La Nanotecnología (página 3)

Partes: 1, 2, 3

La nanotecnología comprende básicamente un
conjunto de técnicas
con aplicaciones potenciales en la mayoría de los sectores
industriales existentes en la actualidad, y con el potencial de
ayudar a crear nuevas industrias. Estas
técnicas comparten el objetivo de
hacer cosas cada vez más pequeñas, más
pequeñas de hecho que los límites
físicos establecidos en los microchips (100 nanometros, o
100 millonésimas de un milímetro) aunque más
grandes, naturalmente, que el átomo
individual (0,1 nanometros). A menudo se distinguen dos enfoques:
la miniaturización de arriba a abajo de
microtecnologías y la construcción controlada de abajo a arriba
de materiales y
dispositivos a partir de átomos y moléculas
individuales.

La nanotecnología puede utilizarse para investigación en ciencia de los
materiales, física, química, biología y medicina.
Además, a veces se considera como una opción futura
para el desarrollo, o
incluso en ciertos casos ya en uso, en I&D en materiales y
producción industrial (tecnología de ultra
precisión), catálisis, electrónica, productos
farmacéuticos (fármacos inteligentes),
tecnologías biomédicas, (órganos
artificiales), energía (nuevos materiales fotovoltaicos,
baterías) y detección ambiental. Algunos productos
están ya o van a estar próximamente en el mercado. Estos
productos son principalmente nuevos materiales nanoestructurados
e instrumentos y técnicas para su fabricación. Los
ejemplos incluyen láseres en reproductores de CD, espejos y
lentes de alta calidad e incluso
lápices de labios

Lograr dirigir el movimiento
atómico dentro de la molécula de ADN permite
generar sistemáticamente cada molécula al menos dos
estados, cada uno puede representar, ora 0, ora 1.
Esta fue la hipótesis de la que se partió y los
éxitos aunque modestos de apariencia han sido
rotundos.

Esa tesis
permitió organizar computadoras
que ofrecen reducciones del tamaño de los equipos porque
son intrínsecamente pequeños: una milésima
del tamaño de los transistores del
semiconductor utilizados hoy como puertas cuyo diámetro
ronda la micra, o sea, una millonésima de metro. De hecho,
un ordenador biomolecular podría ser la
quincuagésima parte (cincuenta veces menor) de un
ordenador actual de semiconductores
que contuviera similar número de elementos
lógicos.

La reducción del tamaño de las puertas
desemboca en dispositivos más veloces; los ordenadores de
base proteínica podrán, operar a velocidades mil
veces mayores que los ordenadores modernos. Hasta ahora, nadie
propone un ordenador puramente molecular. Es mucho más
probable, al menos en un futuro cercano, que se utilice una
tecnología híbrida, que combine moléculas y
semiconductores. Tal proceder debería proporcionar
ordenadores cincuenta veces menores que los actuales y
centuplicar su velocidad.

Las moléculas biológicas confieren
así el control necesario
para crear puertas que funcionen de acuerdo con los
requerimientos de una aplicación. Parece razonable
pronosticar que la técnica híbrida, que conjuga
microcircuitos semiconductores y moléculas
biológicas, pasará bastante pronto del dominio de la
fantasía científica a las aplicaciones comerciales.
La pantallas de cristal líquido ofrecen un
espléndido ejemplo del sistema
híbrido que ha triunfado. Casi todos los ordenadores
portátiles de nuestros días se basan en pantallas
de cristal líquido, que combinan dispositivos
semiconductores con moléculas orgánicas para
controlar la intensidad de la imagen en la
pantalla. Son varias las moléculas biológicas que
se podrían utilizar con vistas a su utilización en
componentes informáticos, pero de todas ellas, es una
proteína bacteriana, la bacteriorrodopsina la que suscita
mayor interés.

3.4.1 MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN
GENÉTICO

En el año de 1980, nació la idea de
utilizar las moléculas de ADN como material de
construcción a nanoescala. La idea se basa en utilizar
variantes estables de intermediaros bifurcados de la
recombinación genética
(Cruces de Holliday), como elementos básicos para
materiales a nanoescala. Al combinar estas moléculas
bifurcadas con extremos cohesivos, se pueden producir redes periódicas que
puedan actuar como anfitrionas hacia macromoléculas
huéspedes en experientos cristalográficos
macromoleculares. La idea básica ha sido expuesta por casi
un cuarto de siglo, sin embargo, aún esta en su infancia.

3.4.1.a Extremos Cohesivos (Sticky
Ends)

El origen de los extremos cohesivos se remonta a inicios
de los años 70, cuando las técnicas de
manipulación genética in vitro fueron realizadas
inicialmente apilando moléculas de ADN con estos extremos
cohesivos.

Un extremo cohesivo es una corta hebra de ADN que existe
como una pequeña protuberancia al final de una
molécula de doble hélice de ADN.

La ventaja de los extremos cohesivos es que dos
moléculas de ADN con extremos cohesivos complementarios
(es decir, sus. extremos cohesivos poseen el arreglo
complementario de bases de nucleótidos adenina, citosina,
guanina y tirosina) se unen para formar una molécula de
ADN más compleja.

Los extremos cohesivos son sin duda el mejor ejemplo de
reconocimiento molecular programable: hay significativamente, una
gran variedad de extremos cohesivos, y el producto
formado debido a la cohesión es siempre la clásica
doble hélice del ADN.

Además, la conveniencia de la síntesis
de ADN basado en soportes sólidos hace n mas facil
programar diversas secuencias de extremos cohesivos en las hebras
de ADN.

Por lo tanto, los extremos cohesivos ofrecen un
predecible y controlado asociamiento intermolecular con una
geometría impredecible con el punto de
cohesión. Posiblemente se puede obtener afinidades
similares entre las interacciones antigeno- anticuerpo, pero en
contraste con los extremos cohesivos de ADN, la
orientación tridimensional de las interacciones Antigeno-
anticuerpo no van a ser predecibles entre cada par. Es decir,
cada interacción Antigeno- anticuerpo e va a
comportar de diferente manera, siendo casi imposible predecir una
geometría determinada que englobe dicha
interacción.

Los ácidos
nucleicos parecen ser únicos en estas propiedades,
ofreciendo un sistema programable y diverso, con un remarcable
control sobre las interacciones intermoleculares.

A pesar de que los extremos cohesivos resultaron una
gran alternativa para definir por primera vez a la programación molecular, las
moléculas de ADN aun carecían de una propiedad
importante para ser utilizadas como material de
construcción a nanoescala. Y es que formando
moléculas de ADN lineales. Pero para producir materiales
interesantes a partir de ADN, la síntesis era requerida en
múltiples dimensiones, para este puposito moléculas
bifurcadas de ADN eran requeridas.

3.4.1.b Formación de un Cruce de
Holliday

El cruce de holliday contiene cuatro hebras de ADN (cada
par de cromosomas
homólogos alineados esta compuesto de 2 hebras de ADN)
enlazadas entre ellas para formar un brazo de cuatro dobles
enlaces.

El punto de bifurcación en el cruce de holliday
puede reubicarse debido a la simetría de las secuencias.
En contraste, complejos sintéticos de ADN pueden
diseñarse para formar bifurcaciones que imiten el cruce de
holliday sin que este pueda poseer centros de
simetría.

3.4.1.c Un Cruce bifurcado de Holliday
inmovilizado

El cruce d holliday esta compuesto de 4 hebras de ADN,
marcados con números árabes. El termino 3 de cada
molécula esta indicado por flechas.

Cada hebra esta enlazada con otras dos hebras para
formar brazos de doble hélice, los brazos están
enumerados con números romanos. Lo enlaces de hidrogeno de
los pares de bases que forman la doble hélice están
indicados por los puntos entre las bases. La secuencia de este
cruce ah sido optimizada para minimizar las simetrías y
las faltas de
pares complementarios. Debido a que no hay simetría C2
flanqueando el centro de bifurcación, este cruce no puede
sobrellevar reacciones de isomerización que permitan la
migración del punto de bifurcación.
La molécula ah sido diseñada para minimizar
secuencias simétrica; esto significa que todos los
segmentos de secuencias cortos son únicos. En la parte de
arriba del brazo 1, dos de los 52 tetrámeros en el
complejo están marcados, estos son CGCA y GCAA en la
esquina de la hebra 1, la secuencia CGTA esta marcada
también. Esta es una de las 12 secuencias en l complejo
que forman el cruce. El complemento de cada una de estas 12
secuencias no esta presente en el complejo, lo que no les va a
permitir formar doble hélices. Mientras que los otro
elementos tetrameritos si poseen sus complementos y forman los
brazos de doble hélice.

Cruce de Holliday
sintetizado

La síntesis de este complejo no va a permitir
poseer un cruce bifurcado de holliday inmóvil. Esta
síntesis es de gran importancia, ya que seria el
"bosquejo" de la molécula de ADN que buscamos para que
funcione como una unidad estructural de futuros compuestos en
escala
manométrica.

Por lo tanto, la prescripción para usar el ADN
como elemento básico para la formación de
materiales mas complejos a una escala manométrica es
simple: tomar molécula sintéticas de ADN con
bifurcaciones y programarlas con extremos cohesivos, para
permitirán autoensamblaje a la estructura
deseada, el cual puede ser objeto cerrado a un medio
cristalino.

3.4.2 AVANCES DE LA NANOTECNOLOGÍA BASADA EN
EL ADN

3.4.2.a Un Cubo hecho de ADN

El primer gran éxito
de la nanotecnologia
basad en ADN fue la construcción de una molécula de
ADN con los ejes de sus hélices conectados como los lados
de una figura cúbica. Este objeto consiste d seis hebras
de ADN cíclicas, una para cada cara del poliedro. Cada
vértice del cubo consiste de dos vueltas de la doble
hélice.

3.4.2.b Doble entrecruzamiento del ADN (DX-Double
Crossover)

La idea que siguió a la formación del cubo
basado en ADN, fue la construcción de arreglos
periódicos de ADN y aprovechar a los extremos cohesivos
para que puedan autoensamblarse. Sin embargo, los cruzamientos de
Holliday resultaron algo flexibles y muy inestables al momento de
producir arreglos en dos dimensiones, por lo tanto, se busco otro
motivo de ADN que tengo menor flexibilidad y mayor dureza. Este
nuevo motivo no estuvo muy lejano al ya conocido cruce de
holliday, mas bien, fue una estructura similar llamada doble
entrecruzamiento de holliday que también es análoga
a un intermediario formado durante la meiosis. Este
nuevo motivo molecular contiene do dobles hélices
conectadas una a otra en dos ocasiones a través de dos
puntos de entrecruzamiento.

3.4.2.c Arreglo de Doble Entrecuzamiento de
ADN.

En la parte superior del dibujo
mostrado se presentan a las dos moléculas de doble
entrecruzamiento A y B, que se muestran
esquemáticamente.

Arreglos con doble entrecruzamiento
del ADN

El carácter complementario entre sus extremos
cohesivos es representado por una complementariedad
geométrica. Las moléculas b contienen orquilla de
ADN que se proyectan fuera del plano de las hélices; estas
horquillas actúan como marcadores topográficos en
el microscopio de
fuerza
atómica que es el instrumento donde se visualizan. Las dos
moléculas son de aproximadamente 4 nm de ancho, 16 nm de
largo y 2 nm de espesor. Cuando estas 2 moléculas son
mezcladas en solución, forman los arreglos bidimensionales
que tienen varios micrones de largo y cientos de nanometros de
ancho. La filia que proyectan las orquídeas aparecen como
líneas blancas la ser visualidades por AFM. Estas
líneas están separadas 32 nm como era de esperarse,
al haber una molécula A de 16 nm de largo entre dos
moléculas de A de 16 nm de largo entre dos molécula
de B.

3.4.2.d Triple entrecruzamiento del ADN (Triple
Crossover)

Además de la molécula de doble cruzamiento
de ADN, se sintetizó una molécula entrecruzada con
tres dobles hélices.

Triple entrecruzamiento de heras de
ADN

Esta molécula consiste de 4
oligonucleótidos hibridizados para formar tres dobles
hélices de ADN que se recuestan en el plano y que
permanecen unidas por intercambios de hebras en cuatro puntos
inmovibles de entrecruzamiento.

3.4.2.e Arreglo del triple entrecruzamiento del ADN
(TX)

De la misma manera que para las moléculas de
doble entrecruzamiento, moléculas TX son también
robustas y pueden ser fácilmente usadas para el diseño
de arreglos cristalinos en dos dimensiones.

Arreglo con triple Entrecruzamiento
del ADN

Nuevamente, hacemos uso de los extremos cohesivos para
programar las uniones entre las moléculas. Una ventaja
importante de las moléculas de TX en comparación a
otros motivos de ADN, es q poseemos grandes espacios dentro del
arreglo cristalino, que nos va poder permitir
llenarlas con otros nanodispositivos o incluso permitir la
incorporación de componentes altamente estructurados y
fuera del plano bidimensional; es decir, un posible acercamiento
a los tan esperados arreglos en tres dimensiones.

Arreglo en ADN

3.4.2.f Primer dispositivo nanomecánico basado
en ADN

La rigidez de las moléculas antiparelelas de
doble entrecruzamiento ha permitido usarlas como componentes de
dispositivos nanomecanicos basados en ADN. Este dispositivo
trabaja utilizando la transición B-Z de las
moléculas de doble hélice del ADN. Lo que se ha
logrado, es conectar dos moléculas de doble
entrecruzamiento (regiones rojas y azules) con un segmento puente
que contiene una región donde B-ADN se puede convertir en
Z-ADN. Este segmento convertible se muestra en el
dibujo con color
amarillo.

3.5 LA NANOTECNOLOGÍA EN LA EXPLORACIÓN
ESPACIAL

En los laboratorios de todo el país,
la NASA está apoyando la floreciente ciencia de la
nanotecnología. La idea básica es aprender a tratar
la materia a
escala atómica —poder controlar con la suficiente
precisión— átomos individuales y
moléculas para diseñar máquinas
del tamaño de una molécula, electrónica
avanzada y materiales "inteligentes". Si los visionarios
están en lo cierto, la nanotecnología podría
llevar a robots que usted podría sostener en la yema del
dedo, trajes espaciales autorreparables, ascensores espaciales y
otros fantásticos dispositivos. El cabal desarrollo de
algunas de estas cosas puede llevar más de 20 años;
otras están tomando forma en el laboratorio
hoy en día.

3.5.1 Pensando en lo
pequeño

Sencillamente, hacer cosas más pequeñas
tiene sus ventajas. Imagínese, por ejemplo, que los
vehículos de Marte, Spirit y Opportunity, se hubiesen
podido construir tan pequeños como un escarabajo, y
pudiesen correr rápidamente como éste por rocas y arena,
tomando muestras de minerales y
buscando evidencia sobre la historia del agua de Marte.
¡Cientos de miles de estos diminutos robots podrían
haberse enviado en las mismas cápsulas que llevaron a los
dos vehículos del tamaño de un escritorio,
permitiendo a los científicos explorar mucha más
superficie del planeta —¡e incrementando las
probabilidades de encontrar una bacteria marciana
fosilizada!

Pero la nanotecnología va más allá
de sólo la reducción de objetos. Cuando los
científicos puedan ordenar y estructurar a voluntad la
materia a nivel molecular, nuevas y asombrosas propiedades
podrían surgir en cualquier momento.

Un excelente ejemplo, preferido del mundo
nanotecnológico, es el nanotubo de carbono. En
estado natural
el carbono aparece como grafito —el blando y negro material
usado habitualmente en la mina de los lápices— y
como diamante. La única diferencia entre los dos es
la
organización de los átomos de carbono. Cuando
los científicos colocan los mismos átomos de
carbono en un modelo de
"red
metálica" y los enrollan en minúsculos tubos de tan
sólo 10 átomos de diámetro, los "nanotubos"
resultantes adquieren algunas características
extraordinarias. Los nanotubos:

tienen 100 veces la resistencia del
acero, pero
sólo 1/6 de su peso;
son 40 veces más fuertes que las fibras de
grafito;
conducen la electricidad
mejor que el cobre;
pueden ser conductores o semiconductores (como los
microprocesadores del computador),
dependiendo de la colocación de los
átomos;
y son excelentes conductores de calor.

Actualmente la mayor parte de la investigación
mundial en nanotecnología se centra en estos nanotubos.
Los científicos han propuesto usarlos en un amplio abanico
de aplicaciones: en cables de alta resistencia y bajo peso
necesarios para un ascensor espacial; como alambres moleculares
para nanoelectrónica; integrados en microprocesadores para
ayudar a disipar el calor; y como barras de transmisión y
engranajes en nanomáquinas, para mencionar sólo
algunos ejemplos.

Los nanotubos ocupan un lugar relevante en la
investigación llevada a cabo en el Centro de
Nanotecnología de Ames de la NASA (CNT). El centro se
creó en 1997 y actualmente emplea a casi 50 investigadores
a tiempo
completo.

"Intentamos centrarnos en tecnologías que puedan
dar lugar a productos utilizables dentro de unos pocos
años a una década," dice el director de CNT, Meyya
Meyyappan. "Por ejemplo, estamos mirando cómo los
nanomateriales podrían ser utilizados para sostener vida
avanzada, secuenciadores de ADN, computadores superpotentes, y
pequeños sensores de
productos químicos, o incluso sensores del
cáncer."

Un sensor químico que ellos desarrollan usando
nanotubos volará el próximo año al espacio
en una misión de
demostración a bordo de un cohete de la Armada. Este
diminuto sensor puede detectar cantidades tan pequeñas
como unas pocas partes por mil millones de sustancias
químicas específicas —tales como gases
tóxicos— resultando útil tanto para la
exploración espacial como para la defensa del país.
CNT también ha desarrollado un modo de utilizar nanotubos
para refrigerar los microprocesadores de computadores personales,
un reto de primer orden a medida que los CPUs se hacen cada vez
más potentes. Esta tecnología de refrigeración ha sido autorizada a una empresa de
reciente creación de Santa Clara, California, llamada
Nanoconducción, e Intel también ha demostrado
interés, dice Meyyappan.

3.5.2 Diseñando el
futuro

Si estas aplicaciones a corto plazo de la
nanotecnología parecen impresionantes, las posibilidades a
largo plazo son realmente increíbles.

El Instituto de Ideas Avanzadas de la NASA (NIAC), una
organización independiente y financiada por
la NASA, ubicada en Atlanta, Georgia, fue creada para promover la
investigación avanzada en tecnologías radicales del
espacio que tardará de 10 a 40 años en dar sus
primeros frutos.

Por ejemplo, una reciente subvención de NIAC
financió un estudio de
factibilidad para la nanoindustria —en otras palabras,
la utilización de grandes cantidades de máquinas
moleculares microscópicas para producir cualquier objeto
que se desee, ensamblándolo ¡átomo por
átomo!

Esta subvención de NIAC fue concedida a Chris
Phoenix del Centro de Nanotecnología
Responsable.

En la página 112 de su informe, Phoenix
explica que una "nanofábrica" de esta índole
podría producir, dice, piezas de astronaves con
precisión atómica, lo cual significa que cada
átomo dentro del objeto está colocado exactamente
en donde corresponde. La pieza resultante sería
extremadamente fuerte, y su forma podría estar dentro de
la anchura de diseño ideal con no más de un solo
átomo de diferencia. Superficies ultra-lisas no
necesitarían limpieza ni lubricación, y
prácticamente no sufrirían deterioro por el paso
del tiempo. Una tan alta precisión y fiabilidad de las
piezas de una astronave es de máxima importancia cuando
está en juego la vida
de los astronautas.

Aunque Phoenix esbozó algunas ideas de
diseño de una nanofábrica de oficina en su
informe, reconoce que —a excepción de un "Proyecto
Nanhattan" de gran presupuesto, como
él lo llama— para una nanofábrica funcional,
tardaría como mínimo una década, y
probablemente mucho más.

Tomando ejemplo de la biología, Constantinos
Mavroides, director del Laboratorio de Bionanorrobótica
Computacional del la Universidad del
Nordeste, de Boston, está explorando un planteamiento
alternativo sobre aplicación de la
nanotecnología:

En lugar de empezar desde cero, las ideas del estudio de
Mavroidis financiado por NIAC emplean "máquinas"
moleculares y funcionales preexistentes que pueden ser
encontradas en toda célula
viva: moléculas de DNA, proteínas,
enzimas,
etc.

Formadas por una evolución de millones de años, estas
moléculas biológicas se encuentran ya completamente
adaptadas a la manipulación a escala molecular de la
materia —la razón por la cual una planta puede
combinar aire, agua y
desechos, y producir una jugosa fresa roja, y el cuerpo de una
persona puede
convertir la cena de la noche pasada en los nuevos
glóbulos rojos de hoy. La reorganización de
átomos que hace que todo esto sea posible es llevada a
cabo por cientos de enzimas y proteínas especializadas, y
el DNA guarda el código
para llevar a cabo el proceso.La
utilización de estas máquinas moleculares
"pre-existentes" —o usándolas como puntos de partida
para nuevos diseños— es una derivación
popular de la nanotecnología, llamada
"bio-nanotecnología".

"¿Por qué reinventar la rueda?" se
pregunta Mavroidis. "La naturaleza nos
ha dado toda esta grande y altamente perfeccionada
nanotecnología dentro de los seres vivos, así que
¿Por qué no usarla, e intentar aprender algo de
ella?"

Los usos específicos de la
bio-nanotecnología que Mavroidis propone en su estudio son
muy futuristas. Una idea consiste en cubrir con una especie de
"tela de araña" de tubos del grosor de un cabello, llena
de detectores bionanotecnológicos, docenas de millas de
terreno, para cartografiar con gran detalle el entorno de
algún planeta extraterrestre. Otra idea que propone es una
"segunda piel" que los
astronautas llevarían debajo de sus trajes espaciales, la
cual usaría bio-nanotecnología para detectar y
reaccionar a la radiación
que atravesara el traje, y sellar rápidamente todo corte o
pinchazo.

¿Futurista? Sin duda. ¿Posible?
Quizás. Mavroidis admite que faltan probablemente
décadas para tecnologías semejantes, y que la
tecnología del futuro será probablemente muy
diferente de como la imaginamos actualmente. De todas formas,
cree que es importante que se empiece a pensar ahora en lo que la
nanotecnología podría hacer posible dentro de
muchos años.

Considerando que la vida misma es, en cierto sentido, el
máximo ejemplo de nanotecnología, las posibilidades
son verdaderamente apasionantes.

3.6 NANOTECNOLOGÍA EN LA
INFORMÁTICA

Nuevos avances en nanotecnología pone a tiro a
las supercomputadoras del mañana. Dentro de unos
años, las computadoras serán bastante diferentes de
las actuales. Los avances en el campo de la nanotecnología
harán que las computadoras dejen de utilizar el silicio
como sistema para integrar los transistores que la componen y
empiecen a manejarse con lo que se llama mecánica
cuántica, lo que hará que utilicen transistores
a escala atómica.

2010, el tamaño de los transistores o chips
llegará a límites de integración con la tecnología
actual, y ya no se podrán empaquetar más
transistores en un área de silicio, entonces se
entrará al nivel atómico o lo que se conoce como
mecánica cuántica.
Las computadoras convencionales trabajan simbolizando datos como series
de unos y ceros –dígitos binarios conocidos como
bits. El código binario resultante es conducido a
través de transistores, switches que pueden encenderse o
prenderse para simbolizar un uno o un cero.
Las computadoras cuánticas, sin embargo, utilizan un
fenómeno físico conocido como
"superposición", donde objetos de tamaño
infinitesimal como electrones o átomos pueden existir en
dos o más lugares al mismo tiempo, o girar en direcciones
opuestas al mismo tiempo. Esto significa que las computadoras
creadas con procesadores
superpuestos puedan utilizar bits cuánticos
–llamados qubits- que pueden existir en los estados de
encendido y apagado simultáneamente.
De esta manera, estas computadoras cuánticas pueden
calcular cada combinación de encendido y apagado al mismo
tiempo, lo que las haría muchísimo más
veloces que los actuales procesadores de datos a la hora de
resolver ciertos problemas
complejos de cálculos matemáticos. La
investigación de la computación cuántica está
ganando terreno rápidamente en laboratorios de
investigación militares, de inteligencia y
universidades alrededor del planeta. Entre otros, están
involucrados gigantes como AT&T, IBM, Hewlett-Packard, Lucent
and Microsoft
.

En electrónica,
miniaturización es sinónimo de éxito.
Reducir el tamaño de los circuitos
integrados implica una respuesta más rápida y un
menor consumo de
energía. Y en esta escalada hacia lo extremadamente
pequeño, la nanotecnología se convierte en un
aliado imprescindible.
3.6.1 Informática a Nanoescala

Hasta ahora nos habíamos habituado a que la
Ley de Moore, que afirma que la capacidad de nuestros
ordenadores se dobla cada 18 meses, se cumpliera a rajatabla.
Pero la realidad muestra que, utilizando la tecnología
convencional, que utiliza los transistores como pieza
básica, este desarrollo alcanzará pronto sus
límites. La alternativa para que el progreso no se detenga
es crear los dispositivos de almacenamiento a
escala molecular, nuevos métodos de
cálculo, interruptores moleculares y cables
de tubos de carbono estirados. En definitiva, lo que se conoce
como ordenadores cuánticos.
El primer paso hacia estos dispositivos se producía a
finales de agosto de 2001, cuando los investigadores de IBM
crearon un circuito capaz de ejecutar cálculos
lógicos simples mediante un nanotubo de carbono
autoensamblado. En estos momentos es la empresa
Hewlett-Packard la que se encuentra más cerca de crear una
tecnología capaz de sustituir a los actuales procesadores.
Hace tan solo unos meses daban un paso de gigante al lograr que
una nueva técnica basada en sistemas usados
actualmente en matemáticas, criptografía y telecomunicaciones les permita crear dispositivos
con equipos mil veces más económicos que los
actuales. La compañía promete que habrá
chips de sólo 32 nanómetros en el mercado
dentro de 8 años.
Otras empresas como IBM
o Intel le siguen de cerca. En concreto, en
el marco de la First Internacional Nanotechnology
Conference celebrada el pasado mes de junio, Intel desvelaba
por primera vez públicamente sus planes para el desarrollo
de chips de tamaño inferior a 10 nanómetros,
combinando el silicio con otras tecnologías que
están aún en sus primeras fases de
investigación.
Tan importante como la velocidad de procesamiento es la
capacidad de almacenamiento. Eso lo sabe bien Nantero, una
empresa de
nanotecnología que trabaja en el desarrollo de la
NRAM. Se trata de un chip de memoria de acceso
aleatorio no volátil y basada en nanotubos. Sus creadores
aseguran que podría reemplazar a las actuales memorias SRAM,
DRAM y flash,
convirtiéndose en la memoria
universal para teléfonos móviles, reproductores
MP3,
cámaras digitales y PDAs.
Por su parte, investigadores de la Texas A&M
University y del Rensselaer Polytechnic Institute han
diseñado un tipo memoria flash de nanotubo que tiene una
capacidad potencial de 40 gigas por centímetro cuadrado y
1000 terabits por centímetro cúbico. Y la
compañía Philips trabaja en una nueva
tecnología de almacenamiento óptico que permite el
almacenaje de hasta 150 gigabytes de datos en dos capas sobre un
medio óptico similar a los actuales DVDs.
3.6.2 Computadoras casi invisibles
La nanotecnología será un salto importante en la
reducción de los componentes, y ya hay avances, pero
muchos de estos adelantos se consideran secretos de las empresas
que los están desarrollando.
El tamaño de las computadoras del futuro también
podría sorprender, ya que podría ser la
quincuagésima parte (cincuenta veces menor) de una
computadora
actual de semiconductores que contuviera similar número de
elementos lógicos. La reducción del tamaño
desemboca en dispositivos más veloces; las computadoras
podrán operar a velocidades mil veces mayores que las
actuales.
Algunos estudios pronostican que la técnica
híbrida, que conjuga microcircuitos semiconductores y
moléculas biológicas, pasará bastante pronto
del dominio de la fantasía científica a las
aplicaciones comerciales. Las pantallas de cristal líquido
ofrecen un espléndido ejemplo del sistema híbrido
que ha triunfado. Casi todas las computadoras portátiles
utilizan pantallas de cristal líquido, que combinan
dispositivos semiconductores con moléculas
orgánicas para controlar la intensidad de la imagen en la
pantalla. Son varias las moléculas biológicas que
se podrían utilizar con vistas a su utilización en
componentes informáticos.

3.7 NANOTECNOLOGÍA EN LOS
DEPORTES

Los últimos avances en la
investigación sobre nanotecnología podrán
afectar de forma importante el mundo del deporte. Según un
artículo en USA TODAY, la empresa NanoDynamics proyecta
vender una pelota de golf que promete reducir de forma
dramática los giros y movimientos a los que puedan estar
sujetas las pelotas durante un partido de golf.

La empresa dice que ha descubierto
cómo alterar los materiales en una pelota de golf a nivel
molecular para que el peso dentro se mueva menos mientras gira la
pelota. Cuánto menos se mueva, más recto va la
pelota.
"Se trata de controlar a través de la Física
cómo se gira la pelota" según el consejero delegado
de NanoDynamics, Keith Blakely.
Desde hace tiempo los avances
tecnológicos influyen en el deporte. En cascos de
bicicleta, ropa deportiva. Un ejemplo de cómo los avances
científicos pueden influir en el deporte es el tenis.
Hasta hace unas décadas, las raquetas de tenis estaban
hechas de madera. En los
años ochenta las mejores raquetas se fabricaban con
grafito. Conforme los materiales se hacían más
firmes y más ligeros, en el juego empezaba a predominar la
velocidad y los saques potentes.

Ahora parece que la nanotecnología empieza a
afectar a los deportes. Hasta el momento en el
mercado hay pocos productos deportivos hechos con técnicas
de la nanotecnología. Una empresa japonesa fabrica una
pelota de bolos a la que no le afectan los imperfectos de la
superficie y que se queda en el centro de la pista. La empresa
Wilson utiliza la nanotecnología para fabricar pelotas de
tenis que tardan mucho más en desinflarse, y varias
empresas están desarrollando palos de golf fabricados con
nanotecnogía.
Se prevé que a partir de ahora la nanotecnología
empezará a tener un impacto muy significativo en muchos
deportes porque a través de avances
nanotecnológicos es posible fabricar productos deportivos
más fuertes y más ligeros que nunca.

3.7.1 Nanometales en palos de golf

Se aplican nanometales a los palos de golf, para crear
palos más fuertes pero menos pesados. Los cubrimientos de
nanometal con estructura cristalina son hasta 1.000 veces
más pequeños que metales
tradicionales pero cuatro veces más fuertes. Una cabeza de
palo cubierta con nanometal que pesa menos podría permitir
pegar la pelota con más fuerza y precisión.
También se estudia la aplicación de nanometales a
patines, para reducir la fricción sobre hielo, y
bicicletas, cascos, raquetas de tenis tec.
Pero uno de los motivos por los que el sector de golf parece
estar en cabeza es que los jugadores de este deporte están
acostumbrados a pagar altos precios por
sus equipos. Y la aplicación de nanotecnología en
los procesos de
fabricación resulta todavía muy costosa. Un driver
Pd5 con nanotecnología incorporada cuesta unos
$300.

3.7.2 Nanotecnología y ciclismo

El Equipo Phonak utiliza una bicicleta que con una
estructura que incorpora nanotubos de carbón. El
fabricante suizo, BMC, afirma que el marco de su "Pro Machine"
pesa menos de un kilo y goza de unos niveles excepcionales de
rigidez y fuerza.
Para crear la estructura, BMC, aplicó tecnología
compósita 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 tuvos se disipen con mayor facilidad en
otros materiales.
BMC afirma ser la primera empresa que ha logrado construir un
marco de bicicleta utilizando nanotecnología de nanotubos
de carbón. Además, la estructura no requiere
ajustos mecánicos después del proceso de
fabricación, lo que reduce que se ocasionen posibles
daños a las fibras de carbón.

3.8 LA NANOTECNOLOGÍA EN OTROS ASPECTOS DE LA
VIDA COTIDIANA

Los productos que incorporan nanotecnología o son
manufacturados mediante la misma pasarán del 0,1% actual
al 15% en 2015 del total, según un informe de la OCDE que
señala que la extensión de esta tecnología
se realizará en tres fases. La primera, en la que nos
encontramos actualmente, sitúa estos productos en el
ámbito industrial. Para 2009 llegará a los mercados
electrónicos y en 2010 se extenderá a todos los
bienes de
consumo.
Aplicaciones muy diversas que se verán incrementadas en
unos pocos años por una tecnología con un potencial
que indudablemente revolucionará el mundo que nos rodea,
la nanotecnología. Se trata del estudio, diseño,
creación, síntesis, manipulación y
aplicación de materiales, aparatos y sistemas a
través del control de la materia en una escala de un
nanómetro, aproximadamente una mil millonésima de
metro.

Un estudio elaborado por la Organización de
Cooperación y Desarrollo
Económico (OCDE) y Allianz Group señala que su
desarrollo futuro se producirá en tres fases, estando ya
inmersos en la primera de ellas, que se caracteriza por el uso de
la nanotecnología principalmente en aplicaciones de
industrias punteras desde el punto de vista técnico, como
por ejemplo la aeroespacial.

La segunda fase comenzará a lo largo del 2009,
cuando los mercados electrónicos y de las
Tecnologías de la Información estén preparados para
incorporar las innovaciones en materia de microprocesadores y
chips de memoria construidos mediante procesos
nanométricos.

A partir del 2010 , la nanotecnología se
extenderá a todos los bienes manufacturados, destacando
las aplicaciones sanitarias para la salud humana de aplicaciones
como biosensores, la dosificación de fármacos en
puntos muy concretos o nanodispositivos portadores de
medicamentos que curarán selectivamente las células
cancerígenas.

3.8.1 Convergencia tecnológica

El estudio señala que a escala
nanométrica, el linde entre disciplinas científicas
como la química, la física, la biología, la
electrónica o la ingeniería se desdibuja por lo que se
produce una convergencia científica cuya consecuencia es
una miríada de aplicaciones que van desde raquetas de
tenis hasta sistemas energéticos completamente nuevos
pasando por medicinas.

Esta dinámica de convergencia científica
y multiplicación de aplicaciones hace que los mayores
impactos de la nanotecnología surgirán de
combinaciones inesperadas de aspectos previamente separados, tal
y como pasó con la creación de Internet, resultado de la
confluencia entre la telefonía, la
televisión o la radio, y la
informática.

3.8.2 Cosmética, tejidos y
baterías

A pesar de que, de acuerdo a la cronología del
estudio, seguimos en la primera fase de su evolución, la
nanotecnología ya está implicada en sectores
empresariales tan diversos como el textil, el
automovilístico o el de equipamiento electrónico.
En la industria del
automóvil, se emplea para reforzar los parachoques debido
a su potencial para incrementar la resistencia y capacidad de
absorción de los materiales y para mejorar las propiedades
adhesivas de la pintura.

En el sector textil, la nanotecnología es la
solución perfecta para que los países desarrollados
puedan competir con las regiones de bajo coste productivo que
cada vez están incrementando su trozo del pastel, ya que
añade a los tejidos propiedades "inteligentes". Existen
proyectos de
productos textiles con funcionalidades electrónicas tales
como sensores que supervisen el comportamiento
corporal, mecanismos de auto-reparación o acceso a
Internet.

En cuanto al sector energético, la
nanotecnología es clave en la fabricación de nuevos
tipos de baterías con una duración mucho más
prolongada, en la fotosíntesis artificial para la
generación de energía limpia o en el ahorro
energético que supone la utilización de materiales
más ligeros y circuitos más
pequeños.

El estudio señala como empresas de
cosmética encuentran aplicaciones contra las arrugas
basadas en liposomas que transmiten los fármacos a
través de la piel o incluso polvos de maquillaje que son
nanopartículas que modifican el reflejo de la luz, para impedir
apreciar la profundidad de las arrugas.

3.8.3 Miedo a la burbuja

El estudio indica que los potenciales inversores,
escaldados por el fiasco de las puntocom, tienen sus reticencias
a la hora de considerar la irrupción de la
nanotecnología como la "próxima revolución". Sin embargo, los expertos
señalan dos diferencias cruciales que dificultan la
formación de una "nanoburbuja".

La primera de ellas es que el elevado coste y la
dificultad que implica hace que su desarrollo se concentre en
compañías e instituciones
bien financiadas que pueden atraer el conocimiento
científico y técnico necesario para comprender
sus problemas y oportunidades. La segunda diferencia radica en
que los largos periodos de tiempo que requiere pasar de la idea a
la comercialización hacen que la
nanotecnología sea particularmente inadecuada para ganar
dinero
rápido.

CAPÍTULO IV:
POTENCIALIDADES DE LA NANOTECNOLOGÍA

- Servir como un sistema auto inmune
  potenciado.
- Buscar y destruir virus,
  colesterol, excesos de grasa, células
  cancerígenas y marcadores
  genéticos.
- Eliminar la necesidad de
  cirugía.
- Evitar el "sacrificio" de materia viva
  natural.
- Borrar los procesos de envejecimiento
Potenciales aplicaciones
médicas:
Potenciales aplicaciones
militares:

Dispositivos inteligentes demasiado pequeños
para ser descubiertos
Armas biológicas/químicas
computarizadas
Escudos de defensa activos
Blancos seleccionados sin posibilidad de
error

Potenciales aplicaciones
energéticas.

Se usa aproximadamente una diezmilésima
parte de la energía solar que llega a la
Tierra.
Se usa combustibles fósiles porque es
más conveniente
Distribución de energía a
través de "canales" de energía.
Colectores solares (en órbita alrededor de
la Tierra)
reemplazarán a los combustibles
fósiles.

Potenciales aplicaciones
espaciales.

Máquinas moleculares y computadoras de
tamaño subcelular.
- Bases de lanzamiento de gran altitud (baja
  gravedad).
Vehículos y estaciones espaciales livianas y
superresistentes.
Naves con velas propulsoras posibilitarán
los viajes
interestelares (probablemente no para individuos pero
sí para generaciones).

Potenciales aplicaciones
ambientales.

Dietas "normales" sin matar animales.
Todas las máquinas podrían ser
"libres de contaminación
ambiental".
Materiales con estructura de diamante
permitirán reemplazar a los actuales
materiales.
Nanomáquinas que obtengan su energía
de la
contaminación ambiental
Reducir el uso de fuentes de
energía, tradicionales, finitas y
polusivas.