Nanotecnología: magia y futuro de lo pequeño, por Heinrich Rohrer y Nicolás García

strict warning: Only variables should be assigned by reference in /home/temakel/public_html/modules/links/links.inc on line 1121.

En la ilustración, un minisubmarino explora el interior del cuerpo humano.Existen caminos de la investigación científica cuyas proyecciones futuras, e incluso ya presentes, no pueden ser ignoradas. Es el caso de la nanotecnología, la investigación para la obtención de máquinas hiperpequeñas y el dominio del átomo. Como muchos momentos de la historia de la ciencia, la perspectiva de lo nanotecnológico es doble: la posibilidad de su nefasto uso en tecnologías bélicas destructivas o formas de espionaje, o su aplicación al mundo de la salud y la optimización tecnológica. Unos de los artículos que siguen a continuación pertenece a  Heinrich Rohrer (premio Nobel de Física y miembro del Laboratorio de Física de Sistemas Pequeños y Nanotecnología del CSIC), y a Nicolás García García, director de la institución recién mencionada. Aquí se esboza una breve introducción a la investigación nanotecnológica. Una forma de enlazar la capacidad de la imaginación con  las conquistas crecientes de la exploración científica.

Esteban Ierardo

 

 

 

NANOTECNOLOGÍA:  MAGIA Y FUTURO DE LO PEQUEÑO
Por Heinrich Rohrer y Nicolás García

 

   Bardeen, Brattain y Shockley hicieron, en 1948, el gran descubrimiento científico que ha cambiado la vida del siglo XX: el transistor. Cuando observaron el efecto no podían vislumbrar sus repercusiones. El transistor ha abierto el espacio a los humanos y nos ha hecho tener una vida más larga y llevadera. La medicina, por ejemplo, no sería lo que es sin el transistor. Bardeen, físico teórico, es el único premio Nobel doble en Física. Uno por el transistor (1956), y el otro por la teoría de la superconductividad (1972). El transistor es el paradigma más claro de cómo la ciencia y la tecnología van abrazadas.

Una gran invención es una idea genial, un inicio pequeñito con un imprevisible gran producto final. Que nadie piense que la tecnología puede desarrollarse sin el conocimiento profundo y científico que la sustenta. Es cierto que podemos ser copy cats (gatos copiadores), pero eso requiere empezar a copiar pronto y darse cuenta muy temprano de lo importante que es un hallazgo científico, lo cual resulta tan importante como hacer el descubrimiento. Esto es lo que hicieron los japoneses con el transistor, al vislumbrar su importancia y desarrollo futuro y comprar a los Bell Laboratories la patente, lanzándose a su desarrollo tecnológico.

La Sony fue, probablemente, la primera empresa que puso en el mercado una radio hecha con transistores en vez de válvulas. ¿Se imaginan ustedes un satélite espacial hecho de las antiguas válvulas?; ¿cuánto pesaría?, ¿cómo debería ser de grande? Imposible de poner en órbita. Los países que se lanzaron a la aventura de la integración de transistores, a la microelectrónica, con ventaja inicial, como Japón y EEUU, han marcado las pautas con una diferencia abismal.
Hoy en día el río que nos lleva nos hace soñar con ser grandes o, más que eso, gigantes. Pero en lo pequeño, lo individual y lo simple está la magia, lo gracioso, lo elegante y la belleza. La miniaturización, la microelectrónica, ha permitido el desarrollo tan fenomenal de las últimos décadas. La impetuosa marcha hacia lo pequeño continúa. Las perspectivas técnicas y financieras son enormes.

Pero la miniaturización no es suficiente, no crea perspectivas, y es claro que antes que después llegaremos al límite. Era necesaria la idea lanzada por el físico teórico Richard Feynman (Premio Nobel 1965), que inició una charla pidiendo que no le hablaran de micropositivas, ni de filminas, diciendo que quería saber cómo mover átomos y formar configuraciones distintas con ellos, ¡escribir con átomos! El único problema es que no tenía una visualización para llevar a cabo la tarea.
Gerd Binning y uno de nosotros, Heinrich Rohrer, hicieron en 1982 el descubrimiento que abrió el camino a un terreno con una fisonomía nueva. Descubrieron el microscopio de efecto túnel (Premio Nobel 1986). ¿Para qué puede servir esto? Para todo lo que se avecina y que sin duda va cambiar otra vez nuestras vidas y forma de pensar. Analizando la corriente cuando la punta se mueve paralelamente a la superficie, se pueden visualizar átomos como entidades independientes, uno por uno, no estadísticamente; pero además, y esto es lo importante y singular, se ven, palpándolos. El microscopio funciona en campo cercano, a una distancia de dos o tres átomos de la superficie. Después de él, y basándose más o menos en el mismo principio, se ha desarrollado otra serie de herramientas que tienen la precisión de trabajar en el nanómetro (la millonésima parte de un milímetro).

Vienen entonces la imaginación y la curiosidad científica: si podemos ver y palpar átomos al mismo tiempo, también los podemos manipular uno a uno. Podríamos escribir todo lo que se publica en España en un año en una superficie de sólo un centímetro cuadrado. ¿No les parece fantástico e impensable? Pues ya se ha hecho. Lo que ocurre es que escribir una letra con una punta cuesta días. No importa, integramos un millón de puntas en un chip de microelectrónica (proyecto milpies). Ya se ha hecho.

Podemos estirar proteínas y ADN y ver cuál es la magnitud de las fuerzas que las mantienen unidas. Y podemos manejar nanotubos y otras moléculas y macromoléculas. Queremos hacer un barco, un nanobarco, que entre en los vasos sanguíneos, detecte una enfermedad en estado precoz y deposite una cantidad de droga ínfima que la corrija localmente sin afectar a otras partes del organismo. Y queremos fabricar trillones de chips capaces de tomar un pigmento y pintar un barco paseándose por su superficie. Y podríamos....

Todo lo anterior nos permite integraciones de terabits (un billón de bits) por centímetro cuadrado, la memoria que tienen unos 200 ordenadores juntos. Y se puede conseguir en un chip del tamaño de un botón en un plazo de no más de cinco años.

Podría aplicarse a las memorias magnéticas, aunque se necesitan lectores magnéticos en el nanómetro. Nuestro laboratorio ha hecho patentes en este campo y está en la vanguardia de esta investigación con el desarrollo de nanocontactos magnéticos balísticos que presentan una gran magnetorresistencia a temperatura ambiente.

Hay que recordar que un ser humano tiene una memoria de un terabit. Una memoria así no sólo podrá almacenar datos, sino también analizarlos, seleccionarlos y tomar las decisiones más convenientes en un momento determinado. Esto es inteligencia. Con tal memoria será posible mantener conversaciones audiovisuales mientras paseamos o ver la televisión integrando un chip en el ojo. Un chino y un español podrían tener una conversación cada uno en su propio idioma. ¿Por qué no?

El cerebro humano no es sólo memoria, sino también interconexiones que permiten ser memoria y procesador al mismo tiempo. Pero esto es posible gracias al terabit de memoria que posee. Ya existe el proyecto milpies consistente en construir millones de pequeñas puntas de manera que unas leen datos y otras procesan, seleccionan y toman decisiones. El proyecto se desarrolla en IBM Zúrich y tiene implicaciones científicas y tecnológicas de gran trascendencia, como ocurrió con el microscopio de efecto túnel. Todo esto es nanotecnología porque trata individualmente los elementos nanométricos y luego los integra o globaliza. Es una globalización donde los individuos cuentan, es humanista.

Es difícil prever lo que la nanotecnología puede alcanzar, pero su ruta debería ser la de la vida, relacionando física, química, biología y nuevos modelos y simulaciones matemáticas. Es una ciencia multidisciplinaria, y esta tecnología sólo será realizable cuando se comprendan los mecanismos básicos en el rango nanométrico. Los países que se lancen a esta aventura serán nuevos líderes mundiales.

Nuestro futuro está en juego. El horizonte y las perspectivas que se vislumbran son prácticamente inimaginables. Todo depende de nuestra imaginación, curiosidad, tenacidad y medios materiales, pero sobre todo, y como siempre, de nuestros recursos humanos. Por eso, países como EEUU, Japón, Suiza o Alemania han explosionado en su investigación sobre la ciencia de la nanoescala y la tecnología que conlleva. No en vano, el presidente Clinton anunció en su discurso del 21 de enero de 2000, en el Instituto Tecnológico de California (Caltech), -puede consultarse completo en la dirección www.fsp.csic.es- que en su nuevo presupuesto dedicaría 200.000 millones de pesetas a investigación biomédica, pero que también quería dejar como legado 100.000 millones de pesetas a su Iniciativa sobre Nanotecnología, que para él tiene un horizonte sin fin.

Suiza, en su tercera fase, dedica a esta iniciativa 8.000 millones en cuatro años; Japón, unos 70.000 millones en cuatro años, así como Alemania, Holanda, Suecia, etcétera. Además, tienen centros de excelencia y competencia en nanotecnología. Y estas inversiones son adicionales al presupuesto normal para investigación, que es grande. La parrilla de salida es muy importante, porque es una ciencia básica que producirá tremendos outputs tecnológicos. Y en España, ¿que está ocurriendo en nanotecnología? Existe un grupo de investigadores con un razonable impacto a nivel internacional como indican los registros, que andan dispersos. Andamos como francotiradores, valiéndonos de los contactos que nos hemos creado. Si queremos dinero, debemos buscarlo donde podamos. No hay iniciativa ni presupuesto especial.

De hecho, en el nuevo Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica 2000-2003, la nanotecnología no está, no sabe o no contesta, y, sin embargo, las comunicaciones tienen un papel prominente. Es una inconsistencia tan grande que no vale la pena ni discutirla. Porque es claro que si queremos estar in, deberían crearse la condiciones y los medios adecuados.
El nuevo Gobierno ha creado un Ministerio de Ciencia, Tecnología y Comunicaciones. Se trata de una oportunidad si su principal misión no se dedica sólo a las .com y a la distribución de las bandas de frecuencia. Pueden ustedes imaginar, por todo lo dicho antes, la efímera vida que van a tener los portales de Internet y los teléfonos celulares actuales.

Es evidente que la ciencia es el sustento del desarrollo global y se basa en individuos que pueden acreditar en los circuitos científicos sus registros. Es necesario, más que nunca, que los responsables y consejeros hayan tenido y hayan sido personas relacionadas con la ciencia y la tecnología y que se reestructuren la plantilla de científicos y los sistemas de contratación. Cuando una empresa no es rentable se reestructura, se jubila al personal no productivo y se contrata a otro.
El mayor y peor problema de la investigación en España es el de la funcionarización y la endogamia con personas que, hagan lo que hagan, no pueden ser retiradas de sus puestos fijos. Personas que claman que la ciencia no tiene nada que ver con la tecnología y retiran de las bibliotecas científicas las revistas más importantes porque no hablan mucho de tecnología. Hay una endogamia reinante, en la que el 98% de los científicos ha hecho su tesis en el sitio donde tiene el puesto fijo y, en muchos casos, apañando los tribunales. Hay instituciones científicas que no pueden, o no quieren, contratar científicos extranjeros de valía y donde los contratados con sueldo racionales, que ni siquiera competitivos, deben ser funcionarios.

Debemos hacernos atractivos a científicos de todo el mundo para compartir sus ideas y poner en práctica proyectos punteros. Para ello debemos tener salarios y condiciones de contratación de acuerdo con lo existente en el mercado científico. Se trata de tener un sistema seminal, no endogámico y enfermo como es actualmente. El individuo con registros ha de ser lo principal y debe tener los medios y posibilidades de construir a su gusto. Especialmente en nanotecnología, que es una iniciativa muy dinámica en todo el mundo.

Una ciencia basada en los individuos será humanista. Moraleja: la ciencia y la tecnología no son compartimentos separables como algunos predican, tratando de vender oro por hojalata cubierta con purpurina. (*)

 

(*) Fuente:  Heinrich Rohrer y Nicolás García, "Magia y futuro de lo pequeño: nanotecnología: editado anteriormente web elmundo.es

 

 

FÍSICOS CHINOS CONSIGUEN LOS PRIMEROS "ÁTOMOS ARTIFICIALES"
Por Eduardo Martínez

 

   Aseguran que pueden construir cualquier material eligiendo únicamente su composición y tamaño
Investigadores de la Academia China de Ciencias han conseguido en laboratorio agrupaciones de cristales a escala atómica, lo que significa la capacidad de fabricar industrialmente "átomos artificiales" de cualquier material. Toda una revolución que impulsará nuevos procesadores, las investigaciones en nanotecnologías y la informática cuántica.

Un equipo de investigadores chinos ha conseguido en laboratorio agrupaciones de cristales a escala atómica, lo que en la práctica significa la fabricación de átomos artificiales.

La proeza ha sido realizada por un equipo del Instituto de Física de la Academia China de Ciencias (Chinese Academy of Sciences, CAS), que trabajó a partir de un sustrato de silicio.

Las nanoagrupaciones de cristales (nanocluster crystals) forman parte de las tecnologías que se desarrollan a escala molecular con la finalidad de ser explotadas en los procesadores ópticos, sistemas de grabación magnética de alta densidad, en la informática y en la criptografía cuánticas.

Hasta ahora, según estos investigadores del CAS, la inestabilidad de las propiedades de los materiales en nanoagrupaciones impedían su producción a escala industrial, barrera que ahora ha sido franqueada.

Según explica la Academia China de Ciencias en un comunicado, el problema de la inestabilidad lo solucionaron colocando átomos de metal repartidos armoniosamente sobre el sustrato de silicio, utilizando para ello un sistema denominado “procedimiento mágico de agrupamiento” (en inglés magic clustering process).

 

Material de diseño

Este equipo, formado por Jia Jinfeng (Jin-Feng JIA) y Xue Qikun (Qi-Kun XUE), afirma que es capaz de producir materiales de diseño con propiedades específicas eligiendo únicamente la composición y tamaño de las agrupaciones de átomos artificiales.

El descubrimiento, aparte del interés industrial, constituye un fuerte impulso a las investigaciones en nanotecnologías, ya que la progresiva reducción del tamaño de los transistores (elemento constitutivo de los procesadores) alcanzará su techo en 2014.

Esta limitación está llevando a muchos laboratorios a buscar mayores reducciones a partir de otras tecnologías, particularmente las nanograpas o nanoclusters.

Estos nanoclusters son los que han conseguido ahora los investigadores chinos, quienes consideran que en la práctica son átomos artificiales que pueden ser a partir de ahora fabricados a voluntad.

Esta nueva capacidad de la ciencia, cuyas consecuencias para el desarrollo tecnológico aún no se pueden anticipar, ayudará también a profundizar en el conocimiento de la materia y en el comportamiento de los átomos. (*)

 

(*) Fuente:  Eduardo Martínez, "Físicos chinos consiguen los primeros átomos" editado anteriormente en web nanotecnologia.com el 27/04/2003.