La meva recerca se centra en analitzar l'estructura interna del braç dels hominoïdeus del Miocè, en conjunt amb els hominoïdeus actuals (simis) i altres grups de primats.
Els ossos estan compostos de teixit ossi esponjós (o trabecular) i teixit ossi compacte (os cortical).
Ambdós teixits presenten un alt nivell de remodelació d'acord amb les càrregues sostingudes pels ossos degudes a la locomoció, el que comporta canvis en el gruix, orientació i densitat de les trabècules així com canvis de gruix en les parets òssies que depenen de les forces que se li apliquen.
Això es tradueix en patrons trabeculars i corticals diferenciats relacionats amb el comportament locomotor de cada espècie, que després podem comparar amb els patrons que presenten les espècies fòssils per mirar d'entendre millor el seu repertori locomotor.
En concret, aquest projecte té com a objectiu reconstruir la locomoció dels hominoïdeus fòssils del Miocè mitjà (~15 – 8 Milions d'anys) de la conca del Vallès-Penedès, Pierolapithecus catalaunicus, Hispanopithecus laietanus i Pliobates cataloniae, tots ells hominoideus del Miocè mitjà de Catalunya.
Títol del projecte: Desenvolupament d'una plataforma computacional per a estudis cinètics de catalitzadors nano-estructurats complexos
Les reaccions químiques es regeixen pel temps i la quantitat d'energia necessaris per a que els reactius es transformin en productes.
Els catalitzadors són compostos que poden incrementar la velocitat de les reaccions químiques i reduir la quantitat d'energia necessària per a que tinguin lloc.
Per això, la transició a una societat més sostenible requereix dissenyar millors catalitzadors que siguin capaços de facilitar de forma eficient tant la síntesi i el consum de combustibles com la transformació de substàncies contaminants.
Els models i simulacions computacionals són capaces de descriure les diferents escales de temps i espai sobre les que els processos catalítics operen.
Permeten investigar detalls a nivell atòmic i dur a terme cribratges, in silico i amb qualitat predictiva, d'una gran quantitat de materials per a trobar nous catalitzadors.
No obstant, caracteritzar la complexitat dels catalitzadors nano-estructurats sota condicions de reacció segueix sent un repte per la comunitat científica.
Per això, aquest projecte té com a objectiu el desenvolupament i aplicació d'una plataforma computacional per construir models multi-escala de catalitzadors nano-estructurats complexos.
Caracteritzar catalitzadors a escala atòmica requereix determinar energies de reacció i d'activació, cosa que poden fer de forma força precisa diferents mètodes computacionals basats en la mecànica quàntica.
Malgrat això, aquests càlculs costen molts recursos computacionals, especialment per descriure sistemes formats per molts àtoms i electrons com els materials nano-estructurats que es fan servir com a catalitzadors.
Per tant, dur a terme cribratges computacionals d'un gran nombre d'aquests materials per tal de trobar els candidats ideals és inviable.
Les tècniques basades en l'aprenentatge automàtic (machine learning en anglès) ofereixen, però, una alternativa atractiva.
Aquests mètodes permeten "entrenar" models matemàtics que reprodueixin els resultats que ofereix la mecànica quàntica, però només a una fracció del cost computacional.
Per tant, "entrenarem" diferents models que permetin predir amb precisió les propietats catalítiques de molts materials nano-estructurats diferents.
Això proporcionarà la informació necessària per a establir models cinètics que prediguin la idoneïtat (mesurada en la capacitat d'incrementar la velocitat de reacció) de cada material.
Demostrarem la capacitat d'aquest protocol amb una reacció rellevant tant a nivell tecnològic com ambiental – la hidrogenació selectiva de diòxid de carboni.
La implementació d'aquest projecte permetrà avaluar el rendiment catalític d'un gran nombre de nanomaterials per a diferents reaccions.
Els conceptes de disseny derivats d'aquests resultats contribuiran al desenvolupament de materials per al reciclatge de diòxid de carboni per produir productes químics de valor comercial.
L'objectiu principal d'aquest projecte és desenvolupar un prototip de cèl·lules solars basat en nanowires alineats verticalment amb silici (VA-NWs) amb més tolerància als defectes que mantenen l'eficiència de les cèl·lules solars planes.
D'una banda, la metodologia per fabricar els VA-NW ha de ser robusta, rendible i escalable per satisfer les necessitats tecnològiques actuals.
D'altra banda, ha de ser prou flexible per oferir la possibilitat de fabricar arquitectures novedoses i sintonitzables, amb control nanoescalari dels paràmetres geomètrics dels nanofils individuals i de la seva disposició espacial per augmentar la captació de la llum i, així, la recollida d'energia de cèl·lules solars basades en VA-NWs.
En aquest projecte proposo assolir aquests objectius ambiciosos mitjançant l'explotació d'un nou desenvolupament de litografia col·loidal, que consisteix en l'autoassemblatge, la compressió i la deposició controlada de monocapa de nanopartícules de microgel a partir d'interfícies fluides que actuen com a màscares per al gravat químic del substrat per produir matrius de nanowires sobre substrats de silici.
Els catalitzadors son substàncies que augmenten la velocitat d'una reacció química sense patir cap canvi químic permanent.
Els enzims són proteïnes que actuen com a biocatalitzadors, i que intervenen en gairebé tots els processos cel·lulars essencials per a la vida.
Són catalitzadors molt eficients, biodegradables, que funcionen en condicions biològiques i poden accelerar certes reaccions químiques en diversos ordres de magnitud.
Tanmateix, només uns pocs processos disposen d'un enzim natural per accelerar les reaccions químiques corresponents.
En conseqüència, el disseny de nous enzims específics per catalitzar reaccions no naturals és altament atractiu per desenvolupar noves vies sintètiques per a desenvolupar nous fàrmacs i materials de manera més eficient, més econòmica i més respectuosa amb el medi ambient.
Entre d'altres estratègies, el disseny de nou enzims es pot aconseguir aprofitant la promiscuïtat catalítica intrínseca que presenten els enzims naturals, mitjançant la introducció de canvis d'aminoàcids específics (és a dir, mutacions) a les seves seqüències.
La promiscuïtat catalítica es refereix a la capacitat d'un enzim de catalitzar, a més de la seva funció nativa, a reaccions que involucren diferents substrats i que procedeixen per vies de reacció diferents.
Els intermedis reactius enzimàtics són espècies implicades en cicles biocatalítics no gaire estables i que exhibeixen temps de temps de vida mitjana molt curts.
A vegades, aquestes espècies són la font de promiscuitat catalítica de l'enzim, ja que diferents potencials camins de reacció poden diferir a partir d'aquestes espècies generades.
En conseqüència, controlar el comportament d'aquestes espècies altament reactives pot proporcionar una nova via per accedir a noves funcions biocatalítiques no naturals.
En aquest projecte es proposa desenvolupar nous protocols computacionals per a estudiar i caracteritzar a nivell atòmic intermedis reactius formats al llarg de cicles catalítics en enzims.
Aquest protocol es basarà en l'aplicació de diferents mètodes computacionals, incloent càlculs de mecànica quàntica i simulacions de dinàmica molecular entre altres, que es combinaran per tenir en compte diferents factors que juguen papers clau en la formació i l'estabilització d'intermedis reactius en enzims.
Aquestes prediccions computacional es testejaran i validaran al laboratori mitjançant tècniques de biologia molecular juntament amb la caracterització estructural dels productes obtinguts de les transformacions biocatalítiques corresponents.
Finalment, el protocol proposat s'utilitzarà per dissenyar computacionalment noves variants d'enzims que permetin catalitzar reaccions no naturals que impliquin la formació i estabilització d'intermèdis reactius de manera més racional.
L'eficiència i selectivitat dels nous dissenys seran avaluats finalment al laboratori.
Després de més de dos segles de predomini dels combustibles fòssils, s'estén la idea que al llarg del segle XXI es produirà la seua gradual substitució per fonts d'energia renovables.
Les fonts d'energia renovables (eòlica, solar, mareomotriu, biomassa, geotèrmica, entre altres) són inherentment intermitents i generalment disperses en comparació amb les centrals a gran escala que actualment subministren la majoria de l'energia elèctrica.
Per a aprofitar al màxim aquestes energies renovables, necessitem sistemes eficients d'emmagatzematge d'energia per a emmagatzemar l'energia elèctrica generada a partir d'aquestes fonts.
Bateries i supercondensadors són dos tipus de dispositius d'emmagatzematge d'energia amb mecanismes i prestacions complementaris.
Les bateries, amb mecanismes de reaccions redox faràdiques presenten alta densitat d'energia i baixa densitat de potència mentre que el mecanisme electroestàtic dels supercondensadors (doble capa elèctrica) els confereix una alta densitat de potència amb densitat d'energia limitada.
El disseny de materials i elèctrodes híbrids que combinen tots dos mecanismes és una via per a la millora simultània d'energia i potència en un mateix dispositiu.
En aquest projecte explorarem la síntesi, propietats i aplicació de materials híbrids basats en carbons, agregats d'òxids metàl·lics (polyoxometalats) i nanopartícules metàl·liques.
Els carbons aporten una matriu conductora amb capacitat d'emmagatzematge de càrrega de tipus capacitiu (doble capa) mentre que els polyoxometalats aporten la seva electroactivitat molecular de tipus faràdic.
D'altra banda, s'espera que les nanopartícules metàl·liques milloren la conductivitat elèctrica dels polyoxometalats, així com la capacitància elèctrica de doble capa dels carbonis.
Aquest projecte donarà lloc a nous elèctrodes híbrids amb una combinació sinèrgica de propietats que incloguin una major densitat d'energia i de potència i capaces de ser sotmesos a cicles repetits de càrrega i descàrrega.
Les nanes blanques són el remanent d'estrelles com el Sol que, a mesura que evolucionen, perden les seves capes exteriors.
Les nanes blanques solen tenir aproximadament el 60% de la massa del Sol, però són tan petites com la Terra.
Això els fa molt denses i febles.
Tot i això, les nanes blanques són àmpliament comunes a tota la nostra Galàxia, la Via Làctia, de manera que més del 95% de les estrelles que han nascut es convertiran o ja són nanes blanques.
Per exemple, entre les deu estrelles més properes al Sol, hi ha una nana blanca: Sirius B, què és invisible per als nostres ulls, donat que està enfosquida per la seva parella, Sirius, que és l'estrella més brillant del cel.
Algunes propietats físiques clau de les nanes blanques les converteixen en instruments astronòmics molt potents.
Primer, amb l'envelliment que dura mil milions de anys, la seva temperatura baixa invariablement des de centenars de milers de graus fins a uns quants milers de graus (el límit exacte està determinat per l'edat de l'Univers!).
Per això, en mesurar la temperatura superficial de les nanes blanques, podem derivar la seva edat mitjançant relacions ben establertes.
En segon lloc, la massa de les nanes blanques està ben determinada per la dels seus avantpassats, cosa que significa que les nanes blanques més pesades són les restes de les estrelles més massives.
Així doncs, determinant la massa de les nanes blanques ens permet conèixer millor les seves vides passades.
Gràcies a la ubiqüitat de les nanes blanques, es podran fer servir com a lupa per estudiar algunes de les propietats astrofisiques més importants de les estrelles i les galàxies.
El treball utilitzarà grans mostres, que continguin unes 100.000 nanes blanques, que s'han identificat gràcies a la missió Gaia de l'Agència Espacial Europea 1.
S'estudiarà la seva llum emesa amb la tecnologia moderna del espectrògraf WEAVE 2, que està en construcció al Telescopi William Herschel de l'Observatori de Roque de los Muchachos (La Palma, Illes Canàries).
Combinant aquesta riquesa de dades amb tècniques d'anàlisi avançades, es podran determinar els seus paràmetres físics com la massa, l'edat i la velocitat, que són fonamentals per inserir-las en el context de l'evolució estel·lar (enllaçar-los amb els seus progenitors) i construir la història passada de la Via Làctia.
A física, els "sistemes fortament acoblats" són xarxes de partícules caracteritzades per interaccions molt intenses.
Els exemples provenen de contextos molt diferents, alguns exemples els trobem en els superconductors a alta temperatura, el plasma primordial que va omplir l'univers uns quants instants després del big bang, els quarks lligats als hadrons i alguns models de materials contemporanis superestrelles d'alta tecnologia, com ara el grafè.
L'estudi de la dinàmica d'aquests sistemes és una tasca formidable, principalment degut al desglossament de les eines de les matemàtiques estàndards que utilitzem per descriure altres teories de partícules.
Empitjorant les circumstàncies, el típic habitat on els processos amb interaccions fortes juguen un paper destacat no té una descripció trivial.
Penseu, per exemple, en la perifèria d'un forat negre, en l'interior d'una estrella exòtica, o en el nostre univers quan era una sopa jove, calenta i densa.
Els camps gravitacionals intensos experimentats en aquests sistemes, aconsegueixen fàcilment escales energètiques comparables a les de la acoblament fort.
Què passa llavors amb les partícules que interaccionen fortament quan estan incrustades en aquests entorns?
El comportament fenomenològic de les partícules elementals es descriu amb èxit en una àmplia gamma d'energies (tradicionalment més factibles d'aconseguir) mitjançant els mètodes i els resultats de la teoria quàntica de camps sobre un fons pla.
Tanmateix, la presència d'un camp gravitatori deformant la propagació de camps quantificats fa necessari el desenvolupament d'un enfocament diferent - i d'eines ad hoc recentment inventades!
I per descomptat, seran responsables de la predicció de nous fenòmens.
Això és el que explora la teoria quàntica de camps a l'espai corbat I on ja s'han assolit nombrosos objectius.
El resultat més famós és probablement el descobriment que va fer Stephen Hawking on els forats negres "irradien", és a dir, que un forat negre emet partícules d'una manera molt precisa i peculiar depenent de la seva temperatura (evolucionant en el temps).
El meu projecte "GEnESIS - Efectes GEomètrics en Sistemes d'Interacció intenSa" estudiarà què passa amb el diagrama de fases d'una teoria fortament acoblada quan importen els efectes geomètrics i topològics.
El resultat final serà una mena de mapa explicant com l'efecte combinat de la geometria, la temperatura, la densitat i altres paràmetres externs modifiquen el comportament de les teories quàntiques de camps.
Aquest projecte ha rebut finançament del programa de recerca i innovació Horizon 2020 de la Unió Europea amb acord de subvenció MSCA No 801370.