Nanotecnología: el arte de lo invisible

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Nanotecnología: el arte de lo invisible
¿Qué es la nanotecnología?
Una definición básica: La nanotecnología es la ingeniería de sistemas funcionales a
escala molecular. Esto abarca tanto el trabajo y los conceptos que están más avanzados
actualmente.
En su sentido original, "nanotecnología" se refiere a la capacidad proyectada para
construir elementos de abajo hacia arriba, utilizando técnicas y herramientas que se están
desarrollando hoy para hacer productos de alto rendimiento y completos.
El significado de la nanotecnología
Cuando K. Eric Drexler (derecha) popularizó la palabra "nanotecnología" en la década de
1980, que estaba hablando de la construcción de máquinas en la escala de moléculas,
unos pocos nanómetros de anchos motores, brazos de robot, e incluso los ordenadores
enteros, mucho más pequeños que una célula . Drexler pasó los próximos diez años
describiendo y analizando estos dispositivos increíbles, y respondiendo a las acusaciones
de la ciencia ficción. Mientras tanto, la tecnología mundana estaba desarrollando la
capacidad de construir estructuras simples a escala molecular. A medida que la
nanotecnología se convirtió en un concepto aceptado, el significado de la palabra pasó a
abarcar los tipos más simples de la tecnología a escala nanométrica. La Iniciativa
Nacional de Nanotecnología EE.UU. fue creada para financiar este tipo de
nanotecnología: su definición incluye cualquier cosa menos de 100 nanómetros con
propiedades novedosas.
Gran parte del trabajo que se realiza hoy que lleva "nanotecnología" en el nombre no es la
nanotecnología en el sentido original de la palabra. La nanotecnología, en su sentido
tradicional, significa construir cosas de abajo hacia arriba, con precisión atómica. Esta
capacidad teórica fue concebida ya en 1959 por el famoso físico Richard Feynman.
Figura 1. Con 15.342 átomos, este engranaje paralelo reductor de
velocidad es una de los mayores dispositivos nano mecánicos,
siempre modelados en detalle atómico.
Quiero construir un billón de diminutas fábricas, modelos de uno al otro, que son de
fabricación al mismo tiempo. Los principios de la física, por lo que se puede ver, no hablan
en contra de la posibilidad de maniobrar las cosas átomo por átomo. No es un intento de
violar cualquier ley; es algo, en principio, que se puede hacer; pero en la práctica, no se
ha hecho porque somos demasiado grandes. - (Feynman, 1999), ganador del Premio
Nobel de Física.
Sobre la base de la visión de Feynman de fábricas en miniatura utilizando nanomáquinas
para construir productos complejos, la nanotecnología avanzada (a veces referido como la
fabricación molecular) hará uso de mecanoquímica, posicionalmente controlada y guiada
por sistemas de máquinas moleculares. La formulación de un plan de trabajo para el
desarrollo de este tipo de nanotecnología es ahora uno de los objetivos de un proyecto de
hoja de ruta, tecnológica de base amplia dirigida por Battelle (el gestor de varios
laboratorios nacionales de EE.UU.) y el Instituto Foresight de nanotecnología.
Poco después de esto se prevé crear maquinaria molecular, que dará lugar a una
revolución de la fabricación, probablemente causando graves trastornos. También tiene
graves implicaciones económicas, sociales, ambientales y militares.
Cuatro generaciones
Roco, Mirkin, & Hersam, (2011) de la Iniciativa Nacional de Nanotecnología EE.UU. han
descrito cuatro generaciones de desarrollo de la nanotecnología. La era actual, como la
representa Roco, es de nano estructuras pasivas, materiales diseñados para realizar una
tarea. La segunda fase, a la que apenas estamos entrando, introduce nano estructuras
activas para realizar múltiples tareas; Por ejemplo, actuadores, dispositivos de
administración de fármacos, y sensores. Se espera que la tercera generación emergente
para comenzar en torno a 2010 cuente con nano sistemas con miles de componentes que
interactúan. Pocos años después de eso, los primeros nano sistemas integrados,
funcionando (de acuerdo con Roco) al igual que una célula de mamífero con los sistemas
jerárquicos dentro de los sistemas, se espera que sean desarrollados.
Algunos expertos todavía pueden insistir en que la nanotecnología puede hacer referencia
a la medición o visualización en la escala de 1-100 nanómetros, pero el consenso parece
estar formado alrededor de la idea (presentada por la NNI de Mike Roco) que controlar la
reestructuración de la materia a escala nanométrica es un elemento necesario. La
definición de CRN es un poco más precisa que eso, pero a medida que avanza el trabajo
a través de las cuatro generaciones de la nanotecnología que conducen a los nano
sistemas moleculares, incluirán la fabricación molecular, que se cree, va a ser cada vez
más evidente que la "ingeniería de sistemas funcionales a escala molecular" es por lo que
se dice que la nanotecnología es realmente todo.
Definiciones en conflicto
Por desgracia, las definiciones conflictivas de la nanotecnología y distinciones borrosas
significativamente diferentes en los campos han complicado el esfuerzo por comprender
las diferencias y establecer una política sensata y eficaz.
Los riesgos de las tecnologías a nano escala de hoy en día (toxicidad de las nano
partículas, etc.) no pueden ser tratados igual que los riesgos de fabricación a largo plazo
molecular (perturbación económica, raza brazos inestables, etc.). Es un error ponerlos
juntos en una canasta para la consideración política, cada uno es importante para hacer
frente, pero ofrecen diferentes problemas y requieren diferentes soluciones. Tal como se
utiliza hoy en día, el término nanotecnología se refiere normalmente a un amplio conjunto
de campos que en su mayoría desconectados. Esencialmente, cualquier cosa lo
suficientemente pequeña e interesante puede ser llamado nanotecnología. Mucho de esto
es inofensivo. Para el resto, la mayor parte del daño es de calidad familiar y limitada. Sin
embargo, como veremos más adelante, la fabricación molecular traerá riesgos
desconocidos y nuevas clases de problemas.
Tecnología de propósito general
La nanotecnología se refiere a veces como una tecnología de propósito general. Eso es
porque en su forma avanzada tendrá un impacto significativo en casi todas las industrias y
todos los ámbitos de la sociedad. Se ofrecerán mejor construidos, más duraderos, más
limpios, más seguros y más inteligentes productos para el hogar, para las
comunicaciones, la medicina, el transporte, la agricultura y la industria en general.
Imagine un dispositivo médico que viaja a través del cuerpo humano para buscar y
destruir a los pequeños grupos de células cancerosas antes de que puedan propagarse.
O una caja del tamaño de un terrón de azúcar que contiene todo el contenido de la
Biblioteca del Congreso. O materiales mucho más ligeros que el acero, que poseen diez
veces más fuerza. (Karkare, 2008).
Tecnología de doble uso
Como la electricidad o los equipos antes que ella, la nanotecnología ofrecerá en gran
medida la mejora de la eficiencia en casi todas las facetas de la vida. Pero como una
tecnología de propósito general, será de doble uso, lo que significa que tendrá muchos
usos comerciales y también tendrá muchos usos en decisiones de armas militares y
herramientas de vigilancia mucho más poderosas. Por lo tanto, representa no sólo
maravillosos beneficios para la humanidad, sino también graves riesgos.
Una comprensión fundamental de la nanotecnología es que ofrece no sólo los mejores
productos, sino un proceso de fabricación mejorado enormemente. Una computadora
puede hacer copias de los archivos de datos esencialmente, tantas copias como desee
con poco o ningún costo. Puede ser sólo una cuestión de tiempo hasta que la
construcción de productos llegue a ser tan barata como la copia de archivos. Ese es el
verdadero significado de la nanotecnología, y por qué se considera a veces como "la
próxima revolución industrial."
Mi opinión es que la revolución de la nanotecnología tiene el potencial de cambiar a
Estados Unidos en una escala igual a, si no mayor, que la revolución de la computadora.
(Congreso de EUA, 2006).
El poder de la nanotecnología se puede encapsular en un dispositivo aparentemente
sencillo llamado nano fábrica personal que pueda sentarse en el mostrador o escritorio.
Lleno de procesadores en miniatura químicos, informáticos y robóticos, producirá una
amplia gama de artículos de forma rápida, limpia y barata, productos de construcción
directamente a partir de planos.
La proliferación exponencial
La nanotecnología no sólo permitirá hacer muchos productos de alta calidad a muy bajo
costo, sino que permitirá hacer nuevas nano fábricas al mismo bajo costo y con la misma
velocidad rápida. Esta singular (fuera de la biología, que es) capacidad de reproducir sus
propios medios de producción es la razón por lo que se dice que la nanotecnología es una
tecnología exponencial. Representa un sistema de fabricación que será capaz de hacer
más fábricas de sistemas que pueden construir fábricas rápidamente y poco onerosa, y
limpiamente. Los medios de producción serán capaces de reproducir de forma
exponencial, por lo que en tan sólo unas semanas se concebible que unas nano fabricas
podrían convertirse en miles de millones. Es un revolucionario, transformador, de gran
alcance, y potencialmente muy peligroso beneficioso de la tecnología.
¿Qué tan pronto todo sucederá esto? Las estimaciones conservadoras suelen decir de 20
a 30 años, o incluso mucho más tarde que eso. Sin embargo, CRN está preocupado de
que pueda ocurrir más pronto, muy posiblemente en la próxima década. Esto es debido al
rápido progreso realizado en tecnologías de apoyo, tales como la óptica, la nano litografía,
mecano química y prototipos 3D. Si no llega tan pronto, podemos no estar
adecuadamente preparados, y las consecuencias pueden ser graves.
Creemos que no es demasiado temprano para empezar a hacer algunas preguntas
difíciles y frente a las cuestiones:
-¿Quién será el propietario de la tecnología?
-¿Va a ser muy restringido, o ampliamente disponible?
-¿Qué va a pasar con la brecha entre ricos y pobres?
-¿Cómo se puede controlar armas peligrosas, y puede prevenir la carrera de armamentos
peligrosos?
Muchas de estas preguntas se plantearon por primera vez hace una década, y aún no han
sido respondidas. Si las preguntas no son respondidas con la deliberación, las respuestas
van a evolucionar de forma independiente y nos llevará por sorpresa; la sorpresa es
probable que sea desagradable.
Es difícil decir con certeza qtan pronto esta tecnología va a madurar, en parte porque
es posible (especialmente en los países que no tienen las sociedades abiertas) que los
programas de desarrollo industrial militar clandestino han llevado a cabo durante años
esto sin nuestro conocimiento.
No podemos decir con certeza que la nanotecnología a gran escala no se desarrollará en
los próximos diez años, o incluso cinco años. Puede tomar más tiempo que eso, pero la
prudencia y, posiblemente, nuestra supervivencia demanda que nos preparemos ahora
para el escenario de desarrollo temprano.
Conceptos fundamentales en la nano ciencia y la nanotecnología
Es difícil imaginar cuán pequeña es la nanotecnología. Un nanómetro es una mil
millonésima parte de un metro, o 9 de un metro. Aquí están algunos ejemplos
ilustrativos:
-Hay 25, 400,000 nanómetros en una pulgada
-Una hoja de periódico es de unos 100.000 nanómetros de espesor
-En una escala comparativa, si un mármol eran un nanómetro, entonces uno vatímetro
dará resultados del tamaño de la Tierra
Figura 2. Medidas de la nanotecnología.
Como ya se dijo la nano ciencia y la nanotecnología implican la capacidad de ver y
controlar los átomos y moléculas individuales. Todo en la Tierra está compuesto de
átomos, los alimentos que comemos, la ropa que usamos, los edificios y casas en que
vivimos, y nuestros propios cuerpos.
Pero algo tan pequeño como un átomo es imposible ver a simple vista. De hecho, es
imposible ver con los microscopios usados típicamente en una clase de ciencias de la
escuela secundaria. Los microscopios necesarios para ver las cosas a nano escala se
inventaron hace relativamente poco tiempo, unos 30 años.
Una vez que los científicos tenían las herramientas adecuadas, tales como el microscopio
de efecto túnel (STM) y el microscopio de fuerza atómica (AFM), nació la era de la
nanotecnología.
A pesar de que la nano ciencia y la nanotecnología moderna son bastante nuevas, se
utilizaron los materiales a nano escala durante siglos. Partículas de oro y plata de
tamaños alternos crean colores en las vidrieras de las iglesias medievales hace cientos de
años. Los artistas en ese entonces no sabían que el proceso que se utiliza para crear
estas hermosas obras de arte en realidad es llevado a cambios en la composición de los
materiales de los que estaban trabajando.
Figura 3. Medievales vidrieras son un
ejemplo de cómo se utiliza la nanotecnología
en la era pre-moderna.
Los científicos y los ingenieros de hoy están encontrando una amplia variedad de
maneras de hacer deliberadamente materiales en la nano escala para aprovechar sus
propiedades mejoradas, tales como una mayor resistencia, menor peso, mayor control del
espectro de la luz, y una mayor reactividad química que sus contrapartes de mayor
escala.
¿Por qué preocuparse por la nanotecnología?
Drexler (1992) indica que, dado que la tecnología está transformando la vida humana, y la
nanotecnología es donde va la tecnología, la ciencia a nano escala de hoy, la tecnología
incluye la investigación y el desarrollo en el filo de una amplia gama de campos. El
término "nanotecnología" se ha aplicado allí donde los científicos y tecnólogos están
luchando con los bloques de construcción fundamentales de la materia, los átomos y las
moléculas.
La ciencia y tecnología a nano escala incluye las fronteras de la química, materiales,
medicamentos y equipos informáticos, es la investigación que permite a la revolución de
la tecnología de continuar.
Nanotecnología de mañana será mucho más.
Como las tecnologías a nano escala de antemano, van a permitir el desarrollo de la
fabricación molecular, una nanotecnología más sistemática y eficaz en el uso de
máquinas a escala nano métrica para construir a gran escala, productos de precisión
atómica limpia, a bajo costo. Este tipo de nanotecnología (la visión que inspiró el campo
como un todo) va a transformar nuestra tecnología física de abajo hacia arriba, que
permite un control digital de la estructura de la materia.
¿Qué tan importante será esto?
Sus productos van a curar el cáncer y reemplazar los combustibles fósiles, sin embargo,
esos avances serán, en retrospectiva, una pequeña parte de la totalidad.
Cualquier tecnología de esta traerá ambos aspectos, peligros y oportunidades. Se ha
hablado mucho de una preocupación Levanté en 1986, bajo el nombre de "plaga gris" (un
escenario hipotético que implica replicantes fugitivos). Aunque la construcción de
máquinas totalmente auto replicantes serían difíciles, y la edificación que podría replicarse
sin ayuda externa sería más difícil todavía, el trabajo actual en el campo muestra que será
más fácil y más eficiente para desarrollar la fabricación molecular sin la construcción de
todas las máquinas auto replicantes en absoluto.
Los sistemas de fabricación moleculares avanzados serán las fábricas de escritorio a
escala que fabrican productos grandes y útiles. El peligro no es que las fábricas van a
hacer algo incontrolado, pero las fuerzas hostiles los usarán para producir nuevas armas,
con decisión de gran alcance. Sólo la investigación vigorosa puede producir una defensa
estable. Por lo tanto, las nanotecnologías avanzadas son tan cruciales para la seguridad,
como lo son para la medicina, la productividad económica y el futuro del medio ambiente
de la Tierra.
¿Por qué hacer algo acerca de la nanotecnología, si usted no está trabajando en el
campo?
Porque importa si vamos por el camino correcto en el desarrollo y la aplicación de estas
capacidades de gran alcance. Sorprendentemente, hoy en día en EE.UU., la dirección
nacional de alto nivel en ciencia y tecnología a nano escala está en la negación sobre el
futuro del campo. La investigación está en consecuencia mal dirigida, y la discusión de las
preocupaciones legítimas ha sido distorsionada por la desinformación oficial y ataques por
motivos políticos. Voces frescas, no vinculadas a la política del proceso de concesión
federal, pueden ayudar a redirigir el campo y abrir un diálogo honesto acerca de su futuro.
Referencias
Congreso de EUA. (2006). Registro del Congreso del 7 enero 2003 hasta 17 enero 2003. Imprenta
del Gobierno.
Drexler, K. E. (1992). Nanosistemas: maquinaria molecular, Fabricación y Computación. Wiley.
Feynman, R. (1999). Partículas elementales y las leyes de la física. Cambridge University.
Karkare, M. (2008). Nanotecnología: Fundamentos y Aplicaciones. I. K. International.
Roco, M. C., Mirkin, C. A., & Hersam, M. C. (2011). Direcciones de Investigación de la
nanotecnología para las necesidades de la sociedad en 2020: Retrospectiva y Perspectiva.
Springer Netherlands.

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Arenas Ramírez Aaron. (2016, septiembre 29). Nanotecnología: el arte de lo invisible. Recuperado de http://www.gestiopolis.com/nanotecnologia-el-arte-lo-invisible/
Arenas Ramírez, Aaron. "Nanotecnología: el arte de lo invisible". GestioPolis. 29 septiembre 2016. Web. <http://www.gestiopolis.com/nanotecnologia-el-arte-lo-invisible/>.
Arenas Ramírez, Aaron. "Nanotecnología: el arte de lo invisible". GestioPolis. septiembre 29, 2016. Consultado el 7 de Diciembre de 2016. http://www.gestiopolis.com/nanotecnologia-el-arte-lo-invisible/.
Arenas Ramírez, Aaron. Nanotecnología: el arte de lo invisible [en línea]. <http://www.gestiopolis.com/nanotecnologia-el-arte-lo-invisible/> [Citado el 7 de Diciembre de 2016].
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