Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

abril 18, 2009

Nanotecnología: realidad y exageraciones

La fantasía puede ser más interesaante que la realidad, a primera vista, pero para el asombro, nada mejor que la realidad, como lo demuestra el trabajo de investigación en la ciencia y técnica de lo tremendamente pequeño.

Una de las tecnologías más comentadas en los últimos años ha sido la nanotecnología, es decir, la que se ocupa de productos de tamaño extremadamente pequeño, manipulando estructuras moleculares y átomos.

El problema ha sido que las vastas promesas y posibilidades de esta tecnología, y su cercanía con la fantasía y la ciencia ficción se han confundido con frecuencia con hecho reales. Los medios de comunicación, en ocasiones, toman las especulaciones más arriesgadas de investigadores y estudiosos y las presentan como previsiones puntuales del futuro, que además se cumplirán inevitablemente.

El ejemplo más manido en años recientes es el de la “máquina autorreplicable”. La idea es que se podrían construir nanomáquinas que tomaran elementos a su alrededor para constuir otras máquinas idénticas a ellas. Ello podría representar un peligro al descontrolarse dichas nanomáquinas, que atacarían al universo entero para reproducirse ciegamente.

Por supuesto, para que esto ocurriera no hace falta que las máquinas sean nanotecnológicas. De hecho, el riesgo de estas máquinas a nivel macroscópico fue propuesto en 1948 por el matemático John Von Neumann como un “experimento mental”. Las llamadas “máquinas de Von Neumann” eran máquinas hipotéticas que usarían un “mar” o almacén de piezas de recambio como fuente de materia prima. Las máquinas tendrían un programa para tomar partes del “mar” utilizando un manipulador, crear una réplica de sí misma y copiar su programa en la réplica para que ésta hiciera lo mismo.

Como el límite para la producción de máquinas de Von Neumann serían precisamente las piezas de recambio, la ciencia ficción, sin las limitaciones que se impone un matemático, se propuso máquinas que pudieran realizar excavaciones mineras y otras operaciones para producir desde cero los materiales necesarios para autorreplicarse. Autores como Philip K. Dick. A.E. Van Vogt y Poul Anderson tocaron el tema, y la guerra entre máquinas autorreplicantes y seres humanos imaginada por el escritor Harlan Ellison se convertiría en la historia de la película Terminator y sus secuelas.

Pero los problemas tanto teóricos como prácticos para llevar a la práctica las máquinas de Von Neumann a una escala macroscópica son tales que nadie se ha propuesto hacer alguna en realidad, y mucho menos estamos cerca de tener nanomáquinas autorreplicantes. La gran mayoría de las nanomáquinas que nos presentan los medios siguen siendo ciencia ficción, máquinas que no existen en el mundo a nuestra escala y cuya existencia a nivel nanométrico está incalculablemente lejos.

Cierto que los científicos sueñan con tener algún día máquinas capaces de manipular la materia átomo por átomo, con capacidad para convertir, en un ejemplo recurrente, un montón de tierra en una manzana, una silla o un ordenador, o máquinas inyectadas en el torrente sanguíneo para identificar y destuir selectivamente células cancerosas, pero nada indica que esta posibilidad esté a la vuelta de la esquina, ni siquiera que algún día se haga realidad. Por el momento, las nanomáquinas reales más complejas son engranes, piñones y escapes similares a los de los relojes mecánicos.

En la realidad, parte de la investigación que se lleva a cabo en la actualidad tiene por objeto entender cómo funcionan los materiales a nanoescalas, en donde se encuentra la frontera, aún no claramente definida, entre leyes de la física del mundo macroscópico y la mecánica cuántica. Por ejemplo, la asombrosa capacidad de las lagartijas de la variedad de los gecos para trepar incluso por superficies tan lisas como un vidrio se deben a que los pelos de sus patas se ramifican hasta llegar a espátulas con el diminuto tamaño de 2 nanómetros. A esas escalas, entran en acción las llamadas “fuerzas de Van der Walls”, que ocurren a nivel molecular. Miles de millones de leves atracciones se suman para poder sostener al geco.

Dicho de otro modo, a esas escalas la física newtoniana no siempre funciona para describir lo que ocurre. En qué punto y cómo se debe acudir a la cuántica es un tema fundamental para la nanotecnología.

Lo más probable es que las nanomáquinas que se produzcan realmente sean muy distintas a las máquinas a escala humana, no sólo versiones reducidas de lo ya conocido. Así, por ejemplo, una nanomáquina real presentada en 2008 es un “nanoimpulsor”, una esfera que puede capturar y guardar medicamentos y activarse mediante la luz para liberarlos dentro de las células cancerosas, lo que representa la posibilidad de disminuir grandemente las incomodidades asociadas a la quimioterapia, producidas cuando las células normales responden a la toxicidad de las sustancias usadas para matar las células cancerosas. Y esto sólo se puede hacer a nanoescala, donde la sola presencia o ausencia de la luz provoca un cambio fundamental en la composición del nanoimpulsor.

Además, para que la nanotecnología cambie nuestras vidas no son necesarias máquinas, ni sencillas ni complejas. Precisamente porque actúan en niveles de características aún no conocidas, se están utilizando productos muy sencillos con capacidades asombrosas. Por ejemplo, los nanotubos formados de carbono y otros elementos, de unos pocos nanómetros de diámetro y longitudes hasta de un milímetro conseguidas a la fecha, se están utilizando como semiconductores en la microelectrónica, en materiales compuestos con resinas plásticas para la administración térmica, e la conducción de electricidad, y en iluminación y producción de pantallas de vídeo. Otros nanomateriales se están utilizando para aplicaciones un tanto más ordinarias, como el recubrimiento de hojas de afeitar para hacerlas más eficaces y duraderas, y una de las más grandes promesas son paneles solares mucho más baratos, mucho más resistentes y muchísimo más eficientes que los que tenemos hoy en día.

Nanotubos, nanoesferas, nanovarillas, nanoestructuras, objetos sencillos que al ser extremadamente pequeños ofrecen posibilidades muy distintas a las de sus parientes a escala humana, y todo un universo de aplicaciones, la mayoría muy distintas a las que en ocasiones se difunden por su efecto mediático.


Nanoinformática

La microminiaturización de la informática, así como los sistemas de almacenamiento de datos, están encontrando límites cada vez más difíciles de superar. Una serie de nuevos descubrimientos han abierto la posibilidad muy real de tener una unidad de almacenamiento de 500.000 gigabytes en un espacio de 2,5 x 2,5 centímetros, y sistemas de almacenamiento muy potentes del tamaño de un grano de arena.

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