Entre las tecnologías que han emergido como producto de la pasión científica de la humanidad, una de las más fascinantes es la nanotecnología. No es un término reciente, pero con cada año que pasa, logra obtener más relevancia. Por lo que nunca deja de ser una tendencia tanto en el mundo científico como en otros sectores.
La sociedad en general muestra interés en este tipo de tecnología, lo que ha conllevado a esfuerzos mayores en la investigación de la misma. Esto con la intención de mantener la atención del público en el tema. Por lo que cada día aumentan los esfuerzos en desarrollar y aplicar más a fondo la nanotecnología en distintos ámbitos.
Explicación sencilla de lo que es la nanotecnología
La nanotecnología es el grupo de técnicas, métodos e investigaciones dirigidas a la manipulación de la materia a escala nanométrica. Con la finalidad de comprender las leyes físicas que trabajan a dicha escala y de crear y mejorar las tecnologías y procesos industriales que permitan la creación de sistemas y estructuras nanométricas.
Aplicando las técnicas adecuadas, brinda la posibilidad de crear materiales a partir de complejos procesos. Con lo cual, abre un nuevo horizonte para mejorar otras tecnologías en distintas áreas de estudio y de la sociedad.
Origen
El origen conceptual de la nanotecnología se encuentra en las ideas de tres grandes visionarios. El primero fue famoso físico teórico Richard Feynman. Sus primeras incursiones en el área se plasmaron en su discurso “Hay Mucho Espacio en el Fondo (There’s Plenty of Room at the Bottom)”.
Este fue impartido en el congreso de la Sociedad Americana de Física el 29 de diciembre de 1959. Efectuado en el Instituto de Tecnología de California (Caltech) en la ciudad de Pasadena. Exploró las posibilidades de la miniaturización, tanto en el ámbito científico como en el industrial.
Luego el ingeniero K. Eric Drexler, publicó en 1981, en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, su primer artículo científico sobre el tema “Molecular Engineering: An approach to the development of general capabilities for molecular manipulation”. Aquí exploraba las posibilidades de la ingeniería y manipulación molecular. Y posteriormente publicó en 1986 el libro “Motores de la Creación: La Próxima Era de la Nanotecnología”.
Planteaba la idea de ensambladores en escalas nanométricas, capaces de fabricar copias de sí mismos u otros objetos. A su vez, expuso la posibilidad de la aparición de la “plaga gris (gray goo)”. Se conoce como el resultado de perder el control de dichos ensambladores, conduciendo a una ecofagia a nivel planetario. Por último, Norio Taniguchi acuñó el término nanotecnología en 1974. Fue en una conferencia en la cual explicaba las tecnologías de fabricación de semiconductores por depósito de capa delgada y devastado de rayo iónico.
La nanotecnología tuvo sus primeros adelantos experimentales con el desarrollo del microscopio de efecto túnel. Inventado en 1981 por los físicos Gerd Binning y Heinrich Rohrer, que les permitió ganar el Premio Nobel de Física en 1986. Este instrumento fue el primero que permitió observar y manipular la materia a nivel molecular y atómico. El dispositivo está basado en el efecto túnel de allí su denominación.
Instrumentos y técnicas
El manejo de la materia a escalas tan pequeñas exige el uso de herramientas de trabajo altamente especializadas. A la vez complejas y mediante el uso de técnicas y procesos increíblemente delicados. En algunos casos llegan a ser bastante complicadas su aplicación. Pero la aplicación de la nanotecnología dio a lugar instrumentos y técnicas que han permitido entender el universo:
Microscopio de efecto túnel
Como su nombre lo indica, su funcionamiento se basa en el principio del efecto túnel. Este dispositivo es capaz de detectar con precisión la ubicación de átomos y moléculas. También permite desplazarlos. Solo es útil en materiales conductores.
Microscopio de fuerza atómica
Se enfoca en la detección de fuerzas del orden de los nanonewtons. Tiene los mismos usos de un microscopio de efecto túnel. Pero, a diferencia de este, se puede usar en materiales no conductores.
Fotolitografía
Usa luz para imprimir una retícula sobre material fotosensible. Diseñado para la manufactura de semiconductores y circuitos integrados.
Nanolitografía dip-pen
La punta de un microscopio de fuerza atómica es usada para depositar sustancias sobre una superficie. Se utiliza en la fabricación de:
- Biosensores con múltiples dominios de captura.
- Sensores a nanoescala.
- Chips de proteínas a nanoescala.
Litografía de rayos X
Usa rayos X para imprimir una retícula sobre material sensible, es tecnología experimental. Se aplica en la manufactura de semiconductores y circuitos integrados. Al tener los rayos X una longitud de onda muy inferior a la de la luz, el grado de miniaturización es mucho mayor.
Litografía de haz de electrones
Trabaja con un haz de electrones para imprimir una retícula sobre material sensible. Al igual que la litografía de rayos X, es experimental. Utilizada en la fabricación de semiconductores y circuitos integrados. Permite crear conductores con un grosor mínimo de 5 nm.
Deposición de capa atómica
Se centra en apilar capas de grosor atómico una sobre otra. Empleado en la manufactura de semiconductores y circuitos integrados. Se usa para controlar con precisión el grosor de los componentes
Beneficios de la nanotecnología
La nanotecnología ha incidido positivamente en muchas áreas de la vida humana. Mejorando nuestra vida diaria, nuestra salud, nuestro trabajo. Y sumándose otra gran cantidad de ámbitos importantes para la sociedad. Ha ayudado al aceleramiento del desarrollo científicos. Y es muy seguro que en un futuro cercano genere una mayor cantidad de beneficios para la raza humana. A continuación, podrás observar una clasificación y explicación sencilla de los beneficios de esta tecnología.
Médicos
- La miniaturización de sensores y sondas permite hacer diagnósticos de enfermedades más precisos y menos invasivos. Permitiendo detectar las enfermedades en forma precoz y aumentando así las probabilidades de curación de los pacientes.
- Se está estudiando cómo crear nanoacarreadores que pueden transportar los medicamentos a los tejidos deseados. Impidiendo, en el caso de los medicamentos citotóxicos, que afecten a los tejidos sanos.Manteniéndolos, además aislados del medio ambiente interno del paciente. Evitando así que sean metabolizados antes de cumplir con su función.
- Los puntos cuánticos han demostrado su utilidad en el diagnóstico temprano de patologías oncológicas e infecciosas. Además de ayudar a una localización clara de los tejidos enfermos.Permitiendo una extirpación o tratamiento precisos de estos lo cual aumentará las probabilidades de supervivencia de los pacientes.
- Existen otras tecnologías en estudio como los nanobots médicos diseñados para dar tratamiento mínimamente invasivo y con alta tasa de éxito. La idea principal es inyectar robots de escalas de nanómetro. Estos llevarán a cabo diversas tareas curativas tales como detectar y destruir células cancerosas, destruir virus y bacterias, eliminar coágulos. Sin embargo, esta tecnología apenas es muy reciente. Y harán falta muchos estudios y desarrollos antes de que su uso sea factible.
Electrónicos
- Los nuevos desarrollos nanotecnológicos en el área de litografía de semiconductores y circuitos integrados han permitido crear chips más reducidos. Otorgándoles más funciones y convirtiéndolos más poderosos y eficientes. Esto ha redundado en el desarrollo de dispositivos y equipos en los cuales convergen múltiples funciones que anteriormente se ejecutaban sólo en dispositivos especializados.
- Estas mismas capacidades de miniaturización han redundado en un mejoramiento de las redes de telecomunicación digital. Permitiendo la optimización y la popularización del acceso a internet. Esto ha provocado un gran aumento en el número de personas que pueden acceder a la información más reciente.
- La mejora de los métodos de manufactura en escala nanométrica ha aumentado la eficiencia de las celdas solares. Esto ha afectado positivamente la generación de energías renovables. Y a su vez nos facilita independizarnos de las redes eléctricas comerciales, reduciendo así el consumo eléctrico total. Lo cual provoca una reducción en los niveles de contaminación por generación termoeléctrica.
- El mejoramiento de las tecnologías electrónicas a partir de las nanotecnologías, ha generado un aumento exponencial en la eficiencia de los circuitos electrónicos modernos. Esto redunda en una notable reducción del consumo eléctrico de todos los dispositivos de uso personal y hogareño. Igualmente aumenta la autonomía de productos que usan baterías como los móviles, tablets, ordenadores portátiles, vehículos eléctricos, y otros equipos.
Riesgos
Como toda tecnología avanzada, la nanotecnología es un arma de doble filo. E igualmente se puede decir que no tiene tendencias. Es neutra, no es buena ni es mala. El peligro de esta reside en la utilidad que se le de y en qué tan responsable e informada sea la persona que le da uso. Por eso hay que conocer los riesgos de su uso inapropiado. A continuación, se muestra una lista de algunos los posibles riesgos de la nanotecnología:
Usos como arma militar
Al igual que se pueden crear objetos a escala nanométrica con propiedades beneficiosas, también se pueden crear objetos similares con características destructivas. Por ejemplo, se pueden crear nanobots con la capacidad de destruir las estructuras de una zona determinada. Logrando desensamblar a nivel molecular o que puedan atacar a las células del cuerpo desde adentro creando una especie de ébola artificial.
Riesgos para la salud
Debido a su pequeñísimo tamaño las nanopartículas, pueden ingresar en nuestro organismo. Lo cual dificulta que sean detectadas por el sistema inmunológico y alojarse en tejidos y órganos específicos. Provocando patologías similares a la asbestosis o dañando el ADN, aumentando así las probabilidades de sufrir una patología oncológica. Algunas nanopartículas pueden interaccionar con las proteínas de la sangre, haciendo que estas se adhieran y formen complejos proteicos filamentosos.
Aumento de los niveles de consumo
Al reducirel coste de producción de muchos dispositivos de uso masivo, como móviles y tablets, las ventas de estos pueden aumentar exponencialmente. Lo que genera un aumento masivo en el consumo de recursos. Pudiendo tener serias consecuencias negativas en el ambiente.
Incidencia sobre el ambiente
Muchos procesos industriales ligados a la nanotecnología son altamente contaminantes. Es necesario vigilar constantemente dichos procesos para asegurarnos de que no estamos haciendo mayor mal que bien al usar estas tecnologías.
Futuro
La nanotecnología es una de esas pocas ciencias en las cuales no importa que imagines, la realidad siempre lo sobrepasará. A excepción de los establecidos por las leyes cuánticas, se puede decir que no tiene límites a lo que puede hacer, probemos a imaginar varias cosas en el futuro de esta.
Grafeno
Es un compuesto de carbono puro, organizado como teselado hexagonal que forma una lámina de un átomo de grosor. Tiene alta transparencia, es más resistente que el acero y menos denso que el aluminio. Con su alta conductividad eléctrica y térmica, es uno de los principales protagonistas en la miniaturización de dispositivos electrónicos.
Se ha logrado obtener fragmentos que permiten el estudio de sus propiedades. Pero no su uso práctico, actualmente es uno de los materiales más buscados por los nanotecnólogos. Si se logra producir industrialmente no estaría muy lejos el día en que los móviles tengan el grosor de una cartulina gruesa.
Nanotubos de carbono
Es un material parecido al grafeno excepto que en vez de ser plano se enrolla para formar tubos con diámetros de unos pocos nanómetros. Puede ser monocapa o multicapa. Sus propiedades eléctricas varían en función de su geometría. Desde ser dieléctrico, pasando por semiconductividad, hasta casi alcanzar la superconductividad.
Su desarrollo está en un estadio similar al del grafeno. Hay suficiente información para estudios científicos, pero no para la industria. La fabricación industrial también redundaría en grandes beneficios para la electrónica.
Nanobots autorreplicantes
El santo grial de la nanotecnología, se supone que además de autorreplicarse. No hay límites para lo que pueden hacer. Desde ensamblar moléculas medicamentosas dentro del cuerpo humano y pasando por la capacidad de detectar y destruir bacterias, virus y células cancerosas. Hasta construir grandes estructuras, ensambladas con nanobloques o usándose a sí mismos como piezas de ensamblaje.
Se podrían usar en cualquier proceso industrial sin importar la escala ya que lo que les falta en tamaño lo cubrirán con cantidad. Lo único importante para el caso vendría a ser el software que los controla ya que este sería lo que definiría su utilidad. Si se logra, esto es muy posible que se convierta en algo común en nuestras vidas. Junto con los riesgos que conlleva tal proliferación.
Puedes imaginar cualquier otra cosa para el futuro de la nanotecnología. Y es muy posible que no te llegues a equivocar. Pero simplemente el texto terminaría haciéndose aburrido, así que aquí lo dejo.