnología, microalgas y nanotubos de carbono.

Los nanotubos de carbono constituyen una forma aleotrópica del carbono, debido a su composición y estructura cilíndrica singular, poseen una serie de propiedades únicas y fascinantes, mecánicas, térmicas, eléctricas, electrónicas, magnéticas y ópticas. Entre otras, son 100 veces más fuertes que el acero, muy flexibles, se doblan a grandes ángulos sin romperse y según su estructura final pueden ser excelentes conductores o semiconductores de la electricidad. Actualmente se está investigando su asombrosa capacidad para desalinizar en forma económica el agua de mar.

En una región poco viable, carente de recursos naturales, se pueden utilizar “piletones” para el cultivo de microalgas (con o sin modificaciones genéticas) de modo de obtener el aceite necesario para la producción de biodiésel. El dióxido de carbono para el crecimiento de las microalgas se separa del metano, ambos presentes en el gas producido en un generador de biogas cargado con residuos de alimentos y excrementos de animales y/o humanos. En el proceso integrado se obtiene gas-electricidad, biodiésel, y abono del residuo nitrogenado del digestor-generador.

La novedad la constituye la patente de Haik Youself (US 20110158893) de junio del 2011. A partir de la membrana residual de las microalgas, mediante pirólisis, obtiene negro de humo el cual mezclado con sustancias de punto de ignición “manejable” y en condiciones adecuadas, produce nanotubos de carbono. El precio actual de los nanotubos oscila entre 50 y 200 dólares el gramo.

Biogás a partir de residuos para producir electricidad, abono, dióxido de carbono para “alimentar” las microalgas, aceite a partir de las microalgas para producir biodiésel y nanotubos de carbono de las membranas residuales luego de extraer el aceite. Todo en zonas “pobres”, todo producido “in situ” y generando trabajo.

Un ejemplo de la biotecnología y la nanotecnología integradas en un modelo para lograr desarrollo local sustenable.

Es tiempo de bioeconomía.

www.bioecono.blogspot.com/

El futuro de la economía mundial jaqueado por las tecnologías de convergencia.

Una visión estratégica

Alberto L. D'Andrea
Revista Fortuna. 24 de junio del 2008

Cuando en 1900 el físico alemán Max Karl Ernst Ludwig Planck postuló la mecánica cuántica basada en el caracter discontinuo y cuantificable de la energía, estaba muy lejos de imaginar su incidencia en el mundo actual. A más de 100 años de la mecánica cuántica postulada por Max Planck (1858-1947) nos sorprende la cantidad asombrosa de aplicaciones prácticas presentes en la hora actual. Alrededor del 30% del PBI de los Estados Unidos depende de innovaciones tecnológicas basadas en la mecánica cuántica. Podemos citar algunas: los semiconductores de los chips insertos en las PC, el láser de los lectores de CD o los aparatos de formación de imágenes por resonancia magnética de los centros de salud.
A fines del siglo XX el estado del conocimiento científico universal adquiere un alto grado de desarrollo conducente a nuevas tecnologías cuyo impacto estratégico y económico en el presente y futuro no tendrá parangón alguno en la historia de la humanidad; superando extraordinariamente al de las innovaciones tecnológicas inspiradas en la mecánica cuántica.
Cada una de éstas tecnologías por sí mismas revoluciona el mercado socioeconómico pero se intersectan en campos comunes en los cuales las innovaciones en una tecnología potencian a las de las otras creando un contexto de avance exponencial donde lo otrora imposible comienza a ser factible.
Tres de las tecnologías conocidas como convergentes: la nanotecnología, la biotecnología y la informática están en etapas activas de su desarrollo. La cuarta, la ciencia cognitiva, necesita de la convergencia de las tres para su evolución como ciencia y posterior aplicación tecnológica. A su vez la aplicación de la neurociencia cognitiva también potenciará nuevas innovaciones en las otras tres áreas.
Las tecnologías de convergencia se las suele denominar internacionalmente con las siglas NBIC (Nanotecnología-Biotecnología-Informática-Cogno). Cada una se identifica con una unidad funcional: nanotecnología con átomo, biotecnología con gen, informática con bit y lo cognitivo con neuronas
Las tecnologías de convergencia brindan posibilidades únicas de dar respuestas socioeconómicas a las necesidades humanas primarias en un mundo acechado por un crecimiento demográfico de 3000 millones de habitantes entre el año 2000 y el 2050, con contaminación creciente producto de la actividad humana y agotamiento de los combustibles fósiles y recursos naturales en general.
Las tecnologías de convergencia se ubican en la cima de la preocupación de los estrategas de inteligencia en los países avanzados y en el centro de atención-inversión de las grandes empresas transnacionales que observan cómo en el tablero del ajedrez económico el juego se desplaza de la estrategia centrada en las TIC (Tecnologías de la Información y Comunicación) a una más amplia centrada en las tecnologías de convergencia. Un jaque mate al futuro de la economía mundial con la posibilidad ulterior de jugar una nueva, estratégica e inteligente partida.