Qué es la nanotecnología: ejemplos, aplicaciones y riesgos futuros

En 1959, el físico Richard Feynman predijo un futuro en el que los científicos, mediante la manipulación de átomos y moléculas, podrían construir materiales y estructuras de mayor resistencia, menor peso, mayor control del espectro de luz y una mayor reactividad química.

Todo lo de naturaleza física (seres humanos, plantas, minerales, aire) está compuesto de combinaciones de átomos y moléculas unidas por forma o por carga electrónica. La manipulación de átomos en una escala nanométrica teóricamente permitiría a los humanos reproducir todo, desde diamantes hasta alimentos.

Si bien los beneficios de dicha tecnología son prácticamente innumerables, ha creado una gran preocupación entre algunos que la manipulación molecular puede traer más problemas que soluciones, hasta la extinción humana. Organizaciones como Amigos de la Tierra de Australia, Individuos con tendencia hacia el salvajismo en México y la Asociación de Consumidores Orgánicos en América se oponen activamente a cualquier desarrollo adicional de proyectos a escala nanométrica.

¿Qué es "Escala" y por qué es importante?

La nanotecnología es la ciencia que se ocupa de la manipulación de la materia en una escala atómica, molecular y supramolecular, en otras palabras, mucho más pequeña de lo que el ojo humano puede ver. Cada nanómetro es una milmillonésima parte de un metro, aproximadamente la longitud que una uña crece en un segundo. Para poner esto en perspectiva, un cabello humano tiene aproximadamente 80, 000 a 100, 000 nanómetros de ancho, un glóbulo rojo de 2, 500 nanómetros y una hebra de ADN humano de 2, 5 nanómetros de diámetro.

Solo gracias al desarrollo de instrumentos de precisión extraordinarios, como el microscopio de efecto túnel y el microscopio de fuerza atómica, la nanotecnología ha sido posible. Su promesa y riesgo surgen de nuestra creciente comprensión de la física cuántica, que se ocupa de objetos ultrapequeños. Sorprendentemente, el comportamiento de las sustancias en una nanoescala a menudo es contrario a sus propiedades en una escala mayor.

Por ejemplo, las sustancias a granel que no pueden transportar una carga eléctrica (aislantes) pueden convertirse en semiconductores a nivel nanométrico, al igual que los puntos de fusión y otras propiedades físicas pueden cambiar. Un Coque de aluminio puede pulverizarse en un polvo de 20 a 30 nanómetros que puede encenderse espontáneamente en el aire, una propiedad que lo convierte en un catalizador de combustible para cohetes. De manera similar, tanto un diamante como el grafito en un lápiz están hechos de carbono, pero tienen propiedades muy diferentes debido a la forma en que se unen los átomos de carbono.

Nano-Terminología

A medida que la ciencia se expandió en el campo "nano", también lo hizo la terminología. Aquí hay algunas definiciones básicas:

• Nanotecnología: cualquier tecnología, incluidos los procesos industriales y químicos tradicionales, que involucra estructuras entre uno y cien nanómetros, con propiedades novedosas. Los recubrimientos de nanotecnología ya están en uso para hacer ropa con fibras resistentes a las manchas y lociones de protección solar de alto rendimiento, por ejemplo.
• Nanofactor: en una nanoescala, cada método de fabricación es simplemente un método para organizar átomos. También llamadas "ensambladoras moleculares", las nanofactorías son pequeñas unidades de fabricación de sistemas cerrados que maniobran, combinan y manipulan moléculas reactivas para construir estructuras físicas y biológicas complejas, desde minerales hasta órganos y huesos humanos. Una sola célula humana es el ejemplo perfecto de una unidad de fabricación molecular biológica, o nanofábrica, que lee material genético digital (ADN) para guiar el proceso de combinación. John Burch, del Foresight Institute, predice que las aplicaciones de la ingeniería y fabricación molecular biológicas deberían expandirse y evolucionar rápidamente a mediados del siglo XXI.
• Nanobots: estos son productos de nanofactorías, pero no se espera que sean autorreplicantes ni dirigidos. Los nanobots se encuentran en la intersección de la nanotecnología y la robótica, y en este momento son más ciencia ficción que ciencia. Sin embargo, hay ciertamente posibilidades intrigantes para su uso, especialmente dentro de los cuerpos humanos. Algunos futuristas proyectan que los nanobots algún día podrán viajar a través del torrente sanguíneo buscando y tratando células específicas enfermas. Un ejemplo podría ser un nanobot que solo ataca y destruye cánceres de un tipo específico.

Usos actuales y futuros de la nanotecnología

Según la Sociedad de Toxicología, los avances en nanotecnología ya están produciendo una variedad de nuevos materiales. También están adaptando materiales antiguos, como el carbono, otorgándoles así un "gran potencial para mejorar los productos de consumo e industriales, abordar necesidades energéticas críticas, mejorar los sistemas de seguridad y mejorar el campo médico".

Los nanotubos de carbono (imagina una lámina de átomos de carbono enrollados) aparecen ahora en productos de consumo como raquetas de tenis y palos de golf. Exhiben 200 veces la resistencia y cinco veces la elasticidad del acero, cinco veces la conductividad eléctrica del cobre y la mitad de la densidad del aluminio. Además, no se oxidan, no se degradan de la radiación, ni se expanden o contraen con el cambio de temperatura. En este sentido, el atractivo de su aplicación en productos tales como automóviles y aviones se vuelve bastante obvio.

El Proyecto de Nanotecnologías Emergentes de Virginia Tech incluye más de 1, 790 productos de consumo existentes que están habilitados para nanopartículas, como sábanas de algodón, desengrasantes, pozos de golf, pintura y cosméticos. Algunos científicos incluso han predicho que las células solares eventualmente pueden desarrollarse con tal durabilidad ya un costo tan bajo que permitan su uso en techos, aceras y caminos, abriendo camino a un suministro de energía no contaminante, abundante y de bajo costo.

Los ejemplos específicos de productos existentes que usan nanotecnología incluyen los siguientes:

• El sistema MineralWater de Seldon Technologies es un dispositivo de filtración de nanotubos de carbono que elimina patógenos y contaminantes como virus, bacterias, quistes y esporas para suministrar agua potable que supera el estándar de agua potable de USEPA.
• La tinta de nanotubos de carbono de Linde Electronics es para pantallas, sensores y dispositivos electrónicos, como un teléfono inteligente con una pantalla enrollable o un dispositivo GPS transparente incrustado en el parabrisas de un automóvil.
• Los productos de protección solar que incluyen nanopartículas de dióxido de titanio o de óxido de zinc reflejan o absorben la luz ultravioleta causante de cáncer. Estos productos son invisibles y duran más, y tienen menos irritantes y materiales alergénicos que los protectores solares tradicionales.
• Muchos vendajes de venta libre ahora contienen nanopartículas de plata que previenen la infección alrededor de cortes y abrasiones, combinando de manera efectiva la pomada antibiótica con el vendaje.
• Líquidos antibacteriales para piscinas. Estos son más efectivos para combatir las bacterias dañinas y al mismo tiempo reducen la exposición de los nadadores a los productos químicos agresivos de productos anteriores.

Según lo proyectado por el Foresight Institute, los beneficios diarios de una mayor disponibilidad de nanofactor incluirían lo siguiente:

• Nanorobots médicos que curan la enfermedad y el envejecimiento reverso . Robert Freitas, investigador principal del Institute for Molecular Manufacturing, proyecta en su Serie de libros de nanomedicina un futuro en el que se introducen nanorobots médicos en el cuerpo humano para realizar cirugías celulares y microscópicas, reparar lesiones específicas y patrullar el cuerpo para identificar y resistir enfermedades . En el sitio web del Instituto de Ética y Tecnologías Emergentes, Burch describió un escenario en el que una píldora ingerida proporcionaría materiales moleculares con instrucciones para que los nanobots formen nuevas neuronas para reemplazar las células cerebrales dañadas o que se están muriendo. Estas nuevas células cerebrales procesarían la información mucho más rápido que un cerebro biológico, al igual que una extremidad artificial puede ser más fuerte que un brazo o una pierna humana.
• Costo reducido de productos manufacturados . Los costos básicos caerán al valor de las materias primas, como el carbono, el nitrógeno y el oxígeno, y la energía requerida para operar en nanofábricas. Imagínese un automóvil fabricado con fibras de carbono y creado en nanofactorías, en lugar de materiales que requieren extracción, procesamiento y configuración. Teóricamente, prácticamente cualquier material u objeto se puede ensamblar desde abajo mediante una combinación de nanofactorías. Los resultados a gran escala ocurren cuando se combinan procesos simultáneos y sinérgicos a nanoescala. Eric Drexler, un ingeniero estadounidense conocido por popularizar la nanotecnología, predice el futuro de las fábricas de escritorio que fabrican productos grandes y útiles, similares al "replicador" de la fama de "Star Trek". De hecho, en junio de 2014, el Instituto de Ciencias de la Salud de Nestlé anunció un nuevo proyecto que eventualmente podría conducir a una "máquina de cocina que puede crear suplementos a medida, o incluso alimentos".
• Desarrollo de Inteligencia Artificial General (AGI) . Según el Instituto Foresight, las nanofactorías incluirán sistemas de máquinas para ingeniería y trabajo técnico que, a su vez, fabricarán computadoras que son miles de veces más poderosas y económicas que las computadoras actuales. A medida que las máquinas aprenden y transfieren el conocimiento de una aplicación o entorno a otro, los avances rápidos se vuelven probables. Sin embargo, hay algunas dudas sobre cuán rápido se puede lograr AGI. Desde 1990, un premio de $ 100, 000 ha estado disponible para cualquiera cuya máquina pueda engañar a los jueces independientes y hacerles creer que es humano mientras participan en una conversación de forma libre. El premio aún no se ha adjudicado.
• Eliminación de la Contaminación Química Industrial . Dado que cada átomo en el stock de alimentos orgánicos se utiliza en el producto final, o se dirige a un desecho correctamente envasado, no se liberan átomos contaminantes al medio ambiente. Por ejemplo, el carbón natural produce contaminantes como dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, partículas físicas en el aire y mercurio cuando se quema. Construir un combustible artificial que elimine los subproductos, o los convierta en formas no dañinas, sería más saludable y menos costoso.

Los peligros y riesgos de la nanotecnología

Incluso los defensores de la nanotecnología, como Burch y Drexler, reconocen su potencial para dañar y posiblemente aniquilar a la raza humana si la tecnología no está controlada o está mal dirigida. Estos efectos potencialmente dañinos incluyen los siguientes:

• Superpoblación La tasa de mortalidad para los humanos mayores de 80 años ha disminuido alrededor de 1.5% por año desde la década de 1960. Robert Freitas, Jr. sugiere que los avances en nanotecnología eliminarán todas las enfermedades genéticas y retrasarán el envejecimiento, "al aumentar la salud humana al menos diez veces". Si los aumentos en la longevidad no reducen los nacimientos, la raza humana se expandiría exponencialmente, exacerbando las tensiones sociales y potencialmente agotadoras recursos.
• Aumento del crimen y el terrorismo . Las armas químicas y biológicas pueden volverse más letales y fáciles de ocultar o rastrear, especialmente si están disponibles en el mercado negro o se pueden construir en una fábrica casera. Las nanofábricas teóricamente podrían producir un arma antipersonal inteligente del tamaño de un insecto capaz de portar una dosis letal de botulismo. El número de tales armas capaces de matar a cada ser humano en el planeta podría ser empacado en una sola maleta.
• Disparidad entre Haves y Have-Nots . Es probable que los desarrollos nanotecnológicos sean inicialmente caros y, en consecuencia, protegidos por capas de patentes, leyes y barreras anticompetitivas. En consecuencia, es probable que los beneficios de los costos más bajos se limiten a los propietarios de la tecnología. La pobreza y la disparidad de ingresos podrían volverse más exageradas, generando así inquietud social.
• Conflictos sobre creencias religiosas y estilos de vida . En todo el mundo, los productos están prohibidos o restringidos en función de principios religiosos o morales que la mayoría no comparte necesariamente. Los ejemplos incluyen armas de fuego en Gran Bretaña, alcohol en sociedades musulmanas y drogas recreativas en varios países. La capacidad de producir productos prohibidos en nanofactorías personales podría causar trastornos en esas sociedades.
• Aspecto de "Grey Goo" . " Algunos científicos están preocupados de que las nanofactorías autorreplicantes se vuelvan locas, devorando la biosfera en un esfuerzo frenético por hacer copias ilimitadas de sí mismos. Así como el comportamiento antisocial es irresistible para un cierto porcentaje de la población, como lo demuestra la cantidad de virus informáticos que existen, es probable que las personas y grupos irresponsables realicen nanofactorías autorreplicantes, aumentando así la posibilidad de un desastre.

Palabra final

Steve Jurvetson, director administrativo de la firma de capital de riesgo Draper Fisher Jurvetson, afirma que el futuro de la nanotecnología no es una cuestión de "si" sino de "cuándo". Josh Wolfe, cofundador de Lux Capital y editor de Forbes / Wolfe Nanotech Report está de acuerdo, y dice que todo (ropa, alimentos, automóviles, viviendas, medicinas, dispositivos de comunicación, el aire que respiramos y el agua que bebemos) sufrirá un "cambio profundo y fundamental". Y como resultado, también lo hará la estructura socio-económica del mundo ".

¿Será la nanotecnología la "piedra filosofal" capaz de hacer realidad todos los deseos, o la apertura de la caja de Pandora, desencadenando dificultades y horrores inimaginables en la vida humana tal como la conocemos?

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