¿Qué es la Nanotecnología?

La nanotecnología es una nueva tecnología que se basa en la manipulación de materiales microscópicos. Para comprender mejor este concepto, es de gran ayuda conocer lo que el término “nano” significa. Éste se refiere a una unidad de medida que corresponde a la milmillonésima parte de un metro. Esta es una medida tan pequeña, que si juntamos cinco átomos y los ponemos en línea, recién ahí juntamos un nanómetro. Por ende, la nanotecnología corresponde a la creación y manipulación de aquellos materiales que entren en esta pequeñísima escala, que va desde los 5 a los 50 o 100 átomos.

A esta escala, los materiales tienen propiedades totalmente diferentes a las que conocemos en el mundo macroscópico. Los colores, la conductividad y el magnetismo, entre otras propiedades, son absolutamente diferentes. Esto permite que la manipulación de estos pequeños materiales de como resultado la creación de materiales a medida según las propiedades que se quieran obtener, algunas de ellas que no existen en la naturaleza.

La nanotecnología, como el concepto que se ha definido, fue mencionado por primera vez en una conferencia en el año 1959. Fue el científico Richard Feynmam que en la conferencia denominada “There’s plenty of room at the bottom” (“Hay mucho espacio ahí en el fondo”) presagiaba que existía una tremenda cantidad de descubrimientos si fuese posible fabricar materiales en dimensiones atómicas o moleculares.

Ésta tecnología tiene como base ciertos objetivos, como por ejemplo, el colocar cada átomo en el lugar que sea más adecuado. En segundo lugar, debe intentar que casi toda estructura sea consistente con las leyes físicas y químicas, pudiendo especificarlas y describirlas a nivel atómico. Por último, es indispensable lograr que el coste de fabricación no supere el coste de las materias primas utilizadas y la energía que se utiliza durante el proceso.

La nanotecnología, a pesar de ser muy práctica, por lo anteriormente mencionado, aún no se ha introducido de forma masiva en las fábricas, en las cadenas de producción industrial, no obstante, ya existen ciertos resultados que son cada vez más asequibles.

De esta forma, el dominio de estas técnicas abre inmensas oportunidades de desarrollo en los más diversos rubros. Veamos algunas de sus posibles aplicaciones:

1) Desarrollo de materiales

El diseño de nuevos materiales es, actualmente, el campo más desarrollado y de mayor impacto de la nanotecnología.

Materiales más resistentes y flexibles para raquetas de tenis, cristales para anteojos a base de polímeros ultrafinos con propiedades protectoras y anti-reflejantes, parabrisas y vidrios autolimpiantes, prendas de vestir que no se arrugan ni se manchan, cosméticos más eficaces y sábanas con acción bactericida son apenas algunas de las aplicaciones.

2) Electrónica

La incursión de la nanotecnología en la electrónica permite reducir el tamaño de los chips/biochips, ampliar las memorias, diseñar pantallas más brillantes, livianas y eficientes en el uso de energía.

Actualmente, ya está en el mercado la tecnología OLED (Organic Light-Emitting Diode), que ofrece imágenes más brillantes, dispositivos más livianos, menor consumo energético y ángulos de visión más amplios.

En 2005, Toshiba presentó modelos de reproductores MP3 capaces de funcionar sin pilas ni baterías gracias a las nanocélulas de combustible. Esta nueva tecnología, llamada DMFC (Direct Metanol Fuel Cell), se aplica también en teléfonos móviles y computadoras portátiles.

3) Medicina

En medicina, la nanotecnología es fuente de distintas aplicaciones como moléculas dirigidas específicamente a la zona deseada del cuerpo.

El uso de nanopartículas permite atravesar las membranas citoplasmática y nuclear para introducir material biológico-genético en células determinadas. Este auténtico “nanodelivery” promete tratamientos revolucionarios para enfermedades hoy incurables.

Los instrumentos nanotecnológicos también tienen el potencial de sustituir tejidos que ya no funcionan por otros artificiales que cumplan la misma función.

Así, por ejemplo, se pretende utilizar nanotubos de carbono para fortalecer los huesos en personas con osteoporosis.

4) Energía

La nanotecnología también promete el desarrollo de fuentes menos contaminantes y más eficientes de energía así como nuevas formas de almacenamiento.

Ya existen lámparas de emisión de diodos (LED) que no obtienen su potencia mediante el calentamiento. Así, alargan la vida del mecanismo (incluso, conceptualmente, se podrían catalogar como “eternas”).

La nanotecnología también tiene el potencial de revolucionar la energía solar. Las células solares actuales son extremadamente costosas y de limitada eficiencia.

No obstante, ya se están desarrollando células solares compuestas por superficies nanoestructuradas de puntos cuánticos de alta eficiencia.

Así, en un futuro, podrán fabricarse células con materiales baratos que no dañan el medio ambiente y que podrán utilizarse para satisfacer el consumo doméstico.

En definitiva, la nanotecnología promete innovaciones revolucionarias en diversos rubros de negocios. Y más allá de los avances realizados, lo mejor está por venir.

Sólo en China, existen 800 empresas probando suerte en un nanomercado de unos 5.400 millones de dólares, un mercado que se estima llegará a 31.400 millones en cuatro años y hasta 144.900 millones en el 2015.

Así, todo parece indicar un crecimiento exponencial del sector con una fuerte presencia en la economía mundial a mediados de la próxima década.

Esperamos que el sistema científico-tecnológico-educativo argentino pueda adaptarse a las crecientes demandas. No debemos olvidar que la nanotecnología ya está entre nosotros.

Ayuda de la nanotecnología

En todo el mundo, académicos, investigadores y estudiantes buscan las maneras para que la nanotecnología supere las ya infinitesimales dimensiones de los chip actuales.

Pero las técnicas que funcionan en los laboratorios no sirven aún para cubrir la demanda de la producción industrial de chips.

“Pueden hacerlo en los laboratorios y obtener resultados, pero esto también tiene otro lado”, dijo a la BBC el profesor Mike Kelly, del Centro de Fotónica y Electrónica Avanzada de la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido.

El problema radica en que estos micro componentes están hechos de un pequeñísimo número de átomos. Y el húmero de átomos en una estructura es el que determina sus propiedades eléctricas.

fabricados de microchips

Los transistores actuales tienen un diámetro de 22 namómetros /un cabello humano mide 60.000 namómetros)

Los trabajos de Kelly sugieren que si tan solo uno o dos átomos faltaran tendría un efecto muy grande en la confiabilidad del componente.

Generalmente los fabricantes de chips se esfuerzan por lograr lo que se conoce como el grado de “Confiabilidad Sigma Seis”, es decir, que el chip debe responder correctamente 99,99966% de las veces.

Los últimos chips de Intel serán construidos con componentes de sólo 22 nanómetros de diámetro, pero hay planes para llegar hasta los 14 nm y luego 11 nm. Para tener una referencia, un cabello humano es de 60.000 nm.

El problema del tamaño

“La gran pregunta es en qué punto uno o dos átomos hacen la diferencia”, dice Kelly, quien afirma que la historia de la ingeniería da lecciones a los fabricantes de chip deseosos de mantener vigente la Ley de Moore.

Durante la Segunda Guerra Mundial las técnicas para la fabricación de hélices fueron llevadas al extremo, en el empeño de hacerlas cada vez más grandes.

Pero eventualmente las hélices grandes resultaron ser mucho menos eficientes porque los ejes sobre los que giraban se hundían por su propio peso.

El profesor Kelly teme que los fabricantes de chip estén dirigiéndose hacia una crisis similar.

La fabricación de un chip implica dibujar una plantilla del circuito, grabándolo sobre una lámina de silicio y poniendo luego los componentes capa por capa, pero como asegura Kelly: “más allá de 12nm eso se va aponer muy, muy difícil”.

logo intel

En Intel reconocen los límites de la miniaturización y estudian nuevos sistema de fabricación de chips.

El director de investigación de componente de Intel, Mike Mayberry,está de acuerdo con que las técnicas de fabricación tienen sus límites y que la única opción es cambiarlas.

“Estamos mezclando métodos y vamos a ser capaces de construir cosas que no habíamos podido hacer”, explicó Mayberry.

Nuevos sistemas

Un método que algunos fabricantes han adoptado es la colocación de varias capas del espesor de un átomo de un material que ayude a hacer los componentes individuales más confiables.

Mayberry dice que su compañía está investigando otras maneras, además de la reducción de componentes, para hacer los procesadores más poderosos y más útiles.

La arquitectura interna podría ser cambiada para ayudar a un mayor flujo de datos. Sensores y transmisores inalámbricos pueden integrase más dentro del chip.

“Habrá avances en todas las partes de arquitectura. Será para hacerlos más útiles, consumir menos energía y ocupar menos espacio”.

Mientras tanto, será complicado diseñar una ruta para permitir que siga funcionando la Ley de Moore, dijo Mayberry.

Nanotecnología y su impacto para la construcción

Cuando se habla de la Nanotecnología solemos pensar en nano-chips o en aparatos ultra-pequeños que están siendo desarrollados por científicos para la medicina, la lucha contra el cáncer, la bioquímica, la física, etc.

Sin embargo, el sector de la construcción empieza a entrar en el mundo de los avances tecnológicos, y se está empezando a investigar formas en las que la nanotecnología puede aportar mejoras a la construcción de carreteras, puentes y edificios.

En un artículo publicado por Better Roads, Small Science Will Bring Big Changes To Roads (La ciencia “pequeña” causará grandes cambios en las carreteras), y citado por Nanodot, se explica como las actuales investigaciones en polímeros podría llevar a una situación en la que las barreras protectoras en las carreteras arreglen sus propios imperfectos causados por choques de vehículos.

La aplicación de la nanotecnología en las carreteras y la construcción también hará posible identificar y reparar de forma automática, sin intervención humana, brechas y agujeros en el asfalto o en el hormigón, y fabricar señales de tráfico que se limpian a si mismas. Se utiliza la nanotecnología para fabricar acero y hormigón más fuertes. También para la seguridad vial. Por ejemplo en algunos sitios de los Estados Unidos se han colocado nano sensores para vigilar el estado de sus puentes y detectar cualquier anomalía o riesgo.

A pesar de la mala prensa que recibe la nanotecnología de algunos medios, son cada vez más evidentes los avances y las nuevas soluciones hechas posibles por este nuevo fenómeno científico.