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Cristales que se limpian solos, muros que eliminan la contaminación, aceras generadoras de energía, edificios que desafían la gravedad, ascensores que lleguen al espacio. ¿Qué nos aportará la nanotecnología en los próximos años?

Creada03-10-2016
Modificada19-05-2017
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Diciembre1

Reseña del Documental El Mejor de los Mundos de la serie Nanotecnologías: La Revolución Invisible

¿El Mejor de los Mundos?

En los años 1.980 se construyeron los primeros microscopios de Efecto Túnel que permiten observar los átomos individuales en la superficie de los objetos.

Microscopio de Efecto Túnel

No sólo observarlos, intensificando la corriente se pueden separar átomos individuales y colocarlos en otra posición, construyendo estructuras átomo a átomo.

Esto ha permitido comprobar que la materia en escalas nanométricas, milmillonésimas de metro, tienen un comportamiento diferente que en la escala humana, dependiendo de la 'textura' de la superficie.

Algunos físicos pensaron que esta nueva tecnología podría revolucionar la ciencia de los materiales y propiciar numerosos nuevos inventos y descubrimientos que resolverían prácticamente todos los problemas de la humanidad. Pero su entusiasmo era exagerado. En realidad los nuevos descubrimientos son mucho más prosaicos.

Nanomateriales

El cristal se viene utilizando en la arquitectura desde hace tiempo, pero la nanotecnología ha creado cristales en cuya superficie se colocan átomos de Dióxido de Titanio (¿no serán moléculas?) que tienen propiedades autolimpiantes y desinfectantes al contacto con la luz.

Las partículas de polvo se posan sobre el cristal pero las moléculas de Dióxido de Titanio reaccionan con la luz y el Oxígeno del aire y provocan cargas ionizantes que desintegran las partículas de polvo.

La lluvia sobre un cristal normal forma gotas de agua, pero en un cristal tratado se extienden formando una película que se escurre arrastrando las partículas de suciedad.

Los primeros cristales autolimpiantes se instalaron en 2.001. Hoy en día son habituales en cristales de aviones y edificios.

Nanopartículas similares se usan en la superficie de las mascarillas antibacterianas lo que multiplica su efectividad.

Nanotubos de CarbonoEn 1.991, un proceso industrial generó grandes cantidades de un material fibroso, negro y esponjoso. Al analizarlo al microscopio electrónico se comprobó que estaba formado por nanotubos de carbono, algo que nunca se ha producido en la naturaleza y que ha revelado propiedades excelentes en todo tipo de productos. Cien veces más resistente y seis veces más ligero que el acero, se está usando cada vez más en carrocerías de vehículos y en la construcción.

Sus propiedades han hecho que la NASA retome un viejo proyecto de los años 1.950 para construir un ascensor espacial, proyecto que se descartó porque entonces no se conocían materiales capaces de soportar una estructura tan grande.

Se han desarrollado técnicas de autoensamblado que permiten la producción industrial de Nanotubos de Carbono y hoy en día hay más de cien empresas que fabrican varios cientos de toneladas al año. Su uso actual es, principalmente, para equipamientos deportivos, raquetas de tenis, palos de golf, esquíes y carrocerías de vehículos, pero se espera empezar pronto a utilizarlos en la construcción de puentes, rascacielos y grandes obras de ingeniería.

Nanoelectrónica

Los Nanotubos de Carbono también son excelentes semiconductores, aptos para ser impresos en papel o plástico para crear, por ejemplo, etiquetas RFid (Identificación por Radiofrecuencia) que permiten identificar todos los productos que se fabriquen, de forma similar a los códigos de barras pero con una identificación única. Todos los productos de la misma marca y modelo tienen un mismo código de barras, pero un RFid identifica cada unidad de un producto y puede ser reconocido por radiofrecuencia, aunque su etiqueta no esté visible.

Eso permitiría hacer la compra y, al pasar por caja, no hará falta sacar los productos del carro, los inventarios se actualizarán al momento y se podrá hacer un seguimiento electrónico de cualquier producto extraviado.

Ya se están colocando etiquetas RFid en los libros de las bibliotecas y en tarjetas de pago electrónico en autopistas, donde no hay que detenerse para que las tarjetas sean reconocidas y efectuar el pago.

El investigador Genki Yoshikawa está diseñando nanosensores capaces de identificar determinadas moléculas en el aire. Ensamblando miles de nanosensores en un tamaño inferior a la punta de la uña es posible detectar diversos compuestos en el aire, contaminantes, drogas, explosivos, de una forma que, cuando esté plenamente desarrollada superará el desarrollado olfato de los perros y acabará con el contrabando de muchos productos sin siquiera registrar las maletas.

Se pueden diseminar millones de nanosensores del tamaño de granos de arena por toda la ciudad que, al captar una señal electrónica de dispositivos colocados en semáforos, farolas o esquinas, responderían con la información captada. Esto permitirá conocer al momento las condiciones atmosféricas del aire, la contaminación, el humo de un posible incendio e incluso ver cómo las partículas contaminantes se desplazan por la ciudad al ser arrastradas por el viento.

Otra gran promesa de la nanotecnología es la producción de energía. El profesor Zhong Lin Wang ha descubierto que nanofibras de cristal de Óxido de Zinc, al ser deformadas por una fuerza mecánica generan una leve corriente eléctrica.

Ha creado unas superficies con miles de nanofibras que, al ser deformadas, son capaces de generar electricidad. Colocados bajo las baldosas de las aceras transitadas o incluso bajo las calzadas, el paso por encima de vehículos y peatones generaría energía suficiente para alimentar las farolas y semáforos de la vía pública.

Se muestra en acción un dispositivo del tamaño de una tarjeta del que se dice que en el momento de la deformación se generan 3 voltios, el doble que una pila de las habituales en los mandos a distancia. Si se colocaran bajo las baldosas de una acera transitada podrían producir bastante electricidad, pero la electricidad si no se usa en el momento se pierde, así que convendría desarrollar sistemas de almacenamiento como baterías donde se acumulase la electricidad en el momento en que se produce y se suministrara cuando se necesita.

En varios artículos recientes se ha anunciado que se están fabricando baterías hechas con nanopartículas que prometen almacenar más cantidad de energía y con más eficiencia que en las actuales baterías químicas.

Y también se ha propuesto instalar nanofibras en forma de briznas similares a la hierba que se podrían colocar en la superficie de los edificios donde el viento las agitaría generando electricidad.

Como veis, las aplicaciones de la nanotecnología pueden ser inmensas, y aún falta mucho para aprovecharlas en todas sus posibilidades.

Nanoinformática

La tecnología electrónica ha evolucionado siguiendo la Ley de Moore, en la que los circuitos son cada vez más pequeños y tienen más potencia de cálculo.

Actualmente se están fabricando circuitos a un tamaño de unos 30 nm, pero se cree que por debajo de 20 nm las leyes físicas se toparán con efectos cuánticos que imposibilitarán una mayor miniaturización. Pero este límite teórico podría estar mucho más lejano gracias al descubrimiento de un nuevo material.

Lámina de GrafenoEl Grafeno es una estructura de átomos de Carbono, dispuestos en una capa de un solo átomo de grosor, similar a un Nanotubo de Carbono desenrollado.

En realidad el grafeno es un producto muy familiar y antiguo, pues son las pequeñas láminas que se despegan de la punta de grafito de un lápiz al escribir. El reto es conseguir láminas lo bastante grandes para que puedan ser útiles.

Es sumamente resistente, pero flexible, mil veces mejor conductor que el cobre.

Sus propiedades eléctricas permitirán construir transistores y circuitos mucho más pequeños que los actuales circuitos electrónicos y que podrán funcionar con menos corriente eléctrica y con mucha más velocidad.

Nanocibernética

Manipulando átomos de Plata y Platino, se ha observado que cuando están a una distancia de menos de un nm y se les aplica una pequeña corriente eléctrica, las órbitas de los electrones del átomo de plata se expanden hasta entrar en contacto con el átomo de platino. Pero si se les cambia la polaridad, la plata vuelve a su tamaño normal y pierde el contacto. Este inesperado comportamiento ha permitido fabricar el primer interruptor de tamaño atómico.

Nanointerruptor de Plata y PlatinoLa distancia entre ambos electrodos es de 1 nm, y cuando se les aplica una corriente, los átomos de plata crecen y se colocan para entrar en contacto con el platino, dejando pasar la corriente. Al cesar la corriente, el puente de plata vuelve a su posición original. O casi. En realidad los átomos de plata se quedan en una posición intermedia, y la siguiente vez que se les aplica una corriente reaccionan con mayor rapidez.

Básicamente, así es como funcionan las sinapsis de las neuronas. Cuando al cerebro llega por primera vez un estímulo, se crea un puente eléctrico que comunica las neuronas. Pero si se repite ese estímulo, la reacción neuronal es más rápida. Gracias a este mecanismo se acentúa la capacidad de aprendizaje y la memoria del cerebro.

James Gimzewski ha diseñado y fabricado, usando técnicas de autoensamblaje, una red de millones de nanointerruptores interconectados aleatoriamente. Al hacer pasar corriente en diversos canales 'sensoriales' los circuitos se adaptan al paso de estas corrientes y 'aprenden' de la misma forma que las neuronas. Su trabajo podría revolucionar la forma en que se construirán los próximos cerebros electrónicos, cerebros que podrán aprender y tal vez igualar o incluso superar la capacidad de aprendizaje del cerebro humano.

En mi opinión

Aparte de la descripción de la nanotecnología que se está desarrollando con varias posibles aplicaciones, el documental plantea una serie de dudas sobre el impacto que podrían tener en la sociedad, y algunos de los comentarios son algo pesimistas y deprimentes.

Que la tecnología puede tener consecuencias negativas ya lo descubrió el primero que descubrió el fuego, pero los problemas no los trae la tecnología sino las personas que la utilizan de forma indebida.

Las aplicaciones tecnológicas aquí mostradas son muy prometedoras, y es evidente que en malas manos podrían ser usadas con malos fines, pero en manos normales, que afortunadamente son la mayoría, supondrán, ya suponen, grandes beneficios para la humanidad.

¿Es mejor renunciar a los beneficios de una tecnología por el riesgo de que algunos pocos puedan utilizarla con malos fines? ¿Deberíamos renunciar a los coches para evitar que algunos los conviertan en tanques? ¿Y al hierro de los arados para evitar que algunos lo conviertan en espadas?

Ver Ficha de El Mejor de los Mundos de la serie Nanotecnologías: La Revolución Invisible

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