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viernes, 27 de abril de 2012

UN MUNDO QUE NOS ESPERA "AHÍ ABAJO"

Mientras preparo cosas nuevas, vuelvo a dejar material antiguo. En esta ocasión se trata de un artículo  sobre la nanotecnología. Si os dais cuenta, desde 2007 las cosas ya han avanzado bastante, sobre todo en el campo de los nanotubos de carbono.
Un saludo.
La Nanotecnología: la nueva revolución que nos espera "ahí abajo"
(publicado en "la flecha" el 8 de febrero de 2.007)

 "El señor. P.D. acude a la clínica tal y como lleva haciendo regularmente cada seis meses. Su médico ha comprobado que las biomáquinas que le había inoculado han detectado células cancerosas en una zona de su cuerpo difícilmente operable. Sin mayor demora, el paciente es sometido al nuevo tratamiento en el que las mismos dispositivos pasarán a actuar sobre las células malignas, destruyéndolas…"
 Este microrrelato, que podrá parecer a muchos un fragmento de una novela de ciencia-ficción, describe una de las líneas en investigación médica dentro de una nueva disciplina llamada nanotecnología. Máquinas del tamaño de moléculas, Cristales que no se ensucian, ordenadores del tamaño de un grano se arena o pinturas que repelen los "graffiti" son otros ejemplos de lo que nos promete esta nueva rama de la ingeniería y de la ciencia de la que algunos autores vaticinan como una revolución tecnológica de la importancia de la industrial del siglo XIX.

Pero, ¿qué es realmente nanotecnología? ¿Tiene algo que ver con la famosa película "viaje alucinante", en la que un diminuto submarino tripulado navegaba por el torrente sanguíneo de un ser humano? Podemos decir que poco, y que va mucho más allá que la simple miniaturización. Se trata de controlar la materia a escala molecular y atómica con toda las posibles aplicaciones que ello conlleva.

Una enciclopedia en la cabeza de un alfiler
La primera vez que se planteó esta idea fue realizada por el premio Nóbel Richard P. Feynman, en su histórica conferencia titulada "Hay mucho sitio ahí abajo". En ella expuso las posibilidades que nos ofrece la miniaturización, llegando a afirmar que no hay impedimento de las leyes de la física para trabajar a escala atómica. Feynman abrió sin duda un horizonte nuevo en la ciencia y la tecnología. Desde entonces, se lograron numerosos hitos en la miniaturización, no sólo de la electrónica, sino otros como aquel desafío lanzado por el propio Feynman de escribir la enciclopedia británica en una superficie del tamaño de una cabeza de alfiler y que fue realizado dos décadas después.

El esfuerzo nanotecnológico
A pesar de que las afirmaciones de Feynman no cayeron en el olvido, tuvieron que transcurrir veinte años hasta la aparición del microscopio de barrido por efecto túnel, con el que se pudo visualizar por primera vez un átomo. El paso siguiente sería poder manipularlos para crear estructuras determinadas. Esto ocurrió en 1.990, cuando científicos de IBM representaron el logo de su compañía creado con 35 átomos de xenón. Se había alcanzado la frontera del átomo.
Vistas las enormes posibilidades, gobiernos, instituciones oficiales y privadas se pusieron en marcha destinando fondos y medios en la investigación de técnicas y nuevos avances. En E.E.U.U., se promovió la llamada Iniciativa Nacional de Nanotecnología, Invirtiendo inicialmente 460 millones de dólares.

Nanorrobots y nanomáquinas que se reproducen a sí mismas.
Ingenieros y científicos se han encaminado hacia el desarrollo de sistemas que trabajen a escala nanométrica. Para ello se han publicado numerosos trabajos acerca de la posibilidad de construir máquinas diminutas.
Uno de los mayores defensores del desarrollo de nanorrobots es Eric K. Drexler, quien en su célebre "engines of creation" propone la fabricación molecular de máquinas capaces de autorreplicarse. Para ello plantea el concepto de un "ensamblador", capaz de colocar los átomos en el lugar adecuado fabricando así estructuras moleculares precisas. Sin embargo las entusiastas tesis de Drexler son vistas con escepticismo entre miembros de la comunidad científica, tales como el premio Nóbel de Química Richard E. Smalley, descubridor de los "fullerinos".

Para adentrarnos en este apasionante mundo debemos tener en cuenta dos cuestiones importantes: la primera es desterrar la idea de máquinas y de sistemas como mecanismos de bielas y de engranajes metálicos para entenderla como algo que puede desempeñar una tarea específica. Si bien es cierto que se han logrado construir máquinas de tamaños increíblemente pequeños, estas son en realidad "micromáquinas", que se puede considerar una etapa de miniaturización anterior a la nanotecnología.

Hemos de considerar también que el entorno nanométrico es un mundo distinto al que nos movemos, donde intervienen las leyes de la mecánica cuántica y los principios de la química física. Peso, inercia o magnetismo dejan paso a los principios de superposición, el movimiento Browniano o las fuerzas de Van der Vaals.

Hay quienes incluso van más allá y partiendo del planteamiento inicial de máquina como el que hemos hecho (cualquier cosa destinada a realizar una tarea) llegan a identificar los sistemas celulares o incluso bacterias como máquinas biológicas nanométricas. Ellos son quienes abogan en observar el funcionamiento de la naturaleza para el desarrollo de biomáquinas mejoradas.

Materiales nanotecnológicos

Los trabajos de investigación llevados a cabo en todo el mundo ya han dado sus primeros en el campo de la mejora de materiales. En primer lugar, se ha estudiado las aplicaciones en la mejora de las características de los materiales. Las aplicaciones que se derivan de ello son sorprendentes: Desde pinturas con propiedades fotovoltaicas a filtros solares que bloqueen los rayos ultravioleta o materiales con la resistencia del acero de un peso muy inferior a éste. Hay investigaciones encaminadas optimizar las características del hormigón.

En esta línea de investigación se está trabajando con las posibilidades de una forma molecular denominada nanotubos de carbono. Estas estructuras diminutas con forma de aguja mejoran la relación resistencia mecánica/peso del acero, la conductividad del cobre y proporcionan una gran elasticidad. Otras aplicaciones de los nanotubos consisten en la fabricación de filtros extremadamente eficientes para la desalinización del agua o separar gases contaminantes de la atmósfera. También se está desarrollando la tecnología FED para la fabricación de pantallas utilizando nanotubos, y podríamos seguir con una larga lista de aplicaciones.

La "nanomedicina". Las "biomáquinas" y detectores moleculares.

En medicina y biología son tantas las posibilidades que se habla de la nanomedicina como una disciplina propiamente dicha. Y es que además del caso que hemos citado, las aplicaciones que se prevén son fascinantes: Una de ellas es la utilización de nanopartículas que apliquen los fármacos, como los de la quimioterapia, en las zonas enfermas del cuerpo, evitando de esta manera efectos secundarios. Científicos ya hablan también de sistemas con que liberan insulina en el torrente sanguíneo. Esta misma técnica podrá utilizarse para la liberación de dopamina en el cerebro con el fin de curar enfermedades como el Parkinson o el Alzheimer. Hasta se afirma que en el futuro será posible reproducir órganos humanos in Vitro o recuperar la visión mediante sistemas que regeneren el nervio óptico o con un "ojo artificial".

Los ordenadores cuánticos y moleculares. Sistemas diminutos que consumen muy poca energía.

Dado que electrónica e informática son las disciplinas en las que la miniaturización está mas avanzada, no podrían ser menos en esta extensa relación de aplicaciones. Los trabajos van encaminados en técnicas de miniaturización "Top-Down", pasando por logros como la obtención de una molécula que trabaja como un transistor.

Pero quizá el avance futuro más apasionante está en lo que también vaticinó el genial Feynman. Éste propuso los fundamentos de sistemas que pudiendo controlar el spin electrónico determinar estados de cero y uno. A este concepto ya se le ha bautizado con el nombre de "bit cuántico" o qubit.

Aparte de lo maravilloso de la idea, al poder construir ordenadores muy pequeños está el hecho de que por los principios de la física cuántica los estados físicos manejados en los qubits no tienen que ser cero o uno, sino los dos a la vez, es posible realizar trabajos en paralelo, procesando el doble de información a la vez. Gracias a esto la capacidad de cálculo de estos hipotéticos sistemas sería enorme. El principal problema consiste en la imposibilidad de interactuar con sistemas cuánticos sin que la información contenida en los qubits fuera alterada.

Otro proyecto extraordinario es el de la llamada "electrónica orgánica". Consiste en representar la información con moléculas orgánicas haciéndolas reaccionar para resolver un problema. Esto se realizó por primera vez en 1.994 cuando se pudo resolver un problema matemático utilizando una estructura de ADN para almacenar la información, estudiado las moléculas resultantes. Dado el grado de escala molecular de los fragmentos de información el volumen de procesamiento sería muy grande. Como dato podemos decir que en un centímetro cúbico se puede almacenar la información de un billón de Cds.

Panorama actual de la nanotecnología

Ya existen cerca de tres mil productos generados con nanotecnología, la mayoría para usos industriales. Igualmente, las investigaciones son lideradas por la medicina y la biología. Según Ignacio Alcorta, presidente del BSI, ya existe un 'nano-chip' que introducido en el organismo realiza un análisis de sangre, envía esa información a un hospital y alerta a los médicos en caso de que exista algún problema de salud. Aparte, las previsiones apuntan a tener nanorobots de diagnóstico a partir de 2025.

La unión Europea, dentro del mayor programa de financiación de investigación y desarrollo tecnológico de su la historia, el Séptimo Programa Marco (7PM)) ha destinado 3.500 millones de euros en investigaciones sobre nanotecnología. En nuestro país, A finales del 2006 se creó junto con Portugal el Centro Ibérico de Nanotecnología, con un presupuesto anual de 30 millones de euros que contará con una plantilla de 200 investigadores. Igualmente se ha creado la red NANOSPAIN promovida por el CSIC y otras instituciones.

Estos son solamente unos pocos casos de los numerosos progresos alcanzados hasta la fecha. Sin embargo, queda mucho por conocer e investigar antes de lograr los objetivos planteados. El salto final de las nanomáquinas se producirá cuando la construcción "abajo-arriba" sea una realidad tangible, sea ya por medio del "ensamblador" de Drexler o por otros medios que aún no imaginamos. Lo que es absolutamente cierto es que un nuevo horizonte científico y tecnológico se ha abierto, y que tras cuatro décadas desde aquel desafío lanzado por Feynman, se han logrado notables avances. Se trata de un nuevo mundo por explorar y se han dado los primeros pasos.


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