EL MATERIAL DEL FUTURO

Descubierta una nueva propiedad del grafeno que revolucionará el mundo de la física.

·         Un equipo del MIT logra por primera que se convierta en superconductor

  

El grafeno, una malla de átomos de carbono, dispuestos en hexágonos.

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CRISTINA SÁEZ, Boston

Imagínese que pudiera cortar en láminas extremadamente finas, de tan solo un átomo de espesor, la viruta que se obtiene al sacarle punta a un lápiz. Si a continuación observara esas láminas al microscopio, vería una malla de átomos de carbono, dispuestos en hexágonos. Es el grafeno, un material bidimensional con unas propiedades asombrosas: además de ser el más fino que existe, muy ligero y flexible, a la vez que cientos de veces más duro que el acero y más conductivo que el cobre.

Ahora un equipo de científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), en Cambridge (EE.UU.) liderado por el investigador valenciano Pablo Jarillo-Herrero, acaban de descubrir una nueva y fascinante propiedad de este supermaterial que podría revolucionar la física teórica.

Cuando colocan dos capas de grafeno, una sobre otra pero rotadas con el ángulo mágico (1,1 grados), el sistema que resulta actúa como los materiales superconductores no convencionales. (Yuan Cao y Pablo Jarillo-Herrero)

Han dispuesto dos láminas de grafeno, una encima de otra, pero no perfectamente alineadas, sino una de ellas girada con un ‘ángulo mágico’. En esa disposición exclusivamente los investigadores han visto que ese ‘sándwich’ de grafeno es capaz de conducir electrones sin resistencia. Es decir, se convierte en un superconductor, un material capaz de transportar electricidad sin pérdidas.

“Es la primera vez que se consigue este tipo de superconductividad en una estructura de este tipo, donde tienes una capa encima de otra, ninguna de las cuales es superconductora, y que simplemente por jugar con el ángulo de rotación aparece esta propiedad de la superconductividad. Es bastante extraordinario y no se había logrado nunca”, explica Jarillo-Herrero a Big Vang en una entrevista.

La superconductividad, una propiedad de algunos materiales que se descubrió hace alrededor de un siglo, podría revolucionar la trasmisión de energía, los sistemas de transporte e incluso los escáneres en medicina. De hecho, actualmente ya se emplean superconductores en los escáneres de resonancia magnética; o para crear campos magnéticos muy grandes, como en los aceleradores de partículas, apunta Àlvar Sànchez, físico del grupo de superconductividad de Universitat Autònoma de Barcelona (UAB).

Hasta el momento se conocían dos tipos de superconductores:

•   Convencionales, que son metales que han de enfriarse a temperaturas del cero absoluto.
•  No convencionales, que mayoritariamente no son buenos metales, y que pueden superconducir electricidad a una temperatura más elevada que los anteriores, aunque el mecanismo por el que funcionan es un enigma de la física.

El principal problema que presentan es que, para funcionar, necesitan hacerlo a muy bajas temperaturas, entre -273 y -140ºC, por lo que se debe dedicar mucha energía a refrigerarlos. De ahí que por el momento se utilicen de forma limitada.

No obstante, los resultados de Jarillo-Herrero y su grupo, que se recogen en dos artículos en Nature esta semana, podrían abrir la puerta a entender mejor cómo funcionan los superconductores no convencionales y dar un paso más hacia poder usarlos en el día a día a temperatura ambiente.

“El grafeno es un material muy particular en el que sus propiedades electrónicas cambian dependiendo del número de capas. Hasta hace poco siempre se usaban capas alineadas, hasta que unos investigadores se dieron cuenta de que no tenía por qué ser así y predijeron que si se rotaban las capas, eso daría lugar a un objeto inusual con unas propiedades muy especiales, puesto que los electrones se comportarían de forma distinta”, dice Jarillo-Herrero.

Este investigador y su grupo han descubierto que cuando se superponen las dos capas de grafeno con un ángulo de 1,1º, el ‘ángulo mágico’, como lo denominan en el trabajo, y las enfrían a 1,7 grados por encima del cero absoluto, tienen un comportamiento aislante: los electrones en esas capas interactúan de forma muy fuerte y no se mueven. Pero al inducir una pequeña densidad de carga eléctrica al estado aislante, el grafeno se vuelve superconductor de forma completamente controlada.

“Hemos comprobado que esta estructura de grafeno tiene propiedades extraordinarias, algunas estaban predichas y otras son inesperadas. La gran relevancia de estos artículos es que abre un nuevo campo de propiedades que antes no se conocían del grafeno”, considera Jarillo-Herrero. 

Aunque este descubrimiento está aún lejos de tener aplicaciones directas, para el investigador valenciano, “si llegamos a entender muy bien este fenómeno de la superconductividad no convencional, algún día podremos llegar a hacer superconductores a temperaturas más elevadas y, por tanto, que tengan aplicaciones más extendidas”.

·         El grafeno avanza...

Esta investigación, financiado por la Fundación Nacional para la Ciencia de los EEUU y la Fundación Gordon y Betty Moore, el Moore de la ley de Moore y fundador de Intel, es para el investigador Icrea Frank Koppens, físico del ICFO- Institut de Ciències Fotòniques experto en grafeno, “uno de los trabajos científicos más importantes que he visto en mi carrera como investigador. Han descubierto un nuevo tipo de superconductividad en un sistema totalmente controlable y además pueden pasar de aislante a superconductor de forma controlada. Es un nuevo tipo de física”.

FRANK KOPPENS-ICFO

Según este investigador, que no ha participado en ninguno de los dos estudios, “lo que limitaba a los superconductores hasta el momento era que no se entendía del todo cómo funcionaban y no se tenía el suficiente control. Esta es la primera vez que se crean casi desde cero, que los pueden controlar, encender y apagar. Tampoco nunca antes se había visto que se pudiera pasar de un aislante perfecto a un superconductor perfecto, algo que a priori parece contrario al sentido común”.

Para Sànchez, de la UAB, “estos resultados son muy interesantes porque han descubierto una nueva familia de superconductores en un sistema tan interesante como el grafeno. Y este nuevo sistema es un banco de pruebas para entender la física de los superconductores no convencionales, que se utilizan sin entender el mecanismo. Podría abrir la puerta a desarrollar desde sensores mucho más sensibles a ordenadores cuánticos”.

 ITER en su estado actual. El edificio redondo es el reactor

Público. MALEN RUIZ DE ELVIRA

           De un plácido paisaje de la Provenza francesa al atareadísimo escenario en el que se construye el gigantesco reactor de fusión nuclear ITER, el mayor proyecto de ciencia e ingeniería de la historia, que pretende demostrar que es posible obtener energía por el mismo proceso que funciona en las estrellas. Así ha transformado en pocos años la región cercana a Aix-en-Provence un proyecto que acaba de pasar el ecuador de su construcción, como han anunciado sus responsables.

         Es una apuesta arriesgada y a largo plazo, pero también es muy importante lo que se juega, y por ello participan en la iniciativa todas las potencias mundiales, a pesar de sus muchos desacuerdos en otros campos. Figuran como socios del ITER la Unión Europea (y, por tanto, España), Japón, Rusia, China, Estados Unidos, Corea del Sur e India. 

      

       Se trata de obtener energía eléctrica del calor producido por la fusión del hidrógeno, un combustible inagotable, en un proceso sin emisiones que contribuyan al cambio climático y con pocos residuos radiactivos. En Madrid, por ejemplo, bastaría con una sola planta de fusión de 2.000 megavatios para cubrir sus necesidades energéticas.

         Se considera que ITER es el proyecto científico más complejo de la historia y eso nadie lo pone en duda, porque cada uno de los socios está fabricando en su territorio partes de la máquina, que luego se tienen que ensamblar en la sede en Francia, en una parcela de 42 hectáreas. En total, se calcula que el conjunto del ITER constará de 10 millones de elementos.

       La noticia ahora es que en diciembre se consideró completado el 50% del total del trabajo de construcción necesario para el primer ensayo, llamado El Primer Plasma. Este ensayo está previsto para diciembre de 2025 e inaugurará los intentos de operar la compleja máquina, que es un reactor tipo tokamak en cuyo interior se calentará el hidrógeno (deuterio y tritio) hasta los 150 millones de grados, una temperatura diez veces superior a la del núcleo del Sol. A esa temperatura el combustible estará en forma de plasma, el cuarto estado de la materia y se producirían 500 megavatios de potencia térmica.

           El director general del ITER es el francés Bernard Bigot y ha señalado con motivo de este hito en la construcción que las apuestas son muy altas. “Cuando probemos que la fusión es una fuente de energía viable, con el tiempo reemplazará la quema de combustibles fósiles, que son no renovables y no sostenibles. La fusión complementará la energía eólica, la solar y otras formas de energía renovable”.

    ¿Optimismo o realismo? Después de 10 años de grandes dificultades, incluidos retrasos y sobrecostes, el proyecto parece ahora bien encarrilado, lo cual no quiere decir que sea un éxito a medio plazo. Su propia complejidad echa para atrás, pero quien no juega no gana. “Ningún país podría hacer esto por sí mismo. Todos estamos aprendiendo de todos, para el beneficio mutuo del mundo entero”, dice también Bigot.

       En el vocabulario del ITER, la construcción incluye el diseño, la fabricación de los componentes, la construcción de los edificios, el transporte y entrega, el montaje y la instalación. Todo ello está cambiando el panorama mundial de algunos productos. Para citar un único aunque muy importante ejemplo, el de los grandes imanes superconductores que trabajarán a 269 grados bajo cero y contendrán y controlarán el plasma en el reactor ITER, entre 2008 y 2015 se concertaron nueve suministradores de distintos países para fabricar más de 100.000 kilómetros de los cables superconductores de niobio y estaño que se enrollan en la estructura toroidal de los imanes. Antes del ITER se producían solo 15 toneladas anuales en todo el mundo de estos cables, y este único pedido supuso más de 500 toneladas en total.

        Eso no quiere decir que no sigan las dificultades. Europa, a pesar de la crisis, continúa costeando el 45% del proyecto, pero el Brexit dificultará la cooperación con Reino Unido, a pesar de quiere prolongar su participación. Por otra parte, Estados Unidos parece estar siempre con un pie fuera, sea quien sea el presidente del país, debido a que la participación se discute cada año en la aprobación anual de los presupuestos. Lo último respecto a EE UU es un informe de las academias nacionales de Ciencia, Ingeniería y Medicina totalmente favorable a permanecer en el ITER debido, entre otras cosas, a que en ese país apenas se realiza ahora investigación sobre fusión nuclear.

       El coste total del proyecto se estima en la actualidad en unos 18.000 millones de euros, pero más del 80% de esa inversión lo contribuyen los socios en forma de componentes que construye en su mayor parte su propia industria, lo que quiere decir que es una forma de financiar el desarrollo industrial y científico de los países implicados. Las empresas participantes, entre las que hay varias españolas, adquieren así nuevos conocimientos y experiencia en campos de gran importancia industrial, como la ciencia de materiales, la criogenia o la robótica, que dan lugar a aplicaciones innovadoras en áreas distintas de la energética. Es una inversión que se considera muy rentable a medio y largo plazo pero que, como siempre sucede en la política a corto plazo, se encuentra muchas veces en la cuerda floja por la tentación de recortar los gastos.

        El proyecto ITER incluye entre sus actividades un amplio programa de información y difusión, en parte porque no deja de ser una instalación nuclear. Para permitir que cualquier persona interesada lo conozca de cerca, existe un programa de visitas.

CARTA A PADRES-MADRES Y ALUMNO/AS CURSO 17-18

         Estimados padres-madres y alumno/as: 

Comenzamos el  nuevo curso escolar 2017/18, un nuevo año para conocernos con alguno/as y seguir reconociéndonos con otro/as; un nuevo año para seguir creciendo en todos los sentidos.

Por esto queremos darle desde el Departamento de Tecnología del IES ENTRESIERRAS una afectuosa bienvenida a todo/as, muy especial para aquello/as que se integran por primera vez en la comunidad educativa de nuestro-vuestro instituto, así como para aquello/as que vuelven a optar y confiar en la Educación Pública.

Hoy comienza un nuevo año escolar y sabemos que por delante nos esperan caras de asombro y de alegría. Un nuevo año escolar significa muchas cosas, pero por sobre todo, nuevos desafíos y nuevos retos, tanto para los docentes como para los alumno/as y sus familias.

La responsabilidad con que el docente desarrolla su trabajo es permanente, y tiene como objetivo, siempre, mejorar los aprendizajes de nuestros alumno/as.

Todo proceso de enseñanza necesita, para concretar los aprendizajes, del trabajo y esfuerzo diario de los alumno/as, de su continuidad, de su constancia. En este sentido, no habría logros alcanzados por los alumno/as ni una Escuela Pública de calidad sin el compromiso de los padres y tutores legales.

El desarrollo de los alumno/as en forma integral y armónica requiere del apoyo de las familias, de un diálogo fluido, de un ida y vuelta entre el instituto, los profesores/as y los padres y madres.

Ayudémonos entre todo/as a construir este tipo de diálogo que promueve encuentros y logra, sobre todas las cosas, una Escuela Pública de calidad y comprometida en ofrecer cada día una mejor educación.

Desde este Departamento de Tecnología, siempre tendréis las puertas abiertas para cualquier tipo de ayuda que necesitéis.

Voy acabando,  pero recordad lo que siempre os digo:

“ESFORZARSE, LUCHAR, COMETER ERRORES Y VOLVER A EMPEZAR”.

Recibid un saludo de Andrés Franco, Jefe de Departamento de Tecnología del IES ENTRESIERRAS de Purchena (Almería).

                                                                    

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Lo que los profesores podemos aprender de Zidane

EDITIOES

06/06/2017

Daniel Poyatos Soguero Educador

El entrenador del Real Madrid es un claro ejemplo de cómo debe ser cualquier profesor, maestro, educador, o en general cualquier gestor de recursos humanos. Una premisa argumentada mediante una alegoría que compara mundos tan contrapuestos como la educación y el fútbol.

El profesor/entrenador del siglo XXI

El principal rasgo que caracteriza la metodología de Zidane es la de estar centrada en el futbolista/alumno.

El profesor se convierte en un guía, un facilitador del aprendizaje.

La relación entre los roles de alumno y profesor es, por tanto, horizontal.

Observando los entrenamientos, la diferenciación de dichos roles resulta casi imperceptible. Corre con sus alumnos. Da ejemplo. Trabaja con ellos. Es flexible. Da rienda suelta a la libertad.

El papel que representa el profesor antagónico es el de ser un mero transmisor de los conocimientos. El que cree que no tiene nada que aprender de sus alumnos. El que hace uso de una estructura vertical y un ambiente rígido para ejercer su dominio. Basa su poder en la disciplina. En la autoridad. Languidece las ganas de creatividad e imaginación de los educandos.

La relación con otros agentes externos es también digna de admirar. En la escuela, familias, administración, otros profesores. En el fútbol, prensa, equipos rivales, afición, directiva. Todos ellos absortos ante el poder de unos buenos modales y una sonrisa.

La atención a la diversidad

Uno de los términos más importantes de la educación inclusiva del siglo XXI, es el de atención a la diversidad. El de atender a los diferentes ritmos, capacidades o habilidades que conviven en las clases de las escuelas. Un término que escaparía de la jerga educativa para ser aplicable también a un equipo de fútbol.

El profesor francés atiende a la diversidad. Ha logrado que todos se sientan útiles. Importantes. Partícipes en los logros colectivos. Si bien es cierto que en las escuelas los ayudantes son más escasos y la atención individualizada utópica, el técnico ha conseguido manejar egos, malos rendimientos o deficiencias técnicas puntuales. Además, todo ello con la cooperación y el compañerismo por bandera, en detrimento de la competitividad dentro de un mismo equipo.

Los partidos importantes son lo más parecido a los exámenes. Zidane, nuestro profesor, evalúa de forma continua. Reduce la ansiedad ante los exámenes.

El arte de saber escuchar

Las cosas más valiosas de la historia de la humanidad han resultado ser aquellas escasas. Hoy, escuchar se ha convertido en una de las habilidades más preciadas en la comunicación. Algo que los maestros debemos enseñar en la escuela antes que cualquier otra cosa.

Quien mejor le conoce, afirma que Zidane escucha a sus pupilos. Incluso deja que sean ellos quienes tomen las decisiones en momentos importantes. Saber escuchar es mostrar empatía. Ponerse en el lugar del otro. Ser consciente de su situación. Comprenderle. Cuántas indispensables cualidades para un profesor.

Zidane escenifica al educador que no solo se limita a transmitir lo que sabe, sino que escucha los problemas de las personas a su cargo. Muestra su apoyo. Cree en ellos. Genera confianza. Motivación.

La motivación

Los maestros sabemos que solo obtendremos algo bueno de alguien si está motivado. Los exámenes, en muchos casos, son desmotivadores. Incluso injustos, al evaluar solo el producto final en un momento único. No el proceso continuo.

En nuestra alegoría con el fútbol, los partidos importantes son lo más parecido a los exámenes. Zidane, nuestro profesor, evalúa de forma continua. Reduce la ansiedad ante los exámenes. Así, momentos antes de la final de la Champions League, arengó a sus alumnos. 

"La final no es lo importante. Lo más importante era llegar hasta aquí. Y vosotros lo habéis hecho. Sacad lo mejor de cada uno y disfrutad". Chapeau.

Un poco de ciencia, por favor

La empresa japonesa Kaneka ha presentado la primera célula hecha con silicio que supera el 26% de eficiencia para convertir la luz solar en electricidad, lo que supone una mejora clara respecto al récord anterior (25,6%). El dispositivo es una estructura HIT (Heterojunction with Intrinsec Thin layer) sobre las que realizamos parte de nuestra actividad de investigación en nuestro grupo de la UCM.

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EL PAÍS  CIENCIA

Creada la célula solar más eficiente hasta el momento

Una investigación japonesa propone una estructura de silicio cuya conversión de luz solar en electricidad supera el 26%

JOANA OLIVEIRA

20 MAR 2017

La Célula Solar creada por Kunta Yoshikawa. K.Y.

Las células fotovoltaicas de silicio dominan el mercado de la energía solar, aunque tecnologías alternativas que utilizan materiales orgánicos —como un ingrediente del tofu y de los sales de baño— intentan desbancarlas desde hace décadas. Un estudio publicado este lunes en la revista Natura Energy arroja luz sobre uno de los principales problemas de la energía solar, la eficiencia (es decir, el desperdicio de gran cantidad de luz natural en los sistemas actuales), y sugiere que los paneles de silicio más eficaces pueden estar en camino. Kunta Yoshikawa, experto en el área, ha presentado la primera célula hecha con ese material que supera el 26% de eficiencia para convertir la luz solar en electricidad, lo que supone una mejora de la fotoconversión en un 2,7% respecto al récord anterior (25,6%).

Para lograr ese resultado, Yoshikawa y su equipo han desarrollado una estructura basada en la heterojunción -una estructura formada por dos capas- de silicio monocristalino con una capa superior de silicio amorfo, un diseño que aumenta simultáneamente la captación de luz solar y su conversión en energía eléctrica. Las propiedades esenciales del dispositivo tales como vida útil, resistencia en serie y propiedades ópticas deben ser mejoradas simultáneamente para reducir el desperdicio de luz. La implementación de esa tecnología puede llevar a una eficiencia energética del 29% en los próximos años, según escriben los autores del estudio.

El MIT también hizo pública en 2016 la creación de un panel solar capaz de generar 20 veces más energía que los dispositivos tradicionales. Esas células tienen un diseño más inteligente, según la descripción publicada en la revista Energy and Environmental Science: son verticales y se mueven de un lado a otro para seguir el movimiento del sol desde su aparición en el horizonte hasta el anochecer.

Julio Amador Guerra, director del máster en Energías Renovables y Medio Ambiente de la Universidad Politécnica de Madrid, explica que el aumento de la eficiencia de las células solares hace con que estas sean cada vez más competitivas con las fuentes de energía convencionales. “Los nuevos diseños permiten disponer de más potencia para la misma superficie ocupada por los módulos fotovoltaicos, es decir, es posible obtener más energía solar por superficie, lo que implica un descenso en el coste de esa tecnología. Un consumidor puede tener más potencia y energía sin pagar más por la estructura de soporte de los módulos o por la instalación eléctrica”, dice.

Guerra apuesta por seguir desarrollando energía fotovoltaica con “todos los materiales posibles” —silicio cristalino, fluidos mecánicos, células orgánicas e inorgánicas—, pero señala que la investigación y los avances tecnológicos deberían estar acompañados por avances políticos. “Hay que eliminar las trabas legales al consumo de esas energías”, sostiene. El Gobierno español aprobó, en 2015, el llamado impuesto al sol, que grava el autoconsumo de energía producida por los paneles solares. “Hay que establecer mecanismos que permitan que las energías renovables compitan en igualdad de condiciones con el resto de tecnologías energéticas convencionales, teniendo en cuenta todos los impactos ambientales”, defiende el experto.

Desde este departamento de Tecnología del IES Entresierras, queremos sumarnos al homenaje a uno de los mayores genios de todos los tiempos, Un "gigante" de "gigantes; Leonardo da Vinci (15 de abril de 1452, Anchiano, Vinci, Italia -2 de mayo de 1519, Castillo de Clos-Lucé, Amboise, Francia).

A hombros de gigantes. Ciencia y tecnología 

 Leonardo da Vinci; el Renacimiento del hombre.

El 15 de abril de 1452, nacía uno de los mayores genios de todos los tiempos, Un "gigante" de "gigantes; Leonardo da Vinci (15 de abril de 1452, Anchiano, Vinci, Italia -2 de mayo de 1519, Castillo de Clos-Lucé, Amboise, Francia).

Leonardo da Vinci fue un polímata (un erudito en múltiples áreas del conocimiento) florentino del Renacimiento italiano. Fue a la vez pintor, anatomista, arquitecto, artista, botánico, científico, escritor, escultor, filósofo, ingeniero, inventor, músico, poeta y urbanista.

Tras siglos de fanatismo, oscuridad, guerras, miseria, enfermedades y persecuciones de toda índole, Leonardo representa como nadie la vuelta del hombre a su esencia, al conocimiento.

Leonardo es especialmente recordado por su obra pictórica y artística, pero sus contribuciones a la Ciencia fueron, asimismo, notables.

El ideal de Leonardo de la «percepción cosmológica» se manifestaba en múltiples ramas: escribía sobre matemáticas, óptica, mecánica, geología, botánica; su búsqueda tendía hacia el encuentro de leyes funciones y armonías compatibles para todas estas disciplinas, para la naturaleza como unidad.

Leonardo da Vinci se inscribe en la corriente tecnicista del Renacimiento y, como tal, tuvo predecesores inmediatos o más lejanos. Entre éstos se puede citar a Konrad Kyeser, Taccola, Roberto Valturio, Filippo Brunelleschi, Jacomo Fontana o Leon Battista Alberti.

Su enorme curiosidad se manifestó tempranamente, dibujando animales mitológicos de su propia invención, inspirados en una profunda observación del entorno natural en el que creció.

A los catorce años ingresó como aprendiz en el taller de Andrea del Verrocchio donde aprendió pintura, escultura, técnicas y mecánicas de la creación artística.

El primer trabajo suyo del que se tiene certera noticia fue la construcción de la esfera de cobre proyectada por Brunelleschi para coronar la iglesia de Santa Maria dei Fiori. Junto al taller de Verrocchio, además, se encontraba el de Antonio Pollaiuollo, en donde Leonardo hizo sus primeros estudios de anatomía y, quizá, se inició también en el conocimiento del latín y el griego.

Los estudios de Leonardo en ciencias en ingeniería son tan impresionantes e innovadores como su obra artística, y fueron registrados en sus diarios y cuadernos de notas, que comprenden 13.000 páginas de texto y dibujos, asociando arte y filosofía natural (precedente de la ciencia moderna). Tales notas eran realizadas y puestas al día de manera cotidiana a lo largo de toda la vida y viajes de Leonardo. De manera constante se esfuerza por hacer observaciones del mundo que le rodea, consciente y orgulloso de ser, como él se definía, un «iletrado», autodidacta y lúcido observador de fenómenos naturales a menudo alejados de lo que se aprendía en la escuela.

Estos diarios están en su mayor parte redactados usando escritura especular, también llamada "en espejo", lo que pudo haberse debido más a razones prácticas, por ser este método de escritura más rápido, que a razones de cifrado, como se ha sugerido tantas veces. Dado que Leonardo escribía con la mano izquierda, le resultaba más cómodo hacerlo de derecha a izquierda.

Sus notas y dibujos, estando fechados los más antiguos en 1475, muestran una gran variedad de intereses y de preocupaciones, incluso simples listas de la compra o de dinero prestado. Hay composiciones de cuadros, estudios de detalles y de tapices, estudios sobre las expresiones faciales, animales, disecciones, bebés, estudios de botánica y geología, máquinas de guerra, máquinas voladoras y trabajos de arquitectura.

El método científico de Leonardo se basaba fundamentalmente en la observación, «la ciencia fue el capitán, la práctica fue el soldado». Sus investigaciones científicas no se refieren exclusivamente más que a lo que ha estado acompañado de la práctica. Leonardo intentó comprender los fenómenos describiéndolos e ilustrándolos con mucho detalle, no insistiendo demasiado en las explicaciones teóricas. Sus estudios sobre el vuelo de los pájaros o el movimiento del agua son sin duda muy destacables. Como le faltaba formación básica en latín y en matemáticas, los investigadores contemporáneos ignoraron al sabio Leonardo; sin embargo, su sorprendente autodidactismo lo llevó a aprender latín solo.

En la década de 1490, estudió matemáticas al lado de Luca Pacioli y realizó una serie de dibujos de sólidos regulares en una forma esquelética para que formaran parte del libro Divina Proportione (1509). Estaba fascinado por la idea de lo absoluto y lo universal. Sin embargo, su cultura matemática era fundamentalmente práctica, con las limitaciones propias de los abacistes de su tiempo, con algunos conocimientos de la geometría euclidiana, de perspectiva y de mecánica, en la línea de lo que sabían los teóricos de su tiempo. Sin embargo, Leonardo concibió un instrumento con un sistema articulado destinado a permitir una solución mecánica para el problema de Alhazen, una cuestión esencialmente técnica, que testimonia un conocimiento profundo de las propiedades de la cónica.

Su nivel de física fue bastante limitado, no fue nunca artillero y nunca formuló teoría alguna relativa a la balística. Sin embargo, como lo atestiguan algunos de sus esquemas, Leonardo pudo intuir, como se podía observar en un surtidor de agua, arguyendo que no existía parte rectilínea en la trayectoria de un proyectil de artillería, al contrario de lo que se creía en aquel tiempo. Pero no profundizó en una vía que Tartaglia y Benedetti desarrollaron y que culminó Galileo.

De igual manera, estudió los temas relacionados con la luz y la óptica; y en hidrología, la única ley que llegó a formular tuvo relación con los cursos de agua. En cuanto al ámbito de la química, cabe destacar la puesta a punto de un alambique y algunas investigaciones sobre alquimia que practicó en Roma. Si, en arquitectura, Alberti o Francesco di Giorgio se preocuparon por la solidez de las vigas, no lo hicieron desde formulaciones matemáticas como Leonardo, que se interesó por el problema de la flexión y consiguió definir «leyes» aún imperfectas, por ejemplo, en relación a la línea elástica en el caso de vigas de secciones diferentes. Así, eliminaba el módulo elástico y el momento de fuerza al que había aludido Jordanus Nemorarius.

Junto a Herón de Alejandría, se considera a Leonardo un precursor importante de un cierto número de máquinas modernas. Sin embargo, más allá del asombro que provoca la imaginación prospectiva del autor, se puede constatar rápidamente que el funcionamiento real de las máquinas no debió ser su principal preocupación. Al igual que el monje Eilmer de Malmesbury, que en el siglo XI olvidó poner una cola a su máquina voladora, los inventos de Leonardo chocan con numerosas dificultades: el helicóptero habría girado sobre sí mismo como una peonza, el buzo se habría asfixiado y el barco de palas nunca habría podido avanza.

Sus cuadernos presentan un gran número de «inventos» a la vez prácticos y realistas, destacando las bombas hidráulicas, mecanismos de manivela como la máquina para mecanizar tornillos, aletas para obuses de mortero, un cañón a vapor, el submarino, varios autómatas, el carro de combate, el automóvil, flotadores para «caminar sobre el agua», la concentración de energía solar, la calculadora, la escafandra con casco, el casco doble para barcos y los rodamientos de bolas. En cuanto a la bicicleta, su paternidad no está clara.

Un examen cuidadoso de los bocetos indica, sin embargo, que varias de estas tecnologías fueron o bien tomadas prestadas de predecesores inmediatos –la turbina hidráulica de Francesco di Giorgi Martini, la cadena de transmisión articulada de Taccola–, o bien la herencia de una tradición más antigua —el martillo hidráulico se conocía en el siglo XIII, los sifones y los acueductos ya eran visibles en la obra del romano Frontino, los autómatas recreativos ya habían sido descritos en la época helenística.

Pero Leonardo también fue innovador. Fue probablemente uno de los primeros ingenieros de su época que se interesó por el trabajo mecánico de los metales y en particular del oro, el más maleable.

Su originalidad se pone de manifiesto en la máquina voladora y en unas cuantas máquinas textiles, en las que tuvo la oportunidad de aplicar su sentido de la observación a la regularidad de los movimientos. El telar mecánico, la máquina de cardar y la de «afeitar las sábanas» lo convierten probablemente en el primero que trató de mecanizar una fabricación industrial. La máquina para pulir espejos, que supuso la resolución de un cierto número de problemas para obtener superficies regulares, planas o cóncavas, la concibió durante su estancia en Roma mientras estudiaba la producción de imágenes. Paradójicamente, Leonardo da Vinci se interesó poco por inventos de su época hoy considerados muy importantes, como la imprenta, si bien es autor de una de las más tempranas representaciones gráficas de una prensa de imprenta.

En 1502 Leonardo diseñó un puente de 240 metros para un proyecto de ingeniería civil del sultán otomano Beyazid II de Estambul. El puente debía servir para franquear el estuario conocido como Cuerno de Oro. Beyazid abandonó el proyecto porque consideró que la construcción sería imposible. La visión de Leonardo fue resucitada en 2001 cuando se construyó en Noruega un pequeño puente basado en su concepto. El 17 de mayo de 2006 el gobierno turco decidió construir el puente de Leonardo sobre el Cuerno de Oro.

Durante la mayor parte de su vida, Leonardo estuvo fascinado por el vuelo. Produjo numerosos estudios sobre el vuelo de los pájaros así como planos de varios aparatos voladores, como un helicóptero primitivo denominado «tornillo aéreo», un paracaídas y un ala delta de bambú. Pese a que la mayoría se considera irrealizable, el ala delta ha sido construido y, tras añadirle unos estabilizadores, ha volado con éxito. Es posible, sin embargo, que Leonardo estimase que los sistemas de vuelo similares a los de los murciélagos eran los que presentaban mayor potencial.
También inventó el túnel de viento aerodinámico para sus experimentos.

El museo del Clos Lucé de Amboise (Francia), el museo Il Castello del castillo de los condes de Guidi en Vinci (Italia) y el Museo de Ciencia y Técnica Leonardo da Vinci de Milán contienen numerosas maquetas, construidas en tamaño real basadas en las indicaciones de los bocetos y los cuadernos, así como explicaciones sobre el trabajo de Leonardo.

Leonardo también estudió arquitectura. Estuvo influenciado por la obra de Filippo Brunelleschi y proyectó sobre elevar el Baptisterio de San Juan de Florencia así como crear una torre-linterna para la catedral de Milán. Utiliza a menudo la forma octogonal para los edificios religiosos y el círculo para los militares. A raíz de la epidemia de peste que azotó Milán entre 1484 y 1485, diseñó una ciudad perfecta teórica con ejes de circulación optimizados y condiciones de vida de calidad, en una visión marcada no por las distinciones sociales sino por las funcionales, a imagen de los órganos del cuerpo humano. Trabajó también sobre los jardines.

Por desgracia, muchos de sus estudios sobre arquitectura se han perdido