Avances e impacto de la nanotecnología

La nanociencia, es el conjunto de conocimientos y técnicas que permiten observar, caracterizar, entender y predecir las propiedades de objetos y estructuras de tamaño nanométrico,  y la nanotecnología, es el estudio y desarrollo de sistemas en escala nanométrica.  El 29 de diciembre de 1959, el físico estadounidense Richard Feynman en su conferencia "There is plenty of room at the bottom" trató sobre los beneficios que supondría para la sociedad el que fuéramos capaces de manipular la materia y fabricar artefactos con una precisión de unos pocos átomos, lo que corresponde a una dimensión de 1 nm, aproximadamente. 

Richard  Feynman

Feynman pronosticó correctamente,  el impacto que tendría la miniaturización sobre las capacidades de las computadoras electrónicas,  el desarrollo de los métodos que se emplean en la actualidad para fabricar circuitos integrados, y la aparición de técnicas para trazar figuras extremadamente finas mediante haces de electrones. Incluso planteó la posibilidad de producir máquinas y motores a escala molecular, que nos permitirían manipular moléculas. Expertos que actualmente trabajan en el campo de la nanotecnología, están empezando a poner en práctica algunas de estas ideas.

La nanotecnología estudia el mundo desde un nivel de resolución nanométrico entre 1 y 100 nanómetros. “Nano” es un prefijo griego que significa “mil millones, es decir, es una unidad de longitud equivalente a una millonésima de milímetro (10^-9 metros). Para tener una idea de la escala, Un atomo mide menos de 1 nanómetro.  La Nanotecnología establece como limite superior aproximadamente 100 nanometros. 

Los avances de la nanotecnología han llegado hasta la realización del conteo y ubicación de cadenas nitrogenadas las cuales permiten cambiar un gen o almacenar una enciclopedia en la cabeza de un alfiler.  Promete beneficios al usarse en aplicaciones médicas nuevas, en la soluciones de problemas ambientales y otros; sin embargo, el concepto de nanotecnolgía aún no es muy conocido en la sociedad. ¿Hay conciencia sobre la relevancia del tema si aún la sociedad no está preparada para estos avances?  Han dado programas por cable sobre androides con cerebros artificiales construidos con nanochips, lo cual los harían superiores a los seres humanos. Nuestro futuro se proyectaría entonces a un mundo poblados de seres pos-humanos, híbridos y/o totalmente robotizados.  Piensen en el efecto en los ámbitos sociales, ambientales, políticos y económicos. Y lo peor, imagínense los gobiernos del primer mundo controlando todo...

Al respecto y como es costumbre, buscamos en la red material asociado a estas disciplinas y al final de la entrada estan los enlaces. A continuación resumo una traducción del artículo "Nanotechnology"  de la página Newscientist.

Imagínese un mundo donde implantaciones microscópicas médicas patrullan nuestras arterias, diagnosticando dolencias y luchando contra enfermedades; donde en batallas militares, se desvían explosiones; donde los chips de ordenador no son más grandes que las motas de polvo; y donde las nubes de sondas en miniatura espaciales transmiten datos desde las atmósferas de Marte o Titán. Muchas reclamaciones han sido planteadas sobre los usos nanotecnológicos en el futuro, pero ¿por qué es tan controvertida esta tecnología emergente? La nanotecnología es una ciencia de manipulación y empleo de materiales y dispositivos tan diminutos, que nada más pequeño podría ser construido. 

¿Cuán pequeño es pequeño? 

Los nanomateriales tienen longitudes entre 0.1 y 100 nanómetros (nm) - 1 nm equivale a una billonésima de un metro (10-9 m). Esta es la escala en la cual las funciones básicas del mundo biológico funcionan - y los materiales de este tamaño muestran propiedades  físicas y químicas insólitas. Una cabeza de alfiler tiene una amplitud de un millón de nanómetros. La mayor parte de los átomos están entre 0.1 a 0.2 nm, los hilos de ADN alrededor de 2 nm, los glóbulos rojos están alrededor de 7000 nm de diámetro, mientras el cabello humano tiene típicamente 80,000 nm. Sin ser consciente, la gente ha aprovechado algunas propiedades insólitas de materiales a nivel de nanoescala durante siglos. Las partículas diminutas de oro por ejemplo, pueden aparecer rojas o verdes - una propiedad que ha sido usada para colorear vidrieras de colores durante más de 1000 años. La nanotecnología se encuentra hoy en día en productos de limpieza de ventanas y en pigmentos en cremas y lápices de labios. 

La idea de nanotecnología nace en 1959 cuando el físico Richard Feynman dio una conferencia que exploraba la idea de construir cosas en la escala atómica y molecular. Él se imaginó la Enciclopedia entera Britannica escrita sobre la cabeza de un alfiler. Sin embargo, la nanotecnología experimental no se desarrolló sino hasta 1981, cuando científicos de IBM en Zurich, Suiza, construyeron el primer  microscopio STM, el cual nos permitió ver una sonda diminuta explorando átomos sobre la superficie de un cristal de silicio. En 1990, los científicos de IBM descubrieron como usar un STM para mover átomos de xenón alrededor de una superficie de níquel - en un experimento icónico.

Desde entonces han sido desarrolladas diversas técnicas para capturar imágenes en la escala atómica, las cuales incluyen el microscopio de fuerza atómico (AFM) y la imagimática de resonancia magnética (MRI). Otros avances significativos fueron hechos en 1985, cuando los químicos descubrieron como crear una molécula esférica de fútbol de 60 átomos de carbón, que ellos llamaron buckminsterfullerene (también conocido como C60 o buckyballs). Y en 1991,  crearon rollos diminutos superfuertes de átomos de carbón, seis veces más ligeros pero 100 veces más fuertes que el acero.

  

En el futuro lejano, se podrán ver las propiedades únicas de nanotubos en la construcción de un elevador espacial. Más recientemente, los científicos que trabajan a nivel de nanoescalas, han creado una multitud de componentes y dispositivos incluyendo: Transistores diminutos, superconductores de puntos cuánticos, nanodiodos, nanosensores, pistones moleculares, supercondensadores, motores "biomoleculares", motores químicos, un nanotren, elevadores a nanoescala, un robot ADN, nanotermostatos, nanocontenedores, entre otros. 


Ingeniería de maravilla.

La ingeniería a nanoescala no es hazaña simple, y los científicos tienen que  aplicar soluciones completamente diferentes para la fabricación. En el corto plazo,  mayores avances de la nanotecnología vendrán en forma de nuevos procesos y dispositivos médicos así como en catalizadores para la industria, y componentes para ordenadores cada vez más pequeños.

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