Introducción a la nanotecnología

cib-nanotubosAl borde de la realidad se gesta una revolución tecnológica inmensa, a pesar de lo minúsculas que son sus partes. Es allí donde la materia adquiere fundamento. En este territorio, fuera del alcance de nuestras miradas, habitan los átomos, y la medida oficial es el nanómetro, o lo que es lo mismo, una mil millonésima parte de uno de nuestros metros. (imagen de nanotubos de carbón usada en Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_nanotube)

Esta historia comenzó en 1959, pero nadie sabe cuándo, ni cómo, ni dónde va a terminar. Las visiones de un futuro desencadenado como consecuencia de la manipulación de la materia al nivel de los átomos, incrustada en la promesa de la revolución de la nanotecnología, contrasta con la advertencia de quienes nos recuerdan que los sueños a veces se convierten en pesadillas.

Este sueño comenzó entonces, en 1959, en una conferencia en el Caltech, el Instituto de Tecnología de California. El físico Richard Feynman, un especialista en mecánica cuántica ganador del Premio Nóbel, dedicó su charla al “problema de manipular y controlar las cosas a pequeña escala”. Fue un chispazo. Una detonación que en ese momento no hizo demasiado ruido pero cuyo eco puede estremecer el siglo XXI.

“Los principios de la física, tal y como yo los entiendo, no niegan la posibilidad de manipular las cosas átomo por átomo”, dijo Feynman. Al nivel de lo atómico, aseguró el profesor “muchas cosas nuevas podrán suceder”, porque las partículas se comportan en forma distinta a lo que ocurre a mayor escala. “Si nos reducimos y comenzamos a juguetear con los átomos allá abajo estaremos sometidos a unas leyes diferentes, y podremos hacer cosas diferentes”.

“Al nivel atómico hay nuevos tipos de fuerzas, nuevos tipos de posibilidades, nuevos tipos de efectos”. Feynman, quien debe considerable parte de su fama a esta conferencia, como descubrirá cualquiera que investigue en internet, dijo a los asistentes que plantear el desafío de la manipulación de los átomos resultaba natural, obvio. Y advirtió: “en el año 2000, cuando miren hacia atrás a esta época, se preguntarán por qué nadie empezó a moverse seriamente en esta dirección sino hasta 1960”. (Vea la conferencia completa en: http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.html)

Pero sus deducciones e incitaciones eran mucho más revolucionarias de lo previsto, porque durante años no sucedió nada en este campo.

De acuerdo con las cronologías históricas sobre el tema recién 14 años después, en 1974, Norio Taniguchi definió la nanotecnología (http://www.nanoword.net/library/nwn/1.htm) como una tecnología de producción a la escala del nanómetro, que como ya hemos dicho equivale a la milmillonésima parte de un metro. Es decir, mucho más allá del alcance de nuestra vista. Un cabello humano puede tener entre 80.000 y 100.000 nanómetros de espesor.

Y pasaría aún más tiempo. Unos 20 años desde la conferencia en el Caltech.

Las palabras de Feynman estaban muy presentes en la mente de Kim Eric Drexler a comienzos de la década de los 80, cuando preparaba su tesis en el Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT). En 1986 la volcaría en un libro que generó avalanchas de comentarios. En “Los motores de la creación” se anunciaba una nueva era. (texto completo en inglés en http://www.foresight.org/EOC/)

“Carbón y diamantes, arena y procesadores de computadoras, cáncer y tejido sano: a través de la historia las variaciones en el orden de los átomos han diferenciado lo barato de lo caro, lo sano de lo enfermo. Cuando están ordenados de una manera, los átomos forman el suelo, aire y agua; si los colocamos de otra manera, obtendremos una fresa madura. De una forma producen hogares y aire fresco, y de la otra cenizas y humo”. Así comenzaba este libro que ahora es un clásico. Drexler planteó una propuesta sin demora: es posible desarrollar una tecnología para manipular el orden de los átomos.

El libro consagró el nuevo término. “Los microcircuitos tienen partes medidas en micrómetros, es decir en la millonésima parte de un metro, pero en el caso de las moléculas estas se miden en nanómetros, mil veces más pequeños. Podemos usar los términos ‘nanotecnología’ o ‘tecnología molecular’ para describir un nuevo estilo de tecnología. Los ingenieros de esta nueva tecnología construirán nanocircuitos y nanomaquinaria”.

Unos ocho años más tarde, a mediados de los 90, los programas de navegación hicieron posible la masificación de internet. La información comenzó a ser más accesible que nunca antes, incluso la más excéntrica, y en el nuevo mundo la palabra nanotecnología comenzó a aparecer con frecuencia, al mismo tiempo que se popularizaba el uso del prefijo ‘nano’ para referirse a lo pequeño.

Pero, ¿de qué hablamos cuando nos referimos a la nanotecnología en estos tiempos?

Ciencia y ¿ficción?

“La nanotecnología es la creación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a la escala del nanómetro (1 a 100 nanómetros), y el uso de novedosos fenómenos y propiedades (físicas, químicas, biológicas, mecánicas, eléctricas…) en esa escala”. La definición aparecía en el sitio de la NASA.

Desde la publicación del libro de “Los motores de la creación” han sucedido muchas cosas en el mundo de la nanotecnología. Se ha transformado en un negocio, en un polo de inversiones para capitales que buscan alta tecnología, en iniciativas gubernamentales, en foco de interés para investigadores, y los médicos están estudiando aplicaciones muy serias.

El descubrimiento de nuevas propiedades cuando se logra intervenir la materia al nivel atómico ha permitido el desarrollo de una serie de productos, algunos de ellos ya disponibles en el mercado, como pantalones antimanchas o cremas contra el sol. También se habla con insistencia de la posibilidad de generar sustancias que actuarían como ‘nanorobots’ capaces de ingresar al cuerpo y atacar células malignas, o de superconductores que ayudarían a sobrellevar la crisis energética. La lista sigue: materiales dotados de una resistencia impensable hace un tiempo, sustancias que ayudarían a la descontaminación, pinturas que permitirían recolectar energía solar. Y además hay quienes anuncian una nueva era de miniaturas y capacidades sin precedentes en la informática.

En su mayor parte estas aplicaciones, que ya comienzan a hacerse realidad, son el resultado de desarrollos ‘hacia abajo’, es a partir de acciones a una escala mayor que producen resultados en la escala del nanómetro, y que representan una manera muy práctica, o si se quiere realista, de enfrentar el desafío de la nanotecnología.

La otra manera de concebirla es audaz, al límite de la ciencia ficción. En la frontera más ácida de la nanotecnología encontramos las teorías sobre la probabilidad de crear nanomáquinas de dimensiones atómicas, que realizarían el ensamblaje molecular directamente en la nanoescala, y que además tendrían el potencial de auto replicarse para realizar sus tareas. Las visiones de este futuro incluyen el desarrollo de maquinarias comedoras de contaminación, o constructoras de edificios, o generadoras de materiales que reemplacen recursos naturales escasos, o enemigas ‘inteligentes’ del cáncer. O de pequeños y letales nanorobots.

En años recientes hubo un choque de ideas sobre los alcances de la nanotecnología, protagonizado por el propio Drexler, que ha sido un evangelista de la posibilidad de realizar un ensamblaje al nivel molecular a través de la invención de las nanomáquinas, y por un científico estadounidense de renombre, ganador del Premio Nóbel, Richard Smalley, quien fue fuerte partidario de una aproximación más práctica a este nuevo mundo y cuestionó duramente las teorías de las ‘nanomáquinas’ autoreplicantes, y los temores que esta perspectiva despierta en la sociedad.

Smalley planteó la importancia de alcanzar tecnologías a la escala normal que permitan obtener resultados a la escala del nanómetro. “Por definición, la nanotecnología es el arte de crear cosas que realizan acciones a la escala del nanómetro”, advirtió. Este científico, quien falleció el 2005, fue entusiasta de un producto de la nanotecnología, los nanotubos de carbono. Por su puesto, no pueden ser vistos con apenas un par de ojos, pero cuando están correctamente ensamblados generan un filamento cuyo potencial es inmenso, muchísimo más fuerte que el acero, con despampanantes capacidades para conducir la electricidad sin causar pérdidas en el camino.

“Podemos obtener propiedades increíbles que no se pueden lograr con la biología: fortaleza, resistencia a la alta temperatura, dureza y, sobre todo, la capacidad para conducir electricidad”, dijo Smalley, citado en junio de 2006 por un artículo de National Geographic sobre el tema.

“Tu y gente como tú han asustado a nuestro niños”, escribió Smalley a Drexler al criticar y descartar la posibilidad del ensamblaje o la fabricación al nivel molecular pronosticado en “Los motores de la creación”.

Pero Drexler ha insistido en la potencialidad de las nanomáquinas y de la fabricación a nivel molecular. En su sitio web, www.e-drexler.com, advierte que hay dos definiciones muy diferentes de la nanotecnología, y dice que hay una preferida por algunos científicos y por técnicos, empresarios y burócratas que utilizan el término para describir productos con propiedades especiales a una escala de menos de 100 nanómetros. “Puede describir cualquier cosa pequeña”, incluyendo productos que ya existían de antes y ahora son vendidos como nanotecnología. “Esta redefinición ha creado confusión, ha generado falsas expectativas, y ha obstaculizado el avance hacia la meta original, más poderosa”.

Drexler se refiere al hecho que casi no hay recursos para investigación de la fabricación al nivel molecular. La creación de estas nanomáquinas, dice, permitiría entrar en posesión de herramientas poderosas, capaces de construir grandes cosas con precisión atómica.

El concepto, aunque futurista, está muy asociado a las leyes de la naturaleza: se considera que los ‘motores’ y otras piezas relacionadas con la acción por parte de estas nanomáquinas podrían estar basados en una verdadera “ingeniería de las proteínas”, o que enzimas podrían actuar como “máquinas capaces de construir o destruir moléculas”. Luego, esas mismas máquinas bioquímicas podrían ser utilizadas para hacer otras, más complejas.

¿Ficciones? Hay quienes hacen notar que esa nanotecnología demora demasiado en hacerse realidad.

Apocalípticos

Pero no todo es misterio, desafío o asombro en torno a los augurios nanotecnológicos. También hay señales de peligro. Las primeras, relacionadas con las consecuencias que podría generar la liberación indiscriminada de nanopartículas, o el contacto desprevenido con una materia tan pequeña que puede colarse con facilidad en lugares inconvenientes, como el cuerpo humano.

Los primeros cuestionadores de los productos basados en las propiedades obtenidas a la nanoescala apuntan hacia sus potenciales efectos tóxicos o contaminadores. Incluso en el caso de los nanotubos que son promovidos como superconductores, ¿qué pasaría si uno los respira accidentalmente? En teoría, estamos todo el tiempo aspirando, bebiendo o en algún otro tipo de relación con partículas invisibles, pero es impredecible lo que podría suceder cuando estas acciones son el resultado de una intervención humana en la naturaleza.

Y quienes exploren este territorio en internet encontrarán más: ¿qué hacer si billones de nanopartículas quedan fuera de control? ¿o si alguien las utiliza intencionalmente para un ataque?

Una de las alertas más sonoras fue producida por Bill Joy, un eminente directivo de Sun Microsystems, quien en abril de 2000 publicó en la revista Wired un artículo muy comentado, “¿Por qué el futuro no nos necesita?” (http://www.wired.com/wired/archive/8.04/joy.html). Advertía sobre los peligros en el desarrollo de nuevas tecnologías, con especial énfasis en la ingeniería genética, la robótica y la nanotecnología.

El texto de Joy recorre la posibilidad del uso de la ingeniería genética para crear plagas letales, de la robótica para crear máquinas inteligentes que podrían superar a los humanos en su capacidad de supervivencia, y de la nanotecnología de generar instrumentos que pueden quedar fácilmente fuera de control o ser utilizados con fines destructivos.

“Al igual que en el caso de la tecnología nuclear, es mucho más fácil recurrir a la nanotecnología con fines destructivos que con fines constructivos”, dice Joy al referirse a la posibilidad futura de crear aparatos tan pequeños que lindan con lo invisible, con instrucciones de asesinato selectivo. Plantea además que la caja de pandora de la genética, la nanotecnologia y la robótica “esta casi abierta, aunque pareciera que no nos hemos dado cuenta”.

“Hay claramente usos militares y terroristas para la nanotecnología”, dijo Joy.

El dilema está siempre allí, acechando. Forma parte de la naturaleza de la humanidad.

Luis Córdova

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