Contenido Introducción e Historia ........................................................................................................................ 3 PARTE I: ............................................................................................................................................... 5 1.1-Nanotecnologia. ........................................................................................................................ 5 1.2-Nanotecnología en la informática y en la electrónica. ............................................................. 6 1.3-Nanotecnología e Informática .................................................................................................. 7 1.4-MEMORIAS MOLECULARES....................................................................................................... 8 1.5-COMPUTACION CUANTICA ....................................................................................................... 8 PARTE II: .............................................................................................................................................. 9 PARTE III ............................................................................................................................................ 10 APLICACIONES. .............................................................................................................................. 10 3.1-La nanotecnología y la prevención del SIDA ....................................................................... 10 3.2-Avances recientes en Nano medicina ................................................................................. 10 3.3-La primera membrana de almacenamiento de energía ..................................................... 12 3.4-Motor eléctrico más pequeño del mundo .......................................................................... 13 Propiedades conductoras en nanocables de la bacteria........................................................... 14 PARTE IV ............................................................................................................................................ 15 TIPOS DE NANOTECNOLOGIA........................................................................................................ 15 4.1-Nanotecnología húmeda..................................................................................................... 15 4.2-Nanotecnologia seca. .......................................................................................................... 16 PARTE V ............................................................................................................................................. 17 APLICACIONES RECIENTES. ............................................................................................................ 17 5.1-Los nano robots: ................................................................................................................. 17 5.3-Computadoras ubicuas: ...................................................................................................... 18 5.4-Exploración espacial: sondas autor reproductoras:............................................................ 18 5.5-Medicina: ............................................................................................................................ 19 5.7-Proteínas ............................................................................................................................. 19 APLICACIONES POTENCIALES: ....................................................................................................... 20 Potenciales aplicaciones médicas ............................................................................................. 20 Potenciales aplicaciones militares no compartidas. ................................................................. 21 Potenciales aplicaciones energéticas. ....................................................................................... 21 1
Potenciales aplicaciones espaciales. ......................................................................................... 21 Potenciales aplicaciones ambientales. ...................................................................................... 21 PARTE VI ............................................................................................................................................ 21 6.1-Avances actuales de la nanotecnología. ................................................................................. 21 Conclusiones: .................................................................................................................................... 24
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Introducción e Historia En el presente trabajo se presentara y definirá lo que es nanotecnología en su amplio aspecto a continuación de introducción se presentaran algunos puntos importantes y lo más importante su definición. La mejor definición de Nanotecnología que hemos encontrado es esta: La nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano escala. Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas, demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas Aunque las primeras bases teóricas sobre nanotecnología datan de finales de los años 50, no fue hasta 1980 cuando volvió a aparecer con fuerza de la mano de un ingeniero del MIT, Eric Drexler, quien publicó los primeros estudios en los que se mostraban las claves de esta ciencia. Hoy día, Drexler está considerado el padre de la nanotecnología y sus teorías comienzan a considerarse como la próxima revolución tecnológica, quizás la mayor de la historia de la humanidad. Esta revolución parte de una idea simple, pero cargada de una gran complejidad en su desarrollo real. Los productos manufacturados están compuestos de átomos. Las propiedades de esos productos dependen en cómo esos átomos se organizan. Así, si reorganizamos los átomos del carbón obtendremos diamante y si reorganizamos los átomos de la arena (y añadimos algunos elementos más) podemos obtener chips de silicio. La miniaturización no es suficiente, no crea perspectivas, y es claro que antes que después llegaremos al límite. Era necesaria la idea lanzada por el físico teórico Richard Feynman (Premio Nobel 1965) que dijo-en una conferencia a la que fue invitado por la Universidad Tecnológica de California, Caltech, una de las conferencias más famosas de la historia de la Física-,“Los principios de la física, como yo lo veo, no hablan sobre la imposibilidad de maniobrar cosas átomo por átomo. Esto no es un intento de violar alguna ley; es algo que en principio se puede hacer; pero en la práctica, no se ha hecho porque somos demasiado grandes. Los problemas de la química y la biología podrían evitarse si desarrollamos nuestra habilidad para ver lo que estamos haciendo, y para hacer cosas al nivel atómico". De lo que hablaba Feyman en el fondo era de las fronteras de la física, del mundo que existe a escala molecular, atómica y subatómica. Por primera vez, alguien pedía investigación para hacer cosas como escribir todos los 3
libros de la Biblioteca del Congreso en una pieza plástica del tamaño de una mota de polvo, miniaturizar las computadoras, construir maquinaria de tamaño molecular y herramientas de cirugía capaces de introducirse en el cuerpo del paciente y operar desde el interior de sus tejidos. Según explicaba Feynman entonces, se trataba de “un campo que tendrá un número enorme de aplicaciones técnicas”. Esta es la base de una ciencia que tiene un nombre cada vez más pronunciado: Nanotecnología, en griego, nanos significa "enano". Hoy esta palabra se refiere a la materia creada por el hombre que, por su tamaño, es invisible sin la ayuda de un microscopio. “La nanotecnología es, por ahora, nano ciencia, trata de estudiar y encontrar formas de manipular la materia en una escala que el ojo humano no puede captar, la escala del nanómetro (la milmillonésima parte de un metro). La nanotecnología tiene potencial para cambiarlo todo: las medicinas y la cirugía, la potencia de la informática, los suministros de energía, los alimentos, los vehículos, las técnicas de construcción de edificios y la manufactura de tejidos. Y ya empieza a interesar a gobiernos, inversores, empresas y científicos. Ya son muchos los logros de la nanotecnología: desde nuevos métodos para almacenar y manipular información (la optoelectrónica, las computadoras cuánticas y moleculares…), hasta máquinas minúsculas con átomos (como los motores de carbón fabricados en Alemania en 1992). Además, de los potentes microscopios de efecto túnel y fuerza atómica que permiten dibujar átomos, observar moléculas y átomos de manera individual, ayudar a fabricar nanotubos o nano cables… La nanotecnología comprende básicamente un conjunto de técnicas con aplicaciones potenciales en la mayoría de los sectores industriales que existen en la actualidad, y con el potencial de ayudar a crear nuevas industrias. Estas técnicas comparten el objetivo de hacer cosas cada vez más pequeñas. En relación con este aspecto se distinguen dos enfoques: la miniaturización de arriba a abajo de micro tecnologías y la fabricación controlada de abajo a arriba de materiales y dispositivos a partir de átomos y moléculas individuales. Podría aplicarse a las memorias magnéticas, aunque se necesitan lectores magnéticos en el nanómetro. Algunos laboratorios han hecho patentes en este campo y están en la vanguardia de esta investigación con el desarrollo de nano contactos magnéticos balísticos que presentan una gran magneto resistencia a temperatura ambiente.
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PARTE I: 1.1-Nanotecnologia. Definición y concepto. La palabra "nanotecnología" es usada extensivamente para definir las ciencias y técnicas que se aplican a un nivel de nano escala, esto es unas medidas extremadamente pequeñas "nanos" que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. En síntesis nos llevaría a la posibilidad de fabricar materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas. El desarrollo de esta disciplina se produce a partir de las propuestas de Richard Feynman. Nos interesa, más que su concepto, lo que representa potencialmente dentro del conjunto de investigaciones y aplicaciones actuales cuyo propósito es crear nuevas estructuras y productos que tendrían un gran impacto en la industria, la medicina (nano medicina), etc… Esta nuevas estructuras con precisión atómica, tales como nanotubos de carbón, o pequeños instrumentos para el interior del cuerpo humano pueden introducirnos en una nueva era, tal como señala Charles Vest (ex-presidente del MIT). Los avances nanotecnológicos protagonizarían de esta forma la sociedad del conocimiento con multitud de desarrollos con una gran repercusión en su instrumentación empresarial y social. La nano ciencia está unida en gran medida desde la década de los 80 con Drexler y sus aportaciones a la “nanotecnología molecular", esto es, la construcción de nano máquinas hechas de átomos y que son capaces de construir ellas mismas otros componentes moleculares. Desde entonces Eric Drexler, se le considera uno de los mayores visionarios sobre este tema. Ya en 1986, en su libro "Engines of creation" introdujo las promesas y peligros de la manipulación molecular. Actualmente preside el Foresight Institute. El padre de la "nano ciencia", es considerado Richard Feynman, premio Nobel de Física, quién en 1959 propuso fabricar productos en base a un reordenamiento de átomos y moléculas. En 1959, el gran físico escribió un artículo que analizaba cómo los ordenadores trabajando con átomos individuales podrían consumir poquísima energía y conseguir velocidades asombrosas. 5
1.2-Nanotecnología en la informática y en la electrónica. Una de las ideas de los investigadores de la nano electrónica es la posibilidad de reducir aún más el tamaño de ciertos dispositivos como las memorias de semiconductor que actualmente se utilizan en los ordenadores, por memorias moleculares. Los circuitos integrados tradicionales consisten en una serie de interruptores eléctricos y cables tan pequeños y económicos como sea posible, idénticos y reproducibles en serie. Será entonces muy difícil -si no imposible- para la fabricación tradicional de semiconductores, producir circuitos con la exactitud necesaria a niveles subatómicos. En la búsqueda de soluciones a estos problemas, los investigadores intentan cambiar algunos conceptos básicos acerca de los dispositivos y sus interconexiones. La electrónica molecular utilizada para construir circuitos integrados a partir de átomos o moléculas idénticas, ha cobrado nuevamente importancia debido a las herramientas que actualmente posee la química; una nueva generación de investigadores está trabajando en el diseño de estructuras moleculares análogas a los circuitos electrónicos como sumadores digitales y compuertas lógicas. En lugar de ver un ordenador como un sistema de interruptores interconectados mediante cables, en circuitos a nano escalas, debemos ver un computador como un conjunto de cables de interconexión que tienen interruptores que cuelgan de ellos IBM logra un circuito informático con componentes 260.000 veces más pequeños que los actuales. Este dispositivo experimental se diseñó con una técnica que aprovecha la caída en cascada de moléculas individuales sobre una superficie de cobre El secreto de este avance estriba en la aplicación de una nueva tecnología llamada «cascada de moléculas», un nombre muy apropiado porque se fundamenta en el movimiento en caída de moléculas individuales sobre una superficie atómica como si fuera una cadena de fichas de dominó. El circuito resultante de esta jugada de billar a escala molecular es tan diminuto que cabrían 190.000 millones en la parte superior de una goma de borrar de un lápiz normal. Lo más sorprendente es que este diminuto circuito, descrito en la prestigiosa revista Science, tiene todos los componentes necesarios para conseguir una computación real.
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1.3-Nanotecnología e Informática Nuevos avances en nanotecnología pone a tiro a las supercomputadoras del mañana. Dentro de unos años, las computadoras serán bastante diferentes de las actuales. Los avances en el campo de la nanotecnología harán que las computadoras dejen de utilizar el silicio como sistema para integrar los transistores que la componen y empiecen a manejarse con lo que se llama mecánica cuántica, lo que hará que utilicen transistores a escala atómica. Las computadoras convencionales trabajan simbolizando datos como series de unos y ceros –dígitos binarios conocidos como bits. El código binario resultante es conducido a través de transistores, switches que pueden encenderse o prenderse para simbolizar un uno o un cero. Las computadoras cuánticas, sin embargo, utilizan un fenómeno físico conocido como “superposición”, donde objetos de tamaño infinitesimal como electrones o átomos pueden existir en dos o más lugares al mismo tiempo, o girar en direcciones opuestas al mismo tiempo. Esto significa que las computadoras creadas con procesadores superpuestos puedan utilizar bits cuánticos –llamados qubits- que pueden existir en los estados de encendido y apagado simultáneamente. De esta manera, estas computadoras cuánticas pueden calcular cada combinación de encendido y apagado al mismo tiempo, lo que las haría muchísimo más veloces que los actuales procesadores de datos a la hora de resolver ciertos problemas complejos de cálculos matemáticos. La investigación de la computación cuántica está ganando terreno rápidamente en laboratorios de investigación militares, de inteligencia y universidades alrededor del planeta. Entre otros, están involucrados gigantes como AT&T, IBM, Hewlett-Packard, Lucent and Microsoft. En electrónica, miniaturización es sinónimo de éxito. Reducir el tamaño de los circuitos integrados implica una respuesta más rápida y un menor consumo de energía. Y en esta escalada hacia lo extremadamente pequeño, la nanotecnología se convierte en un aliado imprescindible.
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1.4-MEMORIAS MOLECULARES Esta nueva tecnología de memoria molecular está llamada a sustituir a las actuales memorias Flash NAND, que en el presente se limitan a 45 nanómetros y para el año 2012 pretenden llegar a su máximo teórico en 20 nanómetros. Con el grafeno, se puede rebajar el tamaño hasta los 10 nanómetros tranquilamente. Eso significa que un bit ocupa mucho menos espacio con la nueva tecnología. Además, al contrario que lo que ocurre con las memorias flash NAND, que son controladas por tres terminales o cables, las memorias de grafeno requieren dos terminales, haciéndolas así más viables para arrays tridimensionales, por ejemplo. Así se multiplicaría la capacidad de los chips en cada capa. Pero tal y como sucede con la memoria flash, los chips fabricados con grafeno prácticamente no consumirán energía mientras los datos permanezcan intactos. Tour también ha declarado que este material genera muy poco calor, lo que es otra ventaja significativa. El grafeno también se distingue de futuros medios de almacenamiento por su ratio “on-off”, esto es, por la cantidad de electricidad que un circuito mantiene cuando está encendido en comparación a cuando está apagado. “La diferencia es enorme,
de un millón a uno. Las memorias de cambio de fase, la otra tecnología que están considerando en la industria, presentan un ratio de 10 a uno. Lo que significa que el estado de apagado mantiene una décima parte de la cantidad de electricidad que se utiliza en el modo encendido”, afirma Tour. En lo que respecta a velocidad, Tour afirma que sólo han probado la memoria de grafeno en tiempos de 100 nanosegundos, “y estamos seguros de que podrá ser aún más rápida”.
1.5-COMPUTACION CUANTICA Se refiere a los fenómenos que tendrá que enfrentar la tecnología de las computadoras cuando el tamaño de sus componentes (transistores, circuitos, etc.) rebase un límite inferior determinado, para el que las leyes de la física son fundamentalmente diferentes a las que se aplican en el mundo macroscópico. Se aplica aquí un principio denominado Principio de Incertidumbre de
Heisenberg.
Este principio simplemente establece que hay un límite en la precisión de cualquier observación que hagamos del mundo atómico o subatómico. En este sentido, podemos conocer con bastante precisión la posición actual de una partícula subatómica, pero a costa de perder precisión en el conocimiento de otras variables (por ejemplo su velocidad), ya que nuestra observación de su posición afecta de manera no controlable el equilibrio atómico (incluso una observación demasiado precisa podría destruirlo). En forma inversa, podemos establecer con gran aproximación la velocidad de, por 8
ejemplo, un electrón (el electrón es la partícula que transporta la electricidad), pero renunciando a conocer con precisión su posición actual o futura. En este sentido, las trayectorias objetivas a las que estamos acostumbrados en nuestra vida diaria, pierden validez en el mundo del átomo.
PARTE II: 2.1-Informática a nano escala Hasta ahora nos habíamos habituado a que la Ley de Moore, que afirma que la capacidad de nuestros ordenadores se dobla cada 18 meses, se cumpliera a rajatabla. Pero la realidad muestra que, utilizando la tecnología convencional, que utiliza los transistores como pieza básica, este desarrollo alcanzará pronto sus límites. La alternativa para que el progreso no se detenga es crear los dispositivos de almacenamiento a escala molecular, nuevos métodos de cálculo, interruptores moleculares y cables de tubos de carbono estirados. En definitiva, lo que se conoce como ordenadores cuánticos. Otras empresas como IBM o Intel le siguen de cerca. En concreto, en el marco de la First Internacional Nanotechnology Conference celebrada el pasado mes de junio, Intel desvelaba por primera vez públicamente sus planes para el desarrollo de chips de tamaño inferior a 10 nanómetros, combinando el silicio con otras tecnologías que están aún en sus primeras fases de investigación. Tan importante como la velocidad de procesamiento es la capacidad de almacenamiento. Eso lo sabe bien Nantero, una empresa de nanotecnología que trabaja en el desarrollo de la NRAM. Se trata de un chip de memoria de acceso aleatorio no volátil y basada en nanotubos. Sus creadores aseguran que podría reemplazar a las actuales memorias SRAM, DRAM y flash, convirtiéndose en la memoria universal para teléfonos móviles, reproductores MP3, cámaras digitales y PDAs.
2.2-Computadoras casi invisibles La nanotecnología será un salto importante en la reducción de los componentes, y ya hay avances, pero muchos de estos adelantos se consideran secretos de las empresas que los están desarrollando. El tamaño de las computadoras del futuro también podría sorprender, ya que podría ser la quincuagésima parte (cincuenta veces menor) de una computadora actual de semiconductores que contuviera similar número de elementos lógicos. La reducción del tamaño desemboca en dispositivos más veloces; las computadoras 9
podrán operar a velocidades mil veces mayores que las actuales. Algunos estudios pronostican que la técnica híbrida, que conjuga microcircuitos semiconductores y moléculas biológicas, pasará bastante pronto del dominio de la fantasía científica a las aplicaciones comerciales. Las pantallas de cristal líquido ofrecen un espléndido ejemplo del sistema híbrido que ha triunfado. Casi todas las computadoras portátiles utilizan pantallas de cristal líquido, que combinan dispositivos semiconductores con moléculas orgánicas para controlar la intensidad de la imagen en la pantalla. Son varias las moléculas biológicas que se podrían utilizar con vistas a su utilización en componentes informáticos.
PARTE III APLICACIONES.
3.1-La nanotecnología y la prevención del SIDA La India y Australia se han unido en una investigación colaborativa sobre el uso de la nanotecnología en las energías renovables y la planificación familiar. Según el Dr. S Bandyopadhyay, profesor asociado y especialista en nanotecnología de la Facultad de Ciencias de los Materiales y Tecnología de la Universidad de New South Wales (UNSW), Australia, la investigación colaborativa ha comenzado dentro del programa Australia IndiaScience Research Funding (AISRF), en el que ambos gobiernos invertirán 50 millones de dólares australianos en cinco años (un millón anual de dólares australianos). La investigación colaborativa entre los dos países ha comenzado por aumentar la estabilidad térmica y la conductividad de los nanotubos de carbono (CNT) utilizando diferentes polímeros. Las nano partículas también tienen un gran potencial en los métodos de planificación familiar, incluyendo la prevención de enfermedades de transmisión sexual como el VIH / SIDA.
3.2-Avances recientes en Nano medicina Estos son algunos de los avances en nano medicina más importantes de los últimos meses.
Detección temprana del cáncer de pulmón: hasta ahora, era prácticamente imposible detectar el cáncer de pulmón en sus primeras etapas. La prueba de detección del cáncer de pulmón, diseñada por el patólogo Michael Wang y el 10
ingeniero biomédico Li-Qun Gu de la Universidad de Missouri, se basa en un diseño simple pero eficaz. El principio tras la prueba es que cuando el cáncer empieza a formarse en los pulmones, distorsiona la secuencia de una molécula llamada microARN. Si los científicos pueden encontrar las irregularidades en la microARN, pueden descubrir si el paciente tiene cáncer. La prueba es tan fácil de realizar que los pacientes pueden ser diagnosticados y empezar el tratamiento en la primera visita.
Prueba de la gripe con nano partículas de oro: la mayoría de las pruebas de la gripe hoy en día requieren mucho tiempo o son increíblemente inexactas. La técnica más precisa, denominada PCR, consiste en tomar una muestra y almacenarla durante unos días, a continuación se replica su ARN y, luego, dos semanas más tarde, llegan los resultados. Para entonces podría ser demasiado tarde para detener una epidemia. En cambio, con la prueba de nano partículas de oro, los resultados se pueden obtener de forma inmediata y es posible tratar al paciente inmediatamente, evitando el contagio a más personas. Creada por un equipo de la Universidad de Georgia dirigido por Ralph A. Tripp, la prueba aprovecha la capacidad de las nano partículas de oro para dispersar la luz de formas radicalmente diferentes, dependiendo de su geometría. Todo el médico tiene que hacer es tomar una muestra del líquido y mezclarla con una disolución de nano partículas de oro. Si el virus está presente, la disolución dispersará la luz con un patrón mensurable. La prueba no solo es rápida, sino también barata. El oro se utiliza en una cantidad tan pequeña que cuesta una centésima de centavo realizar la prueba.
Cazadoras del cáncer de Sandia: en todo el mundo las personas padecen de tumores. A veces se pueden extirpar quirúrgicamente, pero muchas veces las células afectadas se encuentran en un área inaccesible. La quimioterapia es otra opción, pero la radiación no es muy selectiva con lo que mata. La protocélula, diseñada por Jeff Brinker y su equipo del Laboratorio Nacional de Sandía, en Nuevo México, es un artilugio para transportar nano partículas llenas de toxinas y silenciadores del ARN a una célula cancerosa. Es una cápsula de dióxido de silicio poroso (piensen en: cuarzo) encerrado en una doble capa de lípidos. Cuando se aproxima a la célula cancerosa, las proteínas de la protocélula se adhieren a los receptores del tumor, permitiendo que la célula la engulla. Las protocélulas se dirigen hacia las células cancerosas; tienen al menos un 99% de afinidad para enlazarse al sobre crecimiento de los receptores que tiene lugar en la membrana celular de los tumores. Son altamente especializadas y económicas, ya que sólo una protocélula es necesaria silenciar un tumor. 11
Respuesta celular: para poner un nuevo medicamento en el mercado, las compañías farmacéuticas suelen pasar por un proceso de unos doce años y más de 300 millones de dólares. Pasan por varias etapas de prueba, desde cultivos celulares a experimentos con animales y, finalmente, ensayos en humanos. Sin embargo, hay un paso crucial que no han sido capaces de realizar: probar la respuesta de la célula al fármaco desde el interior. La profesora Karen Martínez, con su equipo de la Universidad de Copenhague, ha hecho un gran avance en biosensores. Insertaron nano cables semiconductores en una celda sin interferir en sus procesos internos o matarla. Colocaron células de hígado humano y neuronas de ratas sobre una cama de nano cables de arseniuro de indio y éstas fueron capaces de funcionar y vivir durante varios días. Los investigadores midieron entonces los procesos dentro de la célula en tiempo real, incluyendo la respuesta interna a los estímulos y el potencial de la membrana de la célula. También pudieron transportar fármacos por el cable hacia el interior de la célula y comprobar la reacción desde el interior.
Reparación de la médula espinal: cuando se produce una lesión en la columna vertebral, se puede formar un quiste, que bloquee la regeneración del tejido nervioso. Muchos consideran las células madre como la solución a la rehabilitación de la columna vertebral, pero dos investigadores de Milán han utilizado otro enfoque. Fabrizio Gelain y Angelo Vescovi construyeron nanotubos llenos de péptidos auto ensamblables que actúan como soporte para la zona dañada e imitan la estructura de la columna vertebral. Los expertos evaluaron el procedimiento en ratas e insertaron los nanotubos en su columna dañada, donde se estaban formando los quistes. Después de seis meses, observaron que los quistes habían sido reemplazados por células recién formadas que incluían neuronas, vasos sanguíneos y células óseas. También había neuronas en el interior de los nanotubos en donde se encontraban originalmente los péptidos. Una vez recuperada la zona, los tubos se biodegradan y son ingeridos por microorganismos.
3.3-La primera membrana de almacenamiento de energía Investigadores desarrollan la primera membrana de almacenamiento de energía del mundo. Un equipo de la Iniciativa de Nano ciencia y Nanotecnología de la Universidad Nacional de Singapur (NUSNNI), dirigida como investigador principal por el Dr. Xie Xian Ning, ha desarrollado la primera membrana de almacenamiento de energía del mundo. 12
El almacenamiento de energía eléctrica y su gestión se está convirtiendo en un problema urgente debido al cambio climático y a la escasez de energía. Las tecnologías existentes, tales como las baterías recargables y los supercondensadores, se basan en complicadas configuraciones que incluyen electrolitos líquidos y plantean algunas dificultades de ampliación y de elevados costes de fabricación. Xie y su equipo han desarrollado una membrana que no solo ofrece una mayor rentabilidad en la entrega de energía, sino también una solución más amigable con el medio ambiente. Los investigadores utilizaron un polímero de poli estireno para depositar la membrana blanda y plegable que, situada entre dos placas de metal que le imprimen una carga eléctrica, podría almacenar una carga de 0,2 faradios por centímetro cuadrado. Esta cantidad está muy por encima del habitual límite superior de 1 microfaradio por centímetro cuadrado de un condensador estándar. El coste de almacenamiento de energía también se reduce drásticamente. Con las tecnologías actuales basadas en electrolitos líquidos, cuesta alrededor de 7 dólares almacenar cada faradio. Con la membrana de almacenamiento de energía avanzada, el coste de almacenamiento de cada faradio se reduce a la impresionante cantidad de 0,62 dólares. Esto se traduce en un coste energético de 10-20 vatios-hora por dólar en el caso de la membrana, en comparación con tan sólo 2,5 vatios-hora por dólar en las baterías de iones de litio.
3.4-Motor eléctrico más pequeño del mundo Nuevo motor eléctrico creado a partir de una sola molécula. Los investigadores han creado el motor eléctrico más pequeño hasta la fecha. El motor, creado a partir de una sola molécula con un diámetro de tan sólo una mil millonésima parte de un metro, ha sido presentado en la revista Nature Nanotechnology. El minúsculo motor podría tener aplicaciones tanto en la nanotecnología como en la medicina, donde se puede dar un uso eficiente a pequeñas cantidades de trabajo. Los rotores diminutos basados en moléculas individuales ya se han mostrado antes, pero esta es la primera que se pueden impulsar por medio de una corriente eléctrica. La molécula de sulfuro de metilo butilo se colocó sobre una superficie de cobre limpia, en donde el átomo de azufre actuó como pivote. Se utilizó la punta de un microscopio electrónico de barrido --una pequeña pirámide con un punto de 13
apenas un átomo o dos de diámetro-- para canalizar la carga eléctrica hacia el motor, así como para tomar imágenes de la molécula a medida que gira. Gira en ambas direcciones, a una velocidad de hasta 120 revoluciones por segundo. Sin embargo, promediado en el tiempo, hay una rotación neta en una dirección. Modificando ligeramente la molécula, se podría utilizar para generar radiación de microondas o para incorporarla en lo que se conoce como sistemas nano electromecánicos, señaló el Dr. Charles Sykes, un químico de la Universidad de Tufts, en Massachusetts, EE.UU.. Además de formar parte de las máquinas más pequeñas que el mundo haya visto, unos dispositivos mecánicos diminutos como estos podrían ser útiles en la medicina; por ejemplo, en la administración controlada de fármacos a localizaciones precisas. Por el momento, el Dr. Sykes y su equipo están en contacto con el Libro Guinness de los Récords para que certifiquen que su motor es el más pequeño hasta ahora.
Propiedades conductoras en nanocables de la bacteria Un equipo de investigación descubre nuevas propiedades conductoras en los nanocables producidos con bacterias. Según un equipo de físicos y microbiólogos de la Universidad de Massachusetts Amherst, el descubrimiento de una propiedad fundamental, hasta ahora desconocida, de los nanocables microbianos de la bacteria Geobacter sulfurreducens que permite el transporte de electrones a través de largas distancias podría revolucionar la nanotecnología y la bioelectrónica. Sus hallazgos, publicados en la edición en línea del 7 de agosto de la revista Nature Nanotechnology (Tunable metallic-like conductivity in microbial nanowire networks"), podrían conducir algún día a nanomateriales inocuos y más baratos para los biosensores y los dispositivos electrónicos de estado sólido que se interconectan con los sistemas biológicos. El microbiólogo principal, Derek Lovley, junto con los físicos Marcos Tuominen y Nikhil Malvankar y sus colegas, afirman que las redes de filamentos bacterianos conocidos como nanocables microbianos por conducir electrones a lo largo de su longitud, pueden mover cargas con tanta eficiencia como las nanoestructuras metálicas orgánicas sintéticas, y lo hacen a través de distancias notables, de miles de veces la longitud de la bacteria. Las redes de nanocables microbianos que discurren a través de las biopelículas, 14
agregados cohesivos de miles de millones de células, dan a este material biológico una conductividad comparable a la encontrada en polímeros conductores sintéticos, que se utilizan comúnmente en la industria electrónica. Otra de las ventajas que ofrece Geobacter es su capacidad para producir materiales naturales que son más respetuosos con el medio ambiente y un poco más baratos que los fabricados por el hombre. La producción de buen número de los materiales fabricados hoy en día con nanotecnología es cara o requiere elementos raros, señala Tuominen. Geobacter es una verdadera alternativa natural.
PARTE IV TIPOS DE NANOTECNOLOGIA.
4.1-Nanotecnología húmeda El ejemplo más grandioso de esta potencia se presenta en cada cosa viviente para que se dé esta se requiere un entorno de agua y por esto se le suele llamar "el lado húmedo de la nanotecnología". Las formas de vida que conocemos están hechas de células rellenas con agua, pequeñas bolsas de vida que típicamente tienen tamaños de varios micrones, como en el caso de los glóbulos blancos de la sangre humana. Cada una de estas "bolsas" está repleta de miles de pequeñas máquinas que se mueven por el mundo líquido de la célula, ocupándose de la industria de la vida enzimas, hormonas, RNA y ADN-. Esas pequeñas máquinas son moléculas. Tienen un rango de tamaño de entre uno y varias decenas de nanómetros. ¡Son nano máquinas! Están formadas por entre miles y decenas de miles de átomos. Y cada uno de esos miles de átomos tiene una ubicación exacta, definida con precisión por un diseño de ingeniería, de modo que el conjunto de esa nano maquinaria pueda funcionar correctamente. El ejemplo más impresionante son las enzimas. Cada una de ellas es una fábrica química completa, reducida a una escala de nanómetros. Estas enzimas han evolucionado durante miles de millones de años para lograr una fabricación cada vez más perfecta de sus productos químicos. En la mayoría de los casos han alcanzado los límites de la perfección. Estas nano máquinas moleculares son quienes hacen que la vida funcione, no sólo para ellas mismas, sino en cada 15
planta, pájaro o entidad que se arrastra o ha arrastrado sobre la superficie de nuestro planeta. La nanotecnología húmeda es increíblemente poderosa. De hecho, cuanto más se sabe sobre ella más se comprende lo mucho que queda por saber. Pensemos en la hermosura de una joven, o de una flor, o qué increíble es que un ojo humano pueda ver o que un cerebro pueda pensar. Y entonces uno piensa: este lado húmedo de la nanotecnología (que la mayoría de la gente llama biotecnología) puede hacer todo. Pero a pesar de este increíble poder, hay varias cosas que no se pueden hacer y que nunca se podrán hacer en el lado húmedo. Una de las más importantes es conducir electricidad como un hilo metálico, como una conexión dentro de una computadora o incluso en un semiconductor. Nunca se logrará con esta biotecnología.
4.2-Nanotecnologia seca. La mayor parte de la revolución industrial que impulsa la sociedad moderna no es un tributo de la biotecnología, es producto del desarrollo de máquinas de vapor, motores a nafta y todo tipo de artefactos eléctricos, como radios, televisores, teléfonos y computadoras, todos ellos producidos por la tecnología del otro lado, el lado "seco", un área que parecería apuntar a ser la de mayor desarrollo potencial. De hecho, Imagínenoslos lo que podría llegar a ser nuestro mundo si se pudiesen fabricar en el lado seco, sin agua ni células vivas, objetos con el grado de perfección atómica que la vida logra rutinariamente en el lado húmedo. Imagínense por un momento el poder que tendría el lado seco de la nanotecnología. La lista de cosas que se podrían lograr con una tecnología así parece algo así como la lista de deseos de navidad de nuestra civilización. Veamos algunas: Una nano máquina de escribir En 1989, unos físicos del Centro de Investigación de Almaden de la empresa IBM, ubicado en San José, California, sorprendieron al mundo científico al usar un microscopio de sonda vibrátil para mover unas serie de átomos de xenón sobre una superficie de níquel, escribiendo una versión microscópica del logo de IBM. Aunque el experimento demostró que se podían construir cosas a nanoescala, no dejaba de ser una experiencia exótica y única, que requería un microscopio fabricado a propósito, una habitación especial a prueba de vibraciones y un ambiente de temperaturas alrededor de los -270 grados centígrados, sólo unos grados por encima del cero absoluto. Pero sólo diez años después se ha creado el AFM, sigla de Atomic Force 16
Microscope. Este instrumento está cambiando la manera en que los científicos interactúan con la materia en pequeña escala. Dentro de la cámara del AFM, de un modo invisible al ojo normal, los extremos de unas delgadísimas agujas se introducen en un substrato de moléculas orgánicas, luego estas agujas, afiladas hasta tener sólo unos átomos de ancho en la punta, escriben palabras de sólo una decena de nanómetros de ancho. El proceso funciona basándose en que las moléculas orgánicas, tal como la tinta en una lapicera fuente, fluyen desde el extremo de la aguja a la superficie de escritura, hecha de oro. Incluso tienen la posibilidad de usar distinto tipos de "tintas" y de cambiarlas en un momento. Para tener una idea de la escala de la escritura resultante digamos que, con la ampliación óptica que se necesita para leer esas letras, una línea escrita por un bolígrafo se vería de más de un kilómetro de ancho. Para dar un poco de espectáculo, que para los yanquis nunca viene mal, usaron un AFM provisto con un conjunto de ocho agujas para escribir en menos de 10 minutos una página completa de un famoso texto que el físico Richard Feynman concibió en 1960, en un impresionante y certero acto de predicción, sobre las posibilidades de la nanotecnología. Y todo eso a temperatura ambiente. Ésa fue sólo una prueba. El sistema no está pensado para escribir, por lo menos no en el sentido convencional que le damos a la palabra. Este sistema de litografía puede convertirse en una rápida solución para manufacturar nano componentes, desde microelectrónica a chips ADN (usados en genética) más rápidos.
PARTE V APLICACIONES RECIENTES.
5.1-Los nano robots:
Los nano robots ya han sido explotados en la CF y las aplicaciones propuestas pasan por ítems difíciles de imaginar unas décadas atrás: Mantenimiento del cuerpo por dentro, reparación y recableado de tejido cerebral a control remoto, reparaciones corporales (arterias, cristalino, oído, órganos internos, tumores) sin necesidad de operación. La tecnología aún está lejos de producirlos, pero, como en el campo de la Inteligencia Artificial, es una cuestión tan complicada y tan difícil que se avanza en diversos frentes. Una de la áreas sería las herramientas para crear los nano robots. También se requiere control, y aquí entra un mundo diferente al de los sensores manoscopios, las matrices de tamaños de nanómetros y las moléculas gigantes: la computación a nivel de la nanotecnología. Hace años que se diseñan compuertas lógicas mecánicas compuestas de unos pocos átomos y parecería que sólo se 17
esperan las herramientas necesarias para construirlas. El panorama no es tan simple, pero existen innumerables laboratorios trabajando en la "inteligencia" nanométrica.
5.3-Computadoras ubicuas:
La miniaturización a nivel nanométrico apunta a la inserción de potentes computadoras en relojes de pulsera y teléfonos celulares que posean algo que hoy no tienen: un disco rígido. Se supone que la tecnología del "Miriápodo" proveerá de discos rígidos de una capacidad en el orden de los gigabytes y de un tamaño de un centímetro cuadrado. Una de las cosas más importantes es que este nano drive de tecnología AFM requerirá mucho menos energía para su operación que los de tecnología magnética, un factor extremadamente crítico en los productos portátiles.
5.4-Exploración espacial: sondas autor reproductoras:
Si bien los logros en el rubro de la autoconstrucción son mínimos, algunos laboratorios han demostrado, por ejemplo, que cubriendo la superficie de una placa de base (hoy se usa oro) con una pegajosa capa de material orgánico se logra, bajo las condiciones apropiadas, lograr que miles de estas placas se acomoden por sí solas para formar estructuras tridimensionales. Esto parece caótico, sin embargo, en la Universidad de Harvard han logrado crear un circuito electrónico relativamente funcional usando una técnica similar. En la Universidad de Texas en Austin, un científico ha buscado, entre millones de proteínas, aquellas capaces de reconocer y unir diferentes tipos de materiales inorgánicos. Se ha fundado ya una compañía, Semzyme, que busca crear una "biblioteca" de bloques de construcción mediados por proteínas. En la Universidad de California, en la Universidad Yale de Los Ángeles, en la Universidad Rice y en Hewlett-Packard se avanza en el desarrollo de computadoras moleculares auto-construidas. Existe un proyecto de la NASA relativo a las sondas basadas en sistemas autor reproductores. Es un plan que se lanzó hace más de veinte años para lograr que, en lugar de enviar la totalidad del equipamiento necesario para una exploración desde la Tierra, lo cual significa muchas toneladas puestas en el espacio, se envíen solamente ciertos robots capaces de construir el resto del equipamiento a partir de la materia prima extraída del lugar de aterrizaje. La NASA no pensó concretamente en nanotecnología, pero los científicos de este área creen que será la única tecnología capaz de superar los problemas que presenta el proyecto, especialmente el de conseguir, reconocer y extraer los materiales necesarios para
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la construcción. Es un tema tan interesante que dejo su desarrollo para un próximo Tecno Núcleo.
5.5-Medicina:
En la industria de medicamentos se busca lograr, por medio de nanotecnología, lo que logra en cada instante nuestro cuerpo y el de millones de seres vivos sobre el mundo, pero en condiciones controladas de laboratorio: la construcción átomo a átomo de moléculas complejas que hacen a las funciones primordiales de la vida (como la insulina, por dar un ejemplo). El logro de este objetivo sería un inmenso avance para la medicina, pues simplificaría los procesos necesarios para obtener las complejas drogas que componen hoy los medicamentos y pondría al alcance de la ciencia una enormidad de proyectos hoy imposibles. Aprovechamiento máximo de la energía solar: En Texas, estado de EEUU donde tienen el problema de que consumen gran cantidad de energía, proponen construir por medio de nanotecnología ciertos artefactos (que no se describen) capaces de atrapar cada fotón que les llega y así lograr un aprovechamiento muy eficiente de la energía solar. Estos colectores solares serían capaces de atrapar los fotones en unas nano estructuras de escala menor que la longitud de onda de la luz solar, que es de entre 400 y 1000 nanómetros. El sistema de almacenaje funcionará como un capacitor (que almacena electrones), pero retendrá en su interior a los fotones.
5.7-Proteínas
Drexler trabaja con su amigo Ralph Merkle, que mantiene una página sobre nanotecnología en la Red. Los dos se han propuesto la construcción de un minúsculo brazo mecánico, con millones de átomos pero aun así más pequeño que una partícula de polvo auto replicante, y con la capacidad de intervenir en la formación de moléculas. En una reciente entrevista le preguntaron a Drexler cuándo iba a convertirse en una realidad la nanotecnología, y él a su vez le preguntó a Merkle, que estaba por allí. La respuesta fue bastante concreta: el 12 de junio del 2015, a las 15 horas GMT. Está bien, quizás la fecha sea demasiado exacta para un campo que apenas comienza a desarrollarse. Pero Drexler asegura que ya empezó a trabajar, y que el primer paso se da alrededor de las proteínas. Así entra en boga, en diversos laboratorios del mundo, una "ingeniería de proteínas", cuya meta final es encontrar la clave de la nanotecnología. Uno de los problemas para avanzar en este campo, dice, es que los bioquímicos siguen actuando como científicos y no como ingenieros. Investigan la forma en
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que las proteínas se comportan, pero no las fórmulas para que ese comportamiento sea predecible o manipulable. En cualquier caso ya comenzaron a producirse algunas nano máquinas basadas en proteínas. "Cada día las conocemos más", se argumenta en el texto de "Los motores de la creación". También se afirma que una representación del uso de estos materiales con fines tecnológicos, lo aporta su capacidad para formar enzimas. "Las enzimas son máquinas capaces de construir o de deshacer moléculas", argumenta Drexler. Otra área interesante es la de las hormonas, agrega. "Las nano máquinas obedecen a las leyes de la naturaleza", admite. Pero el lenguaje en el cual se ve el futuro de este campo está lleno de conceptos sugerentes: circuitos moleculares, computadoras protéicas equipadas con memoria etc. Y ese sería el primer paso, pues las proteínas son frágiles ya que "incluso se las puede cocinar", dice Drexler. Sky Coyote es más determinante: "las máquinas bioquímicas son tontas... además las afectan el calor, la luz, la oscuridad, el pH, el agua, entre muchos otros materiales y factores... el hecho de que hayan tardado dos mil millones de años en evolucionar no significa que sean mejores, simplemente supieron sobrevivir". Pero Drexler no se desanima. "Utilizaremos maquinaria hecha con proteínas para construir nano máquinas más resistentes". Estos (pequeños) robots tendrán funciones esenciales. La primera será actuar como ensambladores, de la misma forma que opera el trabajador de una fábrica, pero construyendo moléculas. La segunda será la capacidad de replicarse a velocidades vertiginosas, lo que permitirá contar con resultados a gran escala. "Necesitamos aplicar a una escala molecular el mismo concepto que ya demostró su efectividad en el mundo macroscópico: hacer que las partes sean colocadas donde queremos que vayan, poniéndolas nosotros mismos", argumentó Merkle.
APLICACIONES POTENCIALES:
Potenciales aplicaciones médicas
Máquinas moleculares y computadoras de tamaño subcelular. Servir como un sistema autoinmune potenciado. Buscar y destruir virus, colesterol, excesos de grasa, células cancerígenas y marcadores genéticos.
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Eliminar la necesidad de cirugía. Borrar los procesos de envejecimiento.
Potenciales aplicaciones militares no compartidas.
Dispositivos inteligentes demasiado pequeños para ser descubiertos. Armas biológicas/químicas computarizadas. Armas suficientemente “inteligentes” para matar sólo a los soldados y no a personas inocentes. Escudos de defensa activos.
Potenciales aplicaciones energéticas.
Usamos aproximadamente una diezmilésima parte de la energía solar que llega a la Tierra. Colectores solares (en órbita alrededor de la Tierra) reemplazarán a los combustibles fósiles. Distribución de energía a través de “canales” de energía.
Potenciales aplicaciones espaciales.
Bases de lanzamiento de gran altitud (baja gravedad). Vehículos y estaciones espaciales livianas y superresistentes. Naves con velas propulsoras posibilitarán los viajes interestelares (probablemente no para individuos pero sí para generaciones).
Potenciales aplicaciones ambientales.
Dietas “normales” sin matar animales. Todas las máquinas podrían ser “libres de contaminación ambiental”. Materiales con estructura de diamante permitirán reemplazar a los actuales materiales. Nano máquinas que obtengan su energía de la contaminación ambiental (hasta la polución es buena).
PARTE VI 6.1-Avances actuales de la nanotecnología. Un transistor actual mide unos 200 nanómetros, demasiados para lo que desea la industria. La mayor dificultad es mejorar el contacto entre los metales y las moléculas, dicen los especialistas, algunos de los cuales confiesan que hace sólo unos años no creían en la electrónica molecular, pero que ahora le ven un futuro enorme. “Las moléculas son interruptores estupendos”, dice Stan Williams, quien trabaja en un laboratorio de Hewlett Packard (HP) con compañeros de trece países. Con todo, Williams también reconoce que la tecnología para lograr menores dimensiones se ha vuelto tan cara que los dueños de las empresas empiezan a meditar más sobre las inversiones que requiere. “El tamaño de los átomos no se puede reducir -explica Phil Kuekes, también de HP- y la precisión 21
mecánica que hay que obtener en las numerosas capas que forman cada circuito resulta carísima.” El avance de la nanotecnología está supeditado a los costos, pero también a tres condicionantes técnicas, cuando menos: 1) el manejo de poderosos microscopios de capacidad atómica para obtener imágenes, manipular y caracterizar objetos a escala nanométrica, y así poder construir, átomo por átomo, estructuras y, luego, medir sus propiedades; 2) el uso de supercomputadoras para efectuar cálculos, y las simulaciones necesarias, de las estructuras que se creen; y 3) el uso de dispositivos o herramientas necesarios para fabricar nanomáquinas, estructuras mecánicas muy pequeñas… Un equipo de científicos de los laboratorios de investigación de la IBM en Nueva York y California ha combinado la nanotecnología y la química para crear nuevos materiales magnéticos “autoconfigurables”, gracias a los cuales las computadoras podrán alcanzar capacidades de almacenamiento hasta cien veces superiores a las actuales. En sus experimentos de laboratorio, los científicos han descubierto reacciones químicas que provocan que partículas diminutas (cada una de ellas compuesta tan sólo por unos miles de átomos) se organicen en hileras bien definidas. En tales hileras, cada partícula está separada de sus vecinas por la misma distancia. “Con la autoconfiguración dejamos que la naturaleza haga la mayor parte del trabajo. Este nuevo proceso nos da opciones para la creación de nuevos medios de almacenamiento de datos”, agrega Shouheng Sun, también del equipo de investigación de la IBM. Aunque muchas empresas y universidades trabajan silenciosamente, los avances de la nanotecnología cada día son más frecuentes. Continuamente aparecen noticias sobre logros concretos. Por ejemplo, la Universidad de California-San Diego dio a conocer que un grupo de investigadores desarrolló una técnica que permite almacenar mil veces más información en un disco duro de una computadora mucho más pequeña que una tradicional. En la actualidad, un disco duro está hecho con capas magnéticas delgadas, normalmente elaboradas con hierro y cromo. En las PC, tiene un diámetro de 7 centímetros y puede almacenar datos hasta por 30 gigabytes. La nueva técnica cambia la composición del disco duro, convirtiendo las capas en puntos magnéticos del tamaño de una millonésima parte de un milímetro, lo que implica que diez millones de puntos magnéticos, colocados uno detrás del otro, sin dejar espacio, ocuparían sólo un centímetro de longitud. Con esta herramienta tecnológica, en un centímetro lineal de puntos magnéticos, que equivale al tamaño de la cabeza de un alfiler, se podrá acumular más información que en un disco duro convencional. Las revistas científicas dan cuenta de que la nanotecnología es un apoyo para la robótica y la creación de inteligencia artificial. Ya se dio a conocer, entre otros proyectos, el de Robokoneko -cuya traducción al español sería “gatito robot”-, 22
emprendido por la empresa estadounidense Genobyte en Boulder, Colorado, y los laboratorios Advanced Telecommunications Research en Kyoto, Japón. Se trata de crear un robot “lo más parecido a un gato, con unos cuarenta millones de neuronas artificiales. Aún estamos muy lejos de emular los miles de millones de conexiones neuronales del cerebro humano. Si los resultados son los esperados, se habrá dado un paso gigantesco hacia la construcción de máquinas inteligentes”, señala Gary Fehr, uno de los directores científicos del experimento. No se pretende que Robokoneko sea exactamente una réplica mecánica de un felino. Con sus cuatro patas -y su casco protector- será capaz de dar saltos y subir y bajar escaleras, pero sobre todo de interpretar el lenguaje humano y realizar por sí mismo tareas que escapan al común de los mininos, como conectar la lavadora de platos, sin ir más lejos… Por ahora, Robokoneko sólo gatea por la pantalla de una computadora gracias a un potente simulador informático de imágenes en tres dimensiones. Mientras tanto, los científicos estudian las enormes complicaciones de movimientos aparentemente tan simples como sentarse, caminar o cambiar de dirección. Pero sus expectativas no terminan ahí: Robokoneko es tan sólo el prototipo necesario para fabricar otro robot mucho más ambicioso, dotado con más de mil millones de neuronas artificiales… Este proyecto no es el único que se realiza en Estados Unidos. Pocos días antes de darse a conocer, la revista Nature anunció que el investigador Nadrian Seeman y sus colaboradores de la Universidad de Nueva York habían desarrollado con material genético lo que ellos mismos denominan una “máquina molecular”. De momento, la única orden que se le puede dar a este primer nanorrobot es relativamente sencilla: manipular fragmentos de ADN. Los nanorrobots podrían suponer una auténtica revolución en el mundo de la medicina, ya que quizá permitirían la fabricación artificial de toda clase de moléculas útiles para el desarrollo de medicamentos y terapias. Por su parte, la revista New Scientist publicó los trabajos de la compañía electrónica Raytheon Systems y de la Universidad de Texas en Dallas, Estados Unidos, cuyos investigadores desarrollaron un mecanismo electrónico para crear un sistema nervioso artificial. Esperan que, dentro de diez años, dicho mecanismo pueda imitar las acciones del cerebro humano y de su extensa red de comunicación, de manera que sea posible fabricar robots autónomos que tomen sus propias decisiones. “Saber lo que va a salir de la nanotecnología es imposible -dice el especialista de origen suizo Peter Grütter, quien trabajó en la realización del primer microscopio de efecto túnel en Zurich, Suiza, y ahora dirige un proyecto de nanotecnología en la Universidad McGill, en Montreal, Canadá-. La base científica es todavía bastante débil, no se entienden bien los fundamentos; serán necesarios diez o quince años de investigación básica… Lo que más impactará esta área serán cosas que no buscamos ahora, que ni siquiera podemos imaginar… Ni el Sistema de 23
Posicionamiento Global [GPS], ni la resonancia magnética nuclear, ni el láser surgieron de investigaciones dirigidas a tecnologías determinadas. No me gustaría justificar la nanociencia por sus resultados. Si controlamos la materia a esa escala, nuestro modo de vida sufrirá un impacto grande, pero no puedo decir cuándo ni exactamente en qué. Es terra incógnita
Conclusiones: En esta investigación pudimos observar que la nanotecnología tiene un futuro enorme por recorrer. La nanotecnología por lo que pudimos mostrar, un área que no está de todo desarrollada. Pero los que leemos material de tecnología sabemos que cuando se empieza a saber a nivel de divulgación de proyectos como los descriptos en este artículo, suele haber muchos más en las sombras que no se dan a conocer por razones de protección industrial, resguardo de ideas y razones estratégicas de estado. La Ciencia Ficción nos ha mostrado la nanotecnología en las dos últimas décadas -aunque algunos pioneros lo hicieron antes-como una especie de magia moderna del futuro, aunque lo mágico es que en la mayoría de los casos las ideas que los escritores presentaron fueron analizadas y pensadas con total racionalidad. Y son posibles. Es decir, no es la magia de un libro de Fantasía, porque han imaginado los mecanismos que serían capaces de lograr esas cosas, aunque la tecnología aún no sea capaz de fabricarlos. Una actitud típica de la más rancia CF... Aunque los resultados de estas especulaciones son a veces dignos de un Merlín, o un Gandalf, o el viejo y conocido Mandrake de la cultura popular, sorprendidos en el mejor de sus momentos. Las investigaciones actuales en nanotecnología se centran en objetivos mucho más básicos, como la construcción y caracterización de microestructuras artificiales, sus propiedades mecánicas, eléctricas, su estabilidad química y su respuesta frente a diversos estímulos. El universo de la nanotecnología es la escala mesoscópica, o cuasi-microscópica, donde la Física clásica comienza a perder su primacía y comienzan a hacerse patentes los efectos cuánticos. A esta escala de distancias, los objetos nanométrico parecen compartir características propias de los objetos “grandes” (o sea clásicos) y de los objetos “moleculares” (cuánticos), además de nuevas características muy únicas. Es en este mundo híbrido, donde los investigadores tratan de desarrollar una nueva intuición, al lidiar con un conjunto de fenómenos de importancia comparable: desorden, ruido térmico, efectos de superficie, fluctuaciones cuánticas, nolinealidad. A escala “normal” muchos de estos efectos son “pequeños” y pueden ser tratados formalmente como perturbaciones. A escala mesoscópica, las perturbaciones pueden ser tan importantes como el fenómeno principal. Sin embargo se cuenta con más y mejores herramientas para explorar este submundo: el advenimiento de computadores más rápidos y relativamente baratos, ha estimulado el campo de las 24
simulaciones computacionales a escala molecular, donde uno “crea” átomos y moléculas, las dota de propiedades básicas y de una interacción mutua y estudia el comportamiento del sistema, bajo diversas condiciones. Una suerte de laboratorio virtual, donde los resultados pueden orientar la marcha y sugerir nuevos productos o procesos para llevar a cabo en la vida real. También, el auge de mejores y más potentes fuentes de luz láser, permite el uso de la luz para atrapar y manipular átomos, una técnica que, en combinación con otras, permitió observar la „condensación de Bose-Einstein‟ por primera vez en el laboratorio el año 2000. El interés actual está enfocado en el diseño y construcción de computadores más pequeños y rápidos a los ya existentes, el diseño de mejoras drogas o simplemente, ser capaces de hacer mediciones con mayor precisión. Compañías de computadores con grandes laboratorios de investigación, como IBM o la HewlettPackard, poseen substanciales programas de nanotecnología. Aquí el interés yace en obtener chips electrónicos con circuitos cada vez más pequeños. Cuando la tecnología de silicón actual llegue a su límite, probablemente en los próximos 10 a 25 años, será reemplazada por un nuevo concepto, quizás utilizando los “nanotubos” de carbono de Smalley, que presentan interesantes propiedades mecánicas y eléctricas. O quizás, el camino de la computación tome otro rumbo: Por ejemplo, se están explorando activamente computadores completamente ópticos, donde el almacenamiento y el tráfico de información se lleva a cabo con luz láser viajando a través de medios ópticos nolineales, sin utilizar componentes electrónicos en ninguna parte del proceso. La ventaja es que los procesos involucrados ocurren a la velocidad de la luz, la cual es mucho más rápida que la velocidad de respuesta de un componente meramente electrónico. Si bien se está aún lejos de dispositivos comercializables, se ha demostrado en el laboratorio que tales dispositivos son en principio, posibles.
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