Nanotegnologias

ABSTRACT

El propósito de este artículo es que el mundo conozca todas las aplicaciones de esta ciencia, que trabaja con lo minúsculo de la materia y es aplicable a casi todas las áreas incluso a la electrónica.

La nanociencia 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.

INTRODUCCIÓN

Figura 1. Louis Pasteur

Fue el químico y microbiólogo francés Louis Pasteur quien dijo "el rol de lo infinitamente pequeño es infinitamente grande", y no estaba equivocado en lo absoluto. Si bien es cierto que su dicho se refería a bacterias y otros microorganismos, en la actualidad se vuelve cada vez más profético al encontrarnos con el vertiginoso reino de la nanotecnología.

Los científicos definen a la nanotecnología como el estudio del control de la materia a un nivel atómico o molecular. Y si bien puede sonar más a magia que a ciencia, resulta ser exactamente lo que hacen. En la última década los estudios y aplicaciones prácticas en este campo han crecido exponencialmente, así como su uso en ficciones futuristas de cine y televisión, que suelen retratar el tema de forma poco seria o fantástica.

Una de las características fundamentales de los seres humanos es su capacidad para desarrollar técnicas que los ayuden a alterar y modificar el medio en el que viven, para adaptarlo a sus necesidades. Esto es lo que conocemos con el nombre de tecnología. Todo lo que construimos, incluidas las herramientas que utilizamos, sirven en mayor o menor medida para cumplir esa función. Las grandes revoluciones tecnológicas, como la industrial iniciada en siglos anteriores, o la reciente en el área de la informática y las telecomunicaciones, siempre han supuesto un cambio radical que afecta nuestras vidas, mejorándolas y haciéndolas más confortables.

Y cada una de ellas fue precedida por avances en los conocimientos que poseemos sobre el mundo, tal como ha sucedido durante estas últimas décadas en el estudio de los átomos y las moléculas, lo que nos ha dado un entendimiento bastante profundo sobre la materia. La nanotecnología no es más que la aplicación de los conocimientos científicos que poseemos sobre estos pequeñísimos ladrillos universales con el fin de generar técnicas específicas que nos sirvan para reordenar estos átomos y moléculas de la manera que queramos.

Si bien la descripción es simple, la revolución que está en el horizonte posiblemente haga que el impacto que tuvo Internet en nuestras vidas parezca pequeño. Con la habilidad de crear tecnologías que actúen a un nivel atómico, nuestra capacidad para alterar el medio en el que vivimos y adaptarlo a nuestras necesidades se vuelve virtualmente infinita. Llegar al fondo para tocar el cielo.

1959: El físico americano, Richard Feyman dio una conferencia en la American Physical Society, anunciando la posibilidad que se llegue a fabricar instrumentos a partir de átomos.

1981: Gerd Binning y Heinrich Roherer en la IBM, desarrollaron el microscopio electrónicode túnel de barrido (STM), que hizo posible ver átomos individuales y más tarde, moverlos.

1985: Los químicos Richard Smalley, Robert Cult y Harry Kroto, descubrieron el carbono 60, una molécula de carbono de forma de pelota de football de 0.7 nano-metros, que hoy en día tiene muchos potenciales usos en nano-tecnología.

1993: Nano-partículas semiconductoras emiten luz en paquetes cuánticos, que se pueden unir a moléculas en el cuerpo para ayudar a los médicos a ubicar enfermedades. Ellas fueron preparadas por químicos del Massachusetts Institute of Technology.

1997: Los ingenieros de la US Company Lucent Technologies en New Jersey, construyen un transistor de silicón de 60 nano-metros de ancho.

2000: Investigadores de la Universidad de Cornell, extraen de una célula un motor bio-molecular de 80 nano-metros de ancho y le agregan un rotor de metal para crear un motor nano-mecánico.

2001: Investigadores de la IBM en Nueva York y de la Universidad de Delft en Holanda construyen un circuito lógico usando nano-tubos de carbón.

2003: El gobierno de Inglaterra encarga a una comisión que prepare un informe acerca delas repercusiones sociales, éticas y experimentales acerca de los efectos de la nano-tecnología.

2004: El jugador de tenis Roger Federer, gana el campeonato de Wimbledon usando una raqueta reforzada por nano-tubos de carbón.

2005: Estimaciones de la National Science Foundation de los Estados Unidos cree que para este año el mercado de la nano-tecnología alcanzaría a un trillón de dólares.

DEFINICIÓN

LA NANOTECNOLOGÍA

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

Nano- es un prefijo griego que indica una medida, no un objeto, de manera que la nanotecnología se caracteriza por ser un campo esencialmente multidisciplinar, y cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que trabaja.

La nanotecnología promete soluciones nuevas y más eficientes para los problemas ambientales, así como muchos otros enfrentados por la humanidad. Las nanotecnologías prometen beneficios de todo tipo, desde aplicaciones médicas nuevas o más eficientes a soluciones de problemas ambientales y muchos otros; sin embargo, el concepto de nanotecnología aún no es muy conocido en la sociedad.

Un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro (10 ^ (-9) metros). Para comprender el potencial de esta tecnología es clave saber que las propiedades físicas y químicas de la materia cambian a escala nanométrica, lo cual se debe a efectos cuánticos. La conductividad eléctrica, el calor, la resistencia, la elasticidad, la reactividad, entre otras propiedades, se comporta de manera diferente que en los mismos elementos a mayor escala.

Aunque en las investigaciones actuales con frecuencia se hace referencia a la nanotecnología (en forma de motores moleculares, computación cuántica, etcétera), es discutible que la nanotecnología sea una realidad hoy en día. Los progresos actuales pueden calificarse más bien de nanociencia, cuerpo de conocimiento que sienta las bases para el futuro desarrollo de una tecnología basada en la manipulación detallada de las estructuras moleculares.

Figura 2. Nanotecnología

HISTORIA

El ganador del premio Nobel de Física (1965), Richard Feynman fue el primero en hacer referencia a las posibilidades de la nanociencia y la nanotecnología en el célebre discurso que dio en el Caltech (Instituto Tecnológico de California) el 29 de diciembre de 1959 titulado Abajo hay espacio de sobra (There's Plenty of Room at the Bottom).

La nano-tecnología se refiere a la creación y control de objetos a una nano-escala. No es una disciplina como la química o la física, sino más bien es una herramienta para manipular materiales a muy pequeña escala. La nano-tecnología se ha desarrollado después que se comenzó a observar que los materiales pueden cambiar dramáticamente sus propiedades en la medida que se reduce su tamaño, hasta ser pequeños grupos de átomos.

Con todos estos avances el hombre tuvo una gran fascinación por seguir investigando más acerca de estas moléculas, ya no en el ámbito de materiales inertes, sino en la búsqueda de moléculas orgánicas que se encontrarán en nuestro organismo.

Hoy en día la medicina se le da más interés a la investigación en el mundo microscópico ya que en este se encuentran posiblemente las alteraciones estructurales que provocan la enfermedad, y no hay que decir de las ramas de la medicina que han salido mas beneficiadas como es la microbiología. Inmunología, fisiología, en fin casi todas las ramas de la medicina.

Con todos estos avances han surgido también nuevas ciencias como es la ingeniería genética que hoy en día todos han oído escuchar acerca de las repercusiones que puede traer la humanidad como es la clonación o la mejora de especies. Entre estas ciencias también se encuentra otras no muy conocidas como es la nanotecnología, a la cual se le puede definir como aquella que se dedica a la fabricación de la tecnología en miniatura.

La nanotecnología, a diferencia de la ingeniería genética, todavía no está en pasos de desarrollo; Se le puede considerar como "una ciencia teórica" ya que todavía no se le ha llevado a la práctica ya que aún no es viable, pero las repercusiones que acarreara para el futuro son inmensas.

CARACTERÍSTICAS

Figura 3. Nanotecnología en la alimentación

La característica fundamental de la nanotecnología es que constituye un ensamblaje interdisciplinar de varios campos de las ciencias naturales que están altamente especializados. Por tanto, los físicos juegan un importante rol no sólo en la construcción del microscopio usado para investigar tales fenómenos sino también sobre todas las leyes de la mecánica cuántica.

La nanotecnología molecular tendrá muchos impactos sobre el sector de la medicina en general.

El mundo de la medicina es muy complejo, por lo que todos los beneficios de la nanotecnología para medicina tardarán en hacerse evidentes. No obstante, otros beneficios llegarán de forma inmediata.

Las herramientas de la investigación y la práctica de la medicina serán menos costosos y más potentes. Investigación y diagnóstica serán más eficaces, lo que permitirá una capacidad de respuesta más rápida para tratar nuevas enfermedades.

Numerosos pequeños sensores, ordenadores y diversos aparatos implantables de bajo coste permitirán un control continuo sobre la salud de pacientes así como tratamiento automático. Serán posibles diversos tipos nuevo de tratamiento.

Y mientras los costes de la medicina bajan y el tratamiento de enfermedades más seguro, así sus beneficios serán experimentados por muchas más personas en todo el mundo.

Una posible lista de ciencias involucradas sería la siguiente:

? Electrónica

? Medicina

? Informática

? Física

NANOTECNOLOGÍA AVANZADA

Figura 4. Nanotecnología Avanzada

Figura 4. Un Ordenador Molecular es un millón de veces más eficaz que un ordenador basado en chips de silicio.

La Nanotecnología avanzada, llamada también "Fabricación Molecular", es un término dado al concepto de ingeniería de nanosistemas (máquinas a escala nanométrica) operando a escala molecular. Se basa en los productos manufacturados, se realizan a partir de átomos. Las propiedades de estos productos dependen de cómo estén esos átomos dispuestos. Así por ejemplo, si reubicamos los átomos podemos hacer diamantes. Si reubicamos los átomos de la arena (compuesta básicamente por sílice) y agregamos algunos elementos extras se hacen los chips de un ordenador.

A partir de los incontables ejemplos encontrados en la biología se sabe que miles de millones de años de retroalimentación evolucionada puede producir máquinas biológicas sofisticadas y estocásticamente optimizadas. Se tiene la esperanza que los desarrollos en nanotecnología harán posible su construcción a través de algunos significados más cortos, quizás usando principios biomiméticos. Sin embargo, K. Eric Drexler y otros investigadores han propuesto que la nanotecnología avanzada, aunque quizá inicialmente implementada a través de principios miméticos, finalmente podría estar basada en los principios de la ingeniería mecánica.

Determinar un conjunto de caminos a seguir para el desarrollo de la nanotecnología molecular es un objetivo para el proyecto sobre el mapa de la tecnología liderado por Instituto Memorial Battelle (el jefe de varios laboratorios nacionales de EEUU) y del Foresigth Institute. Ese mapa debería estar completado a finales de 2006.

FUTURAS APLICACIONES

Figura 5. Futuras Aplicaciones

Según informes de Investigadores de reconocidas Universidades, las catorce aplicaciones más prometedoras de la nanotecnología son:

? Almacenamiento, producción y conversión de energía.

? Armamento y sistemas de defensa.

? Producción Agrícola

? Tratamiento y remediación de aguas.

? Diagnostico y cribaje de enfermedades.

? Sistemas de administración de fármacos.

? Procesamiento de alimentos.

? Remediación de la contaminación atmosférica.

? Construcción.

? Monitorización de la salud.

? Detección y control de Plagas.

? Control de desnutrición en lugares pobres.

? Informática.

? Alimentos transgénicos.

Los campos que están experimentando contínuos avances son:

? Energías alternativas, energía del hidrógeno, pilas (células) de combustible, dispositivos de ahorro energético.

? Administración de medicamentos, especialmente para combatir el cáncer y otras enfermedades.

? Computación cuántica, semiconductores, nuevos chips.

? Seguridad. Microsensores de altas prestaciones. Industria militar.

? Aplicaciones industriales muy diversas: tejidos, deportes, materiales, automóviles, cosméticos, pinturas, construcción, envasados alimentos, pantallas planas…

? Contaminación medioambiental.

? Prestaciones aeroespacioles: nuevos materiales, etc.

? Fabricación molecular.

RIESGOS POTENCIALES

? La potencia de la nanotecnología podría ser la causa de una nueva carrera de armamentos entre dos países competidores. La producción de armas y aparatos de espionaje podría tener un coste mucho más bajo que el actual siendo además los productos más pequeños, potentes y numerosos.

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

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

? El intento por parte de la administración de controlar estos y otros riesgos podría llevar a la aprobación de una normativa excesivamente rígida que, a su vez, crease una demanda para un mercado negro que sería tan peligroso como imparable porque sería muy fácil traficar con productos pequeños y muy peligrosos como las nanofábricas.

SUSTANCIAS VISCOSAS

Recientemente, un nuevo estudio ha mostrado como este peligro de la "sustancia viscosa gris" es menos probable que ocurra de como originalmente se pensaba. K. Eric Drexler considera un escenario accidental con sustancia viscosa gris improbable y así lo declara en las últimas ediciones de Engines of Creation. El escenario sustancia viscosa gris clamaba la Tree Sap Answer:

¿Qué oportunidades existen de que un coche pudiera ser mutado a un coche salvaje, salir fuera de la carretera

y vivir en el bosque solo de savia de árbol?. Sin embargo, se han identificado otros riesgos mayores a largo plazo para la sociedad y el entorno.

Una variante de esto es la "Sustancia viscosa verde", un escenario en que la nanobiotecnología crea una máquina nanométrica que se autoreplica que consume todas las partículas orgánicas, vivas o muertas, creando un cieno -como una masa orgánica muerta. En ambos casos, sin embargo, sería limitado por el mismo mecanismo que limita todas las formas vivas (que generalmente ya actúan de esta manera): energía disponible.

8 CONCLUSIONES

? La nanotecnología es la ciencia del futuro ya que con ella podemos dar solución a muchos problemas que antes no era posible.

? Se pueden hacer muchos elementos mediante esta ciencia con la manipulación de materia dándole muchas formas, manipulando sus propiedades y hasta llegar a cambiar sus dimensiones.

? En la medicina es muy aplicable en la cura para el cáncer ya que mediante esta ciencia se puede detectar más eficazmente las células cancerígenas y atacarlas directamente.

? Los nuevos materiales implementados en la medicina ha reducido considerablemente el costo a las diferentes intervenciones que se hacen a diario, en un futuro se estudia la posibilidad de crear robots que puedan entrar en nuestro organismo, que son las maquinas moleculares de reparación, que podrán manipular nuestro ADN.

9 BIBLIOGRAFIA

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Autor:

Iván Alexander Cueva

Universidad Politécnica Salesiana