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Septiembre 14, 2005

El Siguiente “Paso de Gigante”

Escrito en: Nanotecnología

La Nasa quiere dar el Siguiente paso de Gigante , pero esta vez está pensando en lo pequeño, en lo verdaderamente pequeño.

MicroscopioEn los laboratorios de todo el país, la NASA está apoyando la floreciente ciencia de la nanotecnología. La idea básica es aprender a tratar la materia a escala atómica —poder controlar con la suficiente precisión— átomos individuales y moléculas para diseñar máquinas del tamaño de una molécula, electrónica avanzada y materiales “inteligentes”. Si los visionarios están en lo cierto, la nanotecnología podría llevar a robots que usted podría sostener en la yema del dedo, trajes espaciales autorreparables, ascensores espaciales y otros fantásticos dispositivos. El cabal desarrollo de algunas de estas cosas puede llevar más de 20 años; otras están tomando forma en el laboratorio hoy en día.


Pensando en lo pequeño

Sencillamente, hacer cosas más pequeñas tiene sus ventajas. Imagínese, por ejemplo, que los vehículos de Marte, Spirit y Opportunity, se hubiesen podido construir tan pequeños como un escarabajo, y pudiesen correr rápidamente como éste por rocas y arena, tomando muestras de minerales y buscando evidencia sobre la historia del agua de Marte. ¡Cientos de miles de estos diminutos robots podrían haberse enviado en las mismas cápsulas que llevaron a los dos vehículos del tamaño de un escritorio, permitiendo a los científicos explorar mucha más superficie del planeta —¡e incrementando las probabilidades de encontrar una bacteria marciana fosilizada!

Pero la nanotecnología va más allá de sólo la reducción de objetos. Cuando los científicos puedan ordenar y estructurar a voluntad la materia a nivel molecular, nuevas y asombrosas propiedades podrían surgir en cualquier momento.

Un excelente ejemplo, preferido del mundo nanotecnológico, es el nanotubo de carbono. En estado natural el carbono aparece como grafito —el blando y negro material usado habitualmente en la mina de los lápices— y como diamante. La única diferencia entre los dos es la organización de los átomos de carbono. Cuando los científicos colocan los mismos átomos de carbono en un modelo de “red metálica” y los enrollan en minúsculos tubos de tan sólo 10 átomos de diámetro, los “nanotubos” resultantes adquieren algunas características extraordinarias. Los nanotubos:

  • Tienen 100 veces la resistencia del acero, pero sólo 1/6 de su peso
  • Son 40 veces más fuertes que las fibras de grafito
  • Conducen la electricidad mejor que el cobre
  • Pueden ser conductores o semiconductores (como los microprocesadores del computador), dependiendo de la colocación de los átomos
  • Son excelentes conductores de calor

Actualmente la mayor parte de la investigación mundial en nanotecnología se centra en estos nanotubos. Los científicos han propuesto usarlos en un amplio abanico de aplicaciones: en cables de alta resistencia y bajo peso necesarios para un ascensor espacial; como alambres moleculares para nanoelectrónica; integrados en microprocesadores para ayudar a disipar el calor; y como barras de transmisión y engranajes en nanomáquinas, por mencionar sólo algunos ejemplos.

Los nanotubos ocupan un lugar relevante en la investigación llevada a cabo en el Centro de Nanotecnología de Ames de la NASA (CNT). El centro se creó en 1997 y actualmente emplea a casi 50 investigadores a tiempo completo.

“Intentamos centrarnos en tecnologías que puedan dar lugar a productos utilizables dentro de unos pocos años a una década,” dice el director de CNT, Meyya Meyyappan. “Por ejemplo, estamos mirando cómo los nanomateriales podrían ser utilizados para sostener vida avanzada, secuenciadores de ADN, computadores superpotentes, y pequeños sensores de productos químicos, o incluso sensores del cáncer.”

Un sensor químico que ellos desarrollan usando nanotubos volará el próximo año al espacio en una misión de demostración a bordo de un cohete de la Armada. Este diminuto sensor puede detectar cantidades tan pequeñas como unas pocas partes por mil millones de sustancias químicas específicas —tales como gases tóxicos— resultando útil tanto para la exploración espacial como para la defensa del país. CNT también ha desarrollado un modo de utilizar nanotubos para refrigerar los microprocesadores de computadores personales, un reto de primer orden a medida que los CPUs se hacen cada vez más potentes. Esta tecnología de refrigeración ha sido autorizada a una empresa de reciente creación de Santa Clara, California, llamada Nanoconducción, e Intel también ha demostrado interés, dice Meyyappan.

Diseñando el futuro

Si estas aplicaciones a corto plazo de la nanotecnología parecen impresionantes, las posibilidades a largo plazo son realmente increíbles.

El Instituto de Ideas Avanzadas de la NASA (NIAC), una organización independiente y financiada por la NASA, ubicada en Atlanta, Georgia, fue creada para promover la investigación avanzada en tecnologías radicales del espacio que tardará de 10 a 40 años en dar sus primeros frutos.

Por ejemplo, una reciente subvención de NIAC financió un estudio de factibilidad para la nanoindustria —en otras palabras, la utilización de grandes cantidades de máquinas moleculares microscópicas para producir cualquier objeto que se desee, ensamblándolo ¡átomo por átomo!

Esta subvención de NIAC fue concedida a Chris Phoenix del Centro de Nanotecnología Responsable.

En la página 112 de su informe, Phoenix explica que una “nanofábrica” de esta índole podría producir, dice, piezas de astronaves con precisión atómica, lo cual significa que cada átomo dentro del objeto está colocado exactamente en donde corresponde. La pieza resultante sería extremadamente fuerte, y su forma podría estar dentro de la anchura de diseño ideal con no más de un solo átomo de diferencia. Superficies ultra-lisas no necesitarían limpieza ni lubricación, y prácticamente no sufrirían deterioro por el paso del tiempo. Una tan alta precisión y fiabilidad de las piezas de una astronave es de máxima importancia cuando está en juego la vida de los astronautas.

Aunque Phoenix esbozó algunas ideas de diseño de una nanofábrica de oficina en su informe, reconoce que —a excepción de un “Proyecto Manhattan” de gran presupuesto, como él lo llama— para una nanofábrica funcional, tardaría como mínimo una década, y probablemente mucho más.

Tomando ejemplo de la biología, Constantinos Mavroides, director del Laboratorio de Bionanorrobótica Computacional del la Universidad del Nordeste, de Boston, está explorando un planteamiento alternativo sobre aplicación de la nanotecnología:

En lugar de empezar desde cero, las ideas del estudio de Mavroidis financiado por NIAC emplean “máquinas” moleculares y funcionales preexistentes que pueden ser encontradas en toda célula viva: moléculas de DNA, proteínas, enzimas, etc.

Formadas por una evolución de millones de años, estas moléculas biológicas se encuentran ya completamente adaptadas a la manipulación a escala molecular de la materia —la razón por la cual una planta puede combinar aire, agua y desechos, y producir una jugosa fresa roja, y el cuerpo de una persona puede convertir la cena de la noche pasada en los nuevos glóbulos rojos de hoy. La reorganización de átomos que hace que todo esto sea posible es llevada a cabo por cientos de enzimas y proteínas especializadas, y el DNA guarda el código para llevar a cabo el proceso.

La utilización de estas máquinas moleculares “pre-existentes” —o usándolas como puntos de partida para nuevos diseños— es una derivación popular de la nanotecnología, llamada “bio-nanotecnología”.

“¿Por qué reinventar la rueda?” se pregunta Mavroidis. “La naturaleza nos ha dado toda esta grande y altamente perfeccionada nanotecnología dentro de los seres vivos, así que ¿Por qué no usarla, e intentar aprender algo de ella?”

Los usos específicos de la bio-nanotecnología que Mavroidis propone en su estudio son muy futuristas. Una idea consiste en cubrir con una especie de “tela de araña” de tubos del grosor de un cabello, llena de detectores bionanotecnológicos, docenas de millas de terreno, para cartografiar con gran detalle el entorno de algún planeta extraterrestre. Otra idea que propone es una “segunda piel” que los astronautas llevarían debajo de sus trajes espaciales, la cual usaría bio-nanotecnología para detectar y reaccionar a la radiación que atravesara el traje, y sellar rápidamente todo corte o pinchazo.

¿Futurista? Sin duda. ¿Posible? Quizás. Mavroidis admite que faltan probablemente décadas para tecnologías semejantes, y que la tecnología del futuro será probablemente muy diferente de como la imaginamos actualmente. De todas formas, cree que es importante que se empiece a pensar ahora en lo que la nanotecnología podría hacer posible dentro de muchos años.

Considerando que la vida misma es, en cierto sentido, el máximo ejemplo de nanotecnología, las posibilidades son verdaderamente apasionantes.

Autor: Patrick L. Barry
Traducido por Astroseti
Fuente: Ciencia@Nasa


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