Nanotegnologias

ABSTRACT

El propósito de este artículo es que el
mundo conozca todas las aplicaciones de esta ciencia, que trabaja
con lo minúsculo de la materia y es aplicable a casi todas
las áreas incluso a la electrónica.

La nanociencia está unida en gran medida desde la
década de los

80 con Drexler y sus aportaciones a la
"nanotecnología molecular", esto es, la
construcción de nano máquinas hechas de
átomos y que son capaces de construir ellas mismas otros
componentes moleculares.

INTRODUCCIÓN

Figura 1. Louis Pasteur

Fue el químico y microbiólogo
francés Louis Pasteur quien dijo "el rol de lo
infinitamente pequeño es infinitamente grande", y no
estaba equivocado en lo absoluto. Si bien es cierto que su dicho
se refería a bacterias y otros microorganismos, en la
actualidad se vuelve cada vez más profético al
encontrarnos con el vertiginoso reino de la
nanotecnología.

Los científicos definen a la
nanotecnología como el estudio del control de la materia a
un nivel atómico o molecular. Y si bien puede sonar
más a magia que a ciencia, resulta ser exactamente lo que
hacen. En la última década los estudios y
aplicaciones prácticas en este campo han crecido
exponencialmente, así como su uso en ficciones futuristas
de cine y televisión, que suelen retratar el tema de forma
poco seria o fantástica.

Una de las características fundamentales de los
seres humanos es su capacidad para desarrollar técnicas
que los ayuden a alterar y modificar el medio en el que viven,
para adaptarlo a sus necesidades. Esto es lo que conocemos con el
nombre de tecnología. Todo lo que construimos, incluidas
las herramientas que utilizamos, sirven en mayor o menor medida
para cumplir esa función. Las grandes revoluciones
tecnológicas, como la industrial iniciada en siglos
anteriores, o la reciente en el área de la
informática y las telecomunicaciones, siempre han supuesto
un cambio radical que afecta nuestras vidas, mejorándolas
y haciéndolas más confortables.

Y cada una de ellas fue precedida por avances en los
conocimientos que poseemos sobre el mundo, tal como ha sucedido
durante estas últimas décadas en el estudio de los
átomos y las moléculas, lo que nos ha dado un
entendimiento bastante profundo sobre la materia. La
nanotecnología no es más que la aplicación
de los conocimientos científicos que poseemos sobre estos
pequeñísimos ladrillos universales con el fin de
generar técnicas específicas que nos sirvan para
reordenar estos átomos y moléculas de la manera que
queramos.

Si bien la descripción es simple, la
revolución que está en el horizonte posiblemente
haga que el impacto que tuvo Internet en nuestras vidas parezca
pequeño. Con la habilidad de crear tecnologías que
actúen a un nivel atómico, nuestra capacidad para
alterar el medio en el que vivimos y adaptarlo a nuestras
necesidades se vuelve virtualmente infinita. Llegar al fondo para
tocar el cielo.

1959: El físico americano, Richard Feyman dio una
conferencia en la American Physical Society, anunciando la
posibilidad que se llegue a fabricar instrumentos a partir de
átomos.

1981: Gerd Binning y Heinrich Roherer en la IBM,
desarrollaron el microscopio electrónicode túnel de
barrido (STM), que hizo posible ver átomos individuales y
más tarde, moverlos.

1985: Los químicos Richard Smalley, Robert Cult y
Harry Kroto, descubrieron el carbono 60, una molécula de
carbono de forma de pelota de football de 0.7 nano-metros, que
hoy en día tiene muchos potenciales usos en
nano-tecnología.

1993: Nano-partículas semiconductoras emiten luz
en paquetes cuánticos, que se pueden unir a
moléculas en el cuerpo para ayudar a los médicos a
ubicar enfermedades. Ellas fueron preparadas por químicos
del Massachusetts Institute of Technology.

1997: Los ingenieros de la US Company Lucent
Technologies en New Jersey, construyen un transistor de
silicón de 60 nano-metros de ancho.

2000: Investigadores de la Universidad de Cornell,
extraen de una célula un motor bio-molecular de 80
nano-metros de ancho y le agregan un rotor de metal para crear un
motor nano-mecánico.

2001: Investigadores de la IBM en Nueva York y de la
Universidad de Delft en Holanda construyen un circuito
lógico usando nano-tubos de carbón.

2003: El gobierno de Inglaterra encarga a una
comisión que prepare un informe acerca delas repercusiones
sociales, éticas y experimentales acerca de los efectos de
la nano-tecnología.

2004: El jugador de tenis Roger Federer, gana el
campeonato de Wimbledon usando una raqueta reforzada por
nano-tubos de carbón.

2005: Estimaciones de la National Science Foundation de
los Estados Unidos cree que para este año el mercado de la
nano-tecnología alcanzaría a un trillón de
dólares.

DEFINICIÓN

LA NANOTECNOLOGÍA

La nanotecnología es el estudio, diseño,
creación, síntesis, manipulación y
aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales
a través del control de la materia a nano escala, y la
explotación de fenómenos y propiedades de la
materia a nano escala.

Cuando se manipula la materia a la escala tan
minúscula de átomos y moléculas, demuestra
fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto,
científicos utilizan la nanotecnología para crear
materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con
propiedades únicas

Nano- es un prefijo griego que indica una medida, no un
objeto, de manera que la nanotecnología se caracteriza por
ser un campo esencialmente multidisciplinar, y cohesionado
exclusivamente por la escala de la materia con la que
trabaja.

La nanotecnología promete soluciones nuevas y
más eficientes para los problemas ambientales, así
como muchos otros enfrentados por la humanidad. Las
nanotecnologías prometen beneficios de todo tipo, desde
aplicaciones médicas nuevas o más eficientes a
soluciones de problemas ambientales y muchos otros; sin embargo,
el concepto de nanotecnología aún no es muy
conocido en la sociedad.

Un nanómetro es la mil millonésima parte
de un metro (10 ^ (-9) metros). Para comprender el potencial de
esta tecnología es clave saber que las propiedades
físicas y químicas de la materia cambian a escala
nanométrica, lo cual se debe a efectos cuánticos.
La conductividad eléctrica, el calor, la resistencia, la
elasticidad, la reactividad, entre otras propiedades, se comporta
de manera diferente que en los mismos elementos a mayor
escala.

Aunque en las investigaciones actuales con frecuencia se
hace referencia a la nanotecnología (en forma de motores
moleculares, computación cuántica,
etcétera), es discutible que la nanotecnología sea
una realidad hoy en día. Los progresos actuales pueden
calificarse más bien de nanociencia, cuerpo de
conocimiento que sienta las bases para el futuro desarrollo de
una tecnología basada en la manipulación detallada
de las estructuras moleculares.

Figura 2. Nanotecnología

HISTORIA

El ganador del premio Nobel de Física (1965),
Richard Feynman fue el primero en hacer referencia a las
posibilidades de la nanociencia y la nanotecnología en el
célebre discurso que dio en el Caltech (Instituto
Tecnológico de California) el 29 de diciembre de 1959
titulado Abajo hay espacio de sobra (There's Plenty of Room at
the Bottom).

La nano-tecnología se refiere a la
creación y control de objetos a una nano-escala. No es una
disciplina como la química o la física, sino
más bien es una herramienta para manipular materiales a
muy pequeña escala. La nano-tecnología se ha
desarrollado después que se comenzó a observar que
los materiales pueden cambiar dramáticamente sus
propiedades en la medida que se reduce su tamaño, hasta
ser pequeños grupos de átomos.

Con todos estos avances el hombre tuvo una gran
fascinación por seguir investigando más acerca de
estas moléculas, ya no en el ámbito de materiales
inertes, sino en la búsqueda de moléculas
orgánicas que se encontrarán en nuestro
organismo.

Hoy en día la medicina se le da más
interés a la investigación en el mundo
microscópico ya que en este se encuentran posiblemente las
alteraciones estructurales que provocan la enfermedad, y no hay
que decir de las ramas de la medicina que han salido mas
beneficiadas como es la microbiología. Inmunología,
fisiología, en fin casi todas las ramas de la
medicina.

Con todos estos avances han surgido también
nuevas ciencias como es la ingeniería genética que
hoy en día todos han oído escuchar acerca de las
repercusiones que puede traer la humanidad como es la
clonación o la mejora de especies. Entre estas ciencias
también se encuentra otras no muy conocidas como es la
nanotecnología, a la cual se le puede definir como aquella
que se dedica a la fabricación de la tecnología en
miniatura.

La nanotecnología, a diferencia de la
ingeniería genética, todavía no está
en pasos de desarrollo; Se le puede considerar como "una ciencia
teórica" ya que todavía no se le ha llevado a la
práctica ya que aún no es viable, pero las
repercusiones que acarreara para el futuro son
inmensas.

CARACTERÍSTICAS

Figura 3. Nanotecnología en la
alimentación

La característica fundamental de la
nanotecnología es que constituye un ensamblaje
interdisciplinar de varios campos de las ciencias naturales que
están altamente especializados. Por tanto, los
físicos juegan un importante rol no sólo en la
construcción del microscopio usado para investigar tales
fenómenos sino también sobre todas las leyes de la
mecánica cuántica.

La nanotecnología molecular tendrá muchos
impactos sobre el sector de la medicina en general.

El mundo de la medicina es muy complejo, por lo que
todos los beneficios de la nanotecnología para medicina
tardarán en hacerse evidentes. No obstante, otros
beneficios llegarán de forma inmediata.

Las herramientas de la investigación y la
práctica de la medicina serán menos costosos y
más potentes. Investigación y diagnóstica
serán más eficaces, lo que permitirá una
capacidad de respuesta más rápida para tratar
nuevas enfermedades.

Numerosos pequeños sensores, ordenadores y
diversos aparatos implantables de bajo coste permitirán un
control continuo sobre la salud de pacientes así como
tratamiento automático. Serán posibles diversos
tipos nuevo de tratamiento.

Y mientras los costes de la medicina bajan y el
tratamiento de enfermedades más seguro, así sus
beneficios serán experimentados por muchas más
personas en todo el mundo.

Una posible lista de ciencias involucradas
sería la siguiente:

? Electrónica

? Medicina

? Informática

? Física

NANOTECNOLOGÍA
AVANZADA

Figura 4. Nanotecnología
Avanzada

Figura 4. Un Ordenador Molecular es un
millón de veces más eficaz que un ordenador basado
en chips de silicio.

La Nanotecnología avanzada, llamada
también "Fabricación Molecular", es un
término dado al concepto de ingeniería de
nanosistemas (máquinas a escala nanométrica)
operando a escala molecular. Se basa en los productos
manufacturados, se realizan a partir de átomos. Las
propiedades de estos productos dependen de cómo
estén esos átomos dispuestos. Así por
ejemplo, si reubicamos los átomos podemos hacer diamantes.
Si reubicamos los átomos de la arena (compuesta
básicamente por sílice) y agregamos algunos
elementos extras se hacen los chips de un ordenador.

A partir de los incontables ejemplos encontrados en la
biología se sabe que miles de millones de años de
retroalimentación evolucionada puede producir
máquinas biológicas sofisticadas y
estocásticamente optimizadas. Se tiene la esperanza que
los desarrollos en nanotecnología harán posible su
construcción a través de algunos significados
más cortos, quizás usando principios
biomiméticos. Sin embargo, K. Eric Drexler y otros
investigadores han propuesto que la nanotecnología
avanzada, aunque quizá inicialmente implementada a
través de principios miméticos, finalmente
podría estar basada en los principios de la
ingeniería mecánica.

Determinar un conjunto de caminos a seguir para el
desarrollo de la nanotecnología molecular es un objetivo
para el proyecto sobre el mapa de la tecnología liderado
por Instituto Memorial Battelle (el jefe de varios laboratorios
nacionales de EEUU) y del Foresigth Institute. Ese mapa
debería estar completado a finales de 2006.

FUTURAS
APLICACIONES

Figura 5. Futuras Aplicaciones

Según informes de Investigadores de reconocidas
Universidades, las catorce aplicaciones más prometedoras
de la nanotecnología son:

? Almacenamiento, producción y
conversión de energía.

? Armamento y sistemas de
defensa.

? Producción
Agrícola

? Tratamiento y remediación de
aguas.

? Diagnostico y cribaje de
enfermedades.

? Sistemas de administración de
fármacos.

? Procesamiento de alimentos.

? Remediación de la
contaminación atmosférica.

? Construcción.

? Monitorización de la
salud.

? Detección y control de
Plagas.

? Control de desnutrición en lugares
pobres.

? Informática.

? Alimentos transgénicos.

Los campos que están experimentando
contínuos avances son:

? Energías alternativas, energía del
hidrógeno, pilas (células) de combustible,
dispositivos de ahorro energético.

? Administración de medicamentos, especialmente
para combatir el cáncer y otras enfermedades.

? Computación cuántica, semiconductores,
nuevos chips.

? Seguridad. Microsensores de altas prestaciones.
Industria militar.

? Aplicaciones industriales muy diversas: tejidos,
deportes, materiales, automóviles, cosméticos,
pinturas, construcción, envasados alimentos, pantallas
planas…

? Contaminación
medioambiental.

? Prestaciones aeroespacioles: nuevos materiales,
etc.

? Fabricación molecular.

RIESGOS
POTENCIALES

? La potencia de la nanotecnología podría
ser la causa de una nueva carrera de armamentos entre dos
países competidores. La producción de armas y
aparatos de espionaje podría tener un coste mucho
más bajo que el actual siendo además los productos
más pequeños, potentes y numerosos.

? La producción poco costosa y la duplicidad de
diseños podría llevar a grandes cambios en la
economía.

? La sobre explotación de productos baratos
podría causar importantes daños al medio
ambiente.

? El intento por parte de la administración de
controlar estos y otros riesgos podría llevar a la
aprobación de una normativa excesivamente rígida
que, a su vez, crease una demanda para un mercado negro que
sería tan peligroso como imparable porque sería muy
fácil traficar con productos pequeños y muy
peligrosos como las nanofábricas.

SUSTANCIAS
VISCOSAS

Recientemente, un nuevo estudio ha mostrado como este
peligro de la "sustancia viscosa gris" es menos probable que
ocurra de como originalmente se pensaba. K. Eric Drexler
considera un escenario accidental con sustancia viscosa gris
improbable y así lo declara en las últimas
ediciones de Engines of Creation. El escenario sustancia viscosa
gris clamaba la Tree Sap Answer:

¿Qué oportunidades existen de que un coche
pudiera ser mutado a un coche salvaje, salir fuera de la
carretera

y vivir en el bosque solo de savia de árbol?. Sin
embargo, se han identificado otros riesgos mayores a largo plazo
para la sociedad y el entorno.

Una variante de esto es la "Sustancia viscosa verde", un
escenario en que la nanobiotecnología crea una
máquina nanométrica que se autoreplica que consume
todas las partículas orgánicas, vivas o muertas,
creando un cieno -como una masa orgánica muerta. En ambos
casos, sin embargo, sería limitado por el mismo mecanismo
que limita todas las formas vivas (que generalmente ya
actúan de esta manera): energía
disponible.

8
CONCLUSIONES

? La nanotecnología es la ciencia del futuro ya
que con ella podemos dar solución a muchos problemas que
antes no era posible.

? Se pueden hacer muchos elementos mediante esta ciencia
con la manipulación de materia dándole muchas
formas, manipulando sus propiedades y hasta llegar a cambiar sus
dimensiones.

? En la medicina es muy aplicable en la cura para el
cáncer ya que mediante esta ciencia se puede detectar
más eficazmente las células cancerígenas y
atacarlas directamente.

? Los nuevos materiales implementados en la medicina ha
reducido considerablemente el costo a las diferentes
intervenciones que se hacen a diario, en un futuro se estudia la
posibilidad de crear robots que puedan entrar en nuestro
organismo, que son las maquinas moleculares de reparación,
que podrán manipular nuestro ADN.

9
BIBLIOGRAFIA

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Autor:

Iván Alexander
Cueva

Universidad Politécnica
Salesiana