UN MUNDO QUE NOS ESPERA "AHÍ ABAJO"

Mientras preparo cosas nuevas, vuelvo a dejar material antiguo. En esta ocasión se trata de un artículo  sobre la nanotecnología. Si os dais cuenta, desde 2007 las cosas ya han avanzado bastante, sobre todo en el campo de los nanotubos de carbono.

Un saludo.

La Nanotecnología: la nueva revolución que nos espera "ahí abajo"

(publicado en "la flecha" el 8 de febrero de 2.007)

 "El señor. P.D. acude a la clínica tal y como lleva haciendo regularmente cada seis meses. Su médico ha comprobado que las biomáquinas que le había inoculado han detectado células cancerosas en una zona de su cuerpo difícilmente operable. Sin mayor demora, el paciente es sometido al nuevo tratamiento en el que las mismos dispositivos pasarán a actuar sobre las células malignas, destruyéndolas…"

 Este microrrelato, que podrá parecer a muchos un fragmento de una novela de ciencia-ficción, describe una de las líneas en investigación médica dentro de una nueva disciplina llamada nanotecnología. Máquinas del tamaño de moléculas, Cristales que no se ensucian, ordenadores del tamaño de un grano se arena o pinturas que repelen los "graffiti" son otros ejemplos de lo que nos promete esta nueva rama de la ingeniería y de la ciencia de la que algunos autores vaticinan como una revolución tecnológica de la importancia de la industrial del siglo XIX.

Pero, ¿qué es realmente nanotecnología? ¿Tiene algo que ver con la famosa película "viaje alucinante", en la que un diminuto submarino tripulado navegaba por el torrente sanguíneo de un ser humano? Podemos decir que poco, y que va mucho más allá que la simple miniaturización. Se trata de controlar la materia a escala molecular y atómica con toda las posibles aplicaciones que ello conlleva.

Una enciclopedia en la cabeza de un alfiler

La primera vez que se planteó esta idea fue realizada por el premio Nóbel Richard P. Feynman, en su histórica conferencia titulada "Hay mucho sitio ahí abajo". En ella expuso las posibilidades que nos ofrece la miniaturización, llegando a afirmar que no hay impedimento de las leyes de la física para trabajar a escala atómica. Feynman abrió sin duda un horizonte nuevo en la ciencia y la tecnología. Desde entonces, se lograron numerosos hitos en la miniaturización, no sólo de la electrónica, sino otros como aquel desafío lanzado por el propio Feynman de escribir la enciclopedia británica en una superficie del tamaño de una cabeza de alfiler y que fue realizado dos décadas después.

El esfuerzo nanotecnológico

A pesar de que las afirmaciones de Feynman no cayeron en el olvido, tuvieron que transcurrir veinte años hasta la aparición del microscopio de barrido por efecto túnel, con el que se pudo visualizar por primera vez un átomo. El paso siguiente sería poder manipularlos para crear estructuras determinadas. Esto ocurrió en 1.990, cuando científicos de IBM representaron el logo de su compañía creado con 35 átomos de xenón. Se había alcanzado la frontera del átomo.

Vistas las enormes posibilidades, gobiernos, instituciones oficiales y privadas se pusieron en marcha destinando fondos y medios en la investigación de técnicas y nuevos avances. En E.E.U.U., se promovió la llamada Iniciativa Nacional de Nanotecnología, Invirtiendo inicialmente 460 millones de dólares.

Nanorrobots y nanomáquinas que se reproducen a sí mismas.

Ingenieros y científicos se han encaminado hacia el desarrollo de sistemas que trabajen a escala nanométrica. Para ello se han publicado numerosos trabajos acerca de la posibilidad de construir máquinas diminutas.

Uno de los mayores defensores del desarrollo de nanorrobots es Eric K. Drexler, quien en su célebre "engines of creation" propone la fabricación molecular de máquinas capaces de autorreplicarse. Para ello plantea el concepto de un "ensamblador", capaz de colocar los átomos en el lugar adecuado fabricando así estructuras moleculares precisas. Sin embargo las entusiastas tesis de Drexler son vistas con escepticismo entre miembros de la comunidad científica, tales como el premio Nóbel de Química Richard E. Smalley, descubridor de los "fullerinos".

Para adentrarnos en este apasionante mundo debemos tener en cuenta dos cuestiones importantes: la primera es desterrar la idea de máquinas y de sistemas como mecanismos de bielas y de engranajes metálicos para entenderla como algo que puede desempeñar una tarea específica. Si bien es cierto que se han logrado construir máquinas de tamaños increíblemente pequeños, estas son en realidad "micromáquinas", que se puede considerar una etapa de miniaturización anterior a la nanotecnología.

Hemos de considerar también que el entorno nanométrico es un mundo distinto al que nos movemos, donde intervienen las leyes de la mecánica cuántica y los principios de la química física. Peso, inercia o magnetismo dejan paso a los principios de superposición, el movimiento Browniano o las fuerzas de Van der Vaals.

Hay quienes incluso van más allá y partiendo del planteamiento inicial de máquina como el que hemos hecho (cualquier cosa destinada a realizar una tarea) llegan a identificar los sistemas celulares o incluso bacterias como máquinas biológicas nanométricas. Ellos son quienes abogan en observar el funcionamiento de la naturaleza para el desarrollo de biomáquinas mejoradas.

Materiales nanotecnológicos

Los trabajos de investigación llevados a cabo en todo el mundo ya han dado sus primeros en el campo de la mejora de materiales. En primer lugar, se ha estudiado las aplicaciones en la mejora de las características de los materiales. Las aplicaciones que se derivan de ello son sorprendentes: Desde pinturas con propiedades fotovoltaicas a filtros solares que bloqueen los rayos ultravioleta o materiales con la resistencia del acero de un peso muy inferior a éste. Hay investigaciones encaminadas optimizar las características del hormigón.

En esta línea de investigación se está trabajando con las posibilidades de una forma molecular denominada nanotubos de carbono. Estas estructuras diminutas con forma de aguja mejoran la relación resistencia mecánica/peso del acero, la conductividad del cobre y proporcionan una gran elasticidad. Otras aplicaciones de los nanotubos consisten en la fabricación de filtros extremadamente eficientes para la desalinización del agua o separar gases contaminantes de la atmósfera. También se está desarrollando la tecnología FED para la fabricación de pantallas utilizando nanotubos, y podríamos seguir con una larga lista de aplicaciones.

La "nanomedicina". Las "biomáquinas" y detectores moleculares.

En medicina y biología son tantas las posibilidades que se habla de la nanomedicina como una disciplina propiamente dicha. Y es que además del caso que hemos citado, las aplicaciones que se prevén son fascinantes: Una de ellas es la utilización de nanopartículas que apliquen los fármacos, como los de la quimioterapia, en las zonas enfermas del cuerpo, evitando de esta manera efectos secundarios. Científicos ya hablan también de sistemas con que liberan insulina en el torrente sanguíneo. Esta misma técnica podrá utilizarse para la liberación de dopamina en el cerebro con el fin de curar enfermedades como el Parkinson o el Alzheimer. Hasta se afirma que en el futuro será posible reproducir órganos humanos in Vitro o recuperar la visión mediante sistemas que regeneren el nervio óptico o con un "ojo artificial".

Los ordenadores cuánticos y moleculares. Sistemas diminutos que consumen muy poca energía.

Dado que electrónica e informática son las disciplinas en las que la miniaturización está mas avanzada, no podrían ser menos en esta extensa relación de aplicaciones. Los trabajos van encaminados en técnicas de miniaturización "Top-Down", pasando por logros como la obtención de una molécula que trabaja como un transistor.

Pero quizá el avance futuro más apasionante está en lo que también vaticinó el genial Feynman. Éste propuso los fundamentos de sistemas que pudiendo controlar el spin electrónico determinar estados de cero y uno. A este concepto ya se le ha bautizado con el nombre de "bit cuántico" o qubit.

Aparte de lo maravilloso de la idea, al poder construir ordenadores muy pequeños está el hecho de que por los principios de la física cuántica los estados físicos manejados en los qubits no tienen que ser cero o uno, sino los dos a la vez, es posible realizar trabajos en paralelo, procesando el doble de información a la vez. Gracias a esto la capacidad de cálculo de estos hipotéticos sistemas sería enorme. El principal problema consiste en la imposibilidad de interactuar con sistemas cuánticos sin que la información contenida en los qubits fuera alterada.

Otro proyecto extraordinario es el de la llamada "electrónica orgánica". Consiste en representar la información con moléculas orgánicas haciéndolas reaccionar para resolver un problema. Esto se realizó por primera vez en 1.994 cuando se pudo resolver un problema matemático utilizando una estructura de ADN para almacenar la información, estudiado las moléculas resultantes. Dado el grado de escala molecular de los fragmentos de información el volumen de procesamiento sería muy grande. Como dato podemos decir que en un centímetro cúbico se puede almacenar la información de un billón de Cds.

Panorama actual de la nanotecnología

Ya existen cerca de tres mil productos generados con nanotecnología, la mayoría para usos industriales. Igualmente, las investigaciones son lideradas por la medicina y la biología. Según Ignacio Alcorta, presidente del BSI, ya existe un 'nano-chip' que introducido en el organismo realiza un análisis de sangre, envía esa información a un hospital y alerta a los médicos en caso de que exista algún problema de salud. Aparte, las previsiones apuntan a tener nanorobots de diagnóstico a partir de 2025.

La unión Europea, dentro del mayor programa de financiación de investigación y desarrollo tecnológico de su la historia, el Séptimo Programa Marco (7PM)) ha destinado 3.500 millones de euros en investigaciones sobre nanotecnología. En nuestro país, A finales del 2006 se creó junto con Portugal el Centro Ibérico de Nanotecnología, con un presupuesto anual de 30 millones de euros que contará con una plantilla de 200 investigadores. Igualmente se ha creado la red NANOSPAIN promovida por el CSIC y otras instituciones.

Estos son solamente unos pocos casos de los numerosos progresos alcanzados hasta la fecha. Sin embargo, queda mucho por conocer e investigar antes de lograr los objetivos planteados. El salto final de las nanomáquinas se producirá cuando la construcción "abajo-arriba" sea una realidad tangible, sea ya por medio del "ensamblador" de Drexler o por otros medios que aún no imaginamos. Lo que es absolutamente cierto es que un nuevo horizonte científico y tecnológico se ha abierto, y que tras cuatro décadas desde aquel desafío lanzado por Feynman, se han logrado notables avances. Se trata de un nuevo mundo por explorar y se han dado los primeros pasos.

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Dirigibles contra el cambio climático

Todo lo antiguo puede ser nuevo otra vez. Los aerogeneradores no son más que molinos de viento equipados con modernos sistemas de generación de electricidad. Las centrales hidroeléctricas son las descendientes de los viejos molinos hidráulicos que ya se empleaban en la edad media. Soluciones que fueron empleadas en el pasado y fueron abandonadas merced a otras más innovadoras pueden retomarse si éstas brindan ventajas desestimadas en su día y que ahora se presentan vitales. Este es, aparte de los ejemplos citados, el caso de los dirigibles. La explicación es simple, ya que éstas aeronaves suponen una alternativa posible al transporte aéreo convencional, sólo que con un impacto ambiental mucho menor que los aviones y helicópteros. Algo que no ha pasado desapercibido a los “Luchadores contra el cambio climático” y los especialistas en el cuidado del medio ambiente.

La lucha contra el deterioro del planeta es el nuevo reto del presente siglo. Tras la revolución industrial y de la información, la próxima será con toda seguridad la que nos lleve a conciliación de la tecnología con el medio ambiente; ya seriamente deteriorado por las centrales térmicas, los residuos industriales y los gases producidos por la combustión de las máquinas. A pesar de que la voz de alarma ya se viene escuchando desde finales de la guerra fría, con la lucha contra los vertidos químicos, los CFC y la perforación de la capa de ozono o el efecto invernadero, no es hasta hace unos años cuando ha surgido un nuevo frente: El cambio climático producido por las emisiones de CO2 a la atmósfera. Numerosas iniciativas se han emprendido desde entonces, como la más conocida, liderada por el ex vicepresidente de los E.E.U.U. Al Gore o el protocolo de Kyoto. Especialistas de todo el mundo se han puesto manos la obra con el fin de establecer métodos más óptimos de consumos de energía o incluso vías alternativas como las fuentes renovables. Pero es en todo en este proceso cuando se han encontrado con un escollo importante que contribuye en gran medida a estas dañinas emisiones de CO2. No es otro que el transporte aéreo. Las industrias, a la par que los medios de transporte terrestre y las centrales térmicas son los agentes emisores de CO2 que tenemos más en mente. Sin embargo, el efecto de la misma cantidad de CO2 emitida por las aeronaves es más nocivo todavía que en la superficie. Esto supone un verdadero handicap, habida cuenta que además el transporte aéreo va en progresivo aumento (El gobierno del Reino Unido prevé un aumento del número de pasajeros de líneas aéreas de 228 millones en 2005 a 480 millones en 2030). el comercio mundial, el ocio y los movimientos migratorios, la defensa cuentan con la aviación como un factor clave. Es preciso por ello tomar medidas urgentes. Es cierto que se han tomado medidas por parte de la industria y centros de investigación. Se ha logrado un avance significativo en la mejora de los motores de aviación, que cada vez consumen menos. Pero esto no evita que se sigan descargando cantidades masivas de CO2 sobre la atmósfera a las altitudes que aumentan el efecto invernadero Incluso se baraja la posibilidad de la propulsión criogénica (uso de hidrógeno), exhalando vapor de agua en la atmósfera. Sin embargo, esta solución no es satisfactoria. El hidrógeno ocupa más volumen que el queroseno, reduciendo de forma importante la carga útil. A esto se añade el hecho de que el supuestamente inofensivo vapor de agua a las altitudes de vuelo de los aviones produce un efecto invernadero mucho mayor que el CO2. El problema persiste.

Ante esto, finalmente hay quienes han propuesto una solución bastante sencilla y efectiva al problema; surgida con algo que no es nuevo, sino con un viejo sistema sobradamente probado: Un vehículo más ligero que el aire (LTA o lighter than air en inglés), capaz por tanto de elevarse y mantenerse en el aire sin necesidad de alcanzar una velocidad mínima de sustentación, obtenida por medio de potentes motores. Nada más y nada menos que los viejos dirigibles. A muchos esta idea puede parecer, como poco, sorprendente. Los dirigibles son vistos por la mayoría como una tecnología obsoleta, necesaria en su día pero ya superada por los esbeltos y veloces aviones, además de peligrosa (recordemos el desastre del Hindemburg en 1937). Estas moles rellenas de gas, lentas y demasiado vulnerables a los embates del tiempo (como último caso veamos el Total Pole Airship, destruido en enero de 2008 por una ráfaga de viento) nunca reemplazarán a los aviones ¿O quizás sí?

En primer lugar, está la velocidad. Es cierto que ya nadie renuncia a la comodidad de cruzar el océano en unas horas, pero ¿es realmente necesario transportar mercancías a 900 kilómetros por hora? Los gigantescos petroleros o los buques mercantes recorren los mares uniendo diferentes partes del mundo veinte veces más despacio que los aviones. La cuestión es si podemos realizar la mayoría del transporte de mercancías aéreas en artefactos más veloces que los barcos y que pueden recorrer los cielos sin obstáculos geográficos, como los canales de Panamá y Suez. Una solución de compromiso a caballo entre el barco y el avión (de hecho, la locución inglesa de dirigible es Airship, literalmente “barco del aire”), capaz de transportar voluminosas y pesadas cargas a 160 nudos, haciendo la tarea de varias aeronaves y la misma de un buque mercante pero diez veces más veloz.

Otro de los grandes problemas es la poca maniobrabilidad. Al ser más ligeros que el aire, cuesta más trabajo controlarlos en tierra y en vuelo. Una solución a este problema sería la propuesta de Aeroscraft con su ML866.Este proyecto la forma del aparato es la de un cuerpo sustentante, provisto además de planos de sustentación, siendo más pesado que los dirigibles habituales y por tanto menos vulnerable a ráfagas de viento pero por el contrario con superficies de control. Un híbrido que, aporta las ventajas del dirigible y las del avión al mismo tiempo.

Por último, está el tamaño. ¿Podemos imaginar un moderno aeropuerto, pero repleto de gigantescos dirigibles, la mayoría de ellos arropados en enormes hangares? Seguro que no, pero hay que imaginarlo con la perspectiva del propio concepto de esta aeronave: Los dirigibles pueden despegar o aterrizar sin necesidad de largas pistas. Pueden operar incluso en plataformas similares a los helipuertos, y de la misma manera, recoger o descargar mercancías o pasajeros en las ciudades, algo que actualmente pueden hacer los helicópteros, pero de forma mucho más limpia y silenciosa.

Y no sólo eso. Aparte de estos puntos negativos, existen otros muy a favor. El más destacable, que los dirigibles son excelentes plataformas de observación. Éste ha sido la principal aplicación actual de los modelos actuales, tal es el “Blimp” de Goodyear. Se dispone de un medio de observación de gran autonomía y un rango de observación de 360 grados. Sin duda podrían sustituir a los actuales helicópteros que sobrevuelan ciudades y carreteras. Y no hay más que citar el hecho de que la policía holandesa, declaró a finales del pasado años que comenzará a utilizar dirigibles en sus tareas de vigilancia. El primer paso ya está dado.

Hay algo más. Volviendo a la cuestión del uso del hidrógeno como fuente de energía, poco viable en las aeronaves convencionales, hay que decir lo contrario en el caso de los dirigibles. En el techo de vuelo de estos aparatos (4000 pies) no hay riesgo de producir el efecto invernadero con el vapor de agua. Además, cabe la posibilidad de la utilización de células de combustible de hidrógeno, permitiendo que además sean silenciosos. Además, son los aparatos en los que el inconveniente del almacenamiento de hidrógeno tiene el menor impacto, tomando eso sí, las medidas de seguridad mayores.

En resumen, tienen desventajas fácilmente solucionables, y además aportan otras contrapartidas, que a día de hoy son vitales para la supervivencia del planeta. Desde luego que no sustituirán definitivamente a los aviones, pero podrá aliviar bastante la pesada carga que éstos dejan sobre el medio ambiente. De momento, hay varias empresas privadas que tímidamente luchan por poner en práctica esta iniciativa. Si éstas tienen éxito podremos ver un día en el que enormes mercantes dirigibles surquen los cielos. Incluso hay quienes ya predicen el regreso de los grandes cruceros del aire, que brindarán a sus privilegiados pasajeros de las mismas comodidades que un barco de lujo y espectaculares vistas. El tiempo lo dirá.

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Escribir de ciencia

Nace un nuevo blog, hermano o parejo del que ya llevo años manteniendo, "letrasdesdelabuhardilla", con mayor o menor acierto. El motivo de crear uno nuevo obedece al criterio de nuevos temas, las actualidad sobre la ciencia y la tecnología, que se escapa de la intención más literia del primero. Otra razón es la de formar parte de las prácticas del programa modular en periodismo científico de la UNED que empecé este año. Como conté en algún sitio, hace muchos años tuve un encuentro entre dos de mis inquietudes: la ciencia y la escritura. el motivo fue el modesto diario escolar, y el tema, el lanzamiento de la entonces nueva Lanzadera espacial. Ahora, que me dedico no a la ciencia sino a al tecnología, y que he rebuscado de entre mis sueños perdidos el de escribir, aprovecho la ocasión que me brindan internet para hacer lo mejor que pueda esta labor que me he propuesto.

Escribir sobre ciencia supone conocerla, o al menos informarse de ésta. Una página o un párrafo de cualquier escrito también lleva detrás muchas otras leídas y emborronadas por el autor. Es un trabajo importante, pero no en vano. Mientras persigue lo que es interesante para los lectores entre textos de otros o emisiones de radio y televisión, se acumula en el bagage personal. Ese camino recorrido hacia cada objetivo le deja a uno un rastro enriquecedor.

Antes de tomar éste que ahora relato, emprendí el muy tortuoso de escribir una novela. También lo he contado anteriormente. No será un best-seller, y de momento sueña dentro de un cajón. Pero es un logro exitoso. No lo he proseguido, al menos de momento hasta que culmine esta nueva andadura de escribir noticias y ser leído. Por qué he dejado esto para hacer aquello es algo que muchos se preguntarán, pero quienes me conocen saben que soy algo inquieto. Cien vidas quisiera para vivir lo que pretendo, de momento, escribir de ciencia.

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