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Ingenieros del MIT crean lo «imposible»: nuevo material que es más fuerte que el acero y tan liviano como el plástico

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Video de archivo para ilustrar el concepto de un teléfono celular súper fuerte.

La nueva sustancia es el resultado de una hazaña que se creía imposible: polimerizar un material en dos dimensiones.

Utilizando un nuevo proceso de polimerización,[{» attribute=»»>MIT chemical engineers have created a new material that is stronger than steel and as light as plastic, and can be easily manufactured in large quantities.

The new material is a two-dimensional polymer that self-assembles into sheets, unlike all other polymers, which form one-dimensional, spaghetti-like chains. Until now, scientists had believed it was impossible to induce polymers to form 2D sheets.

Such a material could be used as a lightweight, durable coating for car parts or cell phones, or as a building material for bridges or other structures, says Michael Strano, the Carbon P. Dubbs Professor of Chemical Engineering at MIT and the senior author of the new study.

“We don’t usually think of plastics as being something that you could use to support a building, but with this material, you can enable new things,” he says. “It has very unusual properties and we’re very excited about that.”

The researchers have filed for two patents on the process they used to generate the material, which they describe in a paper published in Nature on February 2, 2022. MIT postdoc Yuwen Zeng is the lead author of the study.

Lightweight Material Is Stronger Than Steel

The new material is a two-dimensional polymer that self-assembles into sheets and could be used as a lightweight, durable coating for car parts or cell phones, or as a building material for bridges or other structures. Credit: polymer film courtesy of the researchers; Christine Daniloff, MIT

Two dimensions

Polymers, which include all plastics, consist of chains of building blocks called monomers. These chains grow by adding new molecules onto their ends. Once formed, polymers can be shaped into three-dimensional objects, such as water bottles, using injection molding.

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Polymer scientists have long hypothesized that if polymers could be induced to grow into a two-dimensional sheet, they should form extremely strong, lightweight materials. However, many decades of work in this field led to the conclusion that it was impossible to create such sheets. One reason for this was that if just one monomer rotates up or down, out of the plane of the growing sheet, the material will begin expanding in three dimensions and the sheet-like structure will be lost.

However, in the new study, Strano and his colleagues came up with a new polymerization process that allows them to generate a two-dimensional sheet called a polyaramide. For the monomer building blocks, they use a compound called melamine, which contains a ring of carbon and nitrogen atoms. Under the right conditions, these monomers can grow in two dimensions, forming disks. These disks stack on top of each other, held together by hydrogen bonds between the layers, which make the structure very stable and strong.

“Instead of making a spaghetti-like molecule, we can make a sheet-like molecular plane, where we get molecules to hook themselves together in two dimensions,” Strano says. “This mechanism happens spontaneously in solution, and after we synthesize the material, we can easily spin-coat thin films that are extraordinarily strong.”

Because the material self-assembles in solution, it can be made in large quantities by simply increasing the quantity of the starting materials. The researchers showed that they could coat surfaces with films of the material, which they call 2DPA-1.

“With this advance, we have planar molecules that are going to be much easier to fashion into a very strong, but extremely thin material,” Strano says.

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Light but strong

The researchers found that the new material’s elastic modulus — a measure of how much force it takes to deform a material — is between four and six times greater than that of bulletproof glass. They also found that its yield strength, or how much force it takes to break the material, is twice that of steel, even though the material has only about one-sixth the density of steel.

Matthew Tirrell, dean of the Pritzker School of Molecular Engineering at the University of Chicago, says that the new technique “embodies some very creative chemistry to make these bonded 2D polymers.”

“An important aspect of these new polymers is that they are readily processable in solution, which will facilitate numerous new applications where high strength to weight ratio is important, such as new composite or diffusion barrier materials,” says Tirrell, who was not involved in the study.

Another key feature of 2DPA-1 is that it is impermeable to gases. While other polymers are made from coiled chains with gaps that allow gases to seep through, the new material is made from monomers that lock together like LEGOs, and molecules cannot get between them.

“This could allow us to create ultrathin coatings that can completely prevent water or gases from getting through,” Strano says. “This kind of barrier coating could be used to protect metal in cars and other vehicles, or steel structures.”

Strano and his students are now studying in more detail how this particular polymer is able to form 2D sheets, and they are experimenting with changing its molecular makeup to create other types of novel materials.

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Reference: “Irreversible synthesis of an ultrastrong two-dimensional polymeric material” by Yuwen Zeng, Pavlo Gordiichuk, Takeo Ichihara, Ge Zhang, Emil Sandoz-Rosado, Eric D. Wetzel, Jason Tresback, Jing Yang, Daichi Kozawa, Zhongyue Yang, Matthias Kuehne, Michelle Quien, Zhe Yuan, Xun Gong, Guangwei He, Daniel James Lundberg, Pingwei Liu, Albert Tianxiang Liu, Jing Fan Yang, Heather J. Kulik and Michael S. Strano, 2 February 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-021-04296-3

The research was funded by the Center for Enhanced Nanofluidic Transport (CENT) an Energy Frontier Research Center sponsored by the U.S. Department of Energy Office of Science, and the Army Research Laboratory.

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Un astronauta toma una foto vergonzosa de los desechos espaciales a bordo de la ISS

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Un astronauta toma una foto vergonzosa de los desechos espaciales a bordo de la ISS

Los astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS) enfrentan muchos desafíos durante su estadía a bordo del laboratorio flotante, y uno de esos desafíos es garantizar que sus pertenencias no se pierdan en el vacío del espacio.

Desafortunadamente, eso es lo que experimentaron los astronautas Jasmin Moghbeli y Loral O'Hara el 2 de noviembre de 2023, cuando una bolsa de herramientas valorada en unos 100.000 dólares se les escapó de las garras durante una caminata espacial. La bolsa de herramientas ahora está siendo rastreada desde la superficie de la Tierra mientras orbita el planeta, como se puede ver en el siguiente video tomado en Añasco, Puerto Rico, el 11 de noviembre de 2023. En particular, la bolsa de herramientas parece cambiar de brillo, lo que sugiere que está dando vueltas mientras orbita el planeta.

Además, Crew-7 fue devuelto a la superficie de la Tierra por la cápsula Crew Dragon de SpaceX y recientemente se sentó para su primera conferencia de prensa posterior al vuelo en la que el astronauta de la Agencia Espacial Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA), Satoshi Furakawa, explicó que se sintió avergonzado cuando descubrió que capturó accidentalmente la bolsa de herramientas mientras intentaba tomar una foto del monte. Fuji.

VER GALERÍA – 3 IMÁGENES

«Creo que estábamos en el nodo 1, almorzando o cenando, y Satoshi había salido a la cúpula para tomar fotografías.«, relató el comandante de la misión, el astronauta de la Agencia Espacial Europea Andreas Mogensen. «Él entra y dice: “Bueno, ya sabes, lo siento mucho, mucho, mucho. Pero ya sabes, tomé esta foto. Y todos pensábamos: “¿Qué está pasando?«

«Había logrado tomar una foto de la bolsa de herramientas mientras cruzaba el Monte Fuji.» Mogensen continuó. «Intentó tomar una foto del Monte Fuji y terminó con una foto de la bolsa de herramientas.«

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El derretimiento del hielo polar ralentiza la rotación de la Tierra y puede afectar el clima

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El derretimiento del hielo polar ralentiza la rotación de la Tierra y puede afectar el clima

El calentamiento global ha ralentizado ligeramente la rotación de la Tierra y eso podría afectar la forma en que medimos el tiempo.

Un estudio publicado el miércoles encontró que el derretimiento del hielo polar, una tendencia acelerada impulsada principalmente por el cambio climático causado por el hombre, ha provocado que la Tierra gire menos rápidamente de lo que lo haría de otra manera.

El autor del estudio, Duncan Agnew, geofísico del Instituto Scripps de Oceanografía de la Universidad de California en San Diego, dijo que a medida que el hielo en los polos se derrite, cambia el lugar donde se concentra la masa de la Tierra. Este cambio a su vez afecta la velocidad angular del planeta.

Agnew comparó la dinámica con la de un patinador artístico dando vueltas sobre el hielo: “Si tienes una patinadora que comienza a girar, si baja los brazos o estira las piernas, disminuirá la velocidad”, dijo. Pero si los brazos de un patinador se tiran hacia adentro, el patinador girará más rápido.

Por lo tanto, menos hielo sólido en los polos significa más masa alrededor del ecuador, del tamaño de la Tierra.

«Lo que se hace con el hielo que se derrite es tomar agua que está congelada en lugares como la Antártida y Groenlandia, y esa agua congelada se derrite, y se mueven los fluidos a otros lugares del planeta», dijo Thomas Herring. un profesor de geofísica en el Instituto de Tecnología de Massachusetts que no participó en el nuevo estudio. «El agua fluye hacia el ecuador».

En otras palabras, el estudio sugiere que la influencia humana ha aumentado con una fuerza sobre la que académicos, astrónomos y científicos se han preguntado durante milenios, algo que durante mucho tiempo se ha considerado una constante más allá del control de la humanidad.

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«Es bastante impresionante, incluso para mí, que hayamos hecho algo que cambie de manera mensurable la velocidad de rotación de la Tierra», dijo Agnew. “Están sucediendo cosas sin precedentes. »

Su estudio, publicado en la revista Nature, sugiere que el cambio climático juega un papel suficientemente importante en la rotación de la Tierra como para contrarrestar una tendencia opuesta. Debido a una combinación de factores, la Tierra ha comenzado a girar más rápido en las últimas décadas, una tendencia temporal que ha llevado a los científicos, por primera vez, a considerar restar un solo «segundo intercalar negativo» de los relojes de todo el mundo ya en 2026. La presencia de hielo polar ha retrasado esta posibilidad unos tres años, según Agnew.

Si las organizaciones de cronometraje finalmente deciden agregar un segundo intercalar negativo, el ajuste podría interrumpir las redes informáticas.

Una vista de la Tierra capturada por el satélite Deep Space Climate Observatory.NASA

La razón por la que los ajustes del segundo intercalar han sido históricamente necesarios es que incluso sin cambio climático, la rotación diaria de la Tierra ha tendido a disminuir a lo largo de millones de años, aunque pueda parecer constante.

Hace unos 70 millones de años, los días eran más cortos y duraban unas 23,5 horas, según un estudio de 2007. La paleoceanografía y la paleoclimatología sugieren. Esto significa que los dinosaurios del Cretácico vivieron un planeta con 372 días al año.

Varios factores clave afectan la rotación del planeta, a veces trabajando en oposición.

La fricción de las mareas oceánicas, debida en parte a la atracción gravitacional de la Luna, ralentiza la rotación de la Tierra. Mientras tanto, desde la última edad de hielo, la corteza terrestre ha aumentado en algunas zonas en respuesta al peso de las capas de hielo que están desapareciendo. Este efecto cambia la distribución de masa y acelera la rotación del planeta. Ambos procesos son bastante constantes y tienen tasas predecibles.

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Otro factor más es el movimiento del fluido en el núcleo interno líquido de la Tierra, un comodín que puede acelerar o disminuir la velocidad de rotación de la Tierra, dijo Agnew. Las fluctuaciones en el núcleo de la Tierra son una de las principales razones por las que el planeta ha girado más rápido de lo esperado en las últimas décadas.

Esta rotación más rápida ha llevado a los cronometradores a preguntarse (por primera vez desde la adopción oficial del Tiempo Universal Coordinado en la década de 1960) si no sería prudente restar un segundo intercalar para mantener el Tiempo Universal sincronizado con la rotación de la Tierra.

Pero el derretimiento del hielo polar está contrarrestando esta tendencia y ha impedido cualquier decisión sobre si agregar o no un segundo intercalar negativo. Según las estimaciones de Agnew, esta posibilidad se pospondrá de 2026 a 2029, si se mantiene el actual ritmo de rotación de la Tierra.

A medida que el cambio climático se intensifica, los investigadores esperan que el derretimiento del hielo tenga un efecto aún más profundo en la rotación del planeta.

«Su contribución será mayor a medida que pase el tiempo y se acelere el derretimiento, como esperamos», dijo Herring. Añadió que el nuevo estudio fue un análisis profundo y sólido que combina investigaciones de varias disciplinas científicas.

La necesidad de que los cronometradores ajusten el tiempo universal para seguir el ritmo de la rotación de la Tierra no es un fenómeno nuevo. Pero históricamente, esto implicó agregar segundos intercalares al estándar común para los relojes cuando la desaceleración de la rotación de la Tierra hizo que el tiempo astronómico se retrasara respecto del tiempo atómico (que se mide por la vibración de los átomos en los relojes atómicos).

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Sumar o restar segundos intercalares es doloroso porque potencialmente puede alterar los sistemas de transmisión por satélite, financieros y energéticos que dependen de una sincronización extremadamente precisa. Por culpa de eso, Los cronometradores mundiales votaron en 2022 para eliminar el segundo intercalar sumas y restas para 2035 y permitir que el tiempo universal se aleje de la velocidad de rotación de la Tierra.

«Desde aproximadamente el año 2000, ha habido un esfuerzo por eliminar los segundos intercalares», dijo Agnew.

Independientemente de si los relojes cambian, la idea de que el derretimiento del hielo polar afecta la rotación de la Tierra muestra cuán importante se ha vuelto este problema. Las investigaciones ya han delineado el profundo impacto que tendrá la pérdida de hielo en las comunidades costeras.

Los científicos esperan que el aumento del nivel del mar se acelere a medida que el clima se calienta, un proceso que continuará durante cientos de años. El año pasado, destacados investigadores polares advirtieron en un informe que partes de las principales capas de hielo podrían colapsar y que las comunidades costeras deberían prepararse para un aumento del nivel del mar de varios metros. Si la humanidad permite que la temperatura global promedio aumente 2 grados Celsius, el planeta podría enfrentar un aumento del nivel del mar de más de 40 pies.

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Maker Hive deja espacio para la creatividad

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Maker Hive deja espacio para la creatividad

27 de marzo de 2024

Maker Hive, en Warburton Avenue, ofrece clases y talleres sobre una amplia gama de artes, manualidades y actividades STEM.

por Janine Annett –

Hastings-on-Hudson: al entrar a Maker Hive en 416 Warburton Avenue (justo frente a Antoinette's Patisseriel), tienes la sensación de que puedes crear casi cualquier cosa con la gran cantidad de materiales e información disponibles en este espacio brillante y acogedor.

Aarthi Muthukrishnan abrió Colmena creativa en Hastings en octubre de 2023. Su visión es un lugar que apoye la creatividad, el aprendizaje y la comunidad perfeccionando nuevas habilidades y conectándose con personas de ideas afines. Las próximas clases y talleres para niños y adultos incluyen bricolaje, tecnología creativa que utiliza dispositivos electrónicos con un cortador láser y una impresora 3D, pintura, dibujo, tejido, crochet, impresión con bloques, encuadernación, tinte de huevo y más.

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Maker Hive tiene una gran cantidad de materiales y herramientas para inspirar actividades creativas.

Aarthi, que tiene experiencia en tecnología e informática y también tiene un MBA, ha estado involucrado durante mucho tiempo en la tutoría de niñas en los campos STEM (ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas). «La tecnología es ahora parte de todas las industrias», dijo. Ha vivido en Hastings-on-Hudson con su familia durante ocho años. Antes de abrir Maker Hive, Aarthi dirigió un programa Girls Who Code y también dirigió un campamento de vacaciones de primavera en el Centro Comunitario de Hastings. Durante el campamento, los niños aprendieron a crear proyectos interactivos que cobran vida mediante el uso de microcontroladores. «En lugar de centrarme únicamente en aprender a codificar, lo cual era aburrido, me pregunté: '¿Cómo podemos hacerlo más creativo?' » Utilizamos computación física y computación creativa, que implica el uso de pequeños microcontroladores para crear proyectos interactivos. Me gusta llamarlo «un código que puedes guardar». Es muy visual y el impacto no está en una pantalla. A los padres les encantó y a los niños les encantó”, dijo Aarthi.

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Para conocer la historia completa, visite Rivertowns Current en: https://substack.com/home/post/p-142825279?source=queue

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Andrea Martone - Tarrytown, agente inmobiliario de Sleepy Hollow

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