Nanotecnología
Parece que una buena manera de concluir este libro es incluir un capítulo sobre la nanotecnología, ya que este campo de la ciencia es tan nuevo que no se encuentra en los libros de ciencias normales y porque la nanotecnología ofrece grandes promesas para el futuro. Desde la medicina y la maquinaria hasta la energía, el medio ambiente y la agricultura, este campo podría cambiarlo todo.
Pero ¿qué es la nanotecnología? Nanotecnología es un término general que describe la ciencia que trabaja con lo diminuto —el mundo del átomo o de las moléculas. Para ponerlo en perspectiva, un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro, o la millonésima parte de un milímetro. Los científicos predicen que dentro de los próximos cincuenta años, las máquinas serán cada vez más pequeñas hasta el punto de que miles de estas diminutas máquinas cabrían en el punto que cierra esta frase.
La ciencia que recibe tal nombre tiene que ver con la física de la materia condensada, la ingeniería, la biología molecular y la química. La nanociencia ya ha contribuido en gran medida a muchas industrias —hay productos y procesos en la fábrica de microprocesadores, de equipamiento pesado, y en la industria aeroespacial. La nanociencia nos ha brindado la posibilidad de realizar nuevos catalizadores, pinturas, gomas y neumáticos. Es probable incluso que ahora mismo lleves puestas algunas nanopartículas. Algunas formas de protector solar contienen nanopartículas de dióxido de titanio, que refracta la luz. Si los protectores se fabrican con partículas más grandes, entonces aparecen blancos.
Además, las nanopartículas se usan en elementos especializados sobre los que puede que hayas leído. La raqueta de tenis que utilizaba Roger Federer en 2005 estaba compuesta de nanopartículas; se añadían para suministrar sensación de solidez sin añadir peso.
Si los átomos son los componentes básicos de la naturaleza —y son los ingredientes de todo; desde un humano a un árbol— ¡imagina lo que podría hacerse si los científicos aprendieran a trabajar a esta escala por el bien de la humanidad!
El distinguido físico Richard Feynman presentó por primera vez el concepto de la nanotecnología (no el término) en un discurso que dio en la Sociedad Física Americana el 29 de diciembre de 1959, titulado: «There’s Plenty of Room at the Bottom» [«Hay mucho espacio al fondo»]. Feynman predecía el día en el que tendríamos la habilidad de manipular átomos individuales y moléculas de modo que se pudiese crear un conjunto de herramientas precisas que realizasen otro conjunto de herramientas proporcionalmente pequeño, así hasta la escala necesaria.
El término nanotecnología no fue usado hasta 1974, cuando Norio Taniguchi, profesor en la Universidad de Ciencia de Tokio, lo presentó en un artículo que trataba sobre esta materia. La ciencia se desarrolló más cuando Gerd Binning y Heinrich Rohrer crearon el microscopio de efecto túnel en 1980, y los átomos individuales pudieron ser vistos. Durante los años siguientes, el Dr. Eric Drexler, ahora considerado como el padre de la nanotecnología, escribió un libro, Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology [Motores de creación: La próxima era de la nanotecnología], que desarrollaba aún más el concepto.
A partir del concepto original de Drexler, algo que ha quedado claro es que los nanobots no serán simples versiones a escala de los robots actuales. La física, tan distinta a estas escalas, indica que los nanoinstrumentos hechos por humanos se parecerán mucho más a los de la naturaleza y estarán compuestos por proteínas, ADN y membranas —como los virus.
La vida solucionó la nanociencia hace mucho —cada uno de nosotros tiene miles de millones de motores moleculares en cada célula de nuestro cuerpo. La clave es averiguar cómo dirigir motores como estos creados por humanos y hacer que no se detengan.
¡Funciona!
Uno de los imperativos de la nanotecnología es que los nanoinstrumentos han de ser capaces de auto-ensamblarse. Estas máquinas serán tan pequeñas que harán falta literalmente millones de ellas para realizar tareas que sean útiles para los humanos.
En Cornell han creado bloques de 10 centímetros cuadrados que pueden multiplicarse. Los cubos de plástico tienen cada uno diez centímetros de anchura y están cortados en diagonal en dos mitades que pivotan. Los electroimanes en los cubos se encienden y apagan, permitiendo que se reanimen y liberen otros cubos. Un grupo de tres cubos tarda un minuto en copiarse.
Una de las preocupaciones de la nanotecnología es que si la construyes bien, la nanomáquina podría seguir construyendo sin parar. Con este instrumento en particular los científicos de Cornell han desarrollado unas medidas de seguridad de modo que la máquina no se salga de control. Para empezar, la máquina depende de la energía de una placa base, y los investigadores también han de «alimentar» a los robots con nuevos bloques. Otra medida es que el número de bloques no puede exceder el número de placas.
Aquellos que predicen un mundo que emplee la nanotecnología imaginan un proceso que podrá realizar cualquier cosa —desde la creación de una bola de béisbol átomo a átomo a otro tipo de nanobot— que pueda avanzar por las arterias, limpiando el colesterol. La meta ha de ser aprender cómo manejar con éxito material a un nivel atómico y molecular usando herramientas químicas y mecánicas. Ha habido algunos éxitos, y algunos científicos predicen que podremos ver progresos definitivos en tan solo quince o veinte años.
Los átomos pueden ser ya manipulados, separados, y vueltos a juntar en diferentes formaciones. (Los átomos y las moléculas se unen porque tienen formas complementarias que se unen o por cargas que se atraen). Mientras se van uniendo millones de estos átomos gracias a las nanomáquinas, el producto específico comienza a tomar forma. Para crear bienes nanotecnológicos, los científicos han de aprender a manipular átomos individuales y a crear «ensambladores». Debido a lo pequeño de esta tecnología, se necesitarán billones de ensambladores para que hagan el trabajo, de modo que los científicos sean capaces de hacer máquinas nanoscópicas, llamadas replicadores, que serán programadas para construir más ensambladores.
Bajo el mandato del Presidente Bill Clinton, el gobierno dobló su inversión en investigación y desarrollo de la nanotecnología y la denominó la nueva frontera. Este trabajo afectará a muchas agencias gubernamentales: la Fundación Nacional de Ciencia, el Departamento de Defensa, el Departamento de Energía, el Instituto Nacional de la Salud, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología. Gran parte de las investigaciones tardarán veinte años, pero podrían tener efectos sorprendentes. Esto es parte de lo que los científicos predicen que se conseguirá con esta investigación:
Dentro de la categoría de «ojalá no hubiese dicho eso», el Dr. Eric Drexler, el padre de la nanotecnología, incluye sus declaraciones afirmando que uno de los riesgos de la nanotecnología es que las características de auto-replicación puedan llevar a una situación en la que los nanobots se descontrolen y controlen el mundo —lo que ahora se conoce como ecofagia (literalmente: «comerse el medio ambiente»). Una variante de este miedo es la teoría «plaga verde», en la que la nanotecnología crearía una nanomáquina auto-replicadora que consumiría todas las partículas orgánicas y crearía una masa orgánica inerte parecida al limo.
El riesgo de la plaga gris
En el peor de los casos, toda la materia del universo podría quedar convertida en limo, matando a los residentes del universo. (La palabra limo en este caso se refiere a una gran masa de nanomáquinas replicadoras sin estructura a gran escala; plaga gris se refiere a nanobots auto-replicadores fuera de control; plaga verde se refiere a un replicador orgánico como se describe más arriba). En la reciente novela de Michael Crichton, Prey [Presa], una compañía en Nevada, en parte accidentalmente y en parte a propósito, libera nanobots auto-ensambladores en el desierto; se replican rápidamente, evolucionan y amenazan a los protagonistas humanos.
De acuerdo con Chris Phoenix, director de investigación del Centro para una Tecnología Responsable, los replicadores fuera de control solo serían el producto de un proceso deliberado y difícil, y no un accidente. Drexler señala que provocar miedo hace que se huya de las promesas de la nanotecnología. Pero con el riesgo en mente, los científicos están programando nanomáquinas como fuentes de energía o para dejar de reproducirse tras un cierto número de generaciones. De esta forma ninguna nanomáquina estaría fuera de control.
Las bacterias nunca han dominado el mundo, de modo que es probable que tampoco lo hagan las nanopartículas.
Veneno y toxicidad
Se ha visto que algunos de los materiales a nanoescala más prometedores son dañinos en ciertas situaciones, de modo que los científicos tendrán que proceder con precaución. Una alta concentración de nanotubos de carbono pueden obstruir de manera fatal los pulmones de las ratas, y los fulerenes (jaulas esféricas de carbono separadas por nanometros) tienden a acumularse en el cerebro de los peces.
Las nanopartículas en el agua potable podrían ser peligrosas para los humanos y los animales, y esta nueva clase de nanosustancias necesitarán pasar por pruebas de seguridad adicionales.
Armas
Uno de los usos negativos de la nanotecnología sería el armamentístico. Aunque los nanomateriales avanzados tienen aplicaciones para mejorar armas existentes y material militar, la nanotecnología actual podría ser usada de forma más peligrosa de lo que se puede conseguir con la ingeniería genética.
Aunque podamos imaginar nanomáquinas que puedan comer goma y deshabilitar vehículos destruyendo sus neumáticos, en este momento, hay muchas otras formas de conseguir una mayor destrucción.
La nanotecnología podría usarse para crear equipos de vigilancia casi indetectables —micrófonos del tamaño de una molécula, cámaras y antorchas buscadoras, etc.
Ya es posible usar una identificación de radio frecuencia del tamaño de un grano de arroz para obtener informes médicos, pero esto plantea el problema de la privacidad.
Así que ¿para qué sirve un nanotubo?
En enero de 2006, catorce años tras el descubrimiento de unas moléculas con forma de lápiz llamadas nanotubos de carbono, los científicos están encontrando una variedad de aplicaciones para ellas. Los nanotubos son 9 veces más fuertes que el acero y pueden transmitir 1000 veces más corriente eléctrica que el cobre, pero son difíciles de manipular porque cada tubo es una pequeña fracción de la anchura del punto al final de esta frase.
Un grupo de la Universidad de Texas, a las órdenes de Ray Baughman, ha aprendido a tejer nanotubos formando materiales útiles. Usando hilanderos de lana australianos, los investigadores han desarrollado un método de doblar los tubos formando largas fibras y han creado sábanas de nanotubos tan finas que un acre (4046 m2) del material pesa tan solo 125 gramos.
Dos equipos están trabajando en aplicaciones médicas de los nanotubos. Debido a que el cuerpo humano puede absorber el carbono, los científicos de la Universidad de Stanford han creado nanotubos diseñados para invadir las células cancerígenas. En la Universidad de California, Riverside, están tratando de encontrar formas de usar los nanotubos para curar los huesos rotos.