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Una mirada al universo nanotecnológico (parte 1)

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Autores: María Gabriela Passaretti, Luciana Andrea Castillo y Andrés Eduardo Ciolino 

Desde bebés, la curiosidad es un atributo distintivo de los seres humanos. Y es esa misma curiosidad es la que nos llevó a preguntamos cómo sería el mundo si las cosas y las personas tuviesen un tamaño distinto al que conocemos. Por eso, no es sorprendente que la literatura o el cine y la TV estén repletos de relatos y acontecimientos fantásticos a “pequeña escala”, como las historias de “Pulgarcito” y “Viaje fantástico” o las pastillas de chiquitolina que ingería “El Chapulín Colorado” para volverse pequeño.

Pero ¿sabe una cosa estimado lector? Ya en el siglo V antes de Cristo los filósofos cínicos Leucipo y Demócrito habían imaginado que las cosas estaban formadas por partículas diminutas, invisibles a los ojos, a las que llamaron átomos1. Y esos átomos eran los responsables de atribuirles sus propiedades características, como la suavidad a la seda o la dureza al acero. Para ellos existía un mundo completamente diferente, más allá de lo que sus ojos podían ver. Y cuando en 1590 el holandés Zacharias Janssen inventó el microscopio [1], ese universo imaginado por aquellos filósofos comenzó a revelarse.

Con el microscopio el Hombre descubrió las células y el fenómeno de capilaridad en los vasos sanguíneos; identificó bacterias y virus; y comprendió que aquella idea del átomo no era para nada descabellada. Mucho menos cuando a principios del siglo XX la Teoría Atómica Moderna pudo describir de forma precisa y correcta los fenómenos asociados a ellos. Entonces la Humanidad vislumbró que realmente existe un mundo completamente distinto a pequeña escala, que vale la pena explorarlo. Porque (como pudo comprobar) la llevaría por continentes desconocidos. Como a Gulliver en sus viajes.

¿Cómo se organizan las cosas a escala atómica? ¿Es posible hacer una especie de “ingeniería a pequeñísima escala”? ¿Podemos construir autos, puentes, edificios y naves a “escala atómica”? La respuesta a estas preguntas corre por cuenta de una palabrita que empezamos a escuchar desde hace algunos años y que hoy está muy de moda: la nanotecnología2. Lo invitamos a conocerla.

Vayamos por partes

Le proponemos al lector un pequeño ejercicio mental. Imagínese que tenemos una varilla de un metro. Supongamos que la dividimos en cien partes idénticas. Cada una de esas partes es lo que conocemos como “centímetro” (cm). Por supuesto, aunque pequeña, podemos tomar con nuestras manos una de esas partes y observarla. ¡Nuestros ojos están perfectamente capacitados para hacerlo! El ancho de nuestro dedo pulgar es de 2,5 cm (una pulgada); el pico de un colibrí, de unos 10 cm; y un bebé al nacer mide entre 48-50 cm, por citar algunos ejemplos. Sin lugar a dudas, el mundo que nuestros ojos perciben es un mundo bastante “centimétrico”.

Pero hagamos un esfuerzo más. Imaginemos que ahora nuestro desafío es dividir la varilla en mil millones de partes iguales. ¿Complicado, no? Pero supongamos que posible. Cada una de esas partes constituiría lo que se denomina un “nanómetro” (nm). Para que Ud, amigo lector, pueda apreciarlo en números un “nanómetro” no es ni más ni menos que 0,0000000001 metros ¡Nueve ceros antes de un uno! ¿Cómo se ven las cosas a escala nanométrica? Bueno… una hoja de papel tiene un espesor de 100.000 nm, el diámetro de un pelo puede medir entre 50.000-100.000 nm, ¡y nuestras uñas crecen a una velocidad promedio de 1 nm por segundo!

El “nanómetro” es una medida realmente pequeña para nosotros (que estamos habituados a movernos en una escala métrica), pero perfectamente adecuada para la vida de los átomos y moléculas, que lo hacen a escala nanométrica. Por ejemplo, las complejas conexiones de las neuronas (que nos permiten pensar, hablar o mover las manos); o la disposición de los átomos en un delgado hilo de cobre siguen patrones de ordenamiento increíblemente regulares, idénticos a los que acostumbramos a percibir con nuestros ojos cuando miramos una ciudad desde un avión.

Pero ¿es posible ordenar deliberadamente ciertos átomos para crear las formas que nos interesen? ¿Podríamos escribir una frase en la cabeza de un alfiler? ¿Qué chances tenemos de jugar con los átomos y moléculas para generar estructuras como las que hacemos de pequeños con los bloquecitos de plástico? Las respuestas a estas preguntas comenzaron a formularse hace apenas 50 años, gracias a la imaginación de uno de los físicos más brillantes que conoció la Humanidad: Richard Feynman.

“Hay mucho espacio en el fondo”

Richard Phillips Feynman (1918-1988), Premio Nobel de Física en 1965, fue un físico estadounidense considerado uno de los más importantes de su país en el siglo XX. Excelente divulgador y apasionado por la ciencia, Feynman era muy apreciado por sus alumnos. Sus clases reunían multitudes y era famoso por la forma en la que explicaba, ya que consideraba que “…un pensamiento claro debe tener una explicación clara…”.

La historia se remonta al año 1959 cuando Feynman, en una conferencia dictada para la Sociedad Americana de Física, planteó un desafío con el título de su disertación “Hay mucho espacio en el fondo” (There’s plenty of room at the bottom)3. Con su instinto visionario, en esa conferencia Feynman afirmaba que “… los principios de la Física no se pronuncian en contra de la posibilidad de maniobrar las cosas átomos por átomos…”. Richard fantaseaba con el hecho de que en poco tiempo sería posible construir máquinas cada vez más pequeñas hasta alcanzar dimensiones atómicas, como así también utilizar átomos para desarrollar nuevos materiales. A esta construcción de máquinas y materiales con propiedades únicas es lo que luego se conocería con el nombre de nanotecnología.

 “… ¿Por qué no escribir los 24 volúmenes de la Enciclopedia Británica en la cabeza de un alfiler…? En el año 2000, cuando miren hacia atrás, la gente de entonces se preguntará por qué no fue sino hasta 1960 el momento en que los físicos empezamos a pensar en controlar y manipular ese fantástico mundo, que es el de los átomos…”

 

En lugar de recibir aplausos y causar admiración entre los presentes, la disertación de Feynman recogió bastantes murmullos y risas escépticas. Pero la realidad es que los oyentes no entendieron que estaban presenciando el hito precedente del albor de una nueva tecnología aplicada a lo que el ojo humano no puede percibir. Por eso la nanotecnología sufrió un largo letargo, fundamentalmente debido a que la manipulación de átomos estaba más allá de las herramientas disponibles por la Ciencia de entonces.

Sin embargo, siete años después de que Feynman provocara más interrogantes que respuestas por su conferencia, el cine se apoderó de la clarividencia de este genio y llevó a la pantalla grande la película titulada “Viaje fantástico”. En esa película, los protagonistas reducían su tamaño para tripular un submarino, viajar a través del cuerpo de un científico enfermo y destrozar un tumor maligno. ¿Y si eso fuese posible? ¿Y si en verdad se pudieran construir aparatos a escala atómica? Ante estos desafíos, escribir toda la Enciclopedia Británica en la cabeza de un alfiler resultaría un juego de niños…

1] Del griego micrós, pequeño; y scopéo, mirar.

Bibliografía

  1. Onfray, Michel, (2002) “Cinismos. Retrato de los filósofos llamados perros”, Editorial Paidós SACIF.
  2. Una explicación de la etimología de la palabra puede encontrarse en Ballati, Galo. “La tecnología de lo diminuto al rescate del medio ambiente”, Premio Dow Argentina a la Divulgación Científica “Química y Sustentabilidad”, en la sección Ganadores de Ediciones Anteriores, Estudiantes: http://www.dow.com/argentina/la/arg/es/docs/Galo_Ezequiel_Balatti.pdf , 14/10/2014.
  3. Bhushan, Barat, (2010) “Introduction to Nanotechnology”, en “Springer Handbook of Nanotechnology”, Cap. 1, 1-13. Bhushan, B. Ed., Springer, Tercera Edición, Berlin, Heidelberg.



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