Un robot biomimético que corre sobre la arena imitando al lagarto de cola de cebra

Un robot articulado con patas capaz de moverse por medios granulares o que no sean rígidos, como arena, gravilla, escombros, lodo, nieve, hierba u hojarasca, puede ser diseñado utilizando la biomimética. El lagarto de cola de cebra (Callisaurus draconoides) se mueve a gran velocidad sobre la arena del desierto y ha inspirado el robot RHex (mostrado en el vídeo de youtube). Cada pata de RHex se ha diseñado para imitar la interacción con la arena de las patas de este lagarto, lo que ha requerido el desarrollo de un modelo matemático específico para este animal. Los autores del artículo llaman terramecánica al campo de la ingeniería que estudia la locomoción robótica en medios granulares. Chen Li, Tingnan Zhang, Daniel I. Goldman, “A Terradynamics of Legged Locomotion on Granular Media,” Science 339: 1408-1412, 22 Mar 2013. Más información divulgativa en Melany L. Hunt, “Robotic Walking in the Real World,” Science 339: 1389-1390, 22 Mar 2013.

Dibujo20130321 Terradynamics of Legged Locomotion on Granular Media

Otro vídeo de Boston Dynamics, que muestra a RHex en acción en un entorno real.

Los datos del telescopio espacial Planck de la ESA sobre el fondo cósmico de microondas

Dibujo20130321 Planck CMB reveling almost perfect universe

El resultado más esperado del año 2013 en física, el mapa del fondo cósmico de microondas (CMB) obtenido por el satélite telescopio espacial Planck de la ESA, ha sido decepcionante para la mayoría, pues se confirma lo que más temíamos, el modelo cosmológico estándar con energía oscura, materia oscura fría e inflación cósmica. Los datos de Planck confirman la inflación cósmica a 6 σ (lo que ya no deja dudas sobre su existencia). No se han encontrado desviaciones respecto a una distribución gaussiana en las anisotropías del CMB y se ha confirmado que existen tres especies de neutrinos (partículas ligeras ultrarrelativistas cuya masa total es inferior, según Planck+WP+highL, a 0,66 eV al 95% CL). Los datos de Planck muestran ciertas diferencias con los de WMAP-9, pero apoyan a los obtenidos con BAO. No se han publicado datos sobre la polarización del CMB (el análisis está aún en curso pues filtrar la polarización del polvo interestelar del primer plano está siendo más difícil de lo esperado), ni tampoco sobre los modos B (sólo se han presentado datos de los modos E); para ambos análisis habrá que esperar a 2014. Más información técnica en “Planck 2013 results. I. Overview of products and results,” Submitted to A&A, 21 Mar 2013. Por cierto, lo que muestra la imagen que abre esta entrada es la variación de la temperatura del CMB en todo el cielo. La temperatura de referencia para el CMB es de T0 = 2,7255 K y la figura presenta las fluctuaciones de ±0,0005 (es decir, la temperatura varía entre entre 2,7250 y 2,7260). Lo que presenta la imagen son estas fluctuaciones de temperatura (azul oscuro para -0,0005 y rojo oscuro para +0,0005).

Dibujo20130321 planck satellite - cosmological parameters

Como muestra esta tabla, el universo tiene una edad de 13798 ± 37 millones de años. Los datos de Planck comparados con los de WMAP-9 indican que el universo tiene un 6% menos de energía oscura, un 9% más de materia bariónica y un 18% más de materia oscura (los datos de Planck están en buen acuerdo con los de BAO, ACT y SPT). El universo es plano con ΩK= -0,0096 ± 0,0100 (al 68% C.L.). Usando sólo los datos de Planck, la energía oscura ΩΛ= 67 % del contenido del universo; el valor combinado con otros experimentos es del  ΩΛ= (69,2 ± 1,0) %. La materia oscura constituye el (25,8 ± 0,4)% del universo y la materia bariónica el (4,82 ± 0,05) %. El nuevo valor de la constante de Hubble, H0= (67±1,2) km/s/Mpc es similar al obtenido por WMAP9, pero difiere a 2,5 σ del medido mediante el Hubble (HST Key Project) y el análisis de supernovas que fue de H0= (73,8±2,4) km/s/Mpc.

Dibujo20130321 planck satellite - performance parameters - 74 detectors

Para los despistados, el telescopio espacial Planck fue lanzado el 14 de mayo de 2009 y posee 74 detectores sensibles a frecuencias entre 25 y 1000 GHz, con una resolución angular de 30 minutos de arco para las frecuencias más bajas y de 5 segundos de arco para las más altas. El Instrumento para Frecuencias Bajas (LFI por Low Frequency Instrument) cubre las bandas centradas en 30, 44, y 70 GHz (más info, con mapas y procesado de datos; estimación de los errores; modelado de haces y correcciones; los dos métodos de calibración). Los bolómetros del Instrumento para Frecuencias Altas (HFI por High Frequency Instrument) cubren seis bandas centradas en 100, 143, 217, 353, 545, y 857 GHz (más info, con mapas y procesado de datos; modelado de haces y cómo Planck ve a Marte, Saturno y Júpiter; métodos de calibración para cada detector). Planck está diseñado para obtener un mapa completo del cielo cada 6 meses más o menos. Se han tomado datos del CMB desde el 12 de agosto de 2009 hasta el 28 de noviembre de 2010 (unos 15,5 meses); a partir de entonces se ha seguido tomando datos pero los resultados no se publicarán hasta 2014. Debo resltar que los bolómetros de alta frecuencia (HFI) dejaron de producir datos útiles desde el 13 de enero de 2012 (el helio líquido necesario para enfriarlos a 0,1 K se agotó), aunque el LFI (enfriado a 20 K) sigue tomando datos (pero su utilidad es más bien limitada en relación al CMB).  Hoy se han publicado datos recabados en los primeros 15,5 meses de toma de datos, que a partir de hoy se llamarán “2013 Products” (datos de Planck de 2013).

Dibujo20130321 planck satellite - Commander - NILC - SVEM - SMICA - WMAP-9 - comparison

La mayor dificultad en el análisis de los datos de Planck sobre el CMB es separar la contribución del primer plano (de origen galáctico y extragaláctico). La Colaboración Planck ha utilizado cuatro métodos diferentes (SMICA, NILC, Commander-Ruler, y SEVEM), cada uno asignado a un grupo de científicos diferentes, para evitar sesgos; además, se ha simulado por ordenador un mapa “teórico” de referencia basado en los datos de WMAP-9 (más información sobre este procesado).

Dibujo20130321 planck satellite - Commander-Ruler NILC SEVEM SMICA foreground-cleaned CMB

La comparación de los cinco muestra un buen acuerdo, por lo que la versión oficial del mapa seleccionada ha sido la obtenida por el método SMICA (el mapa que abre esta entrada, donde entre los azules y los rojos la escala se mueve entre -500 y 500 μK).

Dibujo20130321 planck satellite - multiple moment - angular power spectrum primary CMB

Se han obtenido datos del espectro angular del CMB con multipolos hasta 4000, pero el error es muy grande por encima de 2500, por ello esta imagen oficial se corta en dicho punto. Para obtener este espectro multipolar no se ha utilizado directamente la imagen del fondo cósmico de microondas, sino que se ha aplicado un modelo bayesiano, que combina modelos astrofísicos y cosmológicos para describir los detalles de primer plano y extraer la información de interés cosmológico (más detalles en este artículo).

En este vídeo de youtube se explica la figura anterior. Como se ve, los multipolos más bajos (para valores pequeños de ℓ) corresponden a características que ocupan un tamaño angular muy grande, mientras que los valores grandes de ℓ corresponden a ángulos pequeños. Planck ha obtenido valores precisos entre ℓ=2 y ℓ=2500 (quizás hay que recordar que WMAP obtuvo valores precisos hasta ℓ=750).

Dibujo20130321 planck satellite - angular power spectra Planck WMAP9 ACT SPT

Para ir más allá (ℓ>2500) hay que recurrir a ACT y SPT, como muestra esta figura. Por ello, en parte de los análisis cosmológicos realizados se han utilizado los datos combinados (como en este artículo). Los resultados cosmológicos obtenidos siguen con precisión las predicciones del modelo cosmológico estándar (modelo ΛCDM); este modelo sólo requiere seis parámetros (todo un triunfo de la física teórica).

Dibujo20130321 planck satellite - Commander-Ruler NILC SEVEM SMICA power spectra CMB Esta figura muestra cómo afectan los cuatro métodos de filtrado/limpieza de la señal de primer plano en el espectro del CMB. Para los modos más bajos, los más importantes a la hora de calcular los parámetros cosmológicos, los cuatro métodos coinciden. Sin embargo, para los multipolos más altos (entre 2000 y 2500) hay diferencias notables (que la Colaboración Planck asocia a errores de modelado de las fuentes extragalácticas del primer plano). Dibujo20130321 planck satellite - from paper XII - Commander-Ruler NILC SEVEM SMICA power spectra CMB De todos los análisis presentados hoy, esta figura (Figs. 10 y E.4 del artículo XII) es la que más me llama la atención (las diferencias entre los cuatro métodos de filtrado son de ±30 μK, recuerda, para una señal de ±500 μK); no me gusta la justificación ofrecida para elegir el método SMICA, me da la sensación que se ha elegido por ser el que da resultados más parecido a ACT y SPT.

Dibujo20130321 planck satellite - comparison with selected inflationary models

Sobre la inflación cósmica Planck sólo nos dice que ha ocurrido y que todo tiene apunta a los modelos más sencillos (un campo escalar neutro como inflatón con el potencial más sencillo). No hay pruebas de la existencia de anisotropías no gaussianas en el CMB, como las predichas por la existencia de cuerdas cósmicas y otros defectos cosmológicos (los límites actuales son Gμ/c²< 1,5× 10-7).

Por cierto, todos los datos de Planck en los que se han basado los análisis publicados han sido publicados, junto con los códigos informáticos para su análisis, en el Planck Legacy Archive. Por supuesto, faltan los datos de polarización del CMB.

Esta entrada está en proceso de escritura (he leído sólo 13 de los 29 artículos publicados hoy).

Una explicación para la anomalía del fondo cósmico de microondas observada por Planck

Dibujo20130321 Planck CMB Anomaly

Hoy se han publicado los nuevos datos sobre el fondo cósmico de microondas obtenidos por el satélite Planck de la ESA. Una decepción para muchos, pues se confirma el modelo ΛCDM y los modelos más sencillos de inflación. La única sorpresa ha sido la confirmación de la anomalía que ya observó WMAP y que algunos han calificado como “el eje del mal” (AoE por “axis of evil”). Muchos esperábamos que la anomalía desapareciera, pues un artículo reciente reanalizaba los datos de WMAP y descartaba su existencia (A. Rassat, J.-L. Starck, “No Preferred Axes in WMAP Cosmic Microwave Background,” arXiv:1303.5051, 20 Mar 2013; gracias Daniel Marín (@Eurekablog) por recordarlo). Al substraer el efecto de Sach-Wolfe Integrado (ISW) en los datos de WMAP-9, gracias a su medida por 2MASS (2 Micron All-Sky Survey) y NVSS (NRAO VLA Sky Survey), la anomalía AoE desaparecía. ¿Ocurrirá lo mismo con los datos de Planck? Lo sabremos en las próximas semanas, pues Rassat y Starck no tardarán en aplicar su análisis a los datos de Planck.

Dibujo20130321 The large-scale ISW temperature field due to 2MASS and NVSS galaxies (with cross-correlat WMAP9)

El camino que aún debe recorrer el rover Curiosity en Marte

Dibujo20130320 curiosity - long road through mars

En siete meses tras su llegada a Marte, el rover Curiosity de la NASA ha recorrido 738 metros y aún le quedan 10 kilómetros para llegar a su objetivo principal, el monte Aeolis, de cinco kilómetros de altura. La misión estaba planificada para un mínimo de dos años, por lo que algunos de los 400 miembros del equipo científico de la misión se están impacientando. Máxime tras el problema sufrido por el ordenador principal el 28 de febrero. El espectrómetro láser midió el contenido de metano en la atmósfera marciana y ha determinado un límite superior a su concentración, unas tres partes por mil millones en volumen (como contó en una reciente conferencia Chris Webster del JPL en Pasadena, California). La cuestión ahora mismo es decidir entre dos opciones: dirigir el rover hacia la base del monte Aeolis (a unos 100 metros al día) sin preocuparse por más medidas científicas, o seguir con un programa científico que podría conducir a que la misión concluyera antes de llegar al monte Aeolis. La decisión aún no está tomada, según nos cuentan en Alexandra Witze, “Mars rover under pressure to reach mountain goal. Curiosity’s memory glitch prompts mission scientists to pick up the pace,” Nature 495: 292-293, 21 Mar 2013.