Que el tamaño importa es algo innegociable y no me refiero al manido tema que ronda a cada cual la cabeza cuando lee un título como el del artículo sino a todas las facetas de nuestra vida profesional y doméstica.
Haciendo un poco de historia, el primer ordenador fabricado por el ser humano fue el denominado Zuse Z3 en honor a su diseñador, el alemán Konrad Zuse que podía programarse y dar una salida en base a diferentes entradas. Su predecesor en el tiempo, más acorde a nuestro concepto de computador, fue ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) que pesaba cerca de 30 T ocupando una superficie de 167 m2, usando 17468 tubos de vacío y necesitando una legión de operarios para actuar manualmente sobre los 6000 interruptores que necesitaba para su funcionamiento. Frente a esta tecnología tenemos ahora la CNTFET (carbon nanotube field-effect transistor) donde, la fuente (source) y el drenador (drain) (terminales de un interruptor que permite el paso de corrientes cuando a la “puerta” (gate) se aplica un voltaje) se encuentran a tan sólo 18 nm (nanómetros).
Es importante el prefijo, “nano” porque indica una magnitud del orden de milmillonésima de metro (1 nm= 0.000000001 m). Esto da lugar a una ciencia o tecnología o ambas cosas a la vez, la nanotecnología, que se extiende a infinitud de campos de aplicación.
La nanotecnología comienza a fraguarse allá por el 1940 en la cabeza de John Von Neuman un brillante matemático que creó una nueva filosofía de pensamiento tecnológico con la arquitectura de autoreplicación pero no fue hasta que en 1959 otro genio, esta vez de la física, Richard Feynmann esbozó en una conferencia sobre el futuro de la investigación científica (there’s plenty of room at the bottom) que la Física no se pronunciaba en contra de manipular los objetos átomo a átomo. En 1985 se descubre la tercera forma molecular más estable del carbono (tras el grafito y el diamante), el fullereno, cuya organización molecular en forma de hexágonos y pentágonos da origen a arquitecturas atómicas de esferas, elipsoides y… cilindros, que más tarde serán usados como nanotubos destinados a conducir fluidos, servir de vástago de unión intermolecular o dotar de estructura a modo de revestimiento o esqueleto a otros elementos funcionales.
Esta nanotecnología progresa constantemente encontrando, cada vez, nuevos campos de utilidad. Como muestra ilustrativa, veamos algunas aplicaciones de algunas áreas temáticas:
En medicina:
Cuando algo nos duele o una enfermedad ataca nuestro organismo recurrimos a los medicamentos pero éstos, se aplican de forma sobrelocalizada, es decir, ingerimos una cantidad por, ejemplo, por vía oral, para calmar una dolor en un tobillo que un hombro. Esto es porque no podemos acotar la zona donde se quiere que el fármaco libere su química, hemos de repartirla por el organismo y pecar de exceso para que una parte llegue al sitio que nos interesa. Ahora, existen los dendrímeros, una suerte de estructuras tridimensionales modificables a escalas nanométricas que cuentan con extremos libres para alojar moléculas y transportarlas por nuestro organismo. Estas moléculas pueden contar con agentes terapéuticos, o moléculas fluorescentes que permiten alcanzar las células diana que deben recibir el tratamiento. Es posible, incluso, crear auténticas trampas para células infectadas incorporando ácido fólico a los nanotransportadores que se aferran a sus receptores en aras de recibir los componentes que necesitan para su funcionamiento celular y, una vez adheridos, liberan el fármaco que las destruye.
(1)
En automóviles:
Una de las aplicaciones se encuentra en la eliminación del vaho de los cristales que suele hacerse por adhesión de una resistencia eléctrica sobre el vidrio que se caliente al circular por ella una corriente eléctrica. Esto tiene problemas como la falta de linealidad en la conductividad térmica (se caliente más la zona adyacente al cable que el resto) que crea un efecto cebra de condensación, la visualización de los hilos que crea ese efecto “renglones” en el cristal y el fallo del sistema si no se garantiza la continuidad eléctrica. Ahora, es posible aplicar una especie de laca transparente y conductora por efecto de nanotubos que hará que todo el vidrio sea conductor y suba su temperatura haciendo que las moléculas de agua depositadas gocen de suficiente energía como para cambiar su estado al de vapor y, por lo tanto, liberando de vaho el cristal.
(2)
Nanoconductores:
Se trata de estructuras moleculares que gozan de propiedades de conducción eléctrica y sirven para crear chips electrónicos a tamaños nanométricos. Cuando se entrelazan a modo de rejilla constituyen una base excelente, no sólo bidimensional, sino con arquitectura de capas, ayudados de elementos superconductores, para la construcción de circuitos lógicos con valores de nanoescala. El nanoconductor más largo fabricado alcanza los 40 mm de longitud y ha sido fabricado en la Universidad de California en colaboración con un equipo de investigación de Los Álamos.
(3)
Nanomotores:
Con un tamaño 10 veces menor que una bacteria este motor creado por combinación de microelectrodo, imán y tubo giratorio puede rotar durante más de 13 horas de forma ininterrumpida con una velocidad de rotación cercana a las 18000 rpm. Aparte de las implicaciones electromecánicas que presenta puede suponer un gran avance en la distribución de fármacos si se inocula en el seno de un medicamento y permite una activación remota controlada por campos magnéticos inducidos.
(4)
Industria textil:
Cientos de prendas se fabrican con tejidos que incorporan una nanoestructura que las hacen incrementar sus propiedades respecto a las prendas convencionales. Así, pueden conseguirse tejidos de propiedades superhidrofóbicas repelentes del agua, o de la suciedad, pieles sintéticas que retengan nanocápsulas con aromas, fibras que no se arruguen, tejidos antimicrobianos para zonas íntimas y un largo etcétera.
(5)
Industria de la construcción:
Existen materiales específicos para soluciones constructivas que requieren celeridad a la hora de entrar en carga de trabajo, por ejemplo, resinas y adhesivos empleados en roturas de elementos resistentes o en anclajes estructurales. Aquí, se están empleando nanopartículas de ferritas inmersas en la masa adhesiva cuyo activado térmico se produce a distancia haciendo uso de la energía que pueden absorber de la radiación electromagnética (variable en frecuencia añadiendo materiales como cobre, manganeso o magnesio entre otros). El tiempo de adquirir la resistencia en carga puede acelerarse a la tercera parte y sin aportación de calor exógeno.
(6)
En cosmetología:
Muchos productos cosméticos están diseñados para proteger de la temida luz ultravioleta sin afectar a la estética de aplicación del producto. La inclusión de nanopartículas de óxidos de titanio y de cinc con electrones no vinculados a átomos concretos sino a la estructura cristalina general permita la absorción de un mayor número de longitudes de onda abarcando casi la totalidad del espectro de la luz UV (inalcanzable hasta el momento).
Multitud de aplicaciones adicionales podemos encontrar a nuestro alrededor pero creo que estas pinceladas pueden ayudar a crearnos una idea de cómo de importante es la investigación en este campo, de a qué velocidad avanza el proceso tecnológico que le rodea y, sobre todo,… de hasta qué punto… el tamaño importa.
Autor: Francisco Javier Luque. @fdetsocial
Co-fundador del blog divulgativo de FdeT
Bibliografía
(1) Publicaciones de James R. Baker, Jr., M.D. Director, Michigan Nanotechnology Institute for Medicine and Biological Sciences
(2) Fraunhofer-Gesellschaft
(3) Instituto de Ciencias de Materiales de Madrid (CSIC)
(4) Mechanical engineering assistant professor Donglei “Emma” Fan
(5) Company Nanodepot
(6) Sustech GmbH & Co. KG Darmstadt
