nanotecnología, el futuro

NANOTECNOLOGÍA, EL FUTURO
Martes, 07 de Junio de 2011 14:14
RESUMEN
La nanotecnología es el resultado de la evolución de la ciencia y la tecnología, día a día somos
testigos de su cada vez mayor campo de aplicación, y a pesar de ello, estamos involucrados en
una gran confusión sobre sus vertientes, alcances y tendencias para poder asimilar las
ventajas que presenta para el desarrollo de las sociedades.
PALABRAS CLAVE: Ciencia, Tecnología, Nanotecnología, Nanociencia, Nanobiotecnología,
Nanomateriales.
Cada oleada científico-técnica ha dejado tras de sí un evidente rastro de progreso. Sin
embargo, se pueden identificar también algunos impactos negativos: la sobreexplotación de
recursos, los daños medioambientales, la desigualdad social, el desequilibrio regional, etc. Por
lo que actualmente, se puede llegar a pensar con cierto grado de certeza que la
nanotecnología es un ingrediente fundamental para impulsar el cambio que van a experimentar
los métodos de fabricación en las industrias y la manera en que se realizarán las actividades
cotidianas.
Los cambios industriales más profundos que han tenido lugar en la historia, están ligados a la
convergencia de tecnologías. Por lo general, las tecnologías aisladas suelen tener cierto éxito
para resolver problemas en determinadas áreas, hasta que alcanzan cierta madurez y se
estancan, generando productos que son cada vez menos innovadores. Por ejemplo, la industria
aeronáutica basada en el uso de motores de explosión y hélices alcanzó gran perfección a
mediados del siglo XX, pero no permitía mejorar las prestaciones de los aviones debido a las
limitaciones de tipo físico. Hubo que esperar a la llegada de los motores a reacción basados en
conceptos y tecnologías totalmente diferentes.
En estos momentos ocurre un nuevo proceso de convergencia tecnológica en el que se están
aglutinando conocimientos y metodologías que provienen de la nanotecnología, la
biotecnología, las tecnologías de información y telecomunicación y las llamadas ciencias
cognitivas (que incluyen las neurociencias). El objetivo de la convergencia es producir
nano-bio-dispositivos que mejoren nuestra salud.
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Muchas definiciones circulan por la web para nanociencia y nanotecnología, hay quien dice
que: nanociencia es la ciencia de lo infinitamente pequeño (A. Correia, J. J. Sáenz y P. A.
Serena, El lento despertar de la nanotecnología en España, 2006). Esto no es estrictamente
cierto, ya que esta definición responde mejor, por ejemplo, al tipo de estudios de los que se
ocupa la física de altas energías, que trabaja con protones, neutrones o incluso los
constituyentes de éstos: los quarks. Otras personas piensan que la nanotecnología trata de
reducir el tamaño de los objetos hasta límites insospechados, lo cual no siempre es cierto, ya
que la nanotecnología necesita técnicas de fabricación diferentes, basadas en otros conceptos,
en otras ocasiones se asocia con la construcción de dispositivos y robots como los que
tenemos en nuestro mundo pero de dimensiones muy pequeñas. Paulo Roberto Martins,
Segundo seminario internacional de medio ambiente, 2005.
De manera general, se podría definir nanotecnología como la fabricación de materiales,
estructuras, dispositivos y sistemas funcionales a través del control y ensamblado de la materia
a la escala del nanómetro (de 0.1 a 100 nanómetros, del átomo hasta por debajo de la célula,
escala de 1 X 10 -9 m), así como la aplicación de nuevos conceptos y propiedades (físicas,
químicas, biológicas, mecánicas, eléctricas….) que surgen como consecuencia de esa escala
tan reducida.
Para lograr una definición clara de nanociencia y nanotecnología, primero vamos a establecer
cuáles son las principales diferencias entre ciencia y tecnología. Ciencia es el trabajo realizado
en un laboratorio de investigación, en el que se busca o prueba una capacidad o una ley de la
naturaleza, es necesidad de saber, un reflejo de la curiosidad del ser humano, planteada de
forma objetiva y utilizando el método científico. T. Molina Ma. José, Filosofía de la Ciencia,
2007.
La tecnología, sin embargo, parte de los conocimientos básicos establecidos por la ciencia para
construir un dispositivo o aparato que tenga una utilidad determinada. El conocimiento
necesario para generar este dispositivo o aparato se traduce habitualmente en una patente,
una forma de proteger esa invención y que da ciertos derechos a los inventores. Ministerio de
ciencia e innovación, Nanociencia y nanotecnología, entre la ciencia ficción del presente y la
tecnología del futuro. www.fecyt.ex .
La palabra “nano” es prefijo del vocablo griego v a v o ζ que significa diminuto, enano,
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pequeño. Utilizado en el sistema internacional de unidades para indicar un factor de 10
-9
(es decir, multiplicar algo por 0.000000001, o la mil millonésima parte de algo), una longitud
80000 veces más pequeña que el diámetro de un cabello humano. (Figura 1)
Figura 1.Actores del nanomundo
Diferentes objetos con su tamaño característico. Los objetos cuyo tamaño está comprendido
entre 0.1 y 1.00 mm son con los que trabajo habitualmente la nanotecnología.
Fuente. Nanociencia y nanotecnología. Entre la ciencia ficción del presente y la tecnología del
futuro. 2010
Si tenemos en cuenta que en el curso de muy pocos años se han logrado construir aparatos
electrónicos que cada vez tienen más capacidad y ocupan menos espacio, parecería que, en
principio, esta carrera hacia la miniaturización no tiene fin.
El control a nanoescala supone la habilidad de fabricar productos y construir máquinas con
precisión atómica. Fabricar a escala “nano” significa poder acceder y manipular estructuras
moleculares y sus átomos. De esta forma, la nanotecnología aborda directamente la posibilidad
de diseñar materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas.
Las propiedades físicas y químicas de los materiales dependen de cómo están ordenados los
átomos que los constituyen, por ejemplo, según se configuren los átomos de carbono se puede
tener carbón o diamante (figura 2). Además, cuando se manipula la materia a la escala de
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átomos y moléculas se ponen de manifiesto fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Los
efectos cuánticos cobran especial relevancia. Piezas de un material de tamaño nanométrico
pueden presentar propiedades completamente diferentes a las de mayor tamaño. Por lo tanto,
la nanotecnología puede conducir a la fabricación de nuevos materiales, aparatos y sistemas
con propiedades únicas que no pueden obtenerse con las tecnologías actuales de procesado
de materiales y fabricación.
Molécula de Carbono 60 (Imagen de http://www.3dchem.com/molecules.asp?ID=217# )
Figura 2. Según se ordene los átomos de carbono a escala nanométrica se obtienen distintos
materiales como grafito, diamante, fulereno, o nanotubo.
Fuente: http://www.ipt.arc.nasa.gov/gallery.html
Los tres grandes sectores en nanotecnología que hasta el momento han despertado mayor
interés son la nanoelectrónica, la nanobiotecnología y los nanomateriales (Cuberes Montserrat
Ma. Teresa, nanotecnología: actualidad y futuro.. http://www.uclm.es/cr/EUPALMADEN/aaaeu
pa/boletin_informativo/pdf/boletines/7/NANOTECNOLOG%C3%8DA
,%20ACTUALIDAD%20Y%20FUTURO.pdf.)
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La nanoelectrónica persigue fabricar dispositivos electrónicos y ordenadores a escalas
diminutas, la nanofabricación consiste en manipular la materia a escala atómica y molecular
para crear nuevos materiales y procesos. La fabricación de nanodispositivos puede plantearse
siguiendo dos tipos de procedimientos: el top-down (empezar por arriba e ir bajando) y el
bottom-up (empezar por abajo e ir subiendo).
En el primero de ellos el inicio es una pieza de material de tamaño macroscópico que por
maquinado, o siguiendo los métodos apropiados, se va reduciendo al tamaño deseado,
proceso que sigue actualmente la fabricación de circuitos integrados. En el bottom-up el
objetivo es construir nanomáquinas átomo a átomo o molécula a molécula (Figura 3). Aquí
entran en juego las técnicas de síntesis química molecular y el ensamblaje de moléculas o
nanopartículas.
Figura 3. Nanoengranaje basado en nanotubos
Aunque muchos aspectos de la nanotecnología aún están en fase de investigación, se espera
que en los próximos años tenga lugar un crecimiento rápido en su productividad. En la
actualidad, ya tiene una base real, ha impactado hoy a toda una gama de productos como
dispositivos médicos, recubrimientos, sensores de sistemas de seguridad, aparatos de
purificación del agua para viajes espaciales, pantallas para ordenadores portátiles y para cine
de alta resolución.
CONCLUSIÓN
La nanotecnología puede llegar a mejorar el desarrollo sustentable de las sociedades,
incidiendo en:
- Mejora de la producción agrícola, de las tecnologías de la alimentación (Envasado,
conservación, etiquetado, etc.)
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- Diagnóstico de enfermedades, administración de fármacos y monitorización de la salud.
- Tratamiento y descontaminación del agua y de la atmósfera, incluye tecnologías de
remediación basadas en nanofiltrado, mejora de los métodos de salación y control de calidad y
seguridad ambiental mediante redes de nanosensores
- Almacenamiento, producción y conversión de energía. La emisión de gases nocivos
pueden reducirse si se mejoran los catalizadores o se utilizan nuevas fuentes de energía.
- Nuevos materiales para la automoción y la construcción. El aligeramiento de ciertas partes
de vehículos y aviones mediante el uso de nanotubos de carbono o de “aceros plásticos”
reducirá el consumo de carburantes.
GLOSARIO
CIENCIA.- Conjunto de conocimientos sistemáticamente estructurados mediante la
observación de patrones regulares, de razonamientos y de experimentación en ámbitos
específicos, de los cuales se generan preguntas, se construyen hipótesis, se deducen
principios y se elaboran leyes generales y esquemas metódicamente organizados.
NANOBIOTECNOLOGÍA.- Aplicación de herramientas, componentes y procesos de la
nanotecnología a los sistemas biológicos, desarrollando herramientas para prevenir y tratar
enfermedades en el cuerpo humano cuando están todavía en estados poco avanzados, lo que
conllevará grandes avances diagnósticos y terapéuticos.
NANOCIENCIA.- Parte de la ciencia, especialmente de la física, la química y la biología, que
se ocupa del estudio de los fenómenos observados en estructuras y sistemas de muy
pequeñas dimensiones, mesurables en nanómetros.
NANOMATERIALES.- Material que cuenta con al menos una de sus dimensiones externas o
estructuras internas en la nanoescala y que posiblemente tenga características diferentes a las
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del mismo material a escala convencional.
NANOTECNOLOGÍA.- Es un campo de las ciencias aplicadas dedicado al control y
manipulación de la materia a una escala menor que un micrómetro, es decir, a nivel de átomos
y moléculas.
TECNOLOGÍA.- Es el conjunto de conocimientos técnicos, ordenados científicamente, que
permiten construir objetos y máquinas para adaptar el medio y satisfacer las necesidades de
las personas.
BIBLIOGRAFÍA
- Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (2008). Nanociencia y Nanotecnología.
FECC
- Charles P. Poole Jr., Frank J. Owens (2003). Introducción a la Nanotecnología. REVERTÉ
- Paulo Roberto Martins (2005). Nanotecnología, sociedad y medio ambiente, segundo
seminario internacional. Memorias
- Ma. Teresa Cuberes Montserrat (2009). Nanotecnología: actualidad y futuro.
REFERENCIAS EN INTERNET
- http://www.nanospain.org/nanospain.htm
- http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia.htm
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- http://es.wikipedia.org/wiki/Nanomateriales
- http://www.greenfacts.org/es/glosario/mno/nanomaterial.htm
Creditos
Julio César Ruíz Aguilar
[email protected]
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