 Por: Albert OrtizNo obstante la inversión estatal y privada en EEUU, Japón y la CEE, entre otros, sumada al interés de sectores productivos, académicos y público, en general, pocas personas se atreven a definir el alcance y las aplicaciones potenciales de la nanotecnología. Asunto de importancia: los científicos, ingenieros y tecnólogos deben comunicarse con la comunidad no científica. El artículo nos prepara para el Tercer Simposio NANOCOLOMBIA 2009, que el ITM realizará el 3 y 4 de septiembre, con el apoyo de la FUNLACI. ¿Qué es la nanotecnología? Si les pedimos a un amplio grupo de científicos, ingenieros, tecnólogos, inversionistas, industriales y al público, en general, que definan el concepto de nanotecnología, recibiremos un rango de respuestas tan amplio como la misma nanotecnología. Para la mayoría de los científicos, ésta no es algo sorprendentemente nuevo, debido a que ya se ha trabajado en la nanoescala por varios decenios con herramientas de laboratorio como microscopía de electrones, microscopía de barrido, microscopía de fuerza atómica, para crecer y caracterizar películas delgadas y otros nanomateriales. Pero para otros grupos, la nanotecnología significa algo mucho más ambicioso, dispositivos miniaturizados para monitoreo de procesos biológicos y dosificación de fármacos, mini motores y maquinarias construidas por átomos y asistidas por piezos, nanotubos de carbono para una infinidad de aplicaciones, y un sinnúmero de posibilidades que llevan a muchos a creer que la nanotecnología aun hace parte de la ciencia ficción. ¿De qué trata la nanoescala? Lo más fácil para los seres humanos es relacionar los tamaños con objetos cotidianos. Podemos visualizar la relación entre el tamaño de un ratón y el de un elefante. Sabemos que la torre Eiffel, con 330 metros de altura, mide lo que miden 194 hombres de 1.70 m. Ya hemos aceptado que un metro, según la International Standards Organization, se define como ‘la longitud del recorrido de la luz dentro de un vacío durante un intervalo de tiempo de 1/299792458 de un segundo'. Un nanómetro es, según esta definición, 10-9 de un metro. Pero esto no le permite al mundo no científico entender el concepto de la nanoescala. Así que es necesario hablar de la definición de la nanotecnología en relación con el grosor de un cabello humano. El problema es que los cabellos humanos son sumamente variables. Dependiendo de su color, el tipo de cabello y otros factores, su diámetro puede estar entre decenas y centenares de micrones (10-6 de un metro). Es menester un estándar al cual podamos relacionar la nanoescala. Imaginarnos una millonésima o billonésima de algo no es tarea fácil, pero si pensamos en átomos será posible una idea más aproximada de un nanómetro en la imaginación. Generalmente, las personas del común no tienen claro el tamaño de un átomo; pero al definir un nanómetro como diez átomos de hidrógeno o cinco átomos de silicio en línea, nos acercamos a un concepto útil para la mente humana. Así que podemos decir que la nanotecnología tiene que ver con las partes más pequeñas de la materia que en la actualidad podemos manipular. Parece ciencia ficción Muchas personas siguen creyendo que la nanotecnología es algo del futuro, con aplicaciones fuera de nuestro alcance. Esta creencia está lejos de la realidad. Ya se han otorgado unos doce premios Nóbel en nanotecnología, desde los descubrimientos de magnetorresistencia gigante y estructuras de fullereno, hasta los desarrollos en la microscopía de sonda de barrido, superconductores y otros avances tecnológicos. Más de seiscientas empresas en el mundo hacen uso de la nanotecnología, desde empresas pequeñas hasta corporaciones gigantescas como IBM, Samsung, BMW, General Motors, Panasonic, LG, entre muchas. La Unión Europea (Programa marco para la investigación, desarrollo e innovación), los EEUU (mediante sus políticas de Estado para apoyar ID&I), Brasil (Ley de Innovación) y otros países desarrollados, han realizado grandes esfuerzos para adelantar conocimientos en nanotecnología. Casi todas las universidades de alguna importancia en el mundo están desarrollando estudios e investigación en este campo. Muchas ya reciben amplia financiación para su trabajo en nanotecnología. Lo más significativo es que ya estamos viendo la aplicación desde el sector productivo de un número de productos accesibles al consumidor, incluidos: partes para automóviles, prendas de vestir, electrodomésticos, pinturas, juguetes, materiales de construcción. La nanotecnología entró a nuestros hogares y sitios de trabajo, sólo hay que saber identificarla. Pero muchos emprendedores y empresas aún no saben cómo identificar esta nueva tendencia. Para muchos, tecnología está ligada a computadores, software, informática y comunicaciones (Internet, telefonía celular). Gran parte de las aplicaciones iniciales de la nanotecnología se expresan en los materiales como aditivos para plásticos, partículas de nanocarbono para mejorar el acero, recubrimientos duros para herramientas industriales y catalizadores para la industria petroquímica. Hay grandes aplicaciones en un espectro amplio de industrias que tienen buena parte del mercado mundial. La industria de la nanotecnología En la cotidianidad, muchos ya hacen referencia a la industria de la nanotecnología, de la misma manera que discuten un nuevo software o los avances de los videojuegos Wii de Nintendo, pero ¿se logrará dicha industria de la nanotecnología? Lo que ahora hacen muchas de las empresas que trabajan con nanotecnología es simplemente aplicar el conocimiento adquirido sobre la nanoescala a la industria existente. La utiliza la industria farmacéutica en mecanismos para dosificación de medicamentos, la industria de la construcción con nanopartículas para mejorar el desempeño de materiales cementantes o la industria metalmecánica con recubrimientos duros para prolongar la vida útil de herramientas de corte y partes de maquinarias, en condiciones de ambiente agresivo o por fricción. De hecho, la nanotecnología se ha convertido en un elemento de apoyo, y no una industria como tal. Y aunque nunca diríamos que Microsoft o Intel son parte de la industria eléctrica, todos sabemos que sin la energía eléctrica estas empresas de software no existirían. La nanotecnología es la comprensión fundamental de cómo funciona la naturaleza a escala atómica. Aparecerán nuevas industrias como resultado de este nuevo conocimiento, así como el conocimiento del plasma llevó a la creación de nuevos televisores, y de cómo se pueden mover electrones en un conductor, al aplicar una diferencia potencial, nos trajo la industria de la luz eléctrica, la telefonía, los computadores y el Internet, entre tantas industrias sin las cuales el mundo moderno no podría funcionar. Es posible adquirir un bulto de nanotecnología, por ejemplo, unos cuantos kilos de nanotubos de carbono, pero éste no tendría valor alguno. El valor verdadero de esta tecnología está en su aplicación -sea en la industria existente o en la creación de una industria completamente nueva de la nanotecnología. En la actualidad, ya existen maquinas microscópicas que se pueden introducir dentro del cuerpo humano para detectar o reparar células enfermas. Esto se ha dado como uno de los muchos beneficios de la nanotecnología. Muchas empresas trabajan en el desarrollo de mecanismos para diagnóstico y tratamiento médico. Se investigan métodos más precisos para la entrega de medicamentos sin afectar tejidos y células saludables, mediante encapsulación mejorada y dosificación programada y el uso de nano-magnetismo. Las aplicaciones en diferentes campos son tan infinitas como la imaginación. Si sólo pensamos que la nanotecnología sirve, exclusivamente, para hacer cosas más pequeñas, nos estamos perdiendo gran parte de la película. Se ha demostrado que podemos manipular la materia en escalas inferiores al micrón, pero el enfoque principal de la nanotecnología tiene que ver con la habilidad de construir y crear nuevos materiales y dispositivos desde abajo hacia arriba (bottom up). Es obvio que, simplemente, hacer las cosas más pequeñas no es toda la solución, y muchas veces no son ayuda. En algunos casos, tratar de crear todo nano sólo incrementaría los costos de producción sin beneficios importantes (como puede ser el caso en ciertas aplicaciones electrónicas) con apenas algunas mejoras marginales sobre las tecnologías actuales. Sin embargo, la nanotecnología nos brindará nuevas soluciones al estrecho callejón tecnológico y financiero, al construir dispositivos de abajo hacia arriba. Con técnicas como auto-ensamblaje asistido por plantillas creadas mediante nanolitografía, que combinadas con nuestros conocimientos acerca de los polímeros y moléculas como el Rotaxano, a nivel nanométrico tendremos inmensas posibilidades en electrónica molecular, transportadores moleculares y elementos interruptores moleculares. Al comprender el comportamiento (magnético, térmico, dureza, rugosidad, etc.) de los materiales a escala molecular abrimos una variedad de planteamientos alternativos para producir dispositivos más inteligentes y más baratos. Este nuevo conocimiento también nos permitirá diseñar nuevas arquitecturas donde la funcionalidad será la medida de desempeño más válida. La nanotecnología es algo nuevo Desde hace cientos y miles de años, los romanos y las culturas del Lejano Oriente han utilizado nanopartículas. Los vitrales de los templos de la antigüedad muestran técnicas de nanocapas de oro para aumentar el brillo en ciertos colores. Cuando encendemos un fósforo, producimos fullerenos. El negro de carbono, la sustancia que se usa en la fabricación de llantas y que le brinda mayor durabilidad al caucho, se ha producido desde hace unos noventa años. En estos casos no se sabía que estaban utilizando nanotecnología, debido a que no había un control directo sobre el tamaño de las partículas, y sin conocimiento de la nanoescala, no estaban utilizando la nanotecnología tal como hoy la definimos. Lo nuevo de la nanotecnología es nuestra capacidad de ver y manipular la materia a escala nanométrica, como también nuestra comprensión de las interacciones a escala atómica. Construcción con átomos (¿Ladrillo por ladrillo?) En 1989, Don Eigler utilizó un microscopio de sonda de barrido (SPM) para escribir las letras IBM en átomos de xenón. Por primera vez logramos ubicar átomos precisamente donde quisiéramos. Este gran paso de organizar átomos, uno por uno, podría no tener grandes implicaciones en procesos industriales, pero avanzó nuestro conocimiento del universo nano. Ya tenemos la habilidad y los conocimientos para construir átomo por átomo (a escala mayor se llama química física). Se ha utilizado industrialmente, por más de cien años, para producir nitratos y sales mediante precursores químicos y catalizadores. La dificultad radica en la producción de material orgánico, átomo por átomo, como, por ejemplo, un chorizo. Todos sabemos el proceso y los ingredientes a macro escala. Pero si exploramos la micro escala, todo se torna más complejo cuando tratamos de replicar las células, el citoplasma, la mitocondria, los cromosomas y otros componentes complejos de la ingeniería natural. Y si nos acercamos a la nanoescala, tendremos que lidiar con ácidos nucleicos, nucleótidos, péptidos y proteínas, los cuales aún no comprendemos en su totalidad, y tampoco tenemos la capacidad computacional para comprenderlos en el futuro cercano. Estamos muy lejos de poder replicar a la naturaleza. Nuestros conocimientos de la genómica y la proteómica siguen muy primitivos frente a la naturaleza. Lo más seguro es que sigamos así por mucho tiempo. Muchos investigadores y personas interesadas han expresado preocupación por las amenazas de los dispositivos a nanoescala. Mayor peligro representan las mutaciones virales en enfermedades como el VIH que permitirían transmisión vía mosquitos, o versiones más letales del virus de la influenza, que merecen más preocupación que lo que la nanotecnología pueda producir. Conclusiones La nanotecnología, como otras ramas de la ciencia, procura comprender cómo funciona la naturaleza. Nuestros esfuerzos para producir dispositivos y manipular la materia siguen en una etapa primitiva frente a la naturaleza. La naturaleza tiene la capacidad para diseñar sistemas de energía altamente eficientes que operan de manera precisa sin desperdicios, reparan sólo lo que necesita ser reparado, hacen sólo lo que tiene que hacerse y nada más. Nosotros no tenemos esta capacidad. Creemos que algún día nuestro conocimiento de los fenómenos de la nanoescala nos permitiría replicar en parte algo de lo que la naturaleza logra fácilmente. La nanotecnología acoge un amplio grupo interdisciplinario. Nuestra nueva habilidad para observar, caracterizar y manipular a escala atómica hace que la nanotecnología sea sumamente atractiva desde los puntos de vista político, empresarial y científico. La nanotecnología se encuentra en una etapa temprana en nuestra misión para comprender el mundo que nos rodea. Este conocimiento brindará inspiración y estímulo para muchas generaciones de científicos. Los empresarios tratarán la nanotecnología como a cualquier otra tecnología: la juzgarán por su capacidad de aumentar ingresos. Esto se verá en la manera que reduzca costos de producción en el desarrollo de nuevos productos (ventanas inteligentes, prendas libres de manchas) o la creación de nuevos mercados, así como el conocimiento de los polímeros abrió oportunidades multimillonarias para la industria de los plásticos. En el frente político, se puede argumentar que la motivación principal es el temor. Países desarrollados, como EEUU, han liderado en crecimiento económico como resultado del desarrollo y adopción de las tecnologías de la información y comunicación. La nanotecnología promete mayores cambios económicos, militares y culturales que el Internet. Con el rápido avance de la tecnología, y los muy cortos ciclos de desarrollo y adopción, mantenerse a la par no será una opción para las naciones que no han iniciado claros y ejecutables planes de acción. El CENM se ha logrado ubicar entre las importantes instituciones de la comunidad científica internacional con importantes proyectos que involucran al sector productivo, su desarrollo tecnológico y su alta actividad de publicaciones indexadas en revistas internacionales. Recientemente, Colombia atendió el llamado. Con la creación del Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnología e Innovación - COLCIENCIAS, se espera que el estado comprenda que las naciones ricas invierten grande en la investigación y desarrollo, no por ser ricas, sino que son ricas, porque entienden la necesidad de esta gran inversión. Quizás el mayor beneficio de la nanotecnología a corto plazo radica en reunir áreas de conocimiento como la física y la biología, que debido a los sistemas de educación no han logrado una estrecha relación. Esto nos llevará a la unificación de las disciplinas científicas. Como resultado, al enfrentarnos a un problema, podremos utilizar recursos de toda la ciencia, y no sólo de una disciplina. Albert Ortiz: Coordinador de Proyectos Internacionales, Centro de Excelencia en Nuevos Materiales - CENM (www.cenm.org), 08 Junio de 2009, albertor@univalle.edu.co |
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