Nanotecnología

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Orígenes de la nanotecnología

Suele decirse que la nanotecnología es hija de muchos padres. Así, dependiendo de a quién preguntes, se te responderá que la nanotecnología nació en 1959, 1986 o 1991. La primera fecha corresponde a la charla de Feynman, la segunda al descubrimiento de los fullerenos y al premio nobel para los inventores del microscopio de efecto túnel, la tercera corresponde al desarrollo de una técnica de producción de fullerenos más eficiente que la que usaron Kroto, Smalley y demás en su experimento inicial.

Si nos remontamos a la que se considera la primera referencia a esta disciplina, la célebre charla de Richard Feynman "There's plenty of room at the bottom"* (que podría traducirse como "Hay mucho espacio en el fondo"), ya este físico nos adelanta el gran avance que supondría la capacidad de fabricar máquinas que funcionaran a escala molecular (menos de 100 nm, 1nm = 0,000000000001 m). Sin embargo, los primeros éxitos tardaron en llegar.

No fue hasta los años 80 cuando dos nuevos inventos permitieron a los científicos pensar que las predicciones de Feynman no se harían esperar. Se trata del microscopio de efecto túnel (1981) y del microscopio de fuerza atómica (1986). Estos dos nuevos instrumentos, aun cuando poseen unas características y limitaciones bastante distintas, permitían por vez primera manipular átomos individuales, disparando la atención de los científicos y del publico en general por la fabricación y las aplicaciones de productos de nanotecnología.

Pero de nuevo se presentó un problema. La manipulación átomo a átomo (aproximación técnica comúnmente denominada "de abajo a arriba" o "bottom-top" en inglés) es lenta y costosa y no resulta muy eficiente a la hora de pasar a la producción en masa de todo proceso industrial, lo que dió origen a un nuevo enfoque de la cuestión: producción mediante nanolitografía ("de arriba a abajo"). Si bien este acercamiento permite un mayor rendimiento en la producción, éste es en detrimento de la resolución del producto final. No obstante, se está avanzando velozmente en este campo con nuevas técnicas que parecen ofrecer mejores y más pequeños nanoproductos. Sin embargo, las técnicas bottom-up no se han abandonado por completo. De hecho, mediante procedimientos químicos se han obtenido nanoagregados (nanoclusters) de partículas con propiedades muy distintas a las que poseen esos mismos materiales a escala macroscópica.

• Fullerenos y nanotubos de carbono

Otro hito en la historia de la nanotecnología se produjo en 1985: el descubrimiento de los fullerenos (podéis leer más sobre esta historia aquí (http://www.sedice.com/modules.php?name=Forums&file=viewtopic&t=12508)). En un principio se pensó que estas moléculas tan peculiares resultarían la panacea y que se desarrollarían aplicaciones de manera casi inmediata. Lamentablemente, no fue así. Veinte años después, la química de los fullerenos ha sido estudiada extensamente, pero, a pesar de ello, no le han encontrado mejor aplicación que ser la materia prima a partir de la cual se obtienen ciertos tipos de nanotubos de carbono. Estos todavía están en fase de estudio, pero ya se han propuesto varios usos en la síntesis de nuevos materiales.

La nanotecnología hoy

Entonces, si aquellas estructuras en las que habíamos depositado nuestra esperanza han dado unos resultados muy por debajo de las expectativas, ¿nos puede ofrecer la nanotecnología algo útil hoy?

Bien, pues efectivamente las primeras aplicaciones prácticas de productos nanotecnológicos ya se han obtenido. Por ejemplo, los quantum dots (puntos cuánticos). Estos consisten en nanocristales de algún material semiconductor (los más usados son CdSe y CdTe) que emiten fluorescencia cuando se les aplican ciertas longitudes de onda y ya han demostrado su eficacia como marcadores biológicos. También se supone que podrían tener aplicación en el desarrollo de células solares mas eficientes que las que tenemos en la actualidad.

Existen también unos cuantos ejemplos de nanomaquinaria completamente funcional (nanomotores, nanoengranajes...), siendo el más espectacular de todos ellos el nanocoche. Este consiste en un chasis polimérico al que se acoplan cuatro moleculas del fullereno C60 como ruedas. En un principio el coche se movía al ser sometido a campos magnéticos de distinta intensidad, pero poco tiempo después se le añadió un motor fotónico, con lo que un haz de luz de determinada longitud de onda era capaz de mover al coche. La última noticia recibida sobre el tema es que le cambiaron las ruedas-fullerenos por un tipo de moléculas macrocíclicas circulares que, al parecer, ofrecen menor resistencia al desplazamiento.

Y esto es sólo el principio. Sin lugar a dudas, los nanotubos de carbono y demás nanoestructuras de distintas composiciones, como nanovarillas, nanocables, nanoplatos, nanorice (pequeños agregados de sección elipsoidal de un material A, recubiertos por una monocapa de otro material B), serán los elementos que conformarán nuestras nanomáquinas en el futuro.

• Nanotecnología y miniaturización

Nanotecnologia son sólo los dispositivos diseñados -y que tienen su ámbito de funcionamiento- a escala nanométrica, debido a que a esta escala se producen efectos de origen cuántico que no sucederían si aumentamos el tamaño (véanse los quantum dots). Si el dispositivo es algo más grande pasamos ya a hablar de macromoléculas, tamaño microscópico y miniaturización. Pero en este caso estos dispositivos actúan conforme a una física más clásica, al menos todo lo clásica que pueda ser la física de fluidos, pues el problema del desplazamiento de un dispositivo suficientemente pequeño existe tanto en nanotecnología como en miniaturización y se suele solventar mediante dispersión en un fluido.

La razón de que los materiales presenten propiedades diferentes cuando se manejan a pequeñas escalas está relacionada con el cociente volumen/superficie. Cuanto más pequeño es tu material más superficie tiene en comparación a su volumen. El hecho de que haya más átomos superficiales es muy importante porque éstos no tienen las mismas propiedades que los átomos que están en el interior de la partícula, y acaban modificando las propiedades globales de la partícula.

Cabe resaltar tambien que hasta los años 90 no se popularizó el término "nanotecnología", así que las confusiones con la miniaturización son perdonables hasta esas fechas. Sin embargo, libros (y artículos periodísticos) posteriores no tienen disculpa si equivocan los términos. Por ejemplo, hace poco se construyó un motor que funcionaba gracias a una bacteria que lo iba moviendo. En este caso hablaríamos de miniaturización y dispositivo microscópico y no tendría sentido hablar de nanotecnología. Sin embargo, sí que podemos marcar la bacteria introduciendo quantum dots (nanotecnología) en su organismo. Los quantum dots hacen que ciertos orgánulos de la bacteria emitan fluorescencia, facilitando su visualización al microscopio.

Nanotecnología y ciencia ficción

En la literatura de ciencia ficción aparecen mencionados con frecuencia aparatos que funcionan en la nanoescala, pero rara vez se entra en detalles. Ya en los años 50 en algunos de los primeros relatos de Isaac Asimov se menciona que la miniaturización llegaba a tales extremos que se podía introducir un motor atómico en el cinturón (véase Fundación (1951), por ejemplo). Como todavía no existía noción de lo que sería la nanotecnología se hablaba de miniaturización. Sea como sea, las ideas del buen doctor tienen su importancia como precursoras no sólo de un elemento más de la ciencia ficción, sino también de una rama (otra más) de la química unos 50 años antes del primer descubrimiento oficial (los fullerenos). Ideas similares debieron conducir a Feynman a las conclusiones a las que llega en su conferencia.

Pocos años después Stanislaw Lem, en El invencible (1964), nos cuenta que en el planeta al que arriban los protagonistas la única evidencia de vida inteligente corresponde a una “nube inorgánica” integrada por minúsculas “máquinas” con entidad propia, pero que sólo muestran inteligencia al ser asumidas por la nube. También en su ultima novela de ciencia ficción, Fiasco (1986), Lem relata la llegada a un planeta con dos facciones enfrentadas donde las batallas espaciales se llevan a cabo mediante nanobots.

Más recientemente y ya de manera mas explícita (una vez asentadas las bases de la nanotecnología), en Playa de acero (1992) de John Varley el superordenador que gestiona la Luna utiliza nanotecnología para quitarle la resaca a sugerencia del protagonista.

En La era del diamante (1995) de Neal Stephenson las consecuencias del uso extensivo de la nanotec se exploran de modos muy interesantes.

En La cabalgata de los mendigos (1996), tercera parte de la Saga de los Mendigos, de Nancy Kress, la nanotecnología ofrece su peor cara, convirtiéndose en un regalo envenenado.

En Plantilla:Luz virtual de William Gibson aparece una nanotecnología bastante primitiva enfocada mayormente a materiales de diseño más que a implantes.

En Paz interminable (1997), de Joe Haldeman, aparecen las nanofraguas. Estos aparatos son capaces de descomponer cualquier material que les sea suministrado en sus elementos para después recombinarlos y construir cualquier otra cosa según el diseño que les haya sido proporcionado. Evidentemente, tales mecanismos deberían ser extremadamente complejos, y, en el estado actual de la técnica, todavía no se puede ni soñar con algo similar.

En Alt 47 (1997), de Greg Bear, la nanotecnología permite a los seres humanos un control absoluto sobre su entorno hasta el nivel molecular. También juega un papel importante en la novela Reina de los Ángeles (1993), del mismo autor, en la que la nanotecnología es una disciplina restringida y con curiosas aplicaciones, como construir una pistora utilizando diversos materiales metálicos a los que se le añade un compuesto basado en nanotecnología.

En Plantilla:El imperio elevado de Plantilla:Westerfeld, y su continuación Plantilla:El asesinato de los mundos, la guerra entre el imperio y la máquinas con sus cyborgs se basa en la nanotecnología sobre todo.

Mención aparte merece Greg Egan, para quien la nanotecnología no sólo es una constante en sus libros, sino que además conoce muy bien los procesos químicos y biológicos que sus artefactos alteran, como sus detalladas y extensas descripciones demuestran.

En un capítulo de Star Trek (1979) unos científicos crean unos nano-robots muy sofisticados que se utilizan en reparaciones, con capacidad de aprendizaje. Tanto, que acaban adquiriendo inteligencia...