Nanotecnología

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  Falta por ampliar la nano en la vida real y en la ciencia ficción

La nanotecnología es el campo de las ciencias aplicadas dedicado al control y manipulación de materiales a escala menor de un micrómetro (lo que serían mil nanómetros).

Se trata de un campo multidisciplinar, ya que está definido por el tamaño de los materiales con los que trabaja, no por el origen de los mismos ni por las técnicas utilizadas.

Nanociencia vs. nanotecnología:

Actualmente apenas existe tecnología "nano", aún nos encontramos en la fase de la nanociencia, que consiste en "ver" objetos de tamaño nano y comprender su modo de funcionar. Aún no manipulamos el nano con la habilidad suficiente, por lo que no puede hablarse con propiedad de una ciencia aplicada.

Por ejemplo, en la Universidad Autónoma de Madrid, un becario tarda dos horas en ensamblar 9 moléculas para dibujar una cara sonriente. El coste y el tiempo empleado en esta actividad no son asumibles para producir una tecnología que pueda ser implantada a nivel general.

Esto no quiere decir que la nanotecnología sea enteramente ciencia ficción en la actualidad. Existen muchos productos nano en el mercado y podemos hablar incluso de nanomáquinas naturales, los virus: ya que no se consideran seres vivos, estos ensamblados de proteínas resultan poseer la tecnología que intentamos imitar, comprendiendo en un tamaño de 30 nanometros los mecanismos necesarios para realizar hasta 50 funciones diferentes.

Historia:

Románticamente, se atribuye a James Clerk Maxwell el uso de los conceptos de nanotecnología que implicarían la manipulación individual a nivel molecular, en su famoso experimento mental de la paradoja de Maxwell (1867), cuyo demonio imaginario sería capaz de abrir o cerrar una diminuta puerta y aparentemente violar el segundo principio de la termodinámica.

Richard Adolf Zsigmondy (1865-1929) fue el primero en utilizar explícitamente el término nanómetro, definido como la millonésima parte de un milímetro y fue así mismo el primero en realizar observaciones y medidas en esta escala gracias al desarrollo del ultramicroscopio, motivo en parte por el que recibió el premio Nobel en 1925.

Sin embargo, el verdadero comienzo intelectual en este área fue obra de Richard Feynman, quien el 29 de diciembre de 1959 dio una conferencia en el Caltech titulada There's Plenty of Room at the Bottom ("Al fondo hay sitio", publicada en 1960) donde señalaba que no hay ninguna ley que nos impida mover átomos uno a uno para construir los materiales que queramos, mejores incluso que los existentes en la naturaleza. El único impedimento, se lamentaba, es que somos unos "manazas", en el sentido de que los átomos son demasiado pequeños para manejarlos con la tecnología de entonces. Feynman conseguiría el premio Nobel de física por sus trabajos en el campo de la electrodinámica cuántica, un campo muy relacionado con los logros posteriores en nanociencia.

Así, el laboratorio de investigación de IBM en Zurich (Gerd Binnig y Heinrich Rohrer) consiguió también el Nobel de física, en 1986, por la construcción del microscopio de efecto túnel (en 1981), herramienta que revolucionó este área de la ciencia al posibilitar por primera vez el poder ver estructuras de tamaño "nano". El propio microscopio de efecto túnel se convirtió en una herramienta para manipular a esta escala, dando comienzo a la tecnología nano.

El microscopio de efecto túnel tiene la limitación de que requiere de materiales conductores para funcionar, es decir, metales, dado que se base en la medición de intensidades de corriente. Actualmente, se ha desarrollado otro tipo de microscopio, mejor, llamado AFM (microscopio de fuerzas atómicas) que permite "ver" no sólo átomos metálicos, sino cualquier tipo de átomo.

Efecto túnel:

El microscopio de efecto túnel o STM (Scanning Tunneling Microscope) permite modelizar superficies a escala atómica. No se trata de un microscopio óptico, no hay ninguna imagen que se amplie, sino que una punta rastreadora topografía la superficie a observar y mediante una interfaz gráfica los datos optenidos son visualizados en un ordenador como una imagen generada.

Basa su funcionamiento en el denominado efecto túnel, un efecto cuántico, que se da en distancias menores a la milmillonésima parte de un metro. Se basa en la medida de pequeñísmas intensidades de corriente generadas por la nube de probabilidad de los electrones.

El microscopio en sí es en realidad un circuito eléctrico en el que está incluida la muestra y la punta de medida (generalmente de wolframio). Por esto, las muestras deben ser materiales conductores.

La punta no toca la muestra, sino que se queda a un pequeña distancia (del orden de un par de átomos), rastreando esta corriente de túnel. La punta desciende cuando la superficie desciende y estos pequeños movimientos son registrados por un dispositivo piezoeléctrico con precisiones que pueden llegar a los 0.05 nm.

Microscopio de fuerzas atómicas:

El microscopio de fuerzas atómicas o AFM (Atomic Force Microscopy) realiza una función similar a la del microscopio de efecto túnel, escaneando una superficie con precisiones nanométricas. La ventaja sobre el efecto túnel es que permite fotografiar cualquier tipo de superficie, no sólo metálica.

Mientras que el STM medía intensidades de corriente, el AFM mide fuerzas interatómicas, la repulsión entre la punta y los átomos que componen la superficie de la muestra. De manera simplista, se puede decir que el proceso consiste en mantener la punta del escáner a una distancia/fuerza constante de la superficie; cuando la superficie sube o baja, la punta hace lo propio, y estos ligeros movimientos (motivados por el cambio en la magnitud de la fuerza de repulsión) son captados por un transponedor piezoeléctrico y convertidos en imágenes mediante una interfaz informática.

Nanotecnología en la ciencia ficción:

• El planeta de los dinosaurios (1979) y su continuación Los supervivientes (1984) de Anne McCaffrey, introduce una máquina que genera alimentos utilizando como base cualquier materia orgánica que se introduzca en ella.

• La era del diamante (1995), novela de estilo postcyberpunk escrita por Neal Stephenson, introduce un dispositivo nanotecnológico bautizado como el Compilador de materia, que es en realidad un ensamblador molecular capaz de generar cualquier material o dispositivo complejo a partir de átomos obtenidos de unos sistemas conocidos como las Tomas que son un sistema de repartición de moléculas similar a la red de distribución eléctrica.

• Paz Interminable (1997), de Joe Haldeman. Describe una situación muy similar a la apuntada por Stephenson. En la obra la nanotecnología ha revolucionado el mundo, pero está monopolizada por la sociedad occidental, que posee las Nanofraguas, dispositivos capaces de crear cualquier objeto con las materias primas adecuadas. La trama diseña un acceso restringido y sólo los países alineados con el bloque occidental pueden utilizar las Nanofraguas.

• Cielo de singularidad (2003) de Charles Stross refleja una sociedad dividida por la utilización y el rechazo a la utilización de manufacturas nanotecnológicas, una novela con una excelente heroína como hilo conductor de la trama.