La nanotecnología y la nanociencia

Resumen

Este artículo describe el análisis y los avances de la nanotecnología y la nanociencia en diferentes campos, pero esencialmente se trata de temas de la introducción de la nanotecnología en la electrónica, las energías alternativas, que efectos tienen las dichas introducciones, en el mundo actual y sus próximos objetivos a cumplirse y cuales son las ventajas y desventajas debemos tomar en cuenta que vendrán en el futuro próximo.

Verdaderamente, hay información referente a aumentos en la probabilidad soluciones para enfrentar a las células cancerígenas, y los beneficios de la aplicabilidad de la nanotecnología en el campo ambiental, pero realmente se ha podido establecer una relación causa-efecto de estos temas.

Entre este análisis, se tiene el punto de vista de dos personas y sus planteamiento sobre la salud, en donde se trata de la primera solución real basada en la terapia celular, en donde ellos nos aportan dos vías de abordaje.

PALABRAS CLAVE: Nanotecnología, nanociencia, la electrónica, energías alternativas.

Introducción

Resulta indiscutible que la sociedad moderna, no se sorprende por las creaciones que se han realizan en el mundo, y son aceptadas como parte de la vida diaria, no obstante queda la incógnita de cómo lo realizan, sus efectos en la salud, los objetivos verdaderos para que son realizados, pero lo que se viene realmente sorprenderá, y esto será en un futuro no muy lejano, ya que serán cosas que nos cambien la vida por sus aplicaciones, ventajas y desventajas de haberlo creado.

No obstante, siempre han existido comentarios, mas o menos informados, sobre la nueva tecnología del siglo XXI, aunque la introducción masiva en nuestro mundo, la tecnología ya ha cambiado la manera de ver el mundo y a donde verdaderamente vamos.

Entonces la nueva revolución tecnológica no sorprenderá por su tamaño gigantesco como era en el siglo pasado, sino por su tamaño sorprendente pequeño llamado nanotecnológica, en donde este, se asocia, por una parte, a la "fabricación molecular" cuya viabilidad tendría un impacto enorme en nuestras vidas. Entre los efectos, destacan sus potenciales impactos en la medicina, la biología, el medioambiente, la informática, la electrónica, la construcción. En la actualidad los principales avances prácticos ya se dan en algunos campos: en la física las nanopartículas, la electrónica y construcción nanotubos. Los progresos más cuestionados en materia de nanorobots y autoreproducción son objeto de polémica entre los expertos. Lo que no cabe duda es que la revolución ha comenzado. Y también el debate sobre sus beneficios y riesgos.

Y siguiendo la misma línea, el objetivo de esta presente publicación pretende ser una aportación científica y analizar los avances realizados y análisis de expertos en este campo con el fin de contribuir a la información del desarrollo.

OBJETIVOS

• Facilitar el acceso a la información para los ciudadanos e interesados sobre un tema de importancia fundamental para nuestras sociedades.

• Propiciar información útil a los lectores para comprender los nuevos avances tecnológicos y desarrollos para entender un futuro cada vez más próximo.

• Fomentar el debate sobre las ventajas y los riegos asociados a la nanociencia y nanotecnología.

Nanociencia

La nanociencia está unida desde la década de los 80 con aportaciones de Eric Drexler y con sus aportaciones sobre la "nanotecnología molecular", en donde esto es, la construcción de nano máquinas hechas de átomos y los cuales estas son capaces de construir otros componentes moleculares. Desde entonces a Drexler es considerado uno de los mayores visionarios sobre el tema de la nanotecnología. En el año de 1986, en el libro "Engines of creation" introdujo las promesas y peligros de la manipulación molecular.

Otros de los grandes en la nanociencia es Richard Feynman y es considerado el padre de la "nanociencia" y obtuvo el premio Nobel de Física, en el año de 1959 propuso fabricar productos en base a un reordenamiento de átomos y moléculas. En el mismo año, el gran físico escribió un artículo que analizaba cómo los ordenadores podrían consumir poquísima energía y conseguir velocidades asombrosas y todo esto se obtendría trabajando con átomos individuales.

Entonces esto hizo que Charles Vest (ex-presidente del MIT) anunció que la nanotecnología nos llevará a una segunda revolución industrial en el siglo XXI, en ese entonces dijo que eso significaría numerosos avances para muchas industrias y nuevos materiales con propiedades extraordinarias, nuevas aplicaciones informáticas con componentes increíblemente más rápidos, sensores moleculares capaces de detectar y destruir células cancerígenas en las partes más delicadas del cuerpo humano y muchas mas aplicaciones y que entre muchos progresos de la nanociencia estarán los grandes avances tecnológicos que cambiarán el mundo.

Nanotecnología

CONCEPTO

Empecemos por aclarar el significado del prefijo "nano", es un prefijo griego que indica una medida (10-9 = 0,000 000 001) y no es un objeto.

Figura 1. Una capa de moleculas un nanobot.

Entonces, la nanotecnología es el estudio, diseño, creación, 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 [1].

Ensamblaje interdiciplinar con otros campos de las ciencias

La característica fundamental de nanotecnología es que constituye un ensamblaje interdisciplinar de varios campos de las ciencias. Por tanto, existe una posible lista de ciencias involucradas como son:

• Química

• Bioquímica

• Biología molecular

• Medicina

• Física

• Electrónica

• Informática

• Matemáticas

En donde, los físicos juegan un papel importante, tanto en la construcción de los microscopios, los mismos que serán usados para investigar tales fenómenos, tanto como todas las leyes de la mecánica cuántica.

La química también juega un papel preponderante, el cual es alcanzar la estructura del material deseado y las configuraciones de ciertos átomos.

La medicina, el desarrollo dirigido a nanopartículas podría prometer ayuda al tratamiento de ciertas enfermedades como la esta en investigación sobre la utilización de nanopartículas magnéticas en el tratamiento selectivo del cáncer. Otra de las aplicaciones es la de utilizar cosméticos que contengan nanopartículas para bloquear los rayos ultravioleta o también administrar productos suavizantes a la piel.

La nanotecnología y la electrónica ya están directamente relacionados, en donde ya se están comercializando accesorios como pantallas planas y estas a su vez están basadas en nanotubos de carbono.

La informática, el desarrollo de materiales basado en nanopartículas también nos permitiría obtener el almacenamiento de datos a altísima densidad y en velocidades sorprendentes.

La nanotecnología y las energías alternativas

Desde hace ya algunos años, existen varios estudios científicos realizados, para la reducción de la utilización de combustibles fósiles que causan graves daños ambientales y nuestra sociedad necesita de urgencia cambiar de modelo energético para asi reducir en algo los problemas de contaminación que están afectando al mundo entero.

Entre estos estudios realizados las nanociencias y las nanotecnologías pueden jugar un papel fundamental, ya que puede mejorar el rendimiento de materiales fotovoltaicos que son usados en los dispositivos de energía solar y a su vez facilitar esta ineludible conversión.

Figura 2. Un concentrador de luz solar tiene un aspecto semejante al faro de un coche.

Mediante sus grandes aportes al desarrollo de un nuevo modelo energético basado en opciones más racionales para la generación, almacenamiento, ahorro y distribución de energía.

Figura 3. Instalación fotovoltaica de concentración.

Estos paneles solares serán construidos con células solares fotovoltaicas que combinarán un rendimiento de captación y conversión de los fotones solares en energía eléctrica, y permitirá obtener grandes beneficios a menor costo, ya que el mercado permite utilizar elementos con tamaños pequeños y a la vez usar las nanopartículas será una sustancial reducción de costos aumentando al mismo tiempo las prestaciones, esta opción puede ser pronto muy efectiva para la generación eléctrica de tipo industrial.

Del mismo modo se tendrá aportaciones en el campo del almacenamiento de la energía eléctrica y permitirá que dispongamos de baterías potentes, económicas, y a su vez reciclables y a su vez dará una opción más a que se haga realidad el automóvil eléctrico.

En la actualidad, se optimizan las características de estabilidad y procesos de fabricación más económicos actuando sobre el tamaño de las nanopartículas de LiFePO4 que constituyen el cátodo y en la nano estructuración de los electrodos conductores de carbono para mejorar enormemente su capacidad (hasta 170A.h/ kg), su potencia pico y la estabilidad frente a múltiples ciclos de carga descarga.[2]

En la actualidad encontramos varios paneles solares de tercera generación ubicados en diferentes países, la clásica unión p-n que se viene utilizando deja abierto la posibilidad a la búsqueda de semiconductores mas sofisticados o a la inserción de nanotubos de carbono, en donde estas nos permitirá obtener eficiencias sobre el 45%. Además que los costos serán bien bajos y nos darán mayos beneficio. A más de esto se pretende que las baterías sean no contaminantes y ofrezcan excepcionales prestaciones.

La nanotecnología y la electrónica

En el siglo pasado esto parecía que es algo que esta fuera del alcance, pero día a día los resultados previos nos van convenciendo mas y mas, en donde los dispositivos que se crean son cada ves mas pequeños y esto a su vez, claro esta que esto nos esta permitiendo tener una mejor vida pero tiene sus desventajas, pero al fin lo que importa realmente es que la tecnología actual siga siendo beneficiosa en todos los ámbitos de la vida humana.

Realmente lo que interesa en este instante es saber como ha ido progresando día a día la tecnología, y cuales han sido sus beneficios y que nos espera en el futuro. La verdad ha sido impresionante lo que se ha día a día se ha alcanzado en la tecnología y junto a ella la parte de la electrónica, y es en este campo en donde mas a estado presente el desarrollo del mismo y sus grandes beneficios que están prestando en la actualidad, como podemos citar lo que ha pasado con el desarrollo en los ordenadores, que hace un par de décadas, tenían tamaño de un dormitorio, ahora simplemente se puede llevar con facilidad en un portafolio. Sus velocidades a las que trabajando pasaban los 20MHz y en la actualidad trabajan unas velocidades impresionantes, que están alrededor de 1GHz.

Figura 4. Procesador Intel 80386 que trabajaba a 16MHz

Lo que se presenta en la figura 4 era un ordenador conocido como 386 porque tenía un procesador Intel 80386 que trabajaba a 16MHz, pues lo que se presenta en la figura 5 es un procesador que tiene el iPhone, pues entonces si el 386 debía pesar minimo 2 o 3 kilos, pues era más grande que una mesa en cambio un procesador iPhone pesa alrededor de 680 g y su tamaño es de como el tamaño de una palma de una mano.

Figura 5. Un procesador de 1GHz de Apple A4

A mas del tamaño y su peso, este procesador puede aguantar todo el día encendido con una batería y lleva un procesador de 1GHz, entonces comparado con el procesador 386 es 60 veces más potente, y todo esto se ha desarrollado en dos décadas de desarrollo, entonces a dónde va la electrónica, todo esto simplemente sorprendente y existe una asombrosa rapidez con la que se desarrollan los componentes electrónicos.

También cuando se habla en términos de electrónica es importante decir que durante las últimas décadas, este campo ha tenido un notable avance impulsado por el ansia de disminución del tamaño de dispositivos electrónicos, que no sólo abarata su precio sino que permite la ampliación de sus utilidades debido al aprovechamiento de efectos que sólo tienen lugar en pequeña escala.[3]

Figura 5. Transistor de efecto campo creado con un nanotubo de carbono de una sola pared

Al ampliar las miras hacia estos compuestos, se ampliaron las expectativas de fabricación y estudio de los mismos. Desde entonces la industria de la nanotecnología es actualmente uno de los campos tecnológicos más activos y prometedores. Aunque hay ejemplos de nanotecnología aplicada a prácticamente todo, el área principal de investigación e inversión se centra claramente en materiales aplicados a la tecnología de semiconductores. Además, estas dos áreas se complementan, ya que la mayoría de las técnicas que se están empleando para el crecimiento de estos nanos materiales, vienen de la industria de los semiconductores.[4]

Desde entonces todo relacionado con la electrónica se empezó a relacionar en diferentes áreas y no a sido la excepción el área de la informática, pues, según versiones la nueva revolución de la electrónica en unidades de almacenamiento será algo extraordinario, ya que velocidad podrían ser alrededor de los 10.000 veces más rápidas que las normales y la capacidad para retener los datos, será impresionante, esto es algo que las Flash memory también pueden hacer, pero viene una nueva tecnología para el futuro "las ReRAM que tienen suficiente potencial como para sustituir a las memorias Flash actuales utilizadas en teléfonos móviles y en reproductores MP3, incluso para convertirse en un medio de almacenamiento universal". Si están en lo cierto, estos chips 100 veces más rápidos que las memorias Flash actuales podrían remplazar a los todavía poco difundidos discos SSD, a los discos duros y a cualquier otra tecnología de almacenamiento que hoy conocemos.[5]

Como se puede observar no le faltan cualidades para ser la revolución de la electrónica del futuro, sin embargo el tiempo nos dirá, que, si realmente todo lo que se estudio para obtener estos avances valieron la pena o solo será un sueño por alcanzar, y si llegan a ser reales serán capaces de cambiar el mundo como se prevee o simplemente paso fugaz de los mismos.

Ventajas y desventajas

Ventajas:

La nanotecnológica molecular podría fabricar equipos baratos y sofisticados para la investigación médica y la sanidad, como también reducir enfermedades que afectan al ser humano.

Con la implementación de la nanotecnología, los equipos informáticos serían extremadamente baratos y transportables.

La construcción eficiente y barata de estructuras ligeras y fuertes, equipos eléctricos y aparatos para almacenar la energía permitiría el uso de energía termal solar como fuente principal.

La innovación de nuevos productos tecnológicos permitiría que la sociedad del mundo viviese con un mínimo impacto medioambiental.

Se podrían hacer componentes electrónicos con un menor consumo de energía, favoreciendo el medio ambiente.

Desventajas:

La potencia de la nanotecnología podría ser la causa de una nueva carrera de armamentos entre dos países competidores.

La producción poco costosa y la duplicidad de diseños podrían llevar a grandes cambios en la economía.

La explotación de productos baratos podría causar importantes daños al medio ambiente.

Dentro del mercado negro seria traficar armas más pequeñas pero que serian muy destructivas.

Conclusiones

La nanotecnología es la ciencia del futuro, en donde esta nos permite la manipulación de la materia dándole diferentes aplicaciones, y se prevee dichas manipulaciones nos permitirá obtener grandes resultados en diferentes campos.

Se prevee que la nanotecnología sea la solución de muchos problemas y que sea un gran beneficio en la sociedad, siempre y cuando esté bien viabilizado, para objetivos que beneficie a la sociedad.

En la electrónica, la utilización de nanopartículas permitirá que dichos los elementos sean cada vez mas pequeños y sus costos no sean tan altos.

La utilización de las nanopartículas para producir energías alternativas, será el mejor avance que se puede producir, ya que ayudara a que podamos reducir notablemente la contaminación.

Referencias

• [1] Euroresidentes, Disponible en: http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia_que_es.htm

• [2] Fuente: ElMundo.es, Publicado por LA GEOGRAFIA. http://lageografiaweb.blogspot.com/2011/11/nanociencia-y-nanotecnologia-para.html

• [3] Autor: daval, categoría: Tecnología, Fecha de publicación 2011-10-07 12:26:13

www.tagu.com.ar/ver-post.php?p_id=10451&informacion=NANOTECNOLOGIA

• [4] Física de hoy, Juan Jose de Miguel Llorente, Disponible en: http://www.fisicahoy.com/talleres

• [5] Publicado por: Nanotecnologos on 15:28. 2009-05-16

http://mrkbtpmannanotec.blogspot.com/2009/05/ventajas-y-desventajas-de-la.html#

Autor:

Lino Bolívar Arévalo Arpi,

Universidad Politécnica Salesiana

Docente: Ing. Rene Ávila,