Una nanomáquina de escribir




En 1989, unos físicos del Centro de Investigación de Almaden de la empresa IBM, ubicado en San José, California, sorprendieron al mundo científico al usar un microscopio de sonda vibrátil para mover unas serie de átomos de xenón sobre una superficie de níquel, escribiendo una versión microscópica del logo de IBM. Aunque el experimento demostró que se podían construir cosas a nanoescala, no dejaba de ser una experiencia exótica y única, que requería un microscopio fabricado a propósito, una habitación especial a prueba de vibraciones y un ambiente de temperaturas alrededor de los -270 grados centígrados, sólo unos grados por encima del cero absoluto.



Pero sólo diez años después se ha creado el AFM, sigla de Atomic Force Microscope. Este instrumento está cambiando la manera en que los científicos interactúan con la materia en pequeña escala.



Dentro de la cámara del AFM, de un modo invisible al ojo normal, los extremos de unas delgadísimas agujas se introducen en un substrato de moléculas orgánicas, luego estas agujas, afiladas hasta tener sólo unos átomos de ancho en la punta, escriben palabras de sólo una decena de nanómetros de ancho. El proceso funciona basándose en que las moléculas orgánicas, tal como la tinta en una lapicera fuente, fluyen desde el extremo de la aguja a la superficie de escritura, hecha de oro. Incluso tienen la posibilidad de usar distinto tipos de "tintas" y de cambiarlas en un momento. Para tener una idea de la escala de la escritura resultante digamos que, con la ampliación óptica que se necesita para leer esas letras, una línea escrita por un bolígrafo se vería de más de un kilómetro de ancho.



Para dar un poco de espectáculo, que para los yanquis nunca viene mal, usaron un AFM provisto con un conjunto de ocho agujas para escribir en menos de 10 minutos una página completa de un famoso texto que el físico Richard Feynman concibió en 1960, en un impresionante y certero acto de predicción, sobre las posibilidades de la nanotecnología.



Y todo eso a temperatura ambiente.



Esa fue sólo una prueba. El sistema no está pensado para escribir, por lo menos no en el sentido convencional que le damos a la palabra. Este sistema de litografía puede convertirse en una rápida solución para manufacturar nanocomponentes, desde microelectrónica a chips ADN (usados en genética) más rápidos y densos. Puede ser en la manera de producir nanoestructuras de manera masiva. Y puede ser el primer paso en la evolución de las herramientas que se necesitarán para fabricar nanomáquinas que luego sean capaces de hacer copias de sí mismas y construir otras: los nano robots.



Los nano robots:



Los nano robots ya han sido explotados en la CF y las aplicaciones propuestas pasan por ítems difíciles de imaginar unas décadas atrás: Mantenimiento del cuerpo por dentro, reparación y recableado de tejido cerebral a control remoto, reparaciones corporales (arterias, cristalino, oído, órganos internos, tumores) sin necesidad de operación.



La tecnología aún está lejos de producirlos, pero, como en el campo de la Inteligencia Artificial, es una cuestión tan complicada y tan difícil que se avanza en diversos frentes. Una de la áreas sería la tratada en el bloque anterior: las herramientas; ya dimos una idea de cómo es una de las propuestas más concretas. Pero con carrocería solamente no se puede funcionar, también se requiere control, y aquí entra un mundo diferente al de los sensores nanoscópicos, las matrices de tamaños de nanómetros y las moléculas gigantes: la computación a nivel de la nanotecnología. Hace años que se diseñan compuertas lógicas mecánicas compuestas de unos pocos átomos y parecería que sólo se esperan las herramientas necesarias para construirlas. El panorama no es tan simple, pero existen innumerables laboratorios trabajando en la "inteligencia" nanométrica. Y ya hay algunos anuncios.



Memoria:



En un laboratorio de IBM en Zurich, uno de los que ayudaron en la invención de aquel microscopio AFM de 1986, se trabaja en la miniaturización a nivel nanómetro del registro de datos. El sistema de almacenamiento se basa en un conjunto de 1024 agujas de AFM en una matriz cuadrada que pueden escribir bits de información de no más de 50 nanómetros de diámetro. El mismo conjunto es capaz luego de leer la información e incluso reescribirla.



La capacidad de guardar información a esa escala es una noticia excitante para el mercado, pues multiplica inmensamente la cantidad de información que se puede almacenar en un área determinada. El mejor sistema actual de registro, basado en la memoria magnética, puede guardar alrededor de dos gigabits por centímetro cuadrado; los físicos creen que el límite físico de la capacidad este sistema —no alcanzado aún— es de alrededor de 12 gigabits por centímetro cuadrado. El sistema de matriz de agujas descripto más arriba, bautizado "Millipede" (Miriápodo, por tener mil patas), ofrece 35 gigabits por centímetro cuadrado (y hasta 80 gigabits si se utiliza una aguja única) y es capaz de hacerlo a la velocidad de los artefactos magnéticos actuales. Con unidades de almacenamiento provistas de matrices gigantescas, con millones de agujas, se puede lograr un almacenamiento en el orden de los terabytes, algo así como 40 veces lo que está disponible hoy comercialmente.



Computadoras ubicuas:



La miniaturización a nivel nanométrico apunta a la inserción de potentes computadoras en relojes de pulsera y teléfonos celulares que posean algo que hoy no tienen: un disco rígido. Se supone que la tecnología del "Miriápodo" proveerá de discos rígidos de una capacidad en el orden de los gigabytes y de un tamaño de un centímetro cuadrado. Una de las cosas más importantes es que este nanodrive de tecnología AFM requerirá mucho menos energía para su operación que los de tecnología magnética, un factor extremadamente crítico en los productos portátiles.



Exploración espacial: sondas autorreproductoras:



Si bien los logros en el rubro de la autoconstrucción son mínimos, algunos laboratorios han demostrado, por ejemplo, que cubriendo la superficie de una placa de base (hoy se usa oro) con una pegajosa capa de material orgánico se logra, bajo las condiciones apropiadas, lograr que miles de estas placas se acomoden por sí solas para formar estructuras tridimensionales. Esto parece caótico y anárquico por definición, sin embargo, en la Universidad de Harvard han logrado crear un circuito electrónico relativamente funcional usando una técnica similar.



En la Universidad de Texas en Austin, un científico ha buscado, entre millones de proteínas, aquellas capaces de reconocer y unir diferentes tipos de materiales inorgánicos. Se ha fundado ya una compañía, Semzyme, que busca crear una "biblioteca" de bloques de construcción mediados por proteínas.



En la Universidad de California, en la Universidad Yale de Los Angeles, en la Universidad Rice y en Hewlett-Packard se avanza en el desarrollo de computadoras moleculares auto-construidas.



En la web se puede encontrar un proyecto de la NASA relativo a las sondas basadas en sistemas autorreproductores. Es un plan que se lanzó hace más de veinte años para lograr que, en lugar de enviar la totalidad del equipamiento necesario para una exploración desde la Tierra, lo cual significa muchas toneladas puestas en el espacio, se envíen solamente ciertos robots capaces de construir el resto del equipamiento a partir de la materia prima extraída del lugar de aterrizaje. La NASA no pensó concretamente en nanotecnología, pero los científicos de este área creen que será la única tecnología capaz de superar los problemas que presenta el proyecto, especialmente el de conseguir, reconocer y extraer los materiales necesarios para la construcción. Es un tema tan interesante que dejo su desarrollo para un próximo Tecno Núcleo.



Medicina:



En la industria de medicamentos se busca lograr, por medio de nanotecnología, lo que logra en cada instante nuestro cuerpo y el de millones de seres vivos sobre el mundo, pero en condiciones controladas de laboratorio: la construcción átomo a átomo de moléculas complejas que hacen a las funciones primordiales de la vida (como la insulina, por dar un ejemplo). El logro de este objetivo sería un inmenso avance para la medicina, pues simplificaría los procesos necesarios para obtener las complejas drogas que componen hoy los medicamentos y pondría al alcance de la ciencia una enormidad de proyectos hoy imposibles.



Aprovechamiento máximo de la energía solar:



En Texas, estado de EEUU donde tienen el problema de que consumen gran cantidad de energía, proponen construir por medio de nanotecnología ciertos artefactos (que no se describen) capaces de atrapar cada fotón que les llega y así lograr un aprovechamiento muy eficiente de la energía solar. Estos colectores solares serían capaces de atrapar los fotones en unas nanoestructuras de escala menor que la longitud de onda de la luz solar, que es de entre 400 y 1000 nanómetros. El sistema de almacenaje funcionará como un capacitor (que almacena electrones), pero retendrá en su interior a los fotones.



Conclusiones:



La nanotecnología es, evidentemente, por lo que pude mostrar, un área en la que se está aún en pañales. Pero los que leemos material de tecnología sabemos que cuando se empieza a saber a nivel de divulgación de proyectos como los descriptos en este artículo, suele haber muchos más en las sombras que no se dan a conocer por razones de protección industrial, resguardo de ideas y razones estratégicas de estado. La Ciencia Ficción nos ha mostrado la nanotecnología en las dos últimas décadas —aunque algunos pioneros lo hicieron antes—como una especie de magia moderna del futuro, aunque lo mágico es que en la mayoría de los casos las ideas que los escritores presentaron fueron analizadas y pensadas con total racionalidad. Y son posibles. Es decir, no es la magia de un libro de Fantasía, porque han imaginado los mecanismos que serían capaces de lograr esas cosas, aunque la tecnología aún no sea capaz de fabricarlos. Una actitud típica de la más rancia CF... aunque los resultados de estas especulaciones son a veces dignos de un Merlín, o un Gandalf, o el viejo y conocido Mandrake de la cultura popular, sorprendidos en el mejor de sus momentos.