BREVE VISITA AL NANOMUNDO

Prof. Mario A. Taborda

 “He sido un niño pequeño que, jugando en la playa, encontraba de tarde en tarde un guijarro más fino o una concha más bonita de lo normal. El océano de la verdad se extendía, inexplorado, delante de mi”

 Isaac Newton

Vivimos, en lo que se refiere a tamaños, a mitad de camino entre lo grande (el universo) y lo pequeño (los átomos), entre lo visible y lo invisible.  

Por razones que son fáciles de entender, hemos identificado lo grande con lo poderoso y lo eficiente. Lo grande nos produce respeto y asombro. 

Baste mencionar como ejemplos el edificio Burj Khalifa (Dubai, Emiratos Árabes Unidos) de 828 metros de altura, el Floating Liquified Natural Gas (FLNG), un barco 11 veces más grande que el Titanic o el Airbus Beluga, el avión más grande del mundo con sus 56,15 m de longitud y 44,84 m de envergadura. Las maravillas del mundo antiguo también eran grandes.

Vista desde el edificio más grande del mundo

Lo pequeño encontraba su sitio únicamente en máquinas de precisión como el reloj de bolsillo. Sin embargo, lo pequeño se volvió cada vez más importante en nuestra vida cotidiana a partir del desarrollo de la microelectrónica. Lo pequeño pasó, después de miles de años, a ocupar su merecido lugar. Descubrimos que lo pequeño era más rápido y más eficiente de lo que imaginábamos. 

Si hay una cosa que nos distingue de las generaciones anteriores, es que hemos “visto” los átomos. 

A principios del siglo XX, éstos aún eran algo teórico. Había pruebas muy fiables de su existencia, pero ¿cómo poder asegurarlo si nadie los había “visto” jamás? 

Hoy, no sólo pueden “verse”, sino que además podemos moverlos, cambiarlos de lugar y construir cosas con éllos, algo impensado hasta que Richard Feynman, premio Nobel de Física, diera su mítica conferencia en 1959. 

Ya al comienzo de la misma, titulada “Hay mucho espacio en el fondo“, Feynman hacía la siguiente reflexión: "En el año 2000, cuando se mire hacia atrás, todo el mundo se preguntará porqué hasta el año 1960 nadie empezó a moverse seriamente en esta dirección". 

La dirección a la que se refería Feynman era crear una nueva tecnología basada en la manipulación y el control de objetos tan pequeños como los propios átomos, es decir, trabajar en el orden de los nanometros.

Esta idea que, en principio, parecía provenir de la ciencia-ficción, venía avalada por el hecho de que, según Feynman, esta manipulación de los átomos no contradecía ninguna ley física y, por lo tanto, no había ningún motivo para que no pudiera llevarse a cabo.

Era un hecho bien conocido que las propiedades de los materiales dependían de cómo estaban organizados los átomos en el espacio.

Así por ejemplo, si pudiéramos reorganizar los átomos del grafito de una mina de un lápiz podríamos hacer diamantes. Por lo tanto, lo blando o lo duro depende del ordenamiento espacial que tengan los átomos de carbono para el caso mencionado.

Lo que no podían responder los físicos en aquella época era: ¿Qué herramientas debían utilizar? ¿Qué materiales podrían obtener manipulando directamente los átomos, aquellos que estaban en el fondo? ¿Qué propiedades tendrían los mismos? ¿Qué tipos de máquinas se podrían construir? 

Una analogía de este proceso la podemos encontrar en la naturaleza; todos los seres vivos se construyen “átomo por átomo” siguiendo las instrucciones del ADN correspondiente. La vida, en síntesis, no consiste en replicar la información del ADN, sino en hacer algo con élla, es decir, organismos vivos. 

Es necesario, entonces, reconocer que las primeras “máquinas” a escala nano han sido “construidas” hace más de 3 mil millones de años, evento que condujo al origen mismo de la vida. 

Si lanzáramos una mirada al interior de una célula humana podríamos comprobar que toda la información contenida en la molécula de ADN se halla altamente compactada en el núcleo celular con una densidad de información mayor que cualquier computadora personal.

Esta información, altamente compactada, es utilizada constantemente por la célula para producir una gran variedad de enzimas, las “máquinas” más pequeñas y complejas conocidas por el ser humano.

Un efecto que se suma al de la gran compactación de la información es la sorprendente capacidad de amplificación que tienen los organismos vivos.

Los 5x10^-15 gramos de ADN de un óvulo fecundado de ballena determinan en gran parte lo que será un animal de 5x10⁷ gramos de peso, un efecto de amplificación de 22 órdenes de magnitud.

¿Sería posible tener una fábrica de autos que utilizara este mismo proceso, que partiendo de un auto microscópico se autoensamblara hasta adquirir un tamaño especificado?

El problema para poder hacer algo así reside en que a escala nano los fenómenos son muy diferentes a los de nuestra experiencia cotidiana. Todo lo que sucede en el mundo de lo ultra pequeño pertenece al dominio de la física cuántica, donde nuestra intuición y experiencia de lo macroscópico ya no funcionan. 

El primer paso para poder desarrollar una tecnología a nivel de nano escala (Nanotecnología) se dio en la década de los 80 con la invención del microscopio de efecto túnel y del microscopio de fuerza atómica. 

Estos inventos permitieron “observar” átomos de manera independiente dejando así abierta la posibilidad de manejar y manipular la materia a nivel atómico y molecular. Adicionalmente a su función como microscopio, también permitían mover átomos a voluntad y construir así algunas estructuras como la que se muestra en la siguiente imagen. 

35 átomos de Xenón formando el logo de IBM

Hasta la década de los 90, la Nanotecnología estaba restringida a los laboratorios de investigación porque la cantidad de material que se producía no permitía la comercialización a gran escala.

Esto fue así hasta que entró en escena la “síntesis física de vapor”, un proceso que permitía la fabricación de materiales nanoestructurados a nivel industrial. 

Seguramente, pasarán algunos años más para ver entrar de lleno a la Nanotecnología en nuestras vidas, pero ya no cabe duda de que esto está sucediendo. Es difícil predecir sus alcances, pues con cada nuevo logro, seguramente surgirán nuevas ideas y nuevas posibilidades. 

Los materiales y sus propiedades se multiplicarán, podremos diseñar nuestros propios materiales vivos, no vivos o híbridos y la distinción entre lo natural y lo artificial deberá ser repensada, 

Estamos a punto de hacer lo que queramos con la materia. Estamos también, como consecuencia, en condiciones de discutir nuestras responsabilidades ante tal poder, un poder que a la naturaleza le llevó miles de millones de años conseguir mediante ensayo y error. 

Mi nieto

¿Cómo describirán el amor las futuras generaciones? ¿Será considerada una propiedad emergente del nanomundo o seguirá siendo un gran misterio, como lo es para nosotros?