HISTORIA DE LA
NANOTECNOLOGIA VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Contenido
NANOTECNOLOGÍA
La nanotecnología
será la segunda revolución científica, ya que tiene muchísimas aplicaciones, su
aplicación se encuentra en todos los campos científicos, mejorará la calidad de
vida de toda la humanidad.
La nanotecnología es la manipulación de la materia a
escala nanométrica. La más temprana y difundida descripción de la
nanotecnología se refiere a la meta tecnológica particular de
manipular en forma precisa los átomos y moléculas para la fabricación de
productos a macroescala, ahora también referida como nanotecnología molecular. Subsecuentemente
una descripción más generalizada de la nanotecnología fue establecida por la Iniciativa
Nanotecnológica Nacional, la que define la nanotecnología como
la manipulación de la materia con al menos una dimensión del tamaño de entre 1
a 100 nanómetros.
Esta definición refleja el hecho de que los efectos mecánica
cuántica son
importantes a esta escala del dominio cuántico y, así, la definición cambió desde una
meta tecnológica particular a una categoría de investigación incluyendo todos
los tipos de investigación y tecnologías que tienen que ver con las propiedades
especiales de la materia que ocurren bajo cierto umbral de tamaño. Es común el
uso de la forma plural de "nanotecnologías" así como "tecnologías
de nanoescala" para referirse
al amplio rango de investigaciones y aplicaciones cuyo tema en común es su
tamaño. Debido a la variedad de potenciales aplicaciones (incluyendo
aplicaciones industriales y militares), los gobiernos han invertido miles de
millones de dólares en investigación de la nanotecnología. A
través de su Iniciativa Nanotecnológica Nacional, Estados Unidos ha invertido 3,7 mil millones de
dólares. La Unión Europea ha invertido 1,2 mil millones y Japón750
millones de dólares.
HISTORÍA DE
LA NANOTECNOLOGÍA
ERWIN MÜLLER 1936
Desarrolló el microscopio de iones de campo que, debido a su resolución
de 0,25 nm, fue el primer instrumento que se utiliza para observar átomos. La microscopía de iones en campo (FIM)
es una técnica analítica empleada en ciencia de materiales. El microscopio de iones en
campo es una variedad de microscopio que puede ser usado para
visualizar la ordenación de los átomos que forman la superficie de
la punta afilada de una aguja de metal. Fue la primera técnica con la que se
consiguió resolver espacialmente átomos individuales.
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Von Neumann: 1940
El
matemático húngaro John von Neumann fue conocido hacia la mitad del siglo XX
como "el hombre, más inteligente del mundo"
fue Von Neumann quien concibió el
autómata de Von Neumann, un robot teórico capaz de replicarse.
El matemático estableció que debía tener dos partes: un constructor capaz de manipular los materiales del
entorno y convertirlos en los propios componentes del autómata; y un programa con las instrucciones necesarias para
fabricar un constructor. Funciona así:
el programa saca una copia de sí mismo, y después dirige con sus instrucciones
la construcción de un nuevo constructor. La nueva copia del programa queda
alojada en el nuevo constructor, y ya tenemos un nuevo autómata completo.
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Arthur von Hippel: 1956
Estudió las propiedades y el
comportamiento de emisiones de gases de alta tensión, utilizando figuras de
Lichtenberg positivos y negativos registrados en la película fotográfica. En
1940 fundó el Laboratorio de Investigación de aislamiento, que pronto se
convirtió en uno de los centros de educación e investigación más importantes en
esta área en el mundo.
Junto con radiación Lab del
MIT, von Hippel y sus colaboradores ayudaron a desarrollar la tecnología de
radar durante la guerra. Fue galardonado con el Certificado del Presidente de
Mérito en 1948 por el presidente estadounidense Harry Truman. Se hizo famoso
también por su descubrimiento de las propiedades ferroeléctricas y
piezoeléctricas de titanato de bario (BaTiO3).
Fue
el autor del libro pionero Ciencia Molecular e Ingeniería Molecular (1959), así
como dieléctricos y Ondas (1954). El término ingeniería molecular fue acuñado
por él en la década de 1950, y sugirió la posibilidad de construir dispositivos
nano-moleculares. El premio de primera clase de la Sociedad de
Investigación de Materiales se nombra en su honor.
Jack Kilby: 1958
Jack St. Clair Kilby mientras trabajaba en Texas
Instrument –TI– en 1958. Por aquel entonces Kilby se acababa de incorporar en
plantilla para solucionar los problemas de conexión de los componentes electrónicos
de la empresa, encargada de desarrollar y comercializar semiconductores y
tecnología para ordenadores.
A
los pocos meses se propuso cambiar algunas cosas y descubrió que todos los componentes podían fabricarse con el mismo
material semiconductivo empleado en aquel momento, el Germanio, y así crear un
circuito completo. Entonces concibió el primer circuito electrónico cuyos
componentes activos y pasivos estuviesen dispuestos en un mismo material
semiconductor, ocupando la mitad de espacio de un clip sujetapapeles. Su
invento que medía 11,5 milímetros dio lugar al primer circuito integrado –CI– o
también llamado microchip, revolucionando así el mercado electrónico hasta
nuestros días.
El nuevo invento, creado por Kilby y desarrollado por Texas Instruments el 12 de septiembre de 1958, estaba constituido por una pastilla cuadrada de germanio, un elemento químico metálico y cristalino, que medía seis milímetros por lado y contenía apenas un transistor, tres resistencias y un condensador. A diferencia de los circuitos convencionales, en el circuito integrado todos sus componentes son impresos como una sola pieza por fotolitografía, abaratando así los costes de manufactura y su mantenimiento.
El nuevo invento, creado por Kilby y desarrollado por Texas Instruments el 12 de septiembre de 1958, estaba constituido por una pastilla cuadrada de germanio, un elemento químico metálico y cristalino, que medía seis milímetros por lado y contenía apenas un transistor, tres resistencias y un condensador. A diferencia de los circuitos convencionales, en el circuito integrado todos sus componentes son impresos como una sola pieza por fotolitografía, abaratando así los costes de manufactura y su mantenimiento.
Tras
el éxito de las primeras pruebas y el desarrollo de las primeras unidades, el
invento de Jack Kilby dinamizó la producción de los
primeros microprocesadores y sentó las bases técnicas y
conceptuales del campo de la microelectrónica. Posteriormente, en el año
2000, fue galardonado con el Premio Nobel de Física por la contribución de su
invento al desarrollo de la tecnología de la información, siendo reconocido
–junto con Robert Noyce–
como el inventor del circuito integrado o microchip.
Desde
entonces el mundo de las telecomunicaciones,
la electrónica o incluso la biología y la medicina basan su tecnología en el
poder de los microchips con el fin de mejorar la calidad y eficacia de los
dispositivos y aparatos electrónicos. Con
la desarrollo de la nanotecnología los
microchips han ido evolucionando pasando de los chips de finales de la década
de los sesenta con cientos de transistores integrados, hasta los chips
desarrollados actualmente con capacidad para integrar más de dos mil millones
de transistores microscópicos. Los circuitos integrados más complejos son los llamados
microprocesadores, que son implementados en dispositivos móviles, ordenadores e
incluso electrodomésticos. Pero también encontramos otra familia de circuitos
integrados igualmente importantes para la tecnología de la información como los
chips de memorias digitales.
Richard Feynmann: 1959
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Gracias a una idea del físico Richard Feynmann nació una de disciplinas científicas más prometedoras de la era moderna: la nanotecnología.
Richard
Feynmann
La historia cuenta que durante la reunión de la
Sociedad Americana de Física de la división de la Costa Oeste, en 1959, Feynman
ofreció por vez primera una visión de la tecnología totalmente nueva,
imaginando enciclopedias escritas en la
cabeza de un pin, con “toda la
información que el hombre cuidadosamente ha acumulado en todos los libros del
mundo… escritos… en un cubo de material de unas dos centésima de una pulgada de
ancho. ”El escepticismo de los asistentes hizo que su discurso provocase
más risas que admiración hasta el punto que, aunque publicado al año siguiente
en la revista Engineering & Science, antes de 1980 su
artículo apenas recaudó citas. Sin embargo, hoy en día Feynman es considerado uno de los científicos más brillantes
de la historia. Premio Nobel
por la Física en 1965 por sus estudios en el campo de la
electrodinámica cuántica, Feynman fue uno de los teóricos más originales de la
posguerra, pues contribuyó de manera fundamental en muchos campos de la física
hasta su muerte (15 de febrero de 1988).
Con su discurso de
1959 él fue el primero en hablar de la posibilidad de manipular directamente
los átomos en el ámbito de la síntesis química. Y su sueño no se realizó hasta más
de 30 años después
Norio Taniguchi: 1974
Acuño
el termino nanotecnología en 1974 en la Universidad de Ciencias de Tokio, Norio
Taniguchi, para describir la extensión del maquinado del silicio tradicional en
zonas de menos de un micrón.
Actualmente, existe una definición más
aceptada de la nanotecnología: se trata de la concepción y fabricación de
objetos con características inferiores a 100 nanómetros, o sea, una décima de micrón. Un micrón
(mm) es una millonésima de metro, mientras que un nanómetro es mucho menos: una
milésima de un micrón, lo que representa algo verdaderamente minúsculo
comparado con los objetos que solemos ver a simple vista.
Un
nanómetro tiene más o menos el tamaño de seis átomos de carbono o diez átomos
alineados; también equivale a la mitad del diámetro de la espiral del ADN.
Estos objetos no pueden verse con los microscopios ópticos convencionales, y
sólo podemos hacerlo con potentes microscopios electrónicos y microscopios de
sonda de barrido.
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Los objetos suelen ser catalogados como "nano" cuando, al menos, una de sus dimensiones es mayor que un átomo (cerca de 0,1 nm), pero lo suficientemente pequeña como para mostrar propiedades significativamente diferentes a las que aparecen en la micro y macroescala (por encima de 100 nm más o menos). En esta "nanoescala", las propiedades de los materiales cambian debido al confinamiento cuántico así como a la creciente influencia de las superficies. De hecho, se suele decir que "pequeño es diferente". Esto significa que en la nanoescala se produce una nueva fenomenología que no se puede dimensionar a partir de lo que sucede en escalas superiores. Es decir, que no basta con observar el comportamiento de los sistemas físicos a gran escala para predecir lo que ocurrirá al pasar a niveles del tamaño de sólo unos átomos. Por ejemplo, las cristalitas tienen diferentes propiedades mecánicas y los metales inertes, como el oro, pueden mostrar una actividad catalítica considerable.
Harry Kroto: 1996
El Premio Nobel de Química 1996, Harold Kroto, dijo que el futuro de la
nanotecnología será en unos 60 años y no con la fabricación de cosas más
pequeñas sino con el logro de que partículas se auto ensamblen solas, como
ocurre con los organismos vivos.
Aplicaciones
certeras
El
informe señala que este Premio Nobel ha resaltado lo que ocurre con las
estructuras denominadas autoensambladoras las cuales podrían en un momento dado
producir supercomputadoras del tamaño de un reloj de pulsera, sin
embargo aclaró que su afirmación se ve detenida por la incapacidad del hombre
para descubrir cómo controlar el proceso de autoensamblaje ya sea en tiempo y
cómo efectuarlo. “Ese es el paso que nos falta”, indica el reporte citando como
fuente las palabras de Kroto.
James Gimzewski: 2001
Fue pionero en la
investigación sobre el contacto eléctrico con átomos y moléculas, la emisión de
luz y de imagen molecular utilizando STM. Sus logros
incluyen la primera STM-manipulación de moléculas a temperatura ambiente, la
realización del ábaco usando buckyballs moleculares (C60), el descubrimiento de
los rotores de una sola molécula y el desarrollo de sensores nanomecánicos
basado en la nanotecnología, que exploran los límites últimos de la
sensibilidad y la medición.
Descubrió un nuevo
método para sintetizar nanotubos de carbono más regular de diámetro y longitud. Sus intereses actuales dentro CNSI están en los
Nanoarchitectonics de sistemas moleculares y máquinas moleculares y
biomoleculares, en particular los que tienen posibilidades de la mecánica
cuántica para el procesamiento de la información.
Invento la
calculado más pequeña del mundo:
Ginzewski construyó esta calculadora, con un tamaño
del orden de unos pocos nanómetros, y consiste en un ábaco hecho con 10
moléculas de fullereno que pueden moverse con la punta de microscopio de efecto
túnel. Esto equivale a mover un balón de futbol con la punta de la torre
Eiffel, lo cual suena muy práctico.
Naomi Halas: 2003
Ella trabajaba para IBM en 1987 cuando desarrolló
un solitón "pulso oscuro" con Dieter Kroekel, Giampiero Giuliani y
Daniel Grischkowsky. A "pulso oscuro" solitón es una onda
estacionaria que se propaga a través de una fibra óptica sin difusión y que
consiste en una corta interrupción de un pulso de luz.
Nanocápsulas:
Halas fue reclutado para la Universidad de Rice a
mediados de la década de 1990. Su
trabajo en el siglo XXI se centra en nanocápsulas de metales nobles cubren
semiconductor o núcleos aislantes. A nanoshell es una cáscara esférica 100
nanómetros de metal de (a menudo de oro) que rodea un núcleo de átomos de
dióxido de silicio.
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Ø Propiedades especiales de las nanocápsulas:
ü un tratamiento potencial para el cáncer similar a
la quimioterapia, pero sin los efectos secundarios tóxicos.
ü Barato análisis, rápida de muestras tan pequeñas
como una sola molécula.
James Tour 2006
Es muy conocido por su trabajo en la
electrónica molecular y moléculas de conmutación molecular. También ha estado involucrado en otros
trabajos, como la creación de un nanocoche y es bien conocido por su trabajo en nanocarros, vehículos de una sola molécula con cuatro
independientemente giratorios ruedas, ejes y motores activados por la luz.
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Angela Belcher: 2007
Después de estudiar conchas
de abulón, trabajó con varios colegas en el MIT desarrollaba un virus,
conocido como el bacteriófago
M13 cuyo objetivo es por lo general la Escherichia coli y recubrirse con materiales inorgánicos como los
óxidos de oro y cobalto. El virus tubular largo
(recubierto de óxido de cobalto) actúa ahora como un minúsculo cable llamado Nanohilo. El grupo de Belcher unió muchos de estos nanohilos y se encontraron con
que que se asemejaban a los componentes básicos de una batería potencialmente
muy poderosa y compacta. En 2002 fundó Cambrios con Evelyn L. Hu de la Universidad de Harvard. Su
visión se basó en el uso de los materiales inorgánicos nanoestructurados,
fabricado y formado por moléculas biológicas para crear nuevos materiales y
procesos para una variedad de industrias.
En 2009, Belcher y su equipo demostraron la factibilidad del
uso de virus modificados genéticamente para construir tanto el ánodo como el
cátodo de una Batería de ion de litio. Estas nuevas baterías
tienen la misma capacidad energética y una potencia de última generación
destinadas a las baterías recargables para su uso en Vehículos híbridos
eléctricos, así
como para alimentar una amplia gama de dispositivos electrónicos. Las pilas
pueden ser fabricadas con un proceso barato y respetuoso del medio ambiente, ya
que la síntesis se puede hacer a temperatura ambiente, sin utilizar disolventes
dañinos o materiales tóxicos.
Nadrian Seeman: 2009
Conocido por
inventar el campo de la nanotecnología de ADN.
Él es más conocido
por su desarrollo del concepto de nanotecnología de ADN a partir de la década
de 1980. En el otoño de 1980, mientras que en un pub
del campus, Seeman fue inspirado por la profundidad de grabado de MC Escher
para darse cuenta de que una red tridimensional podría construirse a partir de
ADN. Se dio cuenta de que esto podría ser utilizado para moléculas objetivo
orientar, lo que simplifica su estudio cristalográfico eliminando el difícil
proceso de obtención de cristales puros. En la búsqueda de este objetivo, el laboratorio de Seeman publicó la
síntesis de la primera escala nanométrica en tres dimensiones objeto, un
cubo de ADN, en 1991. Este trabajo ganó el Premio Feynman 1995 en
Nanotecnología.
Los conceptos de nanotecnología de ADN más tarde
encontraron otras aplicaciones en computación ADN, nanorobótica ADN, y auto-ensamblaje de la nanoelectrónica. Se compartieron el Premio Kavli de
Nanociencia 2010 con Donald Eigler "por su desarrollo de métodos sin
precedentes para controlar la materia en la nanoescala ". El objetivo de demostrar diseñado cristales de
ADN tridimensionales se logró mediante Seeman en 2009, casi treinta años
después de su elucidación original de la idea.
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Nanotubos De Carbono: 2013
Investigadores
de la Universidad de Stanford han demostrado la primera computadora funcional
construida utilizando solo transistores de nanotubos de carbono, de acuerdo a un artículo
publicado el miércoles en la portada de la revista científica Nature.
Los científicos
han estado experimentando con transistores basados en nanotubos de carbono o
CNT -por sus siglas en inglés- como los sucesores de los transistores de
silicio, ya que se espera que el silicio llegue a sus límites físicos en la
entrega de los transistores cada vez más pequeños que se requieren para
conseguir un mayor desempeño en dispositivos de cómputo más pequeños y baratos
que consuman menos energía. Se espera
que los circuitos digitales que se basan en las largas cadenas de átomos de
carbono sean más energéticamente eficientes que los transistores de silicio.
Se dice que la
rudimentaria computadora de CNT, desarrollada por los investigadores en
Stanford, puede correr un sistema operativo simple que puede hacer multitareas,
de acuerdo a una sinopsis del artículo.
La computadora,
construida por 178 transistores, cada uno de los cuales conteniendo entre 10 a
200 nanotubos de carbono, puede realizar cuatro tareas resumidas como recojo de
instrucciones, recojo de datos, operación matemática y respuesta, y correr dos
diferentes programas al mismo tiempo.
“Las personas han
estado hablando acerca de una nueva era de la electrónica de los nanotubos de
carbono que llega más allá de lo que llegó el silicio”,
indicó Mitra, ingeniero eléctrico y científico de computación en una nota de prensaemitida por la Universidad de
Stanford. “Pero ha habido pocas demostraciones de sistemas
digitales completos que usen esta emocionante tecnología. Aquí está la prueba”.
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Los nanotubos de carbono aún tienen imperfecciones. Ello, por ejemplo, no siempre crece en líneas paralelas, lo que ha hecho que los investigadores desarrollen técnicas para hacer crecer el 99,5% de los CNT en líneas rectas, de acuerdo a la nota de prensa. Pero con miles de millones de nanotubos en un chip, incluso un pequeño desalineamiento de los tubos puede causar errores. Una parte de los CNT también se comportan como cables metálicos que siempre conducen electricidad, en lugar de actuar como semiconductores a los que se puede apagar.
Ventajas y Desventajas De La Nanotecnología:
Ø Ventajas:
El uso de la
Nanotecnología molecular (MNT) en los procesos de producción y fabricación
podría resolver muchos del los problemas actuales. Por ejemplo:
ü La
escasez de agua es un problema serio y creciente.La mayor parte del consumo del
agua se utiliza en los sistemas de producción y agricultura, algo que la
fabricación de productos mediante la fabricación molecular podría transformar.
ü Las
enfermedades infecciosas causan problemas en muchas partes del mundo. Productos
sencillos como tubos, filtros y redes de mosquitos podrían reducir este
problema.
ü La
información y la comunicación son herramientas útiles, pero en muchos casos ni
siquiera existen. Con la nanotecnología, los ordenadores serían extremadamente
baratos.
ü Muchos
sitios todavía carecen de energía eléctrica. Pero la construcción eficiente y
barata de estructuras ligeras y fuertes, equipos eléctricos y aparatos para almacenar
la energía permitiría el uso de energía termal solar como fuente primaria y
abundante de energía.
ü El
desgaste medioambiental es un serio problema en todo el mundo. Nuevos productos
tecnológicos permitirían que las personas viviesen con un impacto
medioambiental mucho menor.
ü Muchas
zonas del mundo no pueden montar de forma rápida una infraestructura de
fabricación a nivel de los países más desarrollados. La fabricación molecular
puede ser auto-contenida y limpia: una sola caja o una sola maleta podría
contener todo lo necesario para llevar a cabo la revolución industrial a nivel
de pueblo.
ü La
nanotecnológica molecular podría fabricar equipos baratos y avanzados para la
investigación médica y la sanidad, haciendo mucho mayor la disponibilidad de
medicinas más avanzadas.
Ø Desventajas:
La nanotecnología molecular es un avance tan importante
que su impacto podría llegar a ser comparable con la Revolución Industrial pero
con una diferencia destacable
ü En
el caso de la nanotecnología el enorme impacto se notará en cuestión de unos
pocos años, con el peligro de estar la humanidad desprevenida ante los riesgos
que tal impacto conlleva. Algunas consideraciones a tener en cuenta incluyen:
-Importantes cambios en la estructura de la sociedad y el sistema político.
ü La
potencia de la nanotecnología podría ser la causa de una nueva carrera de
armamentos entre dos países competidores. La producción de armas y aparatos de
espionaje podría tener un coste mucho más bajo que el actual siendo además los
productos más pequeños, potentes y numerosos.
ü La
producción poco costosa y la duplicidad de diseños podría llevar a grandes
cambios en la economía.
ü La
sobre explotación de productos baratos podría causar importantes daños al medio
ambiente.
ü El
intento por parte de la administración de controlar estos y otros riesgos
podría llevar a la aprobación de una normativa excesivamente rígida que, a su
vez, crease una demanda para un mercado negro que sería tan peligroso como
imparable porque sería muy fácil traficar con productos pequeños y muy peligrosos
como las nanofábricas.
ü Existen
numerosos riesgos muy graves de diversa naturaleza a los que no se puede
aplicar siempre el mismo tipo de respuesta.
ü Las
soluciones sencillas no tendrán éxito. Es improbable encontrar la respuesta
adecuada a esta situación sin entrar antes en un proceso de planificación
meticulosa.
Fuentes Informáticas:
http://ec.europa.eu/health/scientific_committees/opinions_layman/es/nanotecnologias/
http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/historia_nanotecnologia.htm
http://www.ecorfan.org/coloquios/5toanual/25.Nanotecnologia%20en%20la%20disciplina%20de%20la%20restauracion%20arquitectonica.pdf
