A nanotecnoloxía, os máis pequenos

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

• Nanoteknologia

Na natureza hai moitos exemplos de nanomecanismos. Quizá o máis destacado son os catalizadores naturais das reaccións químicas, entre os que se atopan as encimas. Son xigantes no mundo das moléculas, pero teñen una lonxitude máxima de 200 nanómetros. Son moléculas de gran especificidad, é dicir, cada una ten un papel único e específico. Están deseñados paira responder á necesidade química e xeométrica dunha reacción. Desta maneira non se producen erros. Estas máquinas "" están planificadas atómicamente. Non é de estrañar que a vida estea baseada neste tipo de nanomecanismos concretos.

Outro exemplo bonito é o da fotosíntesis. É un mecanismo molecular de captación de raios de luz. A protagonista é una antena parabólica nanoscópica chamada clorofila. A antena é una molécula de porfirina, co átomo de magnesio central que recibe os electróns excitados pola luz. Esta estrutura está asociada a unhas membranas internas de células de cloroplastos mediante unha rama molecular longa. A máquina deseñada pola natureza é totalmente eficiente. Pode converterse nun exemplo paira o ser humano. Por que non?

Por baixo da microtecnología

Paira poder facer un utillaje cada vez máis pequeno é necesario un bo estudo dos materiais. E é que nos últimos anos a limitación do pequeno espertou a atención dos físicos. As cousas están feitas de moléculas. Moléculas por átomos. Átomos con electróns, neutróns e protones. Estes quarkez. É difícil dicir se a análise da estrutura da materia terminará algunha vez. Pero paira a tecnoloxía, de momento, o límite son os átomos e as moléculas. Paira iso hai una razón clara. Os átomos e moléculas son as subunidades máis pequenas paira elaborar materia estable. En 1990 Jerome I. O físico Friedman recibiu o premio Nobel por demostrar a natureza dos quarks. Na súa opinión, o límite da tecnoloxía será o átomo durante moito tempo, paira ir aos seguintes pasos, porque a enerxía é moi diferente. O manexo de partículas máis pequenas require moita enerxía.

Nanos significa grego –imi–ou. En ciencia utilízase o prefixo nano paira expresar a parte de mil millóns de algo. Por exemplo, se un litro divídese en mil millóns de fraccións, cada parte é un nanolitro. E si en lugar dun litro facemos o mesmo cun metro, obteremos nanómetros. O nanómetro é una medida de gran importancia paira físicos e químicos, xa que o tamaño de moitas moléculas é aproximadamente dun nanómetro. A nanotecnoloxía implica o deseño de máquinas do tamaño de átomos e moléculas. Por tanto, paira a fabricación de nanomisiones é necesario visualizar e mover os átomos e moléculas de forma individual.

Mecánica exacta insuficiente

Esa é a principal dificultade da nanotecnoloxía. As leis físicas que gobernan os átomos e as moléculas son as da mecánica cuántica. O instrumento necesario paira situar un só átomo nun lugar apropiado debe estar baseado en leis cuánticas. Esta máquina foi ideada en 1981 polos físicos Gerd Binning e Heinrich Rohrer do laboratorio de IBM. (ver Elhuyar Zientzia eta Teknika, número xuño 2000, páxina 13).

Trátase do microscopio de efecto túnel (Scanning Tunnel Microscope, STM). Por este invento recibiu o premio Nobel en 1986. Da mesma base física, os científicos inventaron outras ferramentas. A partir de entón, os físicos viron os átomos e aprenderon a moverse aos poucos. De feito, na actualidade está a desenvolverse na Universidade de Carolina do Norte una ferramenta chamada "nanomaneiadora", que pode mover átomos en tempo real. Outra técnica interesante paira a formación de nanoestructuras é a epitaxia do fai molecular (Molecular Beam Epitaxy, MBE). Esta técnica xera capas dun só átomo ou molécula de espesor sobre unha superficie. Desta forma pódense obter nanotransistores mediante a colocación de capas de materiais semiconductores. Quizá tamén se poden obter moléculas. Existe a posibilidade de introducir millóns de transistores nun chip de hoxe, pero non sabemos canto vai multiplicar a nanotecnoloxía.

Novo nanogiro da nosa contorna

Da man dos nanotransistores chegará a primeira revolución informática. De feito, na empresa Intel esta técnica está a utilizarse en novos microprocesadores (que deberían denominarse nanoprocesadores). O progreso consiste tanto na capacidade de acumulación como na rapidez. Os computadores serán máis pequenos, económicos e potentes. Xunto a eles desenvolveranse todos aqueles que incorporen sistemas electrónicos e emitan sinais electromagnéticos.

En medicamento tamén se notarán as vantaxes da nanotecnoloxía en moitas aplicacións. As superficies de interacción co corpo, como os transplantes, poderanse deseñar a nivel atómico. As ferramentas de diagnóstico tamén comezaron a saír ao mercado. En abril deste ano presentouse una cámara do tamaño dunha pílula. A inxestión desta cámara permite realizar una revisión médica do tubo dixestivo. Esta cámara é probablemente pioneira nas ferramentas que os médicos utilizarán proximamente.

Tamén nos procesos industriais a nanotecnoloxía podería achegar grandes novidades. Por exemplo, as reaccións químicas a través da catálisis poden ser máis precisas, xa que o catalizador pódese deseñar a nivel atómico. Desta forma, o rendemento das reaccións aumentará e os residuos desaparecerán en gran medida. Sería un paso importante paira a industria sen fume.

O estado dos materiais pode ser controlado a nivel molecular. Por exemplo, poderanse detectar posibles gretas ou problemas de corrosión no formigón paira predicir as debilidades do edificio. Doutra banda, disporase de técnicas paira reforzar estes materiais. En xeral, buscarase una solución ao reto de que as cousas sexan irrompibles.

Este reto tamén é imprescindible no ámbito dos vehículos. Ademais, varias empresas están a estudar a nivel teórico o deseño de motores moleculares. As preocupacións tradicionais da industria do automóbil poden ser abordadas desde unha nova perspectiva. Entre outros, deseñaranse vehículos máis lixeiros paira moverse por terra, aire ou auga e que requiran menos combustible. Tamén se fala de dispositivos capaces de resolverse.

Todo isto non só se verá en aplicacións industriais. Tamén é un tema que axita os electrodomésticos. O que usamos agora a diario será máis lixeiro, mellor e máis sustentable nun futuro próximo. Pero se espera que a nanotecnoloxía invente e desenvolva novos conceptos. Quen sabe o que se inventará... Pódese dicir, con todo, que é a principal fonte de inspiración, como sempre ocorreu, o deseño da natureza. Por exemplo, a obtención da fotosíntesis artificial pode supor una gran revolución no campo da enerxía.

É difícil predicir onde nos pode levar a nanotecnoloxía. Cambia de vida. Vimos o límite do pequeno, pero aínda non fixemos máis que empezar a explotalo. Talvez, desde o momento en que a nanotecnoloxía sexa considerada normal, o feito de que as ferramentas sexan máis pequenas non sexa a nosa preocupación.