Aplicaciones de la nanotecnologia
La nanotecnología ya desarrolla polímeros para crear nuevos plásticos, nylon y resinas con más prestaciones y propiedades mecánicas. En poco tiempo, las armadoras de autos podrán experimentar con superficies que no necesitan pintura y autos que pueden auto mantenerse
Se habla desde entonces de dos vertientes para su desarrollo: el estudio de nanotecnología en sí, y la investigación en tecnologías habilitadoras en torno a la creación de ensambladoras de maquinaria a escala manométrica. La investigación es ahora puramente teórica y se centra en las ingenierías nanomecánica y nanoeléctrica. Pero también incluye el estudio de sistemas complejos como replicadores, ensambladores y nanocomputadoras.
La idea de estos proyectos nanotecnológicos no sólo busca ubicar a los átomos en lo individual, sino montar máquinas moleculares capaces de crear, átomo por átomo, todo lo que nos rodea o lo que deseemos tener en el futuro. En las palabras del propio Drexler: “Puestos en orden de una manera, los átomos componen aire, tierra, agua. Con otro diseño, los átomos forman unas fabulosas fresas frescas”.
Se podría pensar en desacelerar el proceso de envejecimiento o en regresar a la juventud por obra y gracia del reacomodo de las moléculas que nos configuran.
Han trascendido hazañas como la implantación de “nanobombas” de insulina y nuevas terapias genéticas, mientras se registran avances en prótesis y nuevos nanomateriales.
En un futuro inmediato se podrán diseñar edificios cinco veces más altos capaces de soportar cargas cinco veces mayores, y que no se fracturan ante un sismo”. Anticipa que habrá “construcciones cuyas paredes y pisos cambiarán de color conforme la luz del sol varia de tono”, y “muros divisorios transparentes durante el día y opacos por la noche”.
También dijo que vamos a ver pasar por las avenidas “casas de dos pisos remolcadas por un pequeño vehículo para cambiar de ubicación, gracias a su ligereza”.
Se habla desde entonces de dos vertientes para su desarrollo: el estudio de nanotecnología en sí, y la investigación en tecnologías habilitadoras en torno a la creación de ensambladoras de maquinaria a escala manométrica. La investigación es ahora puramente teórica y se centra en las ingenierías nanomecánica y nanoeléctrica. Pero también incluye el estudio de sistemas complejos como replicadores, ensambladores y nanocomputadoras.
La idea de estos proyectos nanotecnológicos no sólo busca ubicar a los átomos en lo individual, sino montar máquinas moleculares capaces de crear, átomo por átomo, todo lo que nos rodea o lo que deseemos tener en el futuro. En las palabras del propio Drexler: “Puestos en orden de una manera, los átomos componen aire, tierra, agua. Con otro diseño, los átomos forman unas fabulosas fresas frescas”.
Se podría pensar en desacelerar el proceso de envejecimiento o en regresar a la juventud por obra y gracia del reacomodo de las moléculas que nos configuran.
Han trascendido hazañas como la implantación de “nanobombas” de insulina y nuevas terapias genéticas, mientras se registran avances en prótesis y nuevos nanomateriales.
En un futuro inmediato se podrán diseñar edificios cinco veces más altos capaces de soportar cargas cinco veces mayores, y que no se fracturan ante un sismo”. Anticipa que habrá “construcciones cuyas paredes y pisos cambiarán de color conforme la luz del sol varia de tono”, y “muros divisorios transparentes durante el día y opacos por la noche”.
También dijo que vamos a ver pasar por las avenidas “casas de dos pisos remolcadas por un pequeño vehículo para cambiar de ubicación, gracias a su ligereza”.
Nanotecnologia
La nanotecnología permitirá manejar átomos y moléculas con absoluta precisión. Cabe mencionar que los cuatro grupos de sólidos presentes en la naturaleza, metales, cerámicas, semiconductores y polímeros, están siendo tratados según este proceso y ya se han obtenido metales cinco veces mas resistentes que los naturales, cerámicas que no se rompen, materiales que cambian de color según el espectro de luz sobre su superficie, y que se vuelven en algunos casos totalmente transparentes.
También hay semiconductores 300 veces más eficientes que los utilizados en la electrónica convencional. La empresa NTC comercializa ahora una línea de producción que abarca materiales abrasivos, catalizadores, cosméticos, magnéticos, pigmentos y recubrimientos, componentes electrónicos y cerámicas estructurales.
Hablamos de moléculas “engranadas”mecánicamente, con las que se han diseñado los motores moleculares, los interruptores nanoscópicos o sistemas de almacenamiento de la información a escala atómica. Se trata, principalmente, de los catenanos, los “nudos “(del inglés knots) y los rotaxanos, formados por anillos o macrociclos entrelazados atravesados por un “hilo” en línea recta y que se pueden “ensamblar” entre sí.
Los macrociclos protegen al hilo molecular central como una funda que los preserva de agentes externos. Así, según los mismos autores, se consigue obtener pigmentos fotorresistentes, con la posibilidad adicional de obtener hilos más largos, estables, que pueden usarse como “cables” moleculares.
El catenano se mantiene íntegro porque los dos anillos están entrelazados, como los eslabones de una cadena, y al igual que estos, no pueden ser separados sin romper al menos uno de ellos.Esto añade un grado de libertad rotacional no asequible a otros sistemas, lo que puede encontrar aplicación en el desarrollo de nano-dispositivos como los nuevos sistemas de almacenaje de información, las computadoras moleculares.
Nanocomputadoras electrónicas químicamente ensambladas (CAEN).Los científicos de los laboratorios Hewlett-Packard en Palo Alto, California y en la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) están desarrollando computadoras muy, muy pequeñas. Tanto como que una de ellas cabría en un grano de arena. Estas nuevas computadoras son, en realidad, moléculas.
Computadoras moleculares.
Nanocomputadoras electrónicas químicamente ensambladas (CAEN)Los científicos de los laboratorios Hewlett-Packard en Palo Alto, California y en la Universidad de California en Los Angeles (UCLA) están desarrollando computadoras muy, muy pequeñas. Tanto como que una de ellas cabría en un grano de arena. Estas nuevas computadoras son, en realidad, moléculas.
Los científicos también están tratando de crear cables más pequeños para ser usados con estas nuevas moléculas. Han estirado tubos de carbono hasta formar hilos delgados de un nanómetro de ancho. Diez mil veces más finos que un cabello, son el resultado del arrollamiento de capas de átomos de carbono distribuidos en el espacio según la estructura hexagonal típica de su sistema cristalino. Descubiertos en 1991 por un investigador de la NEC, estarían destinados a ser conectores a escala atómica en dispositivos electrónicos.Los científicos planean introducir capas de moléculas de rotaxano en el interior de computadoras ultra potentes. Las nuevas computadoras serán muchos más pequeños y 100 billones de veces más rápidas que las que usamos en la actualidad. También serán más económicas. Se llaman "nanocomputadoras electrónicas químicamente ensambladas" y sus siglas en inglés son CAEN
Uno de los grandes retos a los que se enfrentan los científicos en la actualidad es que cada molécula de rotaxano sólo puede ser usada una vez. Por ello, sirve únicamente para almacenar información en la memoria de sólo lectura o memoria ROM (read-only memory). Un ejemplo de memoria ROM es la utilizada para guardar en soporte CD-ROM una enciclopedia. Puede ser leída pero no modificada.
La molécula de rotaxano no puede ser usada para almacenar datos en la memoria de la computadora que se cambia una y otra vez: la memoria de acceso aleatorio usada en procesadores de texto o memoria RAM (random-access memory). Los científicos están tratando de desarrollar una molécula que pueda utilizarse cuantas veces sea necesario.
Estas computadoras microscópicas, incorporadas por ejemplo al torrente sanguíneo de una persona, podrían identificar bacterias que no son mayores que ellas. Así se conocerían los fármacos específicos para combatir infecciones. Una entre miles de posibilidades.
Phil Kuekes es un arquitecto de computadoras Hewlett-Packard y un investigador de CAEN. "Eventualmente", dice, "las computadoras serán tan pequeñas que ni siquiera las notaremos. La computadora no estará solamente en tu reloj de pulsera; estará en las fibras de tu ropa".
Es probable que en un plazo de tiempo más cercano a nosotros de lo que imaginamos se fabriquen chips de 50 átomos de ancho, si bien las leyes de la física impiden que el método tradicional de impresión del transistor por la luz pueda llegar a operar a escala menor.
La razón: es sabido que los ordenadores sólo entienden la lógica binaria, es decir, los valores 0 ó 1, llamados bits, que no es más que un convenio sobre si pasa o no corriente eléctrica. Los bits a su vez se agrupan en bytes, y se codifican de manera especial para dar lugar a los lenguajes de programación. Los programadores utilizan estos lenguajes para crear los programas, con los que dan instrucciones al ordenador sobre lo que tiene que hacer. A continuación, dichos programas se traducen al lenguaje binario o código máquina, que es el único que entiende el ordenador. Desde un punto de vista físico, el valor 0 o 1 de un BIT se procesa en el ordenador mediante un interruptor de apagado o encendido. Estos interruptores son los conocidos transistores de tipo MOS (Metal Oxide Semiconductor) donde una corriente de electrones se conduce a través de una “puerta”que permite el paso desde el óxido (aislante) al metal (silicio, semiconductor). Idea clave de los chips: estos transistores se almacenan en circuitos integrados (integran en la misma pieza de semiconductor todos los componentes de un circuito eléctrico: transistores, diodos, resistencias, condensadores, etc.
La capacidad de memoria y la velocidad se potenciarán cuando la simultaneidad de estados y el entrelazamiento se dominen. Así, por ejemplo, los grandes sistemas de cifrado y descifrado de mensajes, basados en operaciones matemáticas sencillas pero muy largas y repetitivas, se verán acortados radicalmente en el tiempo. El microprocesador cuántico reduciría los pasos en el tratamiento de la información, aunque todavía es pronto para cotejar datos tangibles.
Así pues, los dispositivos de memoria molecular podrían ofrecer una capacidad de almacenamiento muy superior a la de los ordenadores actuales y a mucho menor costo. Los actuales dispositivos micro eléctricos de silicio tienen un tamaño mínimo de 180 nanómetros, más o menos una milésima del grosor de un cabello. Pero en la electrónica molecular los componentes más pequeños pueden llegar a reducirse a un solo nanómetro, lo que permitiría tener más de mil procesadores en el espacio que ahora ocupa uno solo de los actuales.
Sin embargo, todavía queda mucho camino hasta llegar a ensamblar un microordenador con estas moléculas.
También hay semiconductores 300 veces más eficientes que los utilizados en la electrónica convencional. La empresa NTC comercializa ahora una línea de producción que abarca materiales abrasivos, catalizadores, cosméticos, magnéticos, pigmentos y recubrimientos, componentes electrónicos y cerámicas estructurales.
Hablamos de moléculas “engranadas”mecánicamente, con las que se han diseñado los motores moleculares, los interruptores nanoscópicos o sistemas de almacenamiento de la información a escala atómica. Se trata, principalmente, de los catenanos, los “nudos “(del inglés knots) y los rotaxanos, formados por anillos o macrociclos entrelazados atravesados por un “hilo” en línea recta y que se pueden “ensamblar” entre sí.
Los macrociclos protegen al hilo molecular central como una funda que los preserva de agentes externos. Así, según los mismos autores, se consigue obtener pigmentos fotorresistentes, con la posibilidad adicional de obtener hilos más largos, estables, que pueden usarse como “cables” moleculares.
El catenano se mantiene íntegro porque los dos anillos están entrelazados, como los eslabones de una cadena, y al igual que estos, no pueden ser separados sin romper al menos uno de ellos.Esto añade un grado de libertad rotacional no asequible a otros sistemas, lo que puede encontrar aplicación en el desarrollo de nano-dispositivos como los nuevos sistemas de almacenaje de información, las computadoras moleculares.
Nanocomputadoras electrónicas químicamente ensambladas (CAEN).Los científicos de los laboratorios Hewlett-Packard en Palo Alto, California y en la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) están desarrollando computadoras muy, muy pequeñas. Tanto como que una de ellas cabría en un grano de arena. Estas nuevas computadoras son, en realidad, moléculas.
Computadoras moleculares.
Nanocomputadoras electrónicas químicamente ensambladas (CAEN)Los científicos de los laboratorios Hewlett-Packard en Palo Alto, California y en la Universidad de California en Los Angeles (UCLA) están desarrollando computadoras muy, muy pequeñas. Tanto como que una de ellas cabría en un grano de arena. Estas nuevas computadoras son, en realidad, moléculas.
Los científicos también están tratando de crear cables más pequeños para ser usados con estas nuevas moléculas. Han estirado tubos de carbono hasta formar hilos delgados de un nanómetro de ancho. Diez mil veces más finos que un cabello, son el resultado del arrollamiento de capas de átomos de carbono distribuidos en el espacio según la estructura hexagonal típica de su sistema cristalino. Descubiertos en 1991 por un investigador de la NEC, estarían destinados a ser conectores a escala atómica en dispositivos electrónicos.Los científicos planean introducir capas de moléculas de rotaxano en el interior de computadoras ultra potentes. Las nuevas computadoras serán muchos más pequeños y 100 billones de veces más rápidas que las que usamos en la actualidad. También serán más económicas. Se llaman "nanocomputadoras electrónicas químicamente ensambladas" y sus siglas en inglés son CAEN
Uno de los grandes retos a los que se enfrentan los científicos en la actualidad es que cada molécula de rotaxano sólo puede ser usada una vez. Por ello, sirve únicamente para almacenar información en la memoria de sólo lectura o memoria ROM (read-only memory). Un ejemplo de memoria ROM es la utilizada para guardar en soporte CD-ROM una enciclopedia. Puede ser leída pero no modificada.
La molécula de rotaxano no puede ser usada para almacenar datos en la memoria de la computadora que se cambia una y otra vez: la memoria de acceso aleatorio usada en procesadores de texto o memoria RAM (random-access memory). Los científicos están tratando de desarrollar una molécula que pueda utilizarse cuantas veces sea necesario.
Estas computadoras microscópicas, incorporadas por ejemplo al torrente sanguíneo de una persona, podrían identificar bacterias que no son mayores que ellas. Así se conocerían los fármacos específicos para combatir infecciones. Una entre miles de posibilidades.
Phil Kuekes es un arquitecto de computadoras Hewlett-Packard y un investigador de CAEN. "Eventualmente", dice, "las computadoras serán tan pequeñas que ni siquiera las notaremos. La computadora no estará solamente en tu reloj de pulsera; estará en las fibras de tu ropa".
Es probable que en un plazo de tiempo más cercano a nosotros de lo que imaginamos se fabriquen chips de 50 átomos de ancho, si bien las leyes de la física impiden que el método tradicional de impresión del transistor por la luz pueda llegar a operar a escala menor.
La razón: es sabido que los ordenadores sólo entienden la lógica binaria, es decir, los valores 0 ó 1, llamados bits, que no es más que un convenio sobre si pasa o no corriente eléctrica. Los bits a su vez se agrupan en bytes, y se codifican de manera especial para dar lugar a los lenguajes de programación. Los programadores utilizan estos lenguajes para crear los programas, con los que dan instrucciones al ordenador sobre lo que tiene que hacer. A continuación, dichos programas se traducen al lenguaje binario o código máquina, que es el único que entiende el ordenador. Desde un punto de vista físico, el valor 0 o 1 de un BIT se procesa en el ordenador mediante un interruptor de apagado o encendido. Estos interruptores son los conocidos transistores de tipo MOS (Metal Oxide Semiconductor) donde una corriente de electrones se conduce a través de una “puerta”que permite el paso desde el óxido (aislante) al metal (silicio, semiconductor). Idea clave de los chips: estos transistores se almacenan en circuitos integrados (integran en la misma pieza de semiconductor todos los componentes de un circuito eléctrico: transistores, diodos, resistencias, condensadores, etc.
La capacidad de memoria y la velocidad se potenciarán cuando la simultaneidad de estados y el entrelazamiento se dominen. Así, por ejemplo, los grandes sistemas de cifrado y descifrado de mensajes, basados en operaciones matemáticas sencillas pero muy largas y repetitivas, se verán acortados radicalmente en el tiempo. El microprocesador cuántico reduciría los pasos en el tratamiento de la información, aunque todavía es pronto para cotejar datos tangibles.
Así pues, los dispositivos de memoria molecular podrían ofrecer una capacidad de almacenamiento muy superior a la de los ordenadores actuales y a mucho menor costo. Los actuales dispositivos micro eléctricos de silicio tienen un tamaño mínimo de 180 nanómetros, más o menos una milésima del grosor de un cabello. Pero en la electrónica molecular los componentes más pequeños pueden llegar a reducirse a un solo nanómetro, lo que permitiría tener más de mil procesadores en el espacio que ahora ocupa uno solo de los actuales.
Sin embargo, todavía queda mucho camino hasta llegar a ensamblar un microordenador con estas moléculas.
