La nanotecnologia, els més petits

2000/11/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Nanoteknologia

En la naturalesa hi ha molts exemples de nanomecanismos. Potser el més destacat són els catalitzadors naturals de les reaccions químiques, entre els quals es troben els enzims. Són gegants en el món de les molècules, però tenen una longitud màxima de 200 nanòmetres. Són molècules de gran especificitat, és a dir, cadascuna té un paper únic i específic. Estan dissenyats per a respondre a la necessitat química i geomètrica d'una reacció. D'aquesta manera no es produeixen errors. Aquestes "màquines" estan planificades atòmicament. No és d'estranyar que la vida estigui basada en aquesta mena de nanomecanismos concrets.

Un altre exemple bonic és el de la fotosíntesi. És un mecanisme molecular de captació de raigs de llum. La protagonista és una antena parabòlica nanoscópica anomenada clorofil·la. L'antena és una molècula de porfirina, amb l'àtom de magnesi central que rep els electrons excitats per la llum. Aquesta estructura està associada a unes membranes internes de cèl·lules de cloroplastos mitjançant una branca molecular llarga. La màquina dissenyada per la naturalesa és totalment eficient. Pot convertir-se en un exemple per a l'ésser humà. Per què no?

Per sota de la microtecnología

Per a poder fer un utillatge cada vegada més petit és necessari un bon estudi dels materials. I és que en els últims anys la limitació del petit ha despertat l'atenció dels físics. Les coses estan fetes de molècules. Molècules per àtoms. Àtoms amb electrons, neutrons i protons. Aquests quarkez. És difícil dir si l'anàlisi de l'estructura de la matèria acabarà alguna vegada. Però per a la tecnologia, de moment, el límit són els àtoms i les molècules. Per a això hi ha una raó clara. Els àtoms i molècules són les subunitats més petites per a elaborar matèria estable. En 1990 Jerome I. El físic Friedman va rebre el premi Nobel per demostrar la naturalesa dels quarks. En la seva opinió, el límit de la tecnologia serà l'àtom durant molt de temps, per a anar als següents passos, perquè l'energia és molt diferent. El maneig de partícules més petites requereix molta energia.

Nanos significa grec –imi–o. En ciència s'utilitza el prefix nano per a expressar la part de mil milions d'alguna cosa. Per exemple, si un litre es divideix en mil milions de fraccions, cada part és un nanolitro. I si en lloc d'un litre fem el mateix amb un metre, obtindrem nanòmetres. El nanòmetre és una mesura de gran importància per a físics i químics, ja que la grandària de moltes molècules és aproximadament d'un nanòmetre. La nanotecnologia implica el disseny de màquines de la grandària d'àtoms i molècules. Per tant, per a la fabricació de nanomisiones és necessari visualitzar i moure els àtoms i molècules de manera individual.

Mecànica exacta insuficient

Aquesta és la principal dificultat de la nanotecnologia. Les lleis físiques que governen els àtoms i les molècules són les de la mecànica quàntica. L'instrument necessari per a situar un sol àtom en un lloc apropiat ha d'estar basat en lleis quàntiques. Aquesta màquina va ser ideada en 1981 pels físics Gerd Binning i Heinrich Rohrer del laboratori d'IBM. (veure Elhuyar Zientzia eta Teknika, número juny 2000, pàgina 13).

Es tracta del microscopi d'efecte túnel (Scanning Tunnel Microscope, STM). Per aquest invent va rebre el premi Nobel en 1986. De la mateixa base física, els científics van inventar altres eines. A partir de llavors, els físics van veure els àtoms i van aprendre a moure's a poc a poc. De fet, en l'actualitat s'està desenvolupant en la Universitat de Carolina del Nord una eina anomenada "nanomaneiadora", que pot moure àtoms en temps real. Una altra tècnica interessant per a la formació de nanoestructuras és l'epitàxia del feix molecular (Molecular Beam Epitaxy, MBE). Aquesta tècnica genera capes d'un sol àtom o molècula de gruix sobre una superfície. D'aquesta forma es poden obtenir nanotransistores mitjançant la col·locació de capes de materials semiconductors. Potser també es poden obtenir molècules. Existeix la possibilitat d'introduir milions de transistors en un xip d'avui, però no sabem quant multiplicarà la nanotecnologia.

Nou nanogiro del nostre entorn

De la mà dels nanotransistores arribarà la primera revolució informàtica. De fet, en l'empresa Intel aquesta tècnica s'està utilitzant en nous microprocessadors (que haurien de denominar-se nanoprocesadores). El progrés consisteix tant en la capacitat d'acumulació com en la rapidesa. Els ordinadors seran més petits, econòmics i potents. Al costat d'ells es desenvoluparan tots aquells que incorporin sistemes electrònics i emetin senyals electromagnètics.

En medicina també es notaran els avantatges de la nanotecnologia en moltes aplicacions. Les superfícies d'interacció amb el cos, com els trasplantaments, es podran dissenyar a nivell atòmic. Les eines de diagnòstic també han començat a sortir al mercat. A l'abril d'enguany es va presentar una cambra de la grandària d'una píndola. La ingestió d'aquesta cambra permet realitzar una revisió mèdica del tub digestiu. Aquesta cambra és probablement pionera en les eines que els metges utilitzaran pròximament.

També en els processos industrials la nanotecnologia podria aportar grans novetats. Per exemple, les reaccions químiques a través de la catàlisi poden ser més precises, ja que el catalitzador es pot dissenyar a nivell atòmic. D'aquesta forma, el rendiment de les reaccions augmentarà i els residus desapareixeran en gran manera. Seria un pas important per a la indústria sense fum.

L'estat dels materials pot ser controlat a nivell molecular. Per exemple, es podran detectar possibles esquerdes o problemes de corrosió en el formigó per a predir les febleses de l'edifici. D'altra banda, es disposarà de tècniques per a reforçar aquests materials. En general, es buscarà una solució al repte que les coses siguin irrompibles.

Aquest repte també és imprescindible en l'àmbit dels vehicles. A més, diverses empreses estan estudiant a nivell teòric el disseny de motors moleculars. Les preocupacions tradicionals de la indústria de l'automòbil poden ser abordades des d'una nova perspectiva. Entre altres, es dissenyaran vehicles més lleugers per a moure's per terra, aire o aigua i que requereixin menys combustible. També es parla de dispositius capaços de resoldre's.

Tot això no sols es veurà en aplicacions industrials. També és un tema que agita l'electrodomèstics. El que usem ara diàriament serà més lleuger, millor i més sostenible en un futur pròxim. Però s'espera que la nanotecnologia inventi i desenvolupi nous conceptes. Qui sap el que s'inventarà... Es pot dir, no obstant això, que és la principal font d'inspiració, com sempre ha ocorregut, el disseny de la naturalesa. Per exemple, l'obtenció de la fotosíntesi artificial pot suposar una gran revolució en el camp de l'energia.

És difícil predir on ens pot portar la nanotecnologia. Canvia de vida. Hem vist el límit del petit, però encara no hem fet més que començar a explotar-lo. Tal vegada, des del moment en què la nanotecnologia sigui considerada normal, el fet que les eines siguin més petites no sigui la nostra preocupació.