Abstract
in this paper we focus on what is nanotechnology, its
concept, its benefits and risks to humanity, and also their
applications.
Introducción
La palabra "nanotecnología" es usada
extensivamente para definir las ciencias y técnicas que se
aplican al un nivel de nanoescala, esto es unas medidas
extremadamente pequeñas "nanos" que permiten trabajar y
manipular las estructuras moleculares y sus átomos. En
síntesis nos llevaría a la posibilidad de fabricar
materiales y máquinas a partir del reordenamiento de
átomos y moléculas.
Marco
teórico
La nanotecnologia es el estudio, diseño,
creación, síntesis, manipulación y
aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales
a través del control de la materia a nano escala, y la
explotación de fenómenos y propiedades de la
materia a nano escala.
Cuando se manipula la materia a la escala tan
minúscula de átomos y moléculas, demuestra
fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto,
científicos utilizan la nanotecnología para crear
materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con
propiedades únicas.
1.1 HISTORIA DE LA
NANOTECNOLOGÍA
-1820 – Faraday y su descubrimiento de la ley de
inducción magnética.
-Los años 40: Von Neuman estudia la
posibilidad de crear sistemas que se auto-reproducen como una
forma de reducir costes.
-1947: John Bardeen, Walter Brattain y William
Shockley inventaron el transistor, recibiendo el Premio Nobel de
Física por ello en 1956.
-1959: Richard Feynmann hizo por primera vez
pública la visión de intervenir a nivel
atómico. Sus reflexiones no generaron gran impacto en la
época.
-1966: Se realiza la película "Viaje
alucinante" que cuenta la travesía de unos
científicos a través del cuerpo humano. Los
científicos reducen su tamaño al de una
partícula y se introducen en el interior del cuerpo de un
investigador para destrozar el tumor que le está matando.
Por primera ve en la historia, se considera esto como una
verdadera posibilidad científica. La película es un
gran éxito.
-1982: Descubrimiento del 'microscopio de barrido
efecto túnel' (STM), por Gerd Binning y Heinrich
Rohrer.
Fueron galardonados con el Premio Nobel de Física
en 1986 por su invención.Ha permitido obtener mapas muy
precisos de superficies en las que cada átomo puede
distinguirse.Ha proporcionado también imágenes
atómicas de moléculas de ADN, de extrema
importancia en genética.
-1985: Se descubren los
buckminsterfullerenes
-1986: K. Erik Drexler, Insinuó la
posibilidad de crear sistemas de ingeniería a nivel
molecular en su libro "Los motores de la
creación".
-1989: Se realiza la película
"Cariño he encogido a los niños", una
película que cuenta la historia de un científico
que inventa una máquina que puede reducir el tamaño
de las cosas utilizando láser.
-1996: Sir Harry Kroto gana el Premio Nobel por
haber descubierto fullerenes
-1997: Se fabrica la guitarra más
pequeña el mundo. Tiene el tamaño aproximadamente
de una célula roja de sangre.
-1998: Se logra convertir a un nanotubo de
carbón en un nanolapiz que se puede utilizar para
escribir
-2001: James Gimzewski entra en el libro de
récords Guinness por haber inventado la calculadora
más pequeña del mundo.
1.2 TIPOS DE NANOTECNOLOGÍA
Según la forma de trabajo la
nanotecnología se divide en:
A) Top-down: Reducción de tamaño.
Literalmente desde arriba (mayor) hasta abajo (menor). Los
mecanismos y las estructuras se miniaturizan a escala
nanométrica. Este tipo de Nanotecnología ha sido el
más frecuente hasta la fecha, más concretamente en
el ámbito de la electrónica donde predomina la
miniaturización.
B) Bottom-Up: Auto ensamblado. Literalmente desde
abajo (menor) hasta arriba (mayor). Se comienza con una
estructura nanométrica como una molécula y mediante
un proceso de montaje o auto ensamblado, se crea un mecanismo
mayor que el mecanismo con el que comenzamos. Este enfoque, que
algunos consideran como el único y "verdadero" enfoque
nanotecnológico, ha de permitir que la materia pueda
controlarse de manera extremadamente precisa. De esta manera
podremos liberarnos de las limitaciones de la
miniaturización, muy presentes en el campo de la
electrónica.
Según el campo en el que se trabaja la
nanotecnología se divide en:
Nanotecnología
Húmeda
Esta tecnología se basa en sistemas
biológicos que existen en un entorno acuoso incluyendo
material genético, membranas, encimas y otros componentes
celulares.
También se basan en organismos vivientes cuyas
formas, funciones y evolución, son gobernados por las
interacciones de estructuras de escalas
nanométricas.
Nanotecnología Seca
Es la tecnología que se dedica a la
fabricación de estructuras en carbón, Silicio,
materiales inorgánicos, metales y
semiconductores.
También está presente en la
electrónica, magnetismo y dispositivos
ópticos.
Es también confundida con la
microminiaturización.
Nanotecnología Seca y
Humeda
Las ultimas propuestas tienden a usar una
combinación de la nanotecnología húmeda y la
nanotecnología seca
Una cadena de ADN se programa para forzar
moléculas en áreas muy específicas dejando
que uniones covalentes se formen sólo en áreas muy
específicas.
Las formas resultantes se pueden manipulas para permitir
el control posicional y la fabricación de
nanoestructuras.
Nanotecnología
computacional
Con esta rama se puede trabajar en el modelado y
simulación de estructuras complejas de escala
nanométrica.
Se puede manipular átomos utilizando los
nanomanipuladores controlados por computadoras.
1.3 BENEFICIOS DE LA
NANOTECNOLOGÍA
La nanotecnología puede resolver muchos
problemas humanos:
Con esto nos referimos a que la nanotecnología
permitiría a las personas pudiesen vivir en
alojamientos más dignos con sistemas mejores de
alcantarillados para una mejor salud.
Nanotecnología puede resolver muchos
problemas relacionados con el agua:
Estas tecnologías solo requieren
fabricación inicial además de una fuente modesta de
energía. Filtros físicos con poros de una escala
nanométrica pueden eliminar el 100% de bacterías,
virus. Una tecnología de separación
eléctrica que atrae a los inoes a láminas
supercapacitor pueden eliminar sales y metales
pesados.
Nanotecnología y el sector
agrícola:
Con la nanotecnología se podrían construir
invernaderos, con o sin aislamiento termal, a un coste muy
bajo
Nanotecnología y la energía
solar:
Alternativas como la generación de la
electricidad solar dependería de la conversión
fotovoltaica o de la concentración de luz solar
directa.
Nanotecnología para mejorar el entorno de
las personas:
La capacidad de eliminar ciertos insectos tendría
un impacto favorable sobre ciertas enfermedades. Aislamiento
termal en edificios resulta en ambientes más
cómodos y reduce el consumo de energía. Sistemas de
tuberías para agua y para el tratamiento de residuos
incrementan el nivel de higiene y reduce enfermedades.
Nanotecnología como una solución
para la brecha digital:
Ordenadores y teléfonos celulares y
móviles podrían ser accesibles
económicamente para la gente más pobre en el mundo
y podrían incorporar interfaces de voz para usuarios
analfabetos.
Nanotecnología y medicina:
Las herramientas de la investigación y la
práctica de la medicina serán menos costosos y
más potentes.
Numerosos pequeños sensores, ordenadores y
diversos aparatos implantables de bajo coste permitirán un
control continuo sobre la salud de pacientes así como
tratamiento automático.
Nanotecnología y los beneficios para el
medioambiente:
Una de las grandes causas del deterioro del
medioambiente es la agricultura.
Pero el uso de los invernaderos para la
producción agrícola reduciría a su vez el
consumo de agua, tierras y daño causado a la tierra.
Energía solar almacenable reducirá emisiones de
ceniza, hollín, hidrocarbono, NO, CO2 y
petróleo.
Nanotecnología para eliminar las causas de
muchos problemas sociales:
Gran parte de los problemas y conflictos sociales en la
actualidad tienen su raíz en la pobreza, problemas de
salud y en la ignorancia.
La fabricación molecular podría eliminar
la pobreza material, o al menos el grado de pobreza experimentado
por tantas personas en el mundo actual.
1.4 RIESGOS DE LA
NANOTECNOLOGÍA
Desequilibrio económico debido a una
proliferación de productos baratos:
Uno de los riesgos de la fabricación molecular es
el posible desequilibrio de la estructura económica
actual, con una posible reducción masiva en el valor de
muchos recursos materiales y humanos, incluyendo una gran parte
de nuestra infraestructura actual.
Riesgo personal por uso de la
nanotecnología molecular por parte de criminales o
terroristas:
Si ciertos aparatos, con mucho mayor fuerza y potencia y
mucho menos tamaño, llegan a las manos de criminales y
terroristas, éstos podrían hacer mucho daño
a la sociedad. Hay el riesgo de que nuevos sistemas de seguridad
y defensa contra este tipo de aparatos no se desarrollen a tiempo
para ser instalados de forma inmediata o comprensiva.
Riesgos para las libertades personales o sociales
por restricciones excesivas:
La fabricación molecular permitirá la
creación de super-ordenadores muy pequeños y
económicos, que en teoría podrían lanzar un
programa de vigilancia permanente sobre todo el mundo.
Sería fácil la fabricación masiva y barata
de este tipo de aparatos de vigilancia Al tener la capacidad de
fabricar billones de aparatos, cada uno con millones de partes,
por un coste de unos pocos dólares, se podría
aplicar a todo el mundo cualquier tecnología
automatizada aplicable a una persona.
Desequilibrio social por nuevos productos o
formas de vida:
La mayoría de las sociedades prefieren prohibir
ciertos productos: se prohíben los fusiles en el Reino
Unido, la sandía sin pepitas en Irán, los objetos
sexuales en Téjas, ciertas drogas como la marihuana en los
EE.UU., y el alcohol en las sociedades islámicas. Aunque
muchas de estas restricciones se basan en principios morales no
compartidos por la mayoría de la población mundial,
el hecho de que existan indica la sensibilidad de las sociedades
– o al menos sus gobernantes – hacia productos no
deseados.
La capacidad de fabricar productos ilegales utilizando
fábricas personales podría desequilibrar la
sociedad y dar entrada a una normativa excesivamente
rígida sobre la tecnología. Nuevas estilos de vida
hechos posibles por las nanotecnología también
podrían causar desequilibrios sociales.
Carrera inestable de armas fabricadas con la
nanotecnología:
Al permitir que muchos países tuviesen capacidad
de destrucción global, también podría
eliminar la capacidad de los países más poderosos
de controlar el escenario internacional. Y al hacer
pequeños grupos auto-suficientes, podría fomentar
la fragmentación de naciones.
Daños medioambientales colectivos
derivados de productos no regulados:
La naturaleza compacta de maquinaria fabricada por la
nanotecnología podría fomentar el uso de productos
muy pequeños, que podrían a su vez convertirse con
el tiempo en un tipo de nano-basura que sería
difícil de limpiar y podría causar problemas de
salud.
Un mercado negro de la nanotecnología
(aumenta la posibilidad y el peligro de otros
riesgos):
La disponibilidad no controlada de nanotecnología
molecular podría derivar de una regulación excesiva
o deficiente. La regulación deficiente haría que
fuese fácil el acceso a y el uso de una nano
fábrica. La regulación excesiva crearía una
demanda frustrada por productos desarrollados a través de
la nanotecnología; una demanda que, si se hiciese lo
suficientemente fuerte, financiaría el espionaje, el
desarrollo independiente y, al final, el desarrollo de un mercado
negro más allá de los controles de las autoridades
centralizadas
1.5 APLICACIONES DE LA
NANOTECNOLOGIA
1.5.1 TRATAMIENTO CONTRA EL
CÁNCER
El equipo de Nanospectra ha logrado desarrollar
nanopartículas de cristal bañadas en oro capaces de
invadir un tumor y, cuando se calientan a través de un
sistema remoto, capaces de destruirlo.
La clave del alto grado de efectividad de este nuevo
avance se deriva de las dimensiones de las partículas. Las
nanopartículas tienen un diámetro de 150
nanómetros, que según el equipo de Nanoespectra, es
el tamaño ideal para que puedan atravesar los vasos
sanguíneos agujereados de un tumor. Esto podría
permitir que las partículas se acumulasen en el tumor
más que en otros tejidos. Cuando se dirigen rayos de luz
infrarrojos a la localización del tumor, bien desde el
exterior, o bien a través de una sonda, las
partículas absorben la luz y se calientan. El resultado es
que los tumores se calientan más que los otros tejidos
alrededor, y se mueren.
En el primer estudio realizado por la empresa, los
tumores en ratones injertados con las nanopartículas
desaparecieron a los seis días después de
aplicarles el tratamiento de los rayos infrarrojos.
Aunque la aplicación de rayos infrarrojos de luz
ha sido utilizada en el campo de la medicina como una herramienta
para mostrar imágenes, este nuevo avance científico
supone la primera vez que se aplican rayos infrarrojos para
calentar a los tejidos.
En teoría, este nuevo avance tecnológico
podría ayudar a eliminar aquellos tumores que caracterizan
el cáncer de pecho, próstata y pulmón. La
nanotecnología se sumaría así a otros
tratamientos contra los cánceres más convencionales
como la quimioterapia y la radioterapia. Y, según el
presidente de Nanospectra Donald Payne, este nuevo método
sería una "herramienta mucho menos tóxica para la
caja de herramientas de los cirujanos".
1.5.2 NANOTECNOLOGIA EN LA INDUSTRIA
TEXTIL
La moda en las prendas de vestir, además de tener
fines estéticos, también empieza a incluir la
nanotecnología para brindar otras opciones para vivir
mejor como calmar el estrés, levantar el ánimo,
repeler mosquitos, entre otros.
Teniendo en cuenta la aromaterapia, que
mediante el sentido del olfato que llega directo al cerebro, se
crean prendas en las que se incluyen microcápsulas con
esencias naturales que, en el momento de vestirlas, despliegan
todos sus beneficios.Utilizando la tecnología del plasma y
mediante un proceso absolutamente ecológico, se han creado
prendas antimanchas que repelen la lluvia y cualquier
líquido, bien sea vino, cava o sopa.
Se encuentran las novedosas prendas antiestrés.
No se trata de diseños con masajes incorporados, sino de
prendas con microcápsulas de antiestáticos que
evitan que las mujeres se carguen de la energía
electroestática que desprende el teléfono
móvil o el ordenador, que, además de facilitar la
vida, consiguen llevar los nervios a flor de piel.
Las prendas antimosquitos, que a través de un
producto repelente encapsulado en las tramas del tejido consigue
desviar los picotazos de este impertinente insecto.
Prendas de vestir en materiales que mantienen la
presión arterial, hasta calcetines que ayudan con los
hongos.
1.5.3 NANOTECNOLOGIA EN LOS ALIMENTOS
Los investigadores están utilizando
nanopartículas de silicato para proporcionar una barrera a
los gases (por ejemplo, oxígeno), o la humedad en una
película de plástico utilizado para el embalaje.
Esto podría reducir la posibilidad de echar a perder la
comida o la desecación.Nanopartículas de
óxido de zinc se pueden incorporar en los envases de
plástico para bloquear los rayos UV y proporcionar
protección contra las bacterias, al tiempo que mejora la
fuerza y ??la estabilidad de la película de
plástico.Se están desarrollando nanosensores que
pueden detectar las bacterias y otros contaminantes, como la
salmonela, en una planta de envasado. Esto permitirá que
las pruebas frecuentes, a un costo mucho más bajo que el
envío de muestras a un laboratorio para su
análisis. Esta prueba de punto de embalaje, si se realiza
correctamente, tiene el potencial de reducir drásticamente
la posibilidad de alimentos contaminados con llegar a los
estantes de supermercados.La investigación también
se están llevando a cabo el desarrollo de
nanocápsulas que contienen los nutrientes que se liberan
cuando nanosensores detectar una deficiencia de vitaminas en su
cuerpo. Básicamente, esta investigación
podría dar lugar a un sistema de almacenamiento
súper vitamina en el organismo que proporciona los
nutrientes que necesita, cuando usted los necesita."Interactivo"
los alimentos se están desarrollando que le permiten
elegir el sabor y color deseados. Nanocápsulas que
contienen sabor o potenciadores de color están incluidos
en el alimento; inerte hasta que un consumidor hambriento las
desencadena. El método no ha sido publicado, por lo que
será interesante ver cómo este truco en particular
se lleva a cabo.Los investigadores también están
trabajando sobre los plaguicidas encapsulados en
nanopartículas, que la liberación de pesticidas
sólo en el estómago de un insecto, reduciendo al
mínimo la contaminación de las mismas plantas.Otro
desarrollo que se persued es una red de nanosensores y
dispensadores utilizados en un campo agrícola. Los
sensores reconocen cuando una planta necesita nutrientes o agua,
antes de que haya algún indicio de que la planta es
deficiente. Los dispensadores a continuación, suelte los
fertilizantes, nutrientes o agua si es necesario, optimizar el
crecimiento de cada planta en el campo por uno.
1.5.4 NANOTECNOLOGIA EN EL DEPORTE
El fabricante suizo BMC ha desarrollado una bicicleta
con una estructura que incorpora nanotubos de
carbón. El marco pesa menos de un kilo y goza de
unos niveles excepcionales de rigidez y fuerza, y ya es utilizado
por el equipo Phonak. BMC afirma ser la primera empresa que ha
logrado construir un marco de bicicleta utilizando
nanotecnología de nanotubos de carbón.
Para crear la estructura, BMC, aplicó
tecnología de composites, desarrollada por la empresa
norteamericana Easton. Su sistema de resina realzada integra
fibra de carbón en un matriz de resina reforzada con
nanotubos de carbón. Según el fabricante, esto
mejora la fuerza y resistencia en los huecos que existen entre
las fibras de carbón.
Easton colabora con Zyvex, empresa especializada en
nanotecnología que proporciona los nanotubos para el
sistema. Zyvex aplica un tratamiento especial a las superficies
de nanotubo para que los tubos se disipen con mayor facilidad en
otros materiales.
1.5.5 LA NANOTECNOLOGÍA EN LAS
CÉLULAS SOLARESReducción de los costes de
fabricación como consecuencia del uso de un proceso de
baja temperatura similar a la impresión en lugar del
proceso de deposición al vacío de alta temperatura
normalmente se utilizan para producir células
convencionales fabricados con material semiconductor
cristalino.Reducción de los costos de instalación
logrado mediante la producción de rollos flexibles en
lugar de paneles rígidos de cristalino. Las células
hacen de las películas delgadas de semiconductores
también tienen esta característica.Las
células de la nanotecnología en la actualidad
dispone de solares no son tan eficientes como los tradicionales,
sin embargo, su menor costo de las compensaciones de este. En las
versiones de la nanotecnología a largo plazo debe ser
tanto un menor coste y, con los puntos cuánticos, debe ser
capaz de llegar más alto
1.5.6 LA NANOTECNOLOGÍA EN EL
ESPACIOLos investigadores están buscando en las
siguientes aplicaciones de la nanotecnología en los vuelos
espaciales:
El empleo de materiales compuestos de nanotubos de
carbono para reducir el peso de las naves espaciales como el que
se muestra a continuación, manteniendo o incluso
aumentando la resistencia estructural.
El uso de nanotubos de carbono para
fabricar el cable necesario para el ascensor espacial, un sistema
que podría reducir significativamente el costo de
envío de material en órbita. Nova tiene un buen
video que explica los conceptos.Implementación de una red
de nanosensores para buscar grandes superficies de los planetas
como Marte en busca de rastros de agua o de otros productos
químicos. Para leer más sobre esto, vea la
página 27 de este informe sobre Bio-nano-máquinas
para aplicaciones espaciales.La producción de propulsores
para la nave espacial que los dispositivos de MEMS para acelerar
el uso de nanopartículas. Esto debería reducir el
peso y la complejidad de los sistemas de hélice de
utilizarse para misiones interplanetarias. Uno de los costos
función de ahorro de este tipo de propulsores es su
capacidad para recurrir a más o menos de los dispositivos
MEMS, dependiendo del tamaño y los requisitos de empuje de
la nave, en lugar de diseñar y construir diferentes
motores de las naves espaciales de diferentes tamaños.El
uso de nanotubos de carbono para construir ligero velas solares
que utilizan la presión de la luz del sol que se refleja
en la celda del espejo-como la energía solar para
propulsar una nave espacial. Esto resuelve el problema de tener
que levantar el suficiente combustible para las naves espaciales
en órbita de energía durante las misiones
interplanetarias.Trabajar con nanosensores para controlar los
niveles de químicos traza en las naves espaciales para
vigilar el desempeño de los sistemas de soporte de
vida.
1.5.7 CONTAMINACIÓN DEL AGUA Y LA
NANOTECNOLOGÍALa nanotecnología se está
utilizando para desarrollar soluciones a tres problemas muy
diferentes en la calidad del agua.Uno de los retos es la
eliminación de la contaminación industrial del
agua, tales como limpieza de las expresiones culturales
tradicionales solvente llamado, de las aguas subterráneas.
Las nanopartículas pueden ser utilizados para convertir
los químicos contaminantes a través de una
reacción química para que sea inofensivo. Los
estudios han demostrado que este método puede ser
utilizado con éxito para llegar a los contaminantes
dispersos en los estanques subterráneos ya un costo mucho
menor que los métodos que requieren el bombeo del agua de
la tierra para su tratamiento.Otro desafío es la
extracción de sal o de metales del agua. Un método
de desionización utilizando electrodos compuesto de
nano-tamaño de las fibras se muestra prometedor para
reducir el costo y las necesidades de energía de convertir
el agua salada en agua potable.El tercer problema se refiere al
hecho de que los filtros estándar no funcionan en las
células de virus. Un filtro de sólo unos pocos
nanómetros de diámetro, está actualmente en
desarrollo que debe ser capaz de eliminar virus de las
células del agua.Conclusiones
En este ensayo nos enfocamos en el concepto de la
nanotecnología, nos pudimos dar en cuenta que la
utilización de la nanotecnología es muy beneficioso
para la humanidad ya que se puede resolver varios problemas y los
mas importante que se pueden combatir puede ser el tratamiento
contra las enfermedades como el cáncer y la
purificación del agua que es un elemento vital para la
sobrevivencia de la humanidad.
Así como hay beneficios también hay
riesgos como por ejemplo para el uso de la delincuencia en
construcción de armas y de elementos baratos lo cual puede
afectar en la economía de la sociedad.
Bibliografía
http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia_que_es.htm
http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia_responsable/nanotecnologia_beneficios.htm
http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia_responsable/riesgos_nanotecnologia.htm
http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/aplicaciones_nanotecnologia/nanotecnologia_aplicaciones.htm
Autor:
Juan Matute
UNIVERSIDAD POLITECNICA
SALESIANA