Nanotecnología

Por: Roberto Zepeda Macías

  Ideas que circulan a una velocidad vertiginosa producen en Internet una explosión de futuro. Y el pronóstico más atrevido es el de la nanotecnología , porque habla de máquinas pequeñas al extremo de lo invisible, capaces de construir edificios, detener enfermedades, pelear guerras y producir alimentos. Lo más asombroso, es que no se trata de algo descabellado: la revolución ya comenzó, y en unos 50 años los humanos podrían ver cosas que la ciencia-ficción más atrevida apenas comienza a intuir.

El físico Richard Feynman, anticipó hace cuarenta años atrás (1959) la llegada de la nanotecnología en un discurso pronunciado, en la reunión anual de la Sociedad Americana de Física. En su discurso, Feynman -prominente físico de partículas elementales y ganador del Nobel por sus contribuciones fundamentales a la electrodinámica cuántica,- hace ver que no existe nada en las leyes físicas que impidan al hombre diseñar, manipular y controlar cosas a escala microscópica. Después de todo la naturaleza nos provee de vivos ejemplos:

“ ...... Este hecho—que enormes cantidades de información puedan ser contenidas en un espacio tan increíblemente reducido—es, por supuesto bien conocido por los biólogos, y resuelve el misterio que existía antes que entendieramos todo esto claramente, de como podía ser que, en la célula más pequeña, toda la información para la existencia de una criatura compleja tales como nosotros mismos pudiera ser almacenada.....Toda esta información está contenida en una fracción muy diminuta de la célula en la forma de una larga cadena de moléculas de ADN en la cual aproximadamente 50 átomos son usados para representar un bit de información acerca de la célula. “ (Molina, 2003)

La nanotecnología -la ciencia y la técnica de lo muy pequeño- es la palabra de moda en los ambientes científicos y universitarios del mundo desarrollado. Casi todo el mundo -físicos, químicos, ingenieros, biólogos- quiere explorar un campo todavía en proceso de definición, pero que promete mucho:

“Uno de los avances más espectaculares llevados a cabo en Física e Ingeniería en años recientes es el experimentado por la nanotecnología : la habilidad de diseñar, controlar y modificar materiales a nivel cuasi-microscópico ó “mesoscópico”. La nanotecnología nos promete la posibilidad—largamente soñada—de influir en las propiedades de los materiales con el fin de producir materiales “inteligentes” para todo tipo de aplicaciones” (Molina, 2003)

“El concepto de Nanotecnología engloba aquellos campos de la ciencia y la técnica en los que se estudian, se obtienen y/o manipulan de manera controlada materiales, sustancias y dispositivos de muy reducidas dimensiones, en general, inferiores a la micra, es decir, a escala nanométrica. A este respecto, existe un gran interés por parte de una completa variedad de ramas del conocimiento científico técnico por la importancia de estas sustancias y materiales nanométricos de cara a sus aplicaciones a la sociedad. Ello no sólo está motivado por el hecho de que se consiguen nuevas e importantes propiedades al disminuir la geometría en muchos materiales.” (Nanotecnología,2003)

Prueba de la importancia que la nanotecnología está adquiriendo es el creciente presupuesto que países del primer mundo están destinando para la investigación en nanociencia.

El dinero, en Estados Unidos, en Japón, en Canadá, en Europa, acude, en mayor o menor cantidad, a la llamada de un área que se considera la sucesora de la microelectrónica, y que, como ésta, exige cuantiosas inversiones para empezar a trabajar. Los resultados, estiman sin embargo los expertos, no están a la vuelta de la esquina. Quedan 10 ó 15 años de investigación básica para el salto a la industria, en aplicaciones que ahora ni se pueden imaginar.

La nanotecnología es, más bien, por ahora, nanociencia. Se trata de estudiar y encontrar formas de manipular la materia en una escala que el ojo humano no puede discernir, la escala de los nanómetros (la milmillonésima parte del metro). Una bacteria puede medir una millonésima de metro (mil nanómetros), un virus está entre los 100 y los 10 nanómetros, y más pequeñas son las proteínas, otras moléculas biológicas y no biológicas, y los átomos.

En la nanotecnología actual ya cabe casi todo, desde nuevos métodos para almacenar y manipular la información (la optoelectrónica, los ordenadores cuánticos y moleculares), hasta la construcción de máquinas minúsculas con átomos (como los motores de carbono fabricados en Alemania en 1992).

“Así, el ámbito de la Nanotecnología incluye, además de las áreas del saber relacionadas con su origen, tanto de la Física, la Química, la Ingeniería o la Robótica, otros campos en su comienzo más alejados, pero para los que ya hoy en día tiene una gran importancia, como son la Biología, la Medicina o el Medio Ambiente. De esta manera, algunos ejemplos de aplicaciones de las distintas ramas de la nanotecnología son: sistemas de magnetorresistencia gigante para almacenamiento magnético de la información, dispositivos nanoelectrónicos, recubrimientos para mejora de técnicas de imagen, catalizadores nanoestructurados, biosensores y biodetectores, nanosistemas para administración de fármacos, cementos, pinturas especiales, cosméticos y sistemas para purificación y desalinización de agua.” (Nanotecnologica, Op.Cit.)

Para el desarrollo de proyectos de nanotecnología, son herramientas imprescindibles los microscopios más avanzados, los de efecto túnel y fuerza atómica, que permiten hacer dibujos con átomos, observar moléculas y átomos individualmente o ayudar a fabricar nanotubos o nanocables. Todavía está muy lejos, sin embargo, la posibilidad de imitar o aprovechar los mecanismos biológicos, como los motores que hay en las células o el proceso de trascripción de las proteínas. Sin embargo, en la nanotecnología ponen sus esperanzas los que ven en un futuro cercano técnicas para leer directamente el genoma de una persona en chequeos médicos rutinarios.

Un transistor mide unos 200 nanómetros, demasiados para lo que quiere la industria. La mayor dificultad está en 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.

Según Stan Williams -quien trabaja en un laboratorio de Hewlett Packard con compañeros de 13 países- las moléculas son interruptores estupendos, pero también reconoce que la tecnología para avanzar hacia menores dimensiones se está haciendo tan cara que las empresas empiezan a no podérsela permitir. “El tamaño de los átomos no se puede reducir”, explica Phil Kuekes, también de HP, y la precisión mecánica que hay que obtener en las numerosas capas que forman cada circuito resulta carísima.

Cuando se habla de tamaños, nano se refiere a algo bastante pequeño. Un micrómetro, dimensión en la cual se desarrollan los chips, equivale a la millonésima parte de un metro. El nanómetro es mil veces más pequeño. Sin embargo su efecto será grande.

Las investigaciones científicas avanzan, y es necesario que otras áreas del pensamiento humano también comiencen a intuir cómo será el impacto de esta tecnología, cuáles serían las consecuencias de una manipulación inescrupulosa, de qué forma impactará la desigualdad existente en el mundo. Además, el poder de creación es un concepto difícil, que seguramente generará algunos roces religiosos. Y se desafiarán ideas. Para comenzar los de aquellos que auguraban la muerte de la era del átomo, frente a la importancia del bit, unidad básica de la información que se esparce por doquier. Ahora que estamos en el futuro ya lo sabemos: el átomo está por regresar a la primera plana

¿Hasta dónde puede llegar este nanomundo? Las visiones pueden ser perturbadoras. Una apocalíptica, sensación que ronda en forma permanente a los nuevos avances: desarrollo de armas letales, como microscópicos robots construidos por nanoensambladores.

U otra visión más edificante (literalmente): edificios que se erigen solos, bajo las ordenes de nanorobots equipados con nanocomputadoras que aparte de autoreplicarse inducen la creación y ensamblaje de estructuras a nivel molecular. Ciudades enteras podrían crearse, o recrearse.

Podrían fabricarse así autopistas o televisores. También sería posible eliminar la contaminación ambiental con nanomáquinas y crear alimentos, automóviles que pueden cambiar de forma, muebles, procesos automáticos de limpieza corporal, drogas artificiales, libros... los nanorobots podrían reparar tuberías y, por supuesto, generar una nueva frontera de aplicaciones médicas, incluyendo la regeneración de tejidos

No obstante, según Mario Molina, profesor del departamento de Física de la facultad de ciencias en Universidad de Chile, 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 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.

En Internet se reproducen los web dedicados al tema, y abundan los grupos de noticias. Este es el caso de sci.nanotech, cuyo lema es "un lugar para cada átomo y cada átomo en su lugar". Casi todas las estructuras químicas "pueden ser especificadas y por lo tanto construidas", afirman en este sitio.

Y ya existen algunos modelos para inspirarse. El científico David Blair, en la Universidad de Utah, estudia el comportamiento del Flagelum, un filamento que impulsa a las bacterias, y que en la práctica es un motor, un nanomotor, que desarrolla 15.000 revoluciones por minuto. Además se dice que un investigador llamado Don Eigler utilizó un microscopio electrónico del tipo scanning-tunneling, STM, para mover átomos de xenón y escribir las siglas IBM.

Si se quiere retomar una historia de ciencia ficción, piénsese en el filme de "Viaje Fantástico" (1966), en que un submarino era miniaturizado hasta un tamaño microscópico para que pudieran, desde adentro del cuerpo de una persona, realizar una operación muy delicada. Otra opción es finalmente conectar todos nuestros aparatos y dispositivos domésticos y de oficina a una sola red (hasta los focos) y controlarlos todos desde una terminal de computadora. Tendríamos robots diminutos que podrían revisar cualquier aparato desde adentro, realizar un diagnóstico y hasta la reparación. Agentes diminutos podrían ser introducidos en nuestro torrente sanguíneo para una revisión de rutina. Computadoras completas que quepan en un reloj de pulsera o teléfono celular.

El ejemplo más cercano de esta tecnología es el relacionado a los microprocesadores, mismos que se cuentan por millones en un chip de apenas unos centímetros de diámetro. Si hemos de creer la Ley de Moore (que indica que cada 18 meses los procesadores duplican su poder en la mitad de su tamaño), estos llegarán al nivel atómico alrededor del año 2015, sin embargo, aquí se encuentran dos problemas: el primero es que el silicio (materia prima de los procesadores) llegará a su límite alrededor de esas fechas, por lo que es necesario buscar un sustituto; el segundo es hacer que estos sean lo suficientemente útiles y baratos para ser rentables a gran escala.

Por parte de la Universidad de Nueva York, se han creado nano-robots cuya particularidad es haber sido desarrollados a partir de trazas de DNA artificial, lo que los hace totalmente compatibles con un organismo viviente, cuyo objeto será entrar en el torrente sanguíneo de una persona y realizar algunos procedimientos médicos que de otra forma requerirían de una operación o estudios más tardados. En este campo será concebible que se introduzcan minúsculos agentes que puedan medir concentraciones de toxinas, ataquen y destruyan células cancerígenas o liberen arterias obstruidas. A este nivel todavía quedan varios elementos por definir, puesto que no saben cuanta fuerza pueda tener el nano-robot para ejercer alguna función. En este momento el prototipo que tiene la NYU es uno que cuenta con dos brazos en espiral y que los puede mover a posiciones predefinidas, acción que tardaron los científicos ocho años en lograr.

Conclusiones

El invento más grande del siglo XX fue el microchip, pero sin lugar a dudas el descubrimiento más grande del futuro será la nanotecnología.

“Ya sea que el futuro nos traiga o no los ‘nanorobots', lo cierto es que como consecuencia de estos estudios, lo más probable es que la Física, la Ciencia de Materiales, la Química, la Ingeniería y la Medicina avancen significativamente, en la medida que aumenta nuestro entendimiento de esa región rica y compleja: ese ‘universo' localizado dentro del proverbial ‘grano de arena'.” (Ibid)

Referencias

www.fsp.csoc.es/-8k

http://nanote3cnologia.pagina/de

www.nanotecnologica.com

Molina, Mario (2003) Nanotecnología. Ciencia de lo diminuto.