¿Seremos capaces algún día de almacenar millones de Terabytes de información en algo tan “grande” como la cabeza de un alfiler? Dado que el grafito y el diamante están ambos compuestos por átomos de carbono pero con una estructura atómica diferente, ¿podríamos pensar que algún día seremos capaces de transformar grafito en diamante, y viceversa, mediante la modificación de la estructura atómica del carbono? Estas, junto a otras muchas preguntas que nos podemos hacer, son objeto de estudio de una rama multidisciplinar de la ciencia llamado nanotecnología.
Hagamos un poco de historia sobre sus orígenes y como ha ido evolucionando con el paso del tiempo. Inicialmente fue el físico Richard Feynman el primer científico que sugirió en 1959 la idea de que algún día se fabricarían mecanismos y materiales a escala atómica. Sin embargo, no fue hasta 1974, cuando el término nanotecnología fue acuñado como tal por Norio Taniguichi para describir procesos de semiconductores cuyo control se llevaba a cabo en la escala de los nanómetros (para hacernos una idea … estamos hablando de un millón de veces más pequeño que un milímetro). Desde entonces, este término ha ido evolucionando y, hoy en día, la nanotecnología se la puede considerar una ciencia multidisciplinar que abarca la biología, química, física, matemáticas, ingeniería, informática, medicina … y que tiene un doble objetivo:
- fabricación y diseño de mecanismos/aplicaciones a nano escala
- Fabricación de objetos de tamaño macroscópico que son el resultado de una modificación de la estructura de la materia a nivel nanoscópico. Así, tomando como ejemplo una aleación de metales, lo que a nivel macroscópico pudiera parecer un producto con un acabado excepcional, resulta que a nivel nanoscópico los átomos pueden agruparse en estructuras con imperfecciones (por ejemplo, huecos entre sí) que afectan a las propiedades físicas y mecánicas de la aleación resultante. Una reordenación de los átomos de los metales que componen la aleación podría dar lugar a un “supermaterial”, por ejemplo, con una tenacidad o unas características eléctricas formidables
Para hacernos una idea de los órdenes que magnitud, en cuanto a tamaño, que se manejan en la nanotecnología, echemos un vistazo a la siguiente ilustración:
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| Cortesía y © Quantum Dot Corporation |
- Un metro son 1000 milímetros, un millón de micras o mil millones de nanómetros
- Un célula de un ser vivo, está en torno de decenas de micras o decenas de miles de nanómetros
- Un virus es del tamaño de 100 nanómetros
- Hablar de nanómetros es hablar prácticamente del tamaño atómicos. Por ejemplo, un átomo de hidrógeno son 0,1 nanómetros. seis átomos de carbono enlazados tendrían prácticamente la longitud de un nanómetro
Son muchísimas las nano-aplicaciones en las que actualmente los científicos están investigando. He seleccionando las siguientes, muy dispares entre sí, para dar una idea de la transcendencia e importancia que esta rama de la ciencia puede tener en los próximos años:
- Nanotubos de carbono para obtener estructuras con una resistencia 50 veces superior al de los aceros actuales. Esta nuevas estructuras podrían permitir la fabricación de todo tipo de vehículos o aeronaves más resistentes y muchísimo más livianas
- Aplicaciones médicas para luchar contra el cáncer, combatiéndolo como si se tratase de un problema mecánico de mecánica de fluidos, transporte de partículas o mecánica de sólidos. Actualmente está en estudio de nuevas terapias (podríamos llamarlas ‘nano-terapias’) basadas en liposomas. La superficie de los tumores son permeables a los liposomas y pueden ayudar a combatirlo evitando que se extienda. Con terapias tradicionales basadas en transporte sustancias a través de las venas y arterias esto no sería posible.
- Nuevos materiales que permiten la recarga/descarga ultrarrápida de baterías, mediante la modificación de la estructura molecular de los iones del fosfato ferroso de Litio (LiFePO4). Ya se está pensando en hacer uso de los mismo, por ejemplo, para la recarga de vehículos eléctricos.
- Ordenadores cuánticos capaces de almacenar bytes de información en cuantos de energía a nivel atómico. Por ahora, los científicos sólo han conseguido almacenar un byte de información, pero de llevarse a la práctica almacenamientos de información superiores, estaríamos hablando de ordenadores infinitamente más rápidos y capaces de manejar muchísima más información que los existentes en la actualidad. Problemas que en la actualidad son bastante complejos de abordar, como predicciones meteorológicas, modelos climáticos o modelos de turbulencia en mecánica de fluidos, podrían ser relativamente fáciles de abordar con estas nuevas supercomputadoras.
Son ya muchos los que opinan que la nanotecnología, junto con el dominio de la fusión nuclear serán los dos mayores retos científicos del siglo XXI y que, a su vez, nos abrirán las puertas hacia otros nuevos.
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