Nanotecnología. ¿La promesa total? Introducción general

La nanotecnología (definición Wikipedia; definición UNAM) permite controlar la estructura de la materia, molécula por molécula, con la capacidad de manipular átomos individuales y construir mecanismos con características prediseñadas

Los poderes del microcosmos

Nuestra época vive uno de los más formidables cambios a punto de suceder. En los próximos años veremos que el conocimiento generado por varias generaciones de científicos a mediados del siglo XX, se conjugará con los acelerados avances en muchos campos de la ciencia y la tecnología que llevarán muy pronto estos beneficios a un gran número de personas en todo el mundo, con aplicaciones en la salud, la agricultura, la industria, la energía, el transporte, además de que se abrirán ramas científicas y técnicas totalmente nuevas, que en su totalidad transformarán nuestras formas de vida. Entre las tecnologías que en un futuro cercano producirán este tipo de cambios es la nanotecnología, de la cual se suele decir que es más fantasía y publicidad que un desarrollo práctico, puesto que se considera que está en una fase inicial. Lo cierto es que su desarrollo tiene que ver con diversos campos de la investigación científica.

¿Qué es la nanotecnología?

El sufijo nano significa la milmillonésima parte de un metro, y en términos tecnológicos significa la capacidad de manipular la materia a nivel molecular e incluso atómico, y construir artefactos muy pequeños para una gama prácticamente infinita de finalidades.

Las transformaciones de la materia a nivel microscópico no ha sido ajeno al ojo humano, pero hasta hoy se ha logrado conjuntar los conocimietnos y técnicas necesarias para obtener una dimensión de utilidades tan vasta que en teoría podría resolver muchos de los más grandes males, antiguos y nuevos, que afectan a la humanidad, como el hambre, las sequías, la erosión de las tierras fértiles, la contaminación en todas sus variantes, el remedio definitivo para las enfermedades consideradas hoy incurables. Industrias como la minería se verán totalmente transformadas. La naturaleza es el mejor ejemplo de una maravillosa fábrica de materia inteligente y nuevas formas de vida, diseñadas por el ser humano, al interactuar directamente con las moléculas, para estudiar y explotar los procesos entre ellas a nivel nanométrico, incluyendo, por supuesto, el interior de las células vivas. Aunque las ideas para hacer realidad la nanotecnología ya tienen algo de historia, hasta hace pocos años los científicos cuentan con las herramientas y técnicas necesarias para hacerla útil a la sociedad. Algunos científicos han empezado a investigar cómo reaccionan las células ante topografías formadas por el borde de una capa de moléculas proteicas. Otros han desarrollado técnicas que permiten construir estructuras tridimensionales de moléculas para producir materiales con características definidas, que cambian sus propiedades cuando su medio ambiente se altera (reacción frente al pH, como un ejemplo entre cientos).

A este nivel de sofisticación, será posible diseñar biosensores, biomateriales, e incluso laboratorios integrados en un único chip. Y es que trabajar a pequeña escala implica análisis químicos más rápidos, eficientes y baratos. Los primeros prototipos de microlaboratorio pueden realizar un proceso de electrofóresis en apenas 10 o 20 segundos, frente a una hora o más en los laboratorios convencionales.

Gracias a una emergente tecnología de fabricación de chips llamada “sistemas microelectromecánicos” (MEMS) se podrán fabricar robots del tamaño de una hormiga, giroscopios que cabrían en la punta de un alfiler y emisiones de televisión enviadas directamente a la retina humana. Aunque los microrobots “mágicos” estén a lustros de distancia, ya existen los MEMS y forman parte del presente en industrias de impresión, automotriz y las relacionadas con el envío de señales, como las telecomunicaciones.

La nanotecnología fue derivada de los conocimientos generados en la investigación en la industria de los semiconductores y de las amplias propiedades del silicio, y será una una de mejores alternativas cuando dentro de poco se alcancen los límites físicos del silicio en la acelerada miniaturización de los componentes electrónicos, y hará posible construir computadoras que en lugar de operar con microcircuitos lo harán con procesos químicos.

La velocidad de las reacciones a esta diminuta escala se debe a leyes bien conocidas. Las moléculas deben encontrarse unas a otras para reaccionar, lo cual sólo pueden hacer por difusión. Las escalas de difusión son tales que si reducimos las dimensiones lineales por un factor de 10, el ritmo de difusión se incrementa por 100. De esta forma, reduciendo los volúmenes de 1 microlitro a 1 nanolitro, se obtienen bioanálisis que se pueden hacer 100 veces más rápido.

La precisión del diseño molecular y atómico puede producir estructuras metálicas libres de micro-imperfecciones, incluso las vigas hechas con precisión atómica durarían más y soportarían grandes cargas. La obtención de nuevos materiales y utilización de otros recursos tecnológicos han modificado la concepción de cuanto nos rodea, y la arquitectura tendrá que involucrarse con ella para estar a la vanguardia de los avances científicos y encontrarle fructíferas aplicaciones en la construcción, como es el caso de las cortinas líquidas, vestíbulos a prueba de balas, telas metálicas, aerogel, superconcreto, biocompuestos, pinturas térmicas, muros inteligentes, entre otros. Para un plazo más “lejano”, digamos unos 30 años, los futurólogos esperan invenciones nanotecnológicas que parecen de ciencia-ficción, pero es un hecho que en la actualidad estos avances ya cuentan con aplicaciones prácticas muy importantes.

Todas las maravillas tienen un comienzo. Los primeros pasos

La nanotecnología ha estado entre nosotros como concepto desde hace cuatro décadas. Sin embargo, la investigación seria en este campo dio inicio desde 1989, cuando la compañía IBM perfeccionó un microscopio para escanear y capturar imágenes de los átomos. Desde entonces las aplicaciones concretas han sido pocas, y por el momento los resultados han sido más espectaculares que prácticos, como la misma IBM cuando presentó el ábaco más pequeño del mundo, utilizando moléculas con un dámetro menor a un nanómetro (la milmillonésima parte de un metro), o los investigadores de la Universidad Cornell, quienes construyeron una guitarra de seis cuerdas, del tamaño de un glóbulo blanco.

Muchos años antes, en 1959, en un discurso memorable, el premio Nobel de física, Richard Feynman, que más tarde fue publicado con el título: Hay suficiente espacio en el fondo, pregonó las maravillas de un mundo futuro de abundancia para todos, y 25 años después estas mismas visiones supertecnológicas de una naturaleza reinventada y manipulada por el ser humano fueron expuestas por Eric Drexler en su libro Motores de la creación (1986), en el que describe bellamente la manera en que la manipulación molecular y atómica de la materia conducirá a un utópico futuro de plenitud, planteando a su vez que casi todo padecimiento humano o problema físico será atendido por medio de la nanotecnología y la inteligencia artificial.

En un libro posterior, Unbounding the future: the nanotechnology revolution, Drexler imagina algunas de las innovaciones nanotecnológicas, con énfasis en la producción de ensambladores a nivel molecular, aunque hoy la comunidad científica piensa seriamente que este camino llevará a abrir una auténtica caja de Pandora, por la serie de riesgos que representa este poder.

Nanofuturos posibles. Miniaturas colosales. ¿Qué podemos esperar de la nanotecnología?

Según los futuristas, el medio ambiente tomará una nueva vida mezclado con la tecnología. Las paredes tendrán circuitos lógicos y sensores diminutos; pantallas de alta resolución para la retina, microrobots que tomarán medidas de zonas inaccesibles para el ser humano, conmutadores de fibra óptica con capacidad en terabits, mediante switches MEMS, y otros fascinantes proyectos que se están gestando hoy mismo.

Los ensambladores moleculares trabajarían con una cantidad increíblemente baja y barata de energía solar y los especialistas no dudan que serán la clave para logros que hoy serían considerados casi milagros: curar el cáncer y otras enfermedades actualmente incurables, reforzando el sistema inmunológico humano; emprender una limpieza completa del medio ambiente; supercomputadoras de bolsillo ridículamente baratas, y hasta la “restauración” de especies vegetales y animales extintas.

Colofón con robots miniatura y la paternidad de Asimov

Hace algunos años, los especialistas en ciencias del cómputo proclamaron que la tecnología desarrollada estaba muy lejos de llegar a un robot que emulara aceptablemente algunas de las funciones básicas del ser humano, como el pensamiento. Hoy, el avance tecnológico puede cambiar esta perspectiva, y muy pronto.

Las ideas de contar con entidades autómatas que facilitaran nuestro diario vivir estrían largamente relegadas a la ciencia ficción. Crear una computadora compuesta de un mecanismo biomecánico para efectuar acciones deliberativas, estaba hace algunas décadas en el armario de la fantasía, y entre las lejanas esperanzas de la Inteligencia Artificial.

Pero todo este panorama cambia rápidamente con el desarrollo de nuevas tecnologías que no están necesariamente relacionadas con la Inteligencia Artificial, como del cómputo distribuido y, sobre todo: la computación evolutiva.

Un grupo de investigadores trabaja en el diseño de microcircuitos que se adaptan y evolucionan según los estímulos recibidos del entorno. Bajo estos principios se construyó en 1999 el cerebro artificial más complejo del mundo, para ser implantado en un robot que parece gato llamado Robokoneko, que le permitirá interactuar con el exterior.

El cerebro artificial, denominado Máquina Celular Autómata (CAM por sus siglas en inglés), construido por Hugo de Garis por encargo de la compañía Genobyte, consiste en 37.7 millones de neuronas artificiales, dispositivos físicos que dejan atrás las simulaciones de software. Cada neurona está compuesta de microcircuitos agrupados que simulan los procesos de sinapsis o comunicación entre neuronas. Todo el sistema funciona de acuerdo con parámetros que representan una evolución biológica, pues las conexiones y dispositivos se reconfiguran de acuerdo con los distintos eventos experimentados.

Este desarrollo no sería posible sin la libre colaboración entre científicos de distintas empresas y naciones, y este espíritu es el que podría adelantar en décadas los avances tecnológicos que se atrofiaron en el pantano histórico de la guerra fría.

Por otro lado, las estadísticas no mientes, al señalar que durante la década de los 80 se duplicó el número de robots, primero en áreas especializadas como la exploración espacial, la cirugía y la industria de los servicios, sin que su crecimiento poblacional se detenga desde entonces, estando casi perfectamente integrados máquinas y seres humanos en ambientes de trabajo como la agricultura, la construcción y la industria automotriz.

Después de 1985 los avances en la manufactura de microcircuitos más veloces y pequeños, la tecnología de los microsensores, los descubrimientos de la nanotecnología, la realidad virtual, la inteligencia artificial, etcétera, suponen un avance y mejoramiento sin precedentes hacia la robotización de numerosos de los procesos productivos y culturales de las sociedades actuales.

Las estadísticas insisten en que:

Por cada 10 mil empleados dedicados a la fabricación, el número de robots en el área ascendió de 8.3 a 265 de 1980 a 1996 en Japón; en Alemania pasó de 2 a 79; de 3 a 38 en Estados Unidos, y de 0 a 98 en Singapur.

Durante el mismo periodo la población de robots en todo el mundo pasó de 35 mil en 1982 a 677,000 en 1996, y se estima que la cifra alcance los 950,000 en el año 2000.

Fuente: Robotics

Sin embargo, sería peligroso ignorar las implicaciones sociales, políticas y culturales de este escenario, y bien cabría recordar las tres leyes de la robótica, enunciadas por Isaac Asimov, que siguen inquietando por su simpleza y precisión:

• Los robots jamás deberán lastimar a los humanos, ni por inacción permitir que sean lastimados. • Los robots deben obedecer las órdenes de los humanos, a menos que al hacerlo entren en conflicto con la primera ley. • Los robots deben proteger su propia existencia, a menos que al hacerlo entren en conflicto con las dos primeras leyes.

Anuncios

Una respuesta to “Nanotecnología. ¿La promesa total? Introducción general”

  1. red snake Says:

    Creo que la nanotecnología y la inteligencia artificial serán parte de los importantes desarrollos que marcarán el siglo XXI, y ello no brindará de increibles oportunidades a los seres humanos para tener una mejor calidad de vida. Sin embargo, y a mi pesar, debo admitir que es improbabloe que los acontecimientos que esperamos se den tal y como los imaginamos, puesto que nuestra capacidad de predicción es bastante limitada (hace veinte años las personas soñaban con autos voladores, y lo siguen haciendo). Esto se debe en mi parecer a que las nuevas tecnologías complementan a las anteriores y no sabemos que inesperadas tecnologías nos esperan (como nadie se esperaba la internet). Aún así soy optimista, y de hecho espero el momento en que descubramos el verdadero potencial que podemos explotar con el desarrollo tecnológico.

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s

A %d blogueros les gusta esto: