La tecnología es, quizá, el factor de cambio más importante en el mundo moderno. Si bien siempre implican riesgos, los avances tecnológicos prometen soluciones innovadoras a los desafíos mundiales más urgentes de nuestra época. Desde autos sin emisiones impulsados con hidrógeno hasta chips de computadora inspirados en el cerebro humano, las 5 tecnologías emergentes de este año ofrecen una mirada vívida del poder de innovación para mejorar la vida, transformar industrias y proteger nuestro planeta.
Para compilar esta lista, el Meta-Consejo sobre Nuevas Tecnologías del Foro Económico Mundial, un panel de 18 expertos, se basa en la experiencia colectiva de las comunidades del Foro para identificar las tendencias tecnológicas recientes más importantes. Al hacer esto, el Meta-Consejo apunta a generar conciencia de su potencial y contribuir a cerrar las brechas en inversión, regulación y comprensión pública que tantas veces obstaculizan el progreso.
1. Vehículos con celdas de combustible
Los vehículos con “celdas de combustible” han sido una promesa de muchos años, ya que tienen el potencial de ofrecer varias ventajas importantes sobre los vehículos eléctricos y los impulsados con hidrocarburo. Sin embargo, la tecnología recién ahora ha empezado a alcanzar la etapa en la que las empresas automotrices planifican lanzarlos a la venta. Es probable que los precios iniciales se ubiquen alrededor de los $70.000, pero deberían reducirse considerablemente a medida que aumenten los volúmenes en los próximos años.
A diferencia de las baterías, que deben cargarse con una fuente externa, las celdas de combustible generan electricidad directamente gracias a combustibles como el hidrógeno o el gas natural. En la práctica, las celdas de combustible y las baterías están combinadas; la celda de combustible genera electricidad y las baterías almacenan esa energía hasta que los motores que impulsan el vehículo la necesitan. Por lo tanto, los vehículos con celdas de combustible son híbridos y probablemente, también implementen el frenado regenerativo, una capacidad clave para maximizar la eficiencia y la autonomía.
A diferencia de los vehículos eléctricos a batería, los vehículos con celda de combustible se comportan como cualquier vehículo convencional. Con autonomía para largas distancias, hasta 650 km por tanque (generalmente el combustible es gas de hidrógeno comprimido), una recarga de combustible de hidrógeno solo tarda tres minutos. El hidrógeno tiene una combustión limpia y solo produce vapor de agua como residuo, por lo que los vehículos con celda de combustible con combustión de hidrógeno serán sin emisiones, un factor importante a la hora de reducir la contaminación del aire.
Existen varias maneras de producir hidrógeno sin generar emisiones de carbono. Por supuesto, los recursos renovables de electricidad de los recursos eólicos y solares pueden utilizarse para electrolizar el agua, si bien es posible que la eficacia energética general de este proceso sea más baja. El hidrógeno también puede separarse del agua en reactores nucleares a altas temperaturas o generarse a partir de combustibles fósiles como el carbón o el gas natural, donde se toma el CO2 y se lo almacena en lugar de liberarse a la atmósfera.
Además de la producción de hidrógeno barato a larga escala, un desafío considerable es la necesidad de una infraestructura de distribución de hidrógeno para que coexista y eventualmente reemplace a las estaciones de servicio de gasolina y diésel. En la actualidad, el transporte del hidrógeno por largas distancias, incluso comprimido, no se considera económicamente redituable. Sin embargo, las innovadoras técnicas de almacenamiento de hidrógeno, como transportadores de líquidos orgánicos que no requieren almacenamiento a alta presión, en poco tiempo reducirán el costo del transporte por largas distancias y simplificarán los riesgos asociados con el almacenamiento de gas y la filtración inadvertida.
Los vehículos con celdas de combustible en el mercado de consumo son una posibilidad atractiva porque ofrecerán la autonomía y comodidad del combustible que tienen los vehículos a gasolina y diésel en la actualidad, al mismo tiempo que ofrecerán los beneficios de la sustentabilidad en el transporte particular. Sin embargo, alcanzar estos beneficios requerirá de la producción confiable y económica del hidrógeno a partir de recursos con bajo carbono y de su distribución a una flota creciente de vehículos (que se espera que crezca a varios millones en una década).
2. Próxima generación de la robótica
La imaginación popular siempre ha conceptualizado un mundo donde los robots se encargan de las tareas diarias. Sin embargo, el futuro de la robótica se ha negado resistentemente a materializarse con robots todavía limitados a las líneas de ensamblaje de fábricas y otras tareas controladas. Si bien se utilizan mucho (en la industria automotriz, por ejemplo), estos robots son grandes y peligrosos para los trabajadores humanos; tienen que estar separados en compartimentos de seguridad.
Los avances en la tecnología robótica hacen que la colaboración entre humanos y máquinas sea una realidad diaria. Mejores sensores y más baratos hacen que un robot sea más capaz de comprender y responder a su entorno. Los cuerpos de los robots se vuelven más adaptables y flexibles, ya que los diseñadores se inspiran en la extraordinaria flexibilidad y agilidad de las complejas estructuras biológicas, como la mano humana. Y los robots se conectan cada vez más gracias a la revolución de la computación en la nube y la posibilidad de acceder a instrucciones e información de manera remota en lugar de ser programados como una unidad totalmente autónoma.
La nueva era de la robótica quita estas máquinas de las grandes líneas de ensamblaje de fabricación y las asigna a una amplia variedad de tareas. Con la tecnología GPS, al igual que los teléfonos inteligentes, los robots empiezan a utilizarse en agricultura de precisión para el control de plagas y la cosecha. En Japón, los robots se están probando en funciones de enfermería: ayudan a los pacientes a levantarse de las camas y asisten a las personas que sufrieron un ACV para que recuperen el control de sus extremidades. Robots más pequeños y ágiles, como Dexter Bot, Baxter y LBR iiwa, están diseñados para ser fácilmente programables y realizar tareas de fabricación que son laboriosas e incómodas para los trabajadores humanos.
De hecho, los robots son ideales para tareas muy repetitivas o peligrosas para las personas, y pueden trabajar las 24 horas del día con menores costos que los trabajadores humanos. En realidad, es probable que las máquinas robóticas de la próxima generación colaboren con las personas en lugar de reemplazarlas. Incluso con avances en diseño e inteligencia artificial, la participación y supervisión humana serán esenciales.
Existe el riesgo de que los robots puedan desplazar a las personas de sus puestos, si bien olas anteriores de automatización han tendido a derivar en mayor productividad y crecimiento, con beneficios en toda la economía. Los miedos de hace décadas de los robots en red fuera de control pueden volverse más destacados debido a que los robots de la próxima generación están conectados a la web, pero se volverán más comunes a medida que las personas utilicen robots domésticos para las tareas del hogar. Sin duda, la próxima generación de la robótica plantea nuevas preguntas sobre la relación de las personas con las máquinas.
3. Plásticos termoestables reciclables
Los plásticos se dividen en termoplásticos y termoestables. El primero puede calentarse y dársele forma muchas veces, y se encuentra en todas partes en el mundo moderno, desde juguetes para niños hasta asientos de inodoros. Ya que pueden derretirse y dárseles nueva forma, los termoplásticos generalmente son reciclables. Los plásticos termoestables solo pueden calentarse y dársele forma una vez, ya que después de esos cambios moleculares, quedan “curados” y retienen su forma y resistencia incluso bajo calor y presión intensos.
Debido a su resistencia, los plásticos termoestables son una parte vital de nuestro mundo moderno y se utilizan en todo, desde teléfonos móviles y placas de circuitos, hasta en la industria aeroespacial. Pero las mismas características que los hacen esenciales en la fabricación moderna también los hacen imposibles de reciclar. Como consecuencia, la mayoría de los polímeros termoestables terminan en el vertedero. Debido al objetivo principal de la sustentabilidad, ha existido una necesidad urgente de reciclar los plásticos termoestables.
En 2014, se realizaron avances críticos en esta área, con la publicación de un estudio emblemático en la revista Science, donde se anunció el descubrimiento de nuevos tipos de polímeros termoestables reciclables. Llamados poli(hexahidrotriazina)s, o PHT, estos plásticos pueden disolverse en un ácido fuerte que separa las cadenas de polímeros en monómeros que pueden reutilizarse en nuevos productos. Como los termoestables no reciclables tradicionales, estas nuevas estructuras son rígidas, resistentes al calor y duras, con las mismas posibles aplicaciones que sus antecesores no reciclables.
Si bien ningún reciclaje es 100 % eficaz, esta innovación, si se implementa por completo, debería acelerar el movimiento hacia una economía circular con una gran reducción del residuo plástico en vertederos. Esperamos que los polímeros termoestables reciclables reemplacen a los termoestables no reciclables en cinco años, y que para 2025 se encuentren en todas partes en los nuevos productos fabricados.
4. Técnicas de ingeniería genética precisas
La ingeniería genética convencional siempre ha causado controversia. Sin embargo, están emergiendo nuevas técnicas que nos permiten directamente “editar” el código genético de las plantas para hacerlas, por ejemplo, más nutritivas o más aptas para un clima cambiante.
Actualmente, la ingeniería genética de los cultivos se basa en bacterias agrobacterium tumefacienspara transferir el ADN deseado al genoma objetivo. La técnica está probada y es confiable, y a pesar del miedo público generalizado, existe un consenso en la comunidad científica de que la modificación genética de organismos con esta técnica no es más riesgosa que la modificación con reproducción convencional. Sin embargo, si bien agrobacterium es útil, se han estado desarrollando técnicas más precisas y variadas de modificación de genoma en los últimos años.
Entre estas se incluyen ZFN, TALENS y, más recientemente, el sistema CRISPR-Cas9 que evolucionó en bacterias como un mecanismo de defensa contra virus. El sistema CRISPR-Cas9 utiliza una molécula de ARN para el ADN, lo que corta a una secuencia conocida y elegida por el usuario en el genoma objetivo. Esto puede deshabilitar a un gen no deseado o modificarlo de manera que sea indistinguible en funciones con respecto a una mutación natural. Con la “recombinación homóloga”, CRISPR también puede utilizarse para insertar nuevas secuencias de ADN, o incluso genes completos, en el genoma de forma precisa.
Otro aspecto de la ingeniería genética que ha realizado un gran avance es el uso de ARN de interferencia (ARNi) en cultivos. El ARNi es efectivo contra virus y agentes patógenos de hongos, y también puede proteger plantas contra pestes de insectos, lo que reduce la necesidad de pesticidas químicos. Los genes virales se han utilizado para proteger plantas de papaya contra el virus de mancha anular, por ejemplo, sin signos de resistencia de evolución en más de una década de uso en Hawái. El ARNi también puede beneficiar a los principales cultivos de alimentos básicos para proteger al trigo contra la roya del tallo, al arroz contra el añublo, a la papa contra el tizón y a la banana contra la fusariosis.
Muchas de las innovaciones serán particularmente beneficiosas para los pequeños productores en países en desarrollo. Como tal, la ingeniería genética puede volverse menos controversial, ya que las personas reconocen su efectividad para aumentar los ingresos y mejorar las dietas de millones de personas. Además, la modificación más precisa de genomas puede calmar el miedo público, en particular si la planta o el animal resultantes no se consideran transgénicos porque no se introduce material genético extraño.
En conjunto, estas técnicas prometen evolucionar la sustentabilidad agrícola con la reducción de insumos en áreas múltiples, desde agua y suelo hasta fertilizantes, además de la adaptación de los cultivos al cambio climático.
5. Fabricación por adición
Como el nombre lo sugiere, la fabricación por adición es lo opuesto a la fabricación por sustracción. La última es la manera en la que se ha fabricado tradicionalmente: se empieza con una pieza más grande de material (madera, metal, piedra, etc.), se quitan o sustraen capas hasta que quede la forma deseada. La fabricación por adición, en cambio, empieza con material suelto, líquido o en polvo, y luego se construye en una forma tridimensional con una plantilla digital.
Los productos 3D pueden ser altamente personalizables para el usuario final, a diferencia de los productos fabricados en masa. Un ejemplo es la empresa Invisalign, que utiliza imágenes digitales de los dientes de clientes para crear frenillos casi invisibles exclusivos para sus bocas. Otras aplicaciones médicas toman la impresión 3D en un sentido más biológico: con la impresión directa de células humanas, ahora es posible crear tejidos vivos que pueden encontrar una posible aplicación en la detección de la seguridad de medicamentos, y además, en la reparación y regeneración de tejidos. Uno de los primeros ejemplos de esta bioimpresión son las capas de células de hígado impresas por Organovo, que se utilizaron en pruebas de medicamentos y que pueden utilizarse eventualmente para crear órganos para trasplantes. La bioimpresión ya se ha utilizado para generar piel y hueso, así como también tejido vascular y del corazón, lo que ofrece un enorme potencial en el futuro de la medicina personalizada.
Una siguiente etapa importante en la fabricación por adición sería la impresión 3D de componentes electrónicos integrados, como placas de circuitos. Partes de computadora de tamaño nano, como procesadores, son difíciles de fabricar de esta manera debido a los desafíos de combinar componentes electrónicos con otros compuestos de varios materiales diferentes. La impresión 4D ahora promete introducir una nueva generación de productos que puedan alterarse a sí mismos ante cambios medioambientales, como el calor y la humedad. Esto podría ser útil en ropa o calzado, por ejemplo, así como también en productos de atención médica, como implantes diseñados para cambiar en el cuerpo humano.
Al igual que la fabricación distribuida, la fabricación por adición tiene el potencial de ser muy disruptiva con respecto a los procesos y cadenas de suministro convencionales. Pero sigue siendo una tecnología naciente en la actualidad, con aplicaciones principalmente en el sector automotriz, aeroespacial y médico. Se espera un rápido crecimiento en la próxima década, ya que surgen más oportunidades y la innovación en esta tecnología acerca cada vez más al mercado de consumo.
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