DE LO PEQUEÑO A LO GRANDE
La Nanotecnología puede dar origen a una nueva revolución industrial y solucionar muchos de los problemas de la sociedad del futuro. Con ella se piensa construir aparatos complejos, producir medicamentos eficaces, curar enfermedades difíciles y, cómo no, fabricar armas sofisticadas. La Nanotecnología se basa en la fabricación de estructuras muy pequeñas capaces de autoensamblarse, recibir sus propias órdenes y actuar ordenadamente.
El prefijo nano procede del griego "nanos" e indica que algo tiene un tamaño mucho menor que el habitual. En ciencia, el prefijo nano indica la mil millonésima parte de algo, como el nanómetro, o el nanosegundo, unidades extremadamente pequeñas, pero adecuadas para la descripción de las agrupaciones más elementales de los átomos: las moléculas.
Hablar de máquinas moleculares no es una metáfora. Si un objeto tiene un tamaño de unos pocos nanómetros y está formado por una agrupación precisa y ordenada de átomos enlazados, es una molécula o un conjunto de moléculas. Llamamos máquina a un objeto con partes móviles que hace un trabajo útil. Si el objeto molecular citado anteriormente cumple ambas condiciones, es una máquina molecular.
De lo grande a lo pequeño
Las manos humanas son millones de veces más grandes que las moléculas. Esta enorme diferencia de escala ha hecho que la mayoría de los productos fabricados con las tecnología actuales, desde una simple herramienta mecánica hasta el más complejo de los ordenadores y sus componentes más diminutos, estén basados en la transformación, mediante procesos mecánicos y físico-químicos, de materias primas que el hombre puede manipular. Durante dicha transformación se pierde parte de la materia prima (miles de millones de moléculas) y se generan residuos o subproductos inútiles y en ocasiones peligrosos. Toda la industria actual se basa en este tipo de procesos, incluso la microelectrónica, para fabricar el más diminuto chip. El punto común de estos procesos es ir de lo grande (macroscópico) a lo pequeño (microscópico), desperdiciando grandes cantidades de material. Algo parecido a lo que ocurre cuando un escultor, partiendo de un bloque de piedra o madera, esculpe una figura. Por otra parte es indudable, que, incluso usando moldes, una réplica de la primera estatua nunca será idéntica a la primera cuando se mire su acabado a escala molecular.
El posible impacto de los avances de la microtecnología hacia la escala molecular fue analizado, hace ya 40 años, por Richard Feynman, premio Nobel de Física en 1965, en la reunión anual de la Sociedad Americana de Física, donde dio una conferencia titulada "There's plenty of room at the bottom" (Hay muchísimo sitio en lo pequeño).
La conferencia versaba sobre el impacto tecnológico que podría tener llegar a manipular y controlar cosas de tamaños mucho más pequeños que los que permitía la tecnología de aquel momento, es decir, la recién nacida microtecnología, que, mediante máquinas ordinarias (en cuanto a su tamaño) permitía al hombre fabricar y conectar dispositivos sobre sustratos planos, controlando su forma con resolución de la millonésima parte del metro (micromáquinas). Feynman sugirió que la microtecnología podría extrapolarse de forma que las micromáquinas sirviesen para construir máquinas más pequeñas, y así sucesivamente hasta llegar a construir máquinas de tamaño molecular. Se inspiraba en el ejemplo de los sistemas biológicos, que son capaces de escribir información a escala molecular.
Además, los sistemas biológicos no sólo son capaces de escribir información, sino que basándose en ella fabrican sustancias, se desplazan, giran, en definitiva, realizan todo tipo de acciones maravillosas en una escala muy pequeña. De hecho, uno de los resultados del trabajo de esas diminutas y complejas máquinas somos nosotros mismos. Por ello, Feynman trató de imaginar las consecuencias que podría tener el hecho de que el hombre fuera, en un futuro, capaz de fabricar un objeto que maniobrase de forma controlada a escala molecular (por ejemplo ordenadores diminutos, de tamaño molecular, muy potentes y programables para desempeñar funciones muy complejas). Además, resaltó que no había ninguna razón por la que esto no se pudiera conseguir, dado que los principios de la Física no imponen ninguna limitación a la hora de manipular átomos uno a uno. "Si no se ha hecho en la práctica, dijo Feynman, es porque, sencillamente, los hombres somos muy grandes".
En la práctica, 20 años después, la microtecnología ha avanzado mucho pero, al fabricar dispositivos cada vez más pequeños, siguiendo la filosofía planteada por Feynman, la granularidad atómica de la materia crea irregularidades e imperfecciones, en tanto en cuanto los átomos se manejan de forma colectiva y no individualmente. También aparecen fenómenos cuánticos asociados al pequeño tamaño, y los dispositivos fabricados, con dimensiones en la escala de nanómetros, dejan de funcionar como sus homólogos de mayor tamaño. Finalmente, los fenómenos de interés tecnológico de estos dispositivos, como la posibilidad de controlar corrientes con precisión de 1 electrón por segundo, o la de fabricar transistores de tamaño nanométrico y, con ellos, ordenadores más pequeños y potentes que los actuales, ocurren a temperaturas muy bajas, próximas a -273ºC, lo que limita su utilidad a la investigación básica.
Un cambio de filosofía
Tuvieron que transcurrir 20 años desde la mencionada conferencia de Feynman hasta que apareciera publicado el primer artículo sobre Nanotecnología molecular en una revista científica. Fue en 1981 cuando el investigador Eric Drexler hizo una primera prospectiva de lo que la manipulación molecular puede significar en cuanto a nueva revolución industrial. La aproximación de Drexler estaba basada en los avances de la ingeniería molecular que, partiendo de átomos, era capaz de diseñar moléculas para desarrollar funciones específicas. Así, numerosas tecnologías actuales tienen un ejemplo molecular para realizar determinadas funciones. Esto es toda una revolución y un cambio de filosofía en los procesos de fabricación. Se trata de fabricar de lo pequeño a lo grande, sin dejar residuos. Es como si el escultor dispusiera de las piezas de un puzzle para fabricar la estatua. No le sobrarían piezas ni desperdiciaría nada y, con piezas idénticas, sería capaz de fabricar un duplicado perfecto de la primera estatua a nivel molecular.
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