Los premios de la física española reconocen el potencial del ‘nanomundo’ para afrontar los grandes retos de la humanidad en el siglo XXI

• La novena edición de los premios de la Real Sociedad Española de Física (RSEF) y la Fundación BBVA ilustra el potencial de la nanociencia para dar respuesta a desafíos tan importantes como la búsqueda de nuevos tratamientos biomédicos y el desarrollo de energías limpias frente a la amenaza del cambio climático

La física no sólo expande los límites de lo conocido a nivel macroscópico, con descubrimientos cada vez más complejos en el ámbito de la astrofísica y la cosmología, sino también en la ‘nanoescala’ de los átomos y las moléculas, donde tienen lugar fenómenos completamente distintos a los que nos encontramos en la escala visible. Este mundo de lo minúsculo es el que está siendo explorado por los principales galardonados en la novena edición de los Premios de Física de la Real Sociedad Española de Física (RSEF) y la Fundación BBVA. Los premios se han entregado hoy, en una ceremonia que resalta el poder de la física para ampliar el territorio del universo conocido y el protagonismo de los científicos como un elemento nuclear del avance social.

El objetivo de estos premios, dotados con un total de 50.000 euros,  es valorar la investigación de alta calidad en la física, estimular a los investigadores más jóvenes y fomentar la relación de este campo de la ciencia con los sectores empresarial y educativo. La ceremonia se ha celebrado en la sede madrileña de la Fundación BBVA y ha estado presidida por Carmen Vela, secretaria de estado de Investigación, Desarrollo e Innovación, y Francisco González, presidente de la Fundación BBVA.

“Las ideas nuevas y buenas son los ladrillos del progreso, en todos los ámbitos del desarrollo humano”, ha declarado González. “La ciencia ofrece un método de pensamiento que fomenta su búsqueda. Los científicos son, desde ese punto de vista, un elemento nuclear del avance social, y esa es una de las razones por las que la Fundación BBVA apoya la ciencia de manera sólida y decidida”.

Este año, los galardones han puesto su foco en la investigación del ‘nanomundo’. Podría pensarse que el conocimiento de una realidad tan distante de la experiencia cotidiana no influye en la sociedad. Pero, en palabras de González, “es una conclusión equivocada. Las aportaciones de los galardonados en esta edición de los premios demuestran con claridad que ampliar las fronteras de lo conocido es una actividad con un profundo impacto en nuestra vida”.

El presidente de la Fundación ha evocado a Richard Feynman, quien ya en 1959, en su conferencia ‘Hay mucho sitio al fondo’, empezó a imaginar la posibilidad de controlar la materia a escala nanométrica: “En el más de medio siglo transcurrido desde la intervención de Feynman hasta ahora, ustedes los físicos han desarrollado técnicas potentes para penetrar en el ‘nanomundo’ y bucear entre átomos y moléculas individuales. Han descubierto que lo que sucede en la materia a esa escala, la nanoescala, determina las propiedades de la materia a las dimensiones humanas”.

En definitiva, el nanomundo es, según González, “uno de los territorios donde los sentidos humanos no llegan, pero que la física ha conquistado para nosotros”. Y este logro de la ciencia puede dar respuesta a los principales desafíos de la humanidad en el siglo XXI: diagnóstico, monitorización y tratamiento de enfermedades como el cáncer o la diabetes, energías limpias, ingeniería, optimización de la computación clásica y desarrollo de la cuántica… Las contribuciones de los galardonados así lo ilustran.

Piezas de Lego y biosensores para detectar el cáncer

La Medalla de la RSEF ha recaído en Ángel Rubio Secades, referente mundial en simulación de materiales y uno de los físicos más influyentes de la última década, por su investigación para entender, predecir y controlar el comportamiento de la materia a escala molecular. Desde 2002, dirige el grupo Nano-bio Spectroscopy Group de la UPV/EHU y desde 2014 es Miembro Científico y director del departamento de Teoría del Max Planck Institute  for Structure and Dynamics of Matter, en Hamburgo (Alemania).

La principal motivación de Rubio es el carácter exploratorio de la ciencia básica, que nos lleva a descubrir nuevos territorios apenas imaginables hace unos años. “Me interesa desvelar nuevos estados de la materia”, explica. “Cuando lo has hecho es un sueño, pensarlo es como de ciencia ficción”. Su primera contribución de gran impacto se produjo en los años noventa, cuando logró predecir las propiedades de un determinado tipo de nanotubos de carbono, lo cual abrió la vía a empezar a usar nanoestructuras como “piezas de Lego” con las que crear “nuevas arquitecturas” a voluntad. “Nuestra contribución fue predecir cómo se comportan los materiales dependiendo de cómo es su arquitectura”, explica Rubio.

Esta predicción se obtiene a través de Octopus, un poderoso programa de cálculo, creado por Rubio y de acceso libre, que permite simular las propiedades que tendrá un nuevo material si se le somete a diferentes estímulos, lo que, en sus palabras, permite “obtener lo mejor de él”.

Y es que conocer y comprender las reglas que rigen el mundo de lo más pequeño es clave para poder aplicarlas a voluntad y crear materiales con nuevas propiedades, de futura aplicación en ámbitos tan diversos como la medicina, el sector energético, el medio ambiente o la computación clásica y cuántica.

Laura Lechuga Gómez ha recibido el Premio Física, Innovación y Tecnología. Lechuga dirige el Grupo de Biosensores y Aplicaciones Bioanalíticas en el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2). También es líder de grupo Networking Biomedical Research Center (CIBER). Desde 2012 es profesora adjunta en el Departamento de Física y Tecnología de la Universidad del Ártico (Noruega), y desde 2013 es profesora visitante distinguida en la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación de la Universidad de Campinas (Brasil).

Lechuga es pionera en España en el desarrollo de biosensores, dispositivos que integran, en muy poco volumen, la capacidad analítica de un laboratorio, por lo que tienen el potencial teórico de revolucionar numerosas áreas tecnológicas que impactan directamente en la sociedad, desde el diagnóstico médico al control de contaminantes en el medio ambiente.

La galardonada ha creado nuevos biosensores nanofotónicos, únicos frente a los ya existentes porque utilizan luz. Su extrema sensibilidad los haría idóneos para, por ejemplo, detectar marcadores de cáncer de manera precoz, antes incluso de que los síntomas se manifiesten. Lechuga trabaja en dos prototipos para detectar cáncer de colon y tuberculosis: “El futuro del diagnóstico inmediato pasa por dispositivos de este tipo, de bajo coste y muy alta sensibilidad, instalados en móviles, que podrían usarse fácilmente también en regiones en desarrollo”, dice.

Sus trabajos, que despertaron muy pronto el interés de la industria, reflejan la importancia de la relación entre investigadores y sector empresarial para hacer posible que los beneficios de la nanotecnología lleguen lo antes posible a la sociedad.

Fuerzas de vacío y dispositivos transparentes

En la categoría de Investigador Novel en Física Teórica, se alza con el galardón Alejandro Manjavacas Arévalo, de la Universidad de Nuevo México (Albuquerque, EE.UU.), cuya trayectoria sobresale en el ámbito de la nanofotónica, que se ocupa de la interacción entre luz y materia a escalas nanométricas. En dimensiones tan pequeñas, esta interacción origina fenómenos completamente nuevos y desconocidos, cuya comprensión ayudaría a diseñar procedimientos cada vez más sofisticados de uso tecnológico de la luz.

Manjavacas se encuentra además entre los primeros investigadores que han trabajado sobre los llamados plasmones moleculares en grafeno. Asimismo, está realizando importantes aportaciones al campo de las fuerzas de vacío, que estudia cómo incluso en el vacío absoluto existen fluctuaciones cuánticas que afectan a las nanopartículas, como la fricción de vacío. Asegura Manjavacas que estudiar estas fuerzas de vacío es fundamental para el desarrollo de la nanotecnología: “Sin un conocimiento extenso de este tipo de fenómenos, no se podría pensar en desarrollar sistemas mecánicos en el límite de las nanoestructuras”.

Como Investigador Novel en Física Experimental, el galardonado ha sido Andrés Castellanos Gómez, investigador en el Instituto Madrileño de Estudios Avanzados IMDEA-Nanociencia. Castellanos trabaja con materiales bidimensionales, que -como el grafeno- tienen sólo un átomo de grosor y propiedades excepcionales. De gran versatilidad, uno de los objetivos de Castellanos es emplear estos materiales para la fabricación de células solares flexibles, que permitirán aprovechar al máximo la irradiación solar en edificios o vehículos. Aunque ya se ha probado a fabricar estos dispositivos con materiales convencionales, su fuerte impacto estético dificulta su implantación. Los materiales bidimensionales permitirían fabricar “células solares flexibles con un impacto estético muy bajo, porque son prácticamente transparentes”, explica.

Además, Andrés Castellanos es autor de publicaciones seminales sobre materiales bidimensionales que abren posibilidades al desarrollo de nuevos dispositivos y tecnologías optoelectrónicas.

Divulgación científica innovadora y creativa

En la modalidad universitaria de los Premios Enseñanza y Divulgación de la Física, el galardón ha reconocido a Rafael García Molina (Universidad de Murcia). Su extensa labor divulgativa (más de 800 actividades sólo en los últimos 10 años) sigue dos grandes objetivos: crear redes de colaboración con los docentes de secundaria y primaria, para estimular el interés de los alumnos de esos niveles educativos por la física; y dar visibilidad a esta disciplina científica ante la sociedad, con actividades que son al mismo tiempo formativas y lúdicas. Para ello, despliega un amplio abanico de formatos y tácticas de enseñanza: páginas web, experimentos de física sencillos, baratos y divertidos, uso de dispositivos cotidianos, el humor y el cómic, páginas web, la física en la ópera… “Hace tiempo que vengo abogando por que al acrónimo I+D+i se le añada la divulgación, I+D+i+d o I+D al cuadrado, porque la divulgación tiene valor”, afirma.

En Enseñanza Media, el ganador es Fernando de Prada Pérez de Azpeitia, del IES Las Lagunas (Rivas-Vaciamadrid, Madrid). Paralelamente a sus 31 años de trayectoria docente como profesor de Física y Química, ha desarrollado una prolífica labor de divulgación en la que destacan sus esfuerzos por  conectar la ciencia con la realidad cotidiana de los alumnos. “Mi lema es que la enseñanza de la Física tiene que estar rodeada de ilusión, imaginación y sorpresa; y, en algunos casos, también de belleza”, explica. Por ello, hace que sus alumnos analicen los fenómenos físicos presentes en obras de arte del Museo del Prado, y los lleva a experimentarlos por sí mismos en el Parque de Atracciones de Madrid o jugando un deporte olímpico. Además, como asesor pedagógico de libros de texto, incorpora estas actividades a los materiales de estudio de Física y Química para Bachillerato y ESO.

El Mejor artículo de Divulgación en las publicaciones de la RSEF ha sido ‘La canalización iónica en cristales: cuando la sombra de los átomos permite detectar defectos’, del que es autor Andrés Redondo Cubero, de la Universidad Autónoma de Madrid. Se trata de una técnica poco conocida incluso por la comunidad investigadora, que sirve como control de calidad de materiales y puede suponer un gran ahorro de costes a la industria de la microelectrónica en la fabricación de transistores.

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