La nanotecnología es el estudio, síntesis, diseño, creación, manipulación y aplicación de equipos, sistemas y materiales a través del control de la materia a nanoescala. Cuando la materia es manipulada a una escala tan pequeña puede presentar fenómenos y propiedades completamente nuevas. Por eso, los científicos emplean esta tecnología con el fin de crear sistemas y aparatos con propiedades únicas.
¿Qué es la nanotecnología?
Es un campo de ciencias aplicadas dedicado especialmente al control y manipulación de la materia a una escala menor a un micrómetro, esto quiere decir que la manipula a nivel de átomos y moléculas (conocidos como nanomateriales).
Por lo general, la manipulación se produce en un rango de entre uno y cien nanómetros. El término nano es un prefijo griego que indica medidas y no un objeto, es por ello que la nanotecnología es un campo multidisciplinar unido exclusivamente por la escala con la que trabaja.
La nanotecnología promete grandes y eficientes soluciones a problemas de salud, medioambientales y otros aspectos que afectan a la humanidad.
Para comprender el poder de esta tecnología, debes saber que las propiedades físicas y químicas de la materia cambian cuando se alcanza la mil millonésima parte de un metro (10-9) metros. Esto se debe a efectos cuánticos. Propiedades como el calor, la conductividad, elasticidad, resistencia y elasticidad cambian en relación con el mismo elemento a una escala mayor.
Historia de la nanotecnología
Richard Feynman, ganador del premio Nobel de Física de 1965, fue el primero en hacer referencia a las numerosas posibilidades de la nanociencia y la nanotecnología durante un discurso que dio en el Instituto Tecnológico de California el 29 de diciembre de 1959, el cual tituló como “En el fondo hay espacio de sobra” (There’s Plenty of Room at the Bottom).
En este discurso describe la posibilidad de la síntesis a través de la manipulación directa de los átomos. Sin embargo, no fue hasta el año 1974 cuando el término nanotecnología fue utilizado por primera vez por Norio Taniguchi.
K. Eric Drexler fue inspirado por Feynman y utilizo el término nanotecnología en su libro Motores de la Creación: La Llegada de la Era de la Nanotecnología en el año 1986. En él, propuso la idea de un ensamblador a nanoescala que sería capaz de construir una copia de sí mismo.
Drexler desarrolló y popularizó el marco conceptual para la nanotecnología. Además, los avances experimentales de alta visibilidad atrajeron la atención sobre la posibilidad de controlar a nivel atómico la materia.
Un ejemplo de esto fue la invención del microscopio de efecto túnel en el año 1981, el cual permitió visualizar átomos y enlaces individuales, y fue usado exitosamente para manipular átomos en 1989.
Fue así como empezaron a descubrirse los fulleneros, se realizaron trabajos con tubos de grafeno y más.
A principios del 2000 el interés científico, comercial y político lo llevaron al progreso y a la controversia. Estas últimas surgieron por las potenciales implicaciones de las nanotecnologías y de la factibilidad de las aplicaciones imaginadas por los científicos de la nanotecnología molecular.
Características de la nanotecnología
Entre las principales características que distinguen esta tecnología tenemos:
- Trabaja a escala nanométrica (de 1 a 100 nm).
- Emplea procedimientos biológicos y de materiales.
- Involucra una gran cantidad de ciencias como la ingeniería, la biología, la química y la medicina.
- Puede controlar átomos y moléculas.
- Aporta a los materiales nuevos comportamientos magnéticos, ópticos y electrónicos.
- Permite trabajar en escalas nanométricas para desarrollar sistemas en beneficio de la salud.
- Permite crear equipos que no pueden realizarse con la tecnología actual.
Aplicaciones de la nanotecnología
La nanotecnología es una fusión de varios campos de las ciencias, por lo cual sus aplicaciones pueden llegar a ser numerosas. Entre las ciencias involucradas en el estudio y aplicaciones de la nanotecnología tenemos:
- Biología molecular.
- Bioquímica.
- Electrónica.
- Física.
- Informática.
- Matemáticas.
- Medicina.
- Nanoingenieria.
- Química (Moleculares y computacional).
Se cree que en el futuro será posible alcanzar la fabricación molecular, un concepto creado en la ingeniería de nanosistemas donde los productos manufacturados serán realizados a partir de átomos y las propiedades de los productos dependerán de la disposición de los átomos.
Según un informe realizado por un grupo de investigadores de la Universidad de Toronto, en Canadá, las aplicaciones más prometedoras de la nanotecnología son:
- Alimentos transgénicos.
- Almacenamiento, producción y conversión de energía.
- Armamento y sistemas de defensa.
- Cambios térmicos moleculares (Nanotermología).
- Construcción.
- Control de desnutrición en lugares pobres.
- Detección y control de plagas.
- Diagnóstico de enfermedades.
- Informática.
- Monitorización de la salud.
- Procesamiento de alimentos.
- Producción agrícola.
- Resolución de la contaminación atmosférica.
- Sistemas de administración de fármacos.
- Tratamiento y remediación de aguas.
Ventajas y desventajas de la nanotecnología
La aplicación de la nanotecnología puede resolver muchos de los problemas que aquejan a la humanidad y es ahí donde residen sus principales ventajas:
- Puede solventar los problemas en los sistemas de producción y agriculturas.
- Puede aliviar enfermedades infecciosas a través de la fabricación de filtros y redes contra mosquitos y otros vectores de infecciones.
- Puede abaratar los costos de los ordenadores.
- Facilitaría la construcción eficiente y barata de estructuras ligeras y fuertes, equipos eléctricos y de producción de energía para brindar energía a regiones que lo necesitan.
- Reduciría el impacto medioambiental de cada persona.
- Permitiría llevar el desarrollo a zonas que lo necesitan. Todo lo necesario para crear una gran infraestructura podría caber en una maleta.
- Permitiría la construcción de aparatos avanzados para la investigación médica incrementando la disponibilidad de medicinas más avanzadas.
A pesar de todas estas ventajas, el impacto de la nanotecnología puede ser catastrófico si no estamos preparados para ello y es ahí donde podemos encontrar una serie de desventajas:
- Se requerirían cambios en la estructura de la sociedad y el sistema político para los cuales muchos no están preparados.
- Puede provocar una nueva carrera armamentística entre países competidores. El costo de producción de armas y equipos de espionaje sería menor y más eficiente.
- Una producción menos costosa y la duplicidad de los diseños llevará a grandes cambios económicos.
- La sobreexplotación de productos sumamente baratos puede causar daños al medio ambiente.
- Si se tratara de controlar el desarrollo de la nanotecnología y se establecen normas demasiado rígidas que incrementen la demanda, puede establecerse un mercado negro muy peligroso. Ya que sería fácil traficar con productos pequeños como nanofábricas.
- Puede presentarse un riesgo de sustancia viscosa, tanto gris como verde. Una sustancia viscosa es aquella que adquiere control sobre sí misma y puede representar un riesgo tanto para la tecnología como para las entidades biológicas.
- La toxicidad potencial de las nanosustancias puede afectar el sistema inmune o las células o acumularse en el organismo tal como lo haría el asbesto, el mercurio o el hollín.
Tipos de nanotecnología
Según su forma de trabajo, podemos clasificar la nanotecnología en:
TOP-DOWN
Se basa en la reducción del tamaño. Se miniaturizan los mecanismos y estructuras. Es la más común y se aplica en el ámbito de la electrónica, donde predomina la miniaturización.
BOTTOM-UP
Conocido como auto ensamblado. Se inicia con una estructura manométrica como una molécula y mediante un montaje o ensamblado se crea un mecanismo mayor. Algunos consideran este, como el verdadero enfoque de la nanotecnología.
Según el campo en el que se trabaja encontramos los siguientes tipos:
Nanotecnología húmeda
Se basa en los sistemas biológicos que existen en un entorno acuoso como el material genético, enzimas, membranas y otros componentes celulares. Se basa también en los organismos vivientes cuya evolución, funciones y formas dependen de las interacciones de estructuras de escalas nano métricas.
Nanotecnología seca
Se dedica a la fabricación de estructuras con materiales inorgánicos.
Nanotecnología seca y húmeda
Proviene de las últimas propuestas de fusionar la biología y los materiales no biológicos para trabajar en áreas muy específicas.
Nanotecnología computacional
Permite trabajar el modelado y la simulación de estructuras complejas a escalas nanométricas. Permitiría la manipulación de los átomos mediante control computacional.
Nanotecnología avanzada
Conocida como fabricación molecular es un término dado a la ingeniería en nanosistemas. Esta se basa en los productos manufacturados a partir de átomos.