Amador Menéndez Velázquez - Una revolución en miniatura

Asimismo, la naturaleza nos proporciona valiosas lecciones de economía. La formación de una sandía es más compleja que el más complejo de los circuitos integrados y, sin embargo, cuesta mucho menos. En definitiva, todos estos ejemplos ponen también de manifiesto que es posible alcanzar una mayor eficiencia y rentabilidad siguiendo los pasos de la naturaleza.

NANO: EL PRINCIPIO

Como hemos visto en la sección anterior, la naturaleza ha sido y continúa siendo el nanotecnólogo por excelencia. Pero mucho antes de que se vislumbrase el potencial de la nanotecnología y se acuñase esta palabra, muchas de las tecnologías y procesos desarrollados por la humanidad se basaban en la manipulación de la materia en la nanoescala, aún cuando no fuésemos conscientes de ello. Tomemos como ejemplo la invención de la tinta por los egipcios o el descubrimiento del jabón. Ha habido muchos otros nanoproductos a nuestro alrededor. Remontémonos en el tiempo al siglo IX, cuando los habitantes de Mesopotamia utilizaban nanopartículas metálicas para obtener un efecto brillante en la alfarería. O pensemos en Faraday cuando preparó oro coloidal (diminutas partículas de oro en agua) en 1856 y se refirió a él como «metales divididos». Efectivamente, el oro metálico, al dividirse en finas partículas con tamaños comprendidos entre 10-500 nm, puede permanecer suspendido en agua. Viajemos ahora a 1890, año en el que el bacteriólogo alemán Robert Koch descubrió que compuestos de oro inhibían el crecimiento de las bacterias. Ello le valió el Premio Nobel de Medicina en 1905.

En realidad, el uso del oro en preparaciones médicas data de tiempos aún más remotos. En el método medicinal indio llamado Ayurveda se utiliza el oro para diferentes aplicaciones. Una muy popular se denomina Saraswatharishtam y se prescribía para mejorar la memoria. Se añadía a ciertas preparaciones medicinales para bebés, con el objetivo de mejorar su capacidad mental. Todos estos preparados utilizaban oro finamente molido. El metal también se utilizaba con fines medicinales en el antiguo Egipto, en concreto para el cuidado dental. En Alejandría, los alquimistas desarrollaron un potente elixir coloidal llamado oro líquido, un preparado que pretendía devolver la juventud. Por otra parte, el gran alquimista y fundador de la Medicina moderna, Paracelso, desarrolló muchos tratamientos muy efectivos a partir de minerales metálicos, entre ellos el oro. Aunque inconscientemente, todos estos desarrollos incorporaban oro o compuestos del mismo de tamaño nanométrico.

El oro coloidal también se ha incorporado a vasos y jarrones para darles color. La más antigua es la copa de Licurgo del siglo IV d. de C., diseñada por los romanos. La copa se ve roja con luz transmitida (si la fuente de luz se halla dentro de la copa) y verde con luz reflejada (si el foco de luz se halla fuera). ¿Qué es lo que contribuye al color del vidrio? Contiene cantidades muy bajas de oro (alrededor de 40 partes por millón) y de plata (alrededor de 300 partes por millón), en forma de nanopartículas.

UN DISCURSO MÍTICO

A pesar de estos logros, la ciencia tardó en tomar plena conciencia del gran potencial de las pequeñas escalas de la materia. Algunos dicen que la historia comenzó el 29 de diciembre de 1959. Esa noche Richard Feynman, quien recibiría el Premio Nobel de Física en 1965 por sus investigaciones en física teórica, pronunció un discurso a un grupo de personas pertenecientes a la élite de la física estadounidense. A la edad de 41 años ya había adquirido una gran reputación y se le consideraba poseedor de una inteligencia y creatividad excep-cionales. Una vez más sorprendió a su público. Como un párroco desde el púlpito, comenzó su discurso: «Hay mucho espacio hacia dentro: una invitación a adentrarse en un nuevo campo de la física».

Hoy, este discurso se considera doctrina y se percibe, de manera errónea, como fundamental, mientras que al propio Feynman se le considera el padre de la nanotecnología. La historia dice que, inspirados por las sabias palabras del maestro, los físicos se lanzaron a la exploración de las intimidades de la materia, emergiendo el campo de la nanotecnología. La realidad es bien distinta. A pesar de todo el prestigio del que disfrutaba ya Feynman, sus palabras de esa noche levantaron poco entusiasmo. En los años que siguieron, el impacto del discurso no creció y cayó en el olvido. El discurso de Feynman sólo se hizo famoso en los años noventa, cuando Eric Drexler lo desenterró para dar crédito a sus propias ideas.

Aún así, Feynman tiene el gran mérito de haber intuido la importancia de la miniaturización y señalar la necesitad de explorar las minúsculas partes de la materia. Ciertamente, como otros grandes científicos, fue un visionario que no sólo resolvió problemas, sino que supo escoger los problemas a resolver. Pero, ¿qué dijo exactamente Feynman aquella noche? Éste es un breve fragmento de su discurso:

Me gustaría describir un campo en el que se ha hecho poco, pero en el que, en principio, se pueden hacer muchas cosas... Tendría numerosas aplicaciones técnicas... De lo que quiero hablar es del problema de manipular y controlar cosas a pequeña escala... Dentro se encuentra un mundo asombrosamente pequeño...

Fascinado por el potencial de lo pequeño, se preguntaba: «¿Qué ocurriría si pudiéramos colocar los átomos, uno a uno, de la forma que queramos?» Planteaba también la posibilidad de almacenar información en unos pocos cientos de átomos –hoy sabemos que incluso un único átomo podría ser suficiente: «¿Por qué no escribir los 24 volúmenes de la Enciclopedia Británica en la cabeza de un alfiler?». Y también quiso mostrarnos la naturaleza como camino a seguir:

Muchas de las células son muy pequeñas, pero muy activas; fabrican varias sustancias, se mueven, se agitan y hacen todo tipo de cosas maravillosas en una escala muy reducida. Pensemos en la posibilidad de construir algo diminuto que haga lo que nosotros queramos: ¡poder fabricar un objeto que maniobre en ese nivel.

Durante la charla también afirmó que

los principios de la física, hasta donde podemos saber, no descartan la posibilidad de que se puedan manipular las cosas átomo a átomo.

En cierto modo, sugirió el planteamiento de ir de abajo a arriba. De modo similar a un albañil, que a partir de ladrillos puede construir un edificio, la aproximación bottom-up plantea la construcción de nuevos materiales a partir del reordenamiento de átomos y moléculas. Mediante esta técnica se podrían construir materiales a la carta, con propiedades controladas y para fines específicos.

Sin embargo, el mundo tuvo que esperar mucho tiempo para colocar los átomos en el lugar adecuado. En 1981 se construyó el denominado microscopio de efecto túnel y en 1986 el microscopio de fuerzas atómicas. En secciones posteriores examinaremos éstas y otras técnicas que nos permiten sumergirnos en el nanomundo, visualizando y manipulando la materia a nivel atómico y molecular.

VISIONES DE LA NANOTECNOLOGÍA

Las visiones más radicales de la nanotecnología se remontan a la obra de K. Eric Drexler, publicada en el año 1986 bajo el título Máquinas de creación. Drexler imaginaba una tecnología en la cual las fábricas serían reducidas al tamaño de células y equipadas con maquinaria de dimensiones nanométricas. Estas máquinas seguirían un programa almacenado en una cinta molecular y podrían construir cualquier cosa, posicionando los átomos en el lugar adecuado. Drexler las denominó ensambladores. Consideremos el ribosoma, esa nanomáquina que sintetiza moléculas de proteína según el código cifrado en el ADN de los organismos. Este ribosoma se asemeja mucho a la imagen de Drexler de ensamblador molecular. A su vez, Drexler se refirió a la tecnología basada en ensambladores como manufactura molecular. Por supuesto, si los ensambladores pueden construir cualquier cosa, también podrían hacer copias de sí mismos. Estaríamos entonces ante las denominadas máquinas autorreplicantes.