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Nanotecnología molecular

Agosto 24, 2021

La nanotecnología molecular (NTM) es una tecnología basada en la capacidad de variar estructuras complejas, con especificaciones atómicas mediante la mecanosíntesis.[1]​ Esto es distinto de nanomateriales. Basados en la visión de Richard Feynman de fábricas en miniatura que utilizan nanomáquinas para construir productos complejos (incluyendo adicionales nanomáquinas), esta forma adelantada de nanotecnología (o fabricación molecular[2]​) haría uso de mecanosíntesis posicionalmente-controlado y guiados por sistemas de máquinas moleculares. La NTM implicaría combinar los principios físicos demostrados por la química, otras nanotecnologías, y la maquinaria molecular de la vida con los principios de ingeniería de los sistemas encontrados en fábricas modernas a macroescala.

Introducción

Mientras que la química convencional utiliza procesos inexactos para obtener resultados inexactos, y la biología explota procesos inexactos para obtener resultados definitivos, la nanotecnología molecular emplearía procesos definitivos originales para obtener resultados definitivos. El deseo en la nanotecnología molecular sería la de equilibrar las reacciones moleculares en ubicaciones y orientaciones posicionalmente-controladas para obtener reacciones químicas deseadas, y luego para construir sistemas mediante el ensamblaje de los productos de estas reacciones.

Una hoja de ruta para el desarrollo de NTM es un objetivo de un proyecto de tecnología de base dirigido por Battelle (el gerente de varios laboratorios nacionales de Estados Unidos) y el Foresight Institute (Instituto de Prospectiva). [3]​El plan de trabajo fue originalmente programado para su terminación a finales del 2006, pero fue puesto en libertad en enero de 2008.[4]​ La Colaboración de nanofábricas (del inglés Nanofactory Collaboration) [5]​ es un esfuerzo continuo más centrado donde participan 23 investigadores de 10 organizaciones y 4 países diferentes que están desarrollando una agenda de investigación práctica [6]​dirigida específicamente a la mecanosíntesis del diamante posicionalmente-controlada y al desarrollo de nanofábricas del diamante. En agosto de 2005, un grupo de trabajo formado por más de 50 expertos internacionales de diversos campos, organizado por el Centro de Nanotecnología Responsable para estudiar las implicaciones sociales de la nanotecnología molecular. [7]​

Proyecciones de aplicaciones y capacidades

Materiales inteligentes y nanosensores

Una aplicación propuesta de la NTM son los llamados materiales inteligentes. Este término se refiere a cualquier tipo de material diseñado y fabricado a escala nanométrica para una tarea específica. Abarca una amplia variedad de posibles aplicaciones comerciales. Un ejemplo sería material diseñado para responder de forma diferente a las diversas moléculas; esa capacidad podría llevar, por ejemplo, a las drogas artificiales que reconocen y hacen inertes a virus específicos. Otra es la idea de las estructuras de auto-sanación, las cuales reparan pequeñas fisuras en una superficie de forma natural, de la misma manera que lo hacen los neumáticos autosellantes o la piel humana.

Un nanosensor se parecería a un material inteligente, que involucra un pequeño componente dentro de una máquina más grande que reacciona a su entorno y al cambio de alguna manera fundamental e intencional. Un ejemplo muy simple: un fotosensor podría medir pasivamente la luz incidente y descargar su energía absorbida en forma de electricidad cuando la luz pasa por encima o por debajo de un umbral determinado, y hacer el envío de una señal a una máquina más grande. Tal sensor supuestamente tendría menor costo y consumiría menos energía que un sensor convencional, y sin embargo, cumple la misma función de forma útil en todas las aplicaciones - por ejemplo, encender las luces de un lote de estacionamiento cuando oscurece.

Mientras que los materiales inteligentes y nanosensores ejemplifican aplicaciones útiles en la NTM, palidecen en comparación con la complejidad de la tecnología más popular, asociada con el término: el nanorobot replicable.

Replicando nanorobots

Nanofacturas con NTM es popularmente vinculada con la idea de enjambres coordinados de robots a nanoescala, que trabajan en conjunto; una propuesta de K. Eric Drexler en sus discusiones de NTM en 1986, pero reemplazada en 1992. En esta propuesta inicial, nanorobots suficientemente capaces construirían más nanorobots en un ambiente artificial que contiene bloques especiales de construcción molecular.

Los críticos han puesto en duda tanto la viabilidad de nanorobots auto-replicantes y la factibilidad del control si es que los nanorobots auto-replicantes podrían alcanzarse: citan la posibilidad de mutaciones que eliminen cualquier control y que favorezcan la reproducción de las variaciones patógenas mutantes. Los defensores abordan la primera duda al señalar que la primera máquina replicadora autónoma macroescala, hecha de bloques de Lego, fue construida y operada de forma experimental en 2002.[8]​ Si bien hay ventajas sensoriales presentes en la macroescala en comparación con la limitada disponibles a escala nanométrica, las propuestas de sistemas de fabricación mecanosintética a nanoescala posicionalmente- controladas emplean un estima de información sobre las herramientas combinadas con el diseño fiable de secuencia de reacción para garantizar resultados fiables, por lo tanto, un sistema sensorial limitado no posee desventaja alguna. Consideraciones similares se aplican al ensamblaje posicional de pequeñas nanopartes. Los defensores abordan la segunda dudas con el argumento de que las bacterias (por necesidad) evolucionaron a evolucionar, mientras que la mutación nanorobot podría prevenirse de forma activa mediante técnicas comunes de corrección de errores. Ideas similares se recomiendan en las directrices de prospectiva sobre Nanotecnología Molecular, [9]​ y un mapa del espacio de diseño replicador de 137 dimensiones[10]​publicaron recientemente por Freitas y Merkle, el cual proporciona numerosos métodos propuestos por el cual replicadores podrían, en principio, ser controlados de forma segura por el buen diseño.

Sin embargo, el concepto de mutación de supresión plantea la pregunta: ¿Cómo se puede diseñar la evolución para producirse a escala nanométrica, sin un proceso de mutación al azar y selección determinista? Los críticos argumentan que los defensores de la NTM no han proporcionado un sustituto de un proceso de evolución tal en este campo a escala nanométrica, donde se carece de los procesos de selección convencionales basados sensorialmente. Los límites del sensorio disponibles a nanoescala podrían hacer difícil o imposible de aventar los éxitos de los fracasos. Sus defensores argumentan que la evolución del diseño debe ocurrir de manera determinista y estrictamente bajo control humano, utilizando el paradigma de la ingeniería convencional de modelado, diseño, prototipaje, pruebas, análisis y rediseño.

En cualquier caso, desde 1992, propuestas técnicas para la NTM no incluyen nanorobots auto-replicantes, y directrices éticas recientes presentadas por los defensores de la NTM prohíben la autorreplicación sin restricciones.[9]​[11]​

Nanorobots en la medicina

Una de las aplicaciones más importantes de la NTM podría ser la nanorobótica o la nanomedicina, un área trabajada por primera vez por Robert Freitas en numerosos libros [12]​ y artículos. [13]​La capacidad de diseñar, construir y desplegar un gran número de nanorobots médicos haría, como mínimo, posible la rápida eliminación de enfermedades y la recuperación fiable y relativamente sin dolor de un trauma físico. Los Nanorobots médicos también pueden hacer posible la corrección conveniente de defectos genéticos, y ayudar a asegurar una vida útil ampliada considerablemente. Incluso más polémico, los nanorobots médicos podrían utilizarse para aumentar las capacidades humanas naturales.

Niebla de utilidad

 
Esquema de un 100 micrómetro foglet

Otra propuesta de aplicación de la nanotecnología molecular es la "niebla útil" [14]​ - en la que una nube de robots microscópicos conectados en la red (más simples que los ensambladores) cambiarían su forma y propiedades para formar objetos y herramientas macroscópicas por medio de comandos de software. En lugar de modificar las prácticas actuales de consumo de bienes materiales en diferentes formas, la niebla útil simplemente reemplazaría muchos objetos físicos.


Óptica de arreglos en fase

Óptica de red en fase, otra propuesta de aplicación de la NTM se (PAO del inglés Phased-array optics).[15]​ Sin embargo, esto parece ser un problema que puede ser atacada por la tecnología de nanoescala ordinaria. La PAO utilizaría el principio de la tecnología milimétrica aplicado a longitudes de onda ópticas. Esto permitiría la duplicación virtual de cualquier tipo de efecto óptico. Los usuarios podrían solicitar hologramas, amaneceres y puestas de sol, o láseres flotantes como se les apetezca. Sistemas PAO se describieron en Nanotecnología de BC de Crandall: Especulaciones Moleculares de Abundancia Global en el artículo de Brian WOWK “Óptica de fases".[16]​

Impactos sociales potenciales

Beneficios

Nanotecnología (o la nanotecnología molecular para referir más específicamente a los objetivos discutidos aquí) nos permitirá continuar las tendencias históricas de fabricación hasta los límites fundamentales impuestas por la ley física. Se le permitirá hacer extraordinarias y poderosas computadoras moleculares. Se le permitirá introducir materiales cincuenta veces más ligeros que el acero o aleación de aluminio, pero con la misma fuerza. Seremos capaces de hacer aviones, cohetes, coches o incluso sillas que, según los estándares de hoy en día, serían muy ligeros, fuertes, y baratos. Herramientas quirúrgicas moleculares, guiadas por computadoras moleculares e inyectadas en el torrente sanguíneo, capaces de encontrar y destruir las células cancerosas o bacterias invasoras, destapar las arterias, o proporcionar oxígeno cuando se altera la circulación.

La nanotecnología sustituirá toda nuestra base de fabricación con una nueva forma de hacer productos, radicalmente más precisa, radicalmente más barato, y radicalmente más flexible. El objetivo no es simplemente reemplazar los chips de computadora que hoy se hacen en las plantas, sino también reemplazar las líneas de montaje de automóviles, televisores, teléfonos, libros, instrumentos quirúrgicos, misiles, librerías, aviones, tractores, y todo lo demás. El objetivo es un cambio generalizado en la industria manufacturera, un cambio que le dejará prácticamente ningún producto sin tocar. El progreso económico y la preparación militar en el siglo 21 dependerán fundamentalmente de mantener una posición competitiva en la nanotecnología.

[17]​

A pesar de la situación actual, del desarrollo temprano de la nanotecnología y la nanotecnología molecular, mucha preocupación rodea al impacto anticipado de la NMT en la economía [18]​[19]​ y en la ley. A pesar de los efectos, si se llegara a lograr la NTM, tendería a reducir la escasez de bienes manufacturados y a hacer muchos más bienes manufacturables. (como la alimentación y la salud)

La NTM puede hacer posibles las capacidades nanomédicas, con la habilidad de curar cualquier condición médica que no se ha curado por los avances en otras áreas. La buena salud sería común, y la mala salud de cualquier forma sería tan rara como la viruela y el escorbuto. Incluso la criónica sería factible, ya que el tejido crio-preservado podría ser totalmente reparado.

Riesgos

La nanotecnología molecular es una de las tecnologías que algunos analistas creen que podría conducir a una Singularidad Tecnológica. Algunos sienten que la nanotecnología molecular tendría riesgos enormes. [20]​ Es concebible que podría permitir la reducción del costo de armas y podría aumentar su destructividad. Además, la nanotecnología molecular podría permitir armas de destrucción masiva que podrían auto-replicarse, como los virus y las células cancerosas hacen cuando se ataca el cuerpo humano. Los comentaristas generalmente están de acuerdo en que, en el caso del desarrollo de la nanotecnología molecular, su auto-replicación solo debería permitirse bajo condiciones "intrínsecamente seguras" muy controladas.

Existe un temor de que los robots nanomecánicos, si se lograsen, y si fueran diseñados para auto-replicarse utilizando materiales de origen natural (una tarea difícil), podrían consumir todo el planeta en su hambre de materias primas, [22] o simplemente desplazar a la vida natural, compitiendo para producir energía (como sucedió históricamente cuando las algas verde-azules aparecieron y dejaron fuera a formas de vida anteriores). Algunos comentaristas se han referido a esta situación como la "plaga gris" o escenario de "ecofagia". K. Eric Drexler considera que el escenario accidental de la "plaga gris" es extremadamente improbable, y lo dice en ediciones posteriores en Engines of Creation.

A la luz de esta percepción del peligro potencial, el Instituto Foresight (fundada por K. Eric Drexler para prepararse para la llegada de las tecnologías del futuro) ha elaborado una serie de directrices[21]​ para el desarrollo ético de la nanotecnología. Estos incluyen la prohibición de seudo-organismos auto-replicantes de libre forrajeo en la superficie de la Tierra, por lo menos, y posiblemente en otros lugares.

Críticas y asuntos técnicos

La viabilidad de las tecnologías básicas analizadas en nanosistemas ha sido objeto de una revisión científica formal por parte de Estados Unidos en la Academia Nacional de Ciencias, y también ha sido el centro de un amplio debate en el Internet y en la prensa popular.

Estudios y recomendaciones por la Academia Nacional de Ciencias de los EE. UU.

En 2006, la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos publicó el informe de un estudio sobre la fabricación molecular como parte de un informe más extenso, “Una cuestión de tamaño: examen trienal de la Iniciativa Nacional de Nanotecnología”. [22]​ El comité de estudio revisó el contenido técnico de nanosistemas y en su conclusión establece que ningún análisis teórico actual se puede considerar definitivo con respecto a varias cuestiones de rendimiento potencial del sistema, y que las rutas óptimas para la implementación de sistemas de alto rendimiento no se pueden predecir con confianza. Se recomienda la investigación experimental para avanzar en el conocimiento en esta área:

""A pesar de que los cálculos teóricos se pueden hacer hoy en día, la gama final posible de ciclos químicos de reacción, las tasas de error, la velocidad de funcionamiento y la eficiencia termodinámica de tales sistemas de fabricación de abajo hacia arriba no se pueden predecir de forma fiable en este momento. Por lo tanto, la perfección finalmente alcanzable y la complejidad de los productos manufacturados, mientras que se pueden calcular en teoría, no se pueden predecir con confianza en la práctica. Por último, los caminos óptimos de investigación que podrían conducir a sistemas que exceden en gran medida la eficiencia termodinámica y otras capacidades de los sistemas biológicos no se pueden predecir de forma fiable en este momento. La financiación de la investigación basada en la capacidad de los investigadores para producir demostraciones experimentales que enlazan modelos abstractos y guían la visión a largo plazo es la forma más apropiada para lograr este objetivo".

Ensambladores versus nanofábricas

Un encabezado en “Engines of Creation” de Drexler dice [23]​ "Ensambladores Universales", y el siguiente texto habla de varios tipos de ensambladores que, en conjunto, podría hipotéticamente "construir casi cualquier cosa que las leyes de la naturaleza permitiesen existir." El colega de Drexler, Ralph Merkle ha señalado que, contrariamente a la leyenda difundida, [24]​ Drexler nunca afirmó que los sistemas ensambladores podrían construir absolutamente cualquier estructura molecular. Las notas al final del libro de Drexler explican la calificación "casi": "Por ejemplo, una estructura delicada podría estar diseñado de forma que, al igual que un arco de piedra, se autodestruya, a menos de que todas sus piezas se encuentren en su lugar correcto. Si no hubiera espacio en el diseño para la colocación y el retirado de un andamio, a continuación, la estructura podría ser imposible de construir. Pocas estructuras de interés práctico parecen propensas a exhibir un problema tal".

En 1992, Drexler publicó “Nanosistemas: Maquinaria Molecular, fabricación y Computación”, [25]​ una propuesta detallada para la síntesis de estructuras rígidas covalentes utilizando una fábrica de sobremesa. Estructuras de tipo diamante y otras estructuras covalentes rígidas, de lograrse, tendrían una amplia gama de posibles aplicaciones, va mucho más allá de la tecnología MEMS (sistemas microelectromecánicos) actual. Un esbozo del sendero fue propuesto en 1992 para la construcción de una fábrica de sobremesa, en ausencia de un ensamblador. Otros investigadores han comenzado a avanzar en los caminos tentativos propuestos, alternativas [5]​ para esto en los años desde que se publicó nanosistemas.

Nanotecnología dura versus blanda

En 2004 Richard Jones escribió “Soft Machines” (nanotecnología y vida), un libro para el público laico publicado por la Universidad de Oxford. En este libro se describe la nanotecnología radical (defendida por Drexler) como una idea determinista/mecanicista de ingeniería de nanomáquinas que no tiene en cuenta los retos a nanoescala, como la humedad, pegajosidad, movimiento browniano, y alta viscosidad. También explica qué es la nanotecnología blanda o la nanotecnología más apropiadamente, la nanotecnología biomimética, que es el camino a seguir, si no la mejor manera, para diseñar nanodispositivos funcionales que pueden hacer frente a todos los problemas en una escala nanométrica. Uno puede pensar en nanotecnología suave como el desarrollo de las nanomáquinas que utilizan las lecciones aprendidas de la biología sobre cómo funcionan las cosas, la química para crear precisamente este tipo de dispositivos y la física estocástica para modelar el sistema y sus procesos naturales en detalle.

El debate de Smalley-Drexler

Varios investigadores, entre ellos el ganador del Premio Nobel Dr. Richard Smalley (1943-2005), [26]​ atacaron la noción de ensambladores universales, dando lugar a una refutación de Drexler y sus colegas [27]​ y finalmente, a un intercambio de cartas. [28]​Smalley argumentó que la química es extremadamente complicada, las reacciones son difíciles de controlar, y que un ensamblador universal es ciencia ficción. Drexler y sus colegas, sin embargo, señalaron que Drexler nunca se propuso ensambladores universales capaces de hacer cualquier cosa, pero en su lugar propuso montadores más limitados capaces de hacer una gran variedad de cosas. Ellos cuestionaron la pertinencia de los argumentos de Smalley a las propuestas más específicas avanzadas en nanosistemas. También, Smalley argumentó que casi la totalidad de la química moderna implica reacciones que tienen lugar en un disolvente (normalmente agua), ya que las pequeñas moléculas de un solvente aportan muchas cosas, tales como la reducción de energías de enlace para los estados de transición. Dado que casi toda la química conocida requiere un disolvente, Smalley sintió que la propuesta de Drexler de utilizar un entorno de alto vacío no era factible. Sin embargo, Drexler aborda esto en los nanosistemas, mostrando matemáticamente que los catalizadores bien diseñados pueden proporcionar los efectos de un disolvente y fundamentalmente se puede hacer incluso más eficiente que un disolvente de reacción de enzima. Es de destacar que, contrariamente a la opinión de Smalley que las enzimas requieren de agua, "No solo las enzimas trabajan vigorosamente en medios orgánicos anhídridos, pero en este entorno natural que adquieren propiedades notables como mucho mayor estabilidad, un sustrato radicalmente alterado y especificidades de enantiómeros, memoria molecular, y la capacidad de catalizar reacciones inusuales.

Asuntos de diseño

Para el futuro, algunos medios tienen que ser encontrados para la evolución del diseño de la NTM a nanoescala, que imita el proceso de la evolución biológica a escala molecular. Prosigue la evolución biológica por la variación aleatoria en los promedios del conjunto de organismos combinados con sacrificio de las variantes menos exitosas y la reproducción de las variantes más exitosas, y el diseño de ingeniería a macroescala también procede de un proceso de evolución del diseño de la simplicidad a la complejidad como se establece algo satíricamente por John Gall: "Un sistema complejo que funciona invariablemente se encontró que evoluciona a partir de un sistema simple que trabaja. Un sistema complejo diseñado desde cero nunca funciona y no puede ser remendado; para que funcione tienes que empezar de nuevo, comenzando con un sistema que funciona". [29]​ Se necesita un gran avance en la NTM que procede de los conjuntos atómicos simples que se pueden construir, por ejemplo, un STM para sistemas NTM complejos a través de un proceso de evolución del diseño. Una desventaja de este proceso es la dificultad de ver y la manipulación a nanoescala en comparación con la macroescala, que hace a la selección determinista de exitosas pruebas difíciles; en cambio la evolución biológica procede a través de la acción de lo que Richard Dawkins ha llamado el "relojero ciego" [30]​ que comprende una variación molecular aleatoria y determinista en la reproducción/extinción.

En 2007, la práctica de la nanotecnología abarca enfoques estocásticos (en la que, por ejemplo, la química supramolecular crea pantalones impermeables) y enfoques deterministas en el que las moléculas individuales (creados por la química estocástica) se manipulan en superficies de sustrato (creado por métodos de deposición estocásticos) por métodos deterministas que comprende empujándolos con MCI o sondas AFM y causando reacciones de unión o escisión simples. El sueño de un complejo, la nanotecnología molecular determinista sigue siendo difícil de alcanzar. Desde mediados de la década de 1990, miles de científicos de la superficie y los tecnócratas de película delgada han enganchado al tren nanotecnología y redefinido sus disciplinas como la nanotecnología. Esto ha causado mucha confusión en el campo y ha dado lugar a miles de papeles "nano" en la literatura. La mayoría de estos informes son extensiones de la investigación más ordinaria realizada en las esferas de los padres.

La viabilidad de las propuestas en Nanosistemas

 
 
Top, a molecular propellor. Bottom, a molecular planetary gear system. The feasibility of devices like these has been questioned.

La viabilidad de las propuestas de Drexler depende en gran medida, sobre si los diseños como los de los nanosistemas podrían ser construidos en la ausencia de un ensamblador universal y que funcionarían como se describen. Los partidarios de la nanotecnología molecular con frecuencia afirman que no hay errores significativos se hayan descubierto en nanosistemas desde 1992. Incluso algunos críticos conceden [31]​ que "Drexler ha considerado cuidadosamente una serie de principios físicos subyacentes de aspectos del 'alto nivel' de los nanosistemas que propone y, de hecho, se ha pensado en algún detalle "sobre algunas cuestiones.

Otros críticos afirman, que los nanosistemas omiten detalles importantes acerca de la química de bajo nivel, el "lenguaje máquina" de la nanotecnología molecular. [32]​[33]​[34]​[35]​También afirman que gran parte de la otra química de bajo nivel en nanosistemas requiere una amplia labor más allá, y que los diseños de más alto nivel de Drexler, por tanto, descansan sobre bases especulativas. Trabajos recientes por Freitas y Merkle [36]​ tienen por objeto reforzar estas fundaciones y llenar los vacíos existentes en la química de bajo nivel.

Drexler sostiene que es posible que tengamos que esperar hasta nuestra nanotecnología convencional mejore antes de resolver estas cuestiones: "la fabricación molecular será el resultado de una serie de avances en sistemas de máquinas moleculares, tanto como el primer alunizaje fue resultado de una serie de avances en los sistemas de combustible líquido de los cohetes. Estamos ahora en una posición como la de la Sociedad Interplanetaria Británica de la década de 1930, que describen cómo cohetes de varias etapas de combustible líquido podrían llegar a la Luna y señalaron a los primeros cohetes como ilustraciones del principio básico". [37]​ Sin embargo, Freitas y Merkle argumentan [38]​que un esfuerzo concentrado para lograr mecanosíntesis de diamante (DMS) puede comenzar ahora, con el uso de la tecnología existente, y podría alcanzar el éxito en menos de una década si se persigue su "enfoque directo al DMS en lugar de un enfoque de desarrollo más tortuoso que busque implementar tecnologías de fabricación molecular si usar diamantes menos eficaces antes de progresar a la diamantina".

Para resumir los argumentos en contra de la viabilidad: en primer lugar, los críticos argumentan que la principal barrera para el logro de la nanotecnología molecular es la falta de una forma eficaz de crear máquinas a escala molecular/atómica, especialmente en ausencia de un camino bien definido hacia un ensamblador de auto-replicación o una nanofábrica de diamantina. Los defensores responden que se está desarrollando un camino de investigación preliminar que lleva a una nanofábrica de diamantina. [6]​

Una segunda dificultad para llegar a la nanotecnología molecular es el diseño. El diseñoa mano de un engranaje o cojinete a nivel atómico podría tomar unas pocas a varias semanas. Mientras Drexler, Merkle y otros han creado diseños de piezas simples, ningún esfuerzo de diseño integral parecido a la complejidad de un Modelo T de Ford se han intentado. Los defensores responden que es difícil llevar a cabo un esfuerzo integral de diseño, en ausencia de una importante financiación para este tipo de esfuerzos, y que a pesar de esta desventaja mucho más útil de diseño, sin embargo, se han logrado con nuevas herramientas de software que se han desarrollado, por ejemplo, en Nanorex. [39]​

En el último informe de “Cuestión de tamaño: examen trienal de la Iniciativa Nacional de Nanotecnología”, [22]​ llevada a cabo por la National Academies Press en diciembre de 2006 (aproximadamente veinte años después de que Engines of Creation se publicara), de ninguna manera clara hacia delante, hacia la nanotecnología molecular podría todavía verse, según la conclusión en la página 108 de ese informe: "A pesar de los cálculos teóricos que se pueden hacer hoy en día, la gama posible de ciclos químicos de reacción, las tasas de error, la velocidad de funcionamiento y la eficiencia termodinámica de tales sistemas de fabricación de abajo hacia arriba no pueden puede predecir de forma fiable en este momento. Por lo tanto, la perfección y la complejidad de los productos fabricados con el tiempo posible, mientras que se pueden calcular en teoría, no se pueden predecir con confianza. Por último, los caminos de investigación óptimos que podrían conducir a sistemas que superan ampliamente las eficiencias termodinámicas y otras capacidades de los sistemas biológicos no se pueden predecir de forma fiable en este momento. La financiación de la investigación basada en la capacidad de los investigadores para producir demostraciones experimentales que enlazan los modelos abstractos y guías de visión a largo plazo son los más apropiado para lograr este objetivo”. La presente convocatoria de la investigación que lleva a manifestaciones es bien recibida por los grupos tales como la Colaboración de nanofábricas que buscan específicamente éxitos experimentales en la mecanosíntesis del diamante. [40]​ La "Hoja de ruta para la Tecnología Productiva en nanosistemas" [41]​ tiene como objetivo ofrecer ideas constructivas adicionales.

Es quizás interesante preguntarse si la mayoría de las estructuras consistentes con la ley física pueden de hecho ser fabricadas. Los defensores afirman que para alcanzar la mayor parte de la visión de la fabricación molecular no es necesario ser capaz de construir "una estructura que sea compatible con la ley natural." Más bien, es necesario ser capaz de construir solamente un (posiblemente modesto) subconjunto suficiente de este tipo de estructuras, como es cierto, de hecho, de cualquier proceso de fabricación práctica utilizada en el mundo actual, y es cierto incluso en biología. En cualquier caso, como dijo una vez Richard Feynman: "Es ciencia tan solo decir lo que es más probable o menos probable, y no para probar todo el tiempo lo que es posible o imposible." [42]​

Trabajo existente sobre la mecanosíntesis del diamante

Hay un creciente cuerpo de trabajo teórico revisado por pares en la síntesis del diamante eliminando mecánicamente la adición de átomos de hidrógeno [43]​y depositando átomos de carbono [44]​[45]​[46]​[47]​[48]​[49]​ (un proceso conocido como mecanosíntesis). Este trabajo está penetrando lentamente la comunidad nanocientífica, y está siendo criticado. Por ejemplo, Peng et al. (2006)[50]​ (en el continuo esfuerzo de investigación por Freitas, Merkle y sus colaboradores) informa que el motivo de mecanosíntesis más estudiado (DCB6Ge) coloca con éxito un dímero de carbono C2 en la superficie del diamante C(110), tanto a 300 K (temperatura ambiente) y a 80 K (temperatura del nitrógeno líquido), y que la variante de silicio (DCB6Si) también trabaja en 80 K, pero no a 300 K. Más de 100.000 horas dentro del CPU se han invertido en este último estudio. El motivo del DCB6, descrito inicialmente por Merkle y Freitas en una Conferencia Foresight en 2002, fue la primera descripción completa jamás propuesta para la mecanosíntesis del diamante, y sigue siendo el único motivo de información sobre herramientas que se han simulado con éxito para su función prevista en un átomo de la superficie del diamante.

Las herramientas modeladas en este trabajo están destinadas a ser utilizados en ambientes cuidadosamente controlados (por ejemplo, de vacío). Los límites máximos aceptables para la traslación de las herramientas y los errores de colocación de rotación errónea se presentan en Peng et al. (2006) – la sobre las herramientas deben ser colocadas con gran precisión para evitar la unión incorrecta del dímero. Peng et al. (2006) informa que el aumento del espesor de los 4 planos de soporte de los átomos de C por encima de la descripción para 5 planos disminuyen la frecuencia de resonancia de toda la estructura de 2,0 THz a 1,8 THz. Más importante aún, las huellas de vibración de una herramienta DCB6Ge montadas en un mango del 384-átomo y de la misma herramienta montada en un mango similar pero mucho más grande 636-átomo "travesaño" son prácticamente idénticos en las direcciones no-travesaño. Estudios computacionales adicionales sobre el modelado afirma que estructuras más grandes de mango son bienvenidas, pero la capacidad de posicionar con precisión los SPM con el requisito de una precisión atómica se ha demostrado en varias ocasiones de forma experimental a baja temperatura, [51]​[52]​ o incluso a temperatura ambiente [53]​[54]​ que constituyen una prueba de la existencia básica para esta capacidad.

La investigación adicional para tener en cuenta la información sobre herramientas adicionales requerirá mucho tiempo para la química computacional y trabajo difícil de laboratorio.[55]​

Un nanofábrica trabajando requeriría una variedad de información bien diseñada para diferentes reacciones y análisis detallado sobre la colocación de los átomos en superficies más complicadas. Aunque esto parece un problema difícil dados los recursos actuales, muchas herramientas estarán disponibles para ayudar a los futuros investigadores: la Ley de Moore predice nuevos aumentos de potencia de los ordenadores, las técnicas de fabricación de semiconductores siguen acercándose a la nanoescala, y los investigadores son cada vez más hábiles en el uso de las proteínas, los ribosomas y del ADN para llevar a cabo la química.

Trabajos de ficción

  • En “La era del diamante” de Neal Stephenson, el diamante puede ser constituido por la simple construcción de átomos de carbono. También todo tipo de dispositivos de detección de tamaño de polvo hasta zeppelines gigantes de diamante se construyen átomo por átomo utilizando solo carbono, oxígeno, nitrógeno y cloro.
  • En la novela “Tomorrow” de Andrew Saltzman (ISBN 1-4243-1027-X), un científico utiliza nanorobótica para crear un líquido que cuando se inserta en el torrente sanguíneo, hace casi invencible al individuo, dado que las máquinas microscópicas reparan los tejidos casi instantáneamente después de haberse dañado.
  • En el juego de rol Splicers por Palladium Books, la humanidad ha sucumbido a una "plaga nanorobótica" que hace que cualquier objeto hecho de un metal no precioso pueda cambiar de forma (a veces en una especie de robot) momentos después de haber sido afectado por un ser humano. El objeto procederá entonces a atacar a los humanos. Esto ha obligado a la humanidad a desarrollar dispositivos "biotecnológicos" para reemplazar a los hechos de metal.
  • En el programa de televisión Mystery Science Theater 3000, los nanites (expresado de diversas maneras por Kevin Murphy, Paul Chaplin, Mary Jo Pehl, y Bridget Jones) - son organismos de cbio-ingeniería auto-replicantes, que trabajan en el barco, y son criaturas microscópicas que residen en el los sistemas informáticos del Satellite of Love. (Son similares a las criaturas en del episodio "Evolución" de Star Trek: The Next Generation, que ofrecieron "nanites" para hacerse cargo de la empresa) Los Nanites hacen su primera aparición en la temporada 8. Basado en el concepto de nanotecnología, sus actividades deus ex machina incluyen diversas tareas como la reparación inmediata y la construcción, la peluquería, la realización de una variación del nanite de un circo de pulgas, la realización de una guerra microscópica, e incluso destruir el planeta de los observadores después de una solicitud peligrosamente vaga de Mike para "cuidado de un pequeño problema ". También corrieron una microcervecería.

Referencias

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Trabajos de referencia

  • La obra principal de referencia técnica en este tema es Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation, un análisis basado en la física a fondo de una clase particular de nanomáquinas potenciales y sistemas de fabricación molecular, con extensos análisis de su viabilidad y rendimiento.[1][2] Nanosistemas se basa estrechamente en la tesis doctoral del MIT de Drexler, "Maquinaria Molecular y Fabricación con Aplicaciones a la Computación". Ambos trabajos también discuten vías de desarrollo de tecnología que comienzan con sonda de barrido y las tecnologías biomoleculares.
  • Drexler y otros extendieron las ideas de la nanotecnología molecular con varios otros libros. Unbounding the Future: the Nanotechnology Revolution [1] El libro es fácil de leer, e introduce las ideas de la nanotecnología molecular de una manera no muy técnica. Otras obras notables en el mismo sentido son Nanomedicina Vol.I y Vol.IIA por Robert Freitas y Kinematic Self-Replicating Machines.
  • Nanotecnología: Especulaciones Moleculares en la abundancia Global Editada por BC Crandall (ISBN 0-262-53137-2) ofrece interesar ideas para MNT aplicaciones.

Enlaces externos

  • Instituto de previsión
  • el 21 de octubre de 2004 en Wayback Machine. Página principal - Sensato-Nano] Un wiki para MNT
  • Dr. Freitas bibliografía en mechanosynthesis actualizó aquí (también incluye relacionó las técnicas basaron encima escaneando microscopia de sonda)
  • El sitio web de Ensamblador Molecular de Robert Un. Freitas Jr.
  • Nanotecnología Ahora Nanotecnología basics, noticioso, e información general
  • Eric Drexler sitio web personal y archivo digital
  • Iniciativa de Nanotecnología nacional
  • Instituto para Fabricación Molecular
  • Acelerando Futuro MNT artículos

Véase también

  • Nanoquímica
  • Nanotecnología en tratamiento de agua
  • Tecnomimetismo
  •   Datos: Q819115

Agosto 24, 2021
nanotecnología, molecular, nanotecnología, molecular, tecnología, basada, capacidad, variar, estructuras, complejas, especificaciones, atómicas, mediante, mecanosíntesis, esto, distinto, nanomateriales, basados, visión, richard, feynman, fábricas, miniatura, u. La nanotecnologia molecular NTM es una tecnologia basada en la capacidad de variar estructuras complejas con especificaciones atomicas mediante la mecanosintesis 1 Esto es distinto de nanomateriales Basados en la vision de Richard Feynman de fabricas en miniatura que utilizan nanomaquinas para construir productos complejos incluyendo adicionales nanomaquinas esta forma adelantada de nanotecnologia o fabricacion molecular 2 haria uso de mecanosintesis posicionalmente controlado y guiados por sistemas de maquinas moleculares La NTM implicaria combinar los principios fisicos demostrados por la quimica otras nanotecnologias y la maquinaria molecular de la vida con los principios de ingenieria de los sistemas encontrados en fabricas modernas a macroescala Indice 1 Introduccion 2 Proyecciones de aplicaciones y capacidades 2 1 Materiales inteligentes y nanosensores 2 2 Replicando nanorobots 2 3 Nanorobots en la medicina 2 4 Niebla de utilidad 2 5 optica de arreglos en fase 3 Impactos sociales potenciales 3 1 Beneficios 3 2 Riesgos 4 Criticas y asuntos tecnicos 4 1 Estudios y recomendaciones por la Academia Nacional de Ciencias de los EE UU 4 2 Ensambladores versus nanofabricas 4 3 Nanotecnologia dura versus blanda 4 4 El debate de Smalley Drexler 4 5 Asuntos de diseno 4 6 La viabilidad de las propuestas en Nanosistemas 4 7 Trabajo existente sobre la mecanosintesis del diamante 5 Trabajos de ficcion 6 Referencias 7 Trabajos de referencia 8 Enlaces externos 9 Vease tambienIntroduccion EditarMientras que la quimica convencional utiliza procesos inexactos para obtener resultados inexactos y la biologia explota procesos inexactos para obtener resultados definitivos la nanotecnologia molecular emplearia procesos definitivos originales para obtener resultados definitivos El deseo en la nanotecnologia molecular seria la de equilibrar las reacciones moleculares en ubicaciones y orientaciones posicionalmente controladas para obtener reacciones quimicas deseadas y luego para construir sistemas mediante el ensamblaje de los productos de estas reacciones Una hoja de ruta para el desarrollo de NTM es un objetivo de un proyecto de tecnologia de base dirigido por Battelle el gerente de varios laboratorios nacionales de Estados Unidos y el Foresight Institute Instituto de Prospectiva 3 El plan de trabajo fue originalmente programado para su terminacion a finales del 2006 pero fue puesto en libertad en enero de 2008 4 La Colaboracion de nanofabricas del ingles Nanofactory Collaboration 5 es un esfuerzo continuo mas centrado donde participan 23 investigadores de 10 organizaciones y 4 paises diferentes que estan desarrollando una agenda de investigacion practica 6 dirigida especificamente a la mecanosintesis del diamante posicionalmente controlada y al desarrollo de nanofabricas del diamante En agosto de 2005 un grupo de trabajo formado por mas de 50 expertos internacionales de diversos campos organizado por el Centro de Nanotecnologia Responsable para estudiar las implicaciones sociales de la nanotecnologia molecular 7 Proyecciones de aplicaciones y capacidades EditarMateriales inteligentes y nanosensores Editar Una aplicacion propuesta de la NTM son los llamados materiales inteligentes Este termino se refiere a cualquier tipo de material disenado y fabricado a escala nanometrica para una tarea especifica Abarca una amplia variedad de posibles aplicaciones comerciales Un ejemplo seria material disenado para responder de forma diferente a las diversas moleculas esa capacidad podria llevar por ejemplo a las drogas artificiales que reconocen y hacen inertes a virus especificos Otra es la idea de las estructuras de auto sanacion las cuales reparan pequenas fisuras en una superficie de forma natural de la misma manera que lo hacen los neumaticos autosellantes o la piel humana Un nanosensor se pareceria a un material inteligente que involucra un pequeno componente dentro de una maquina mas grande que reacciona a su entorno y al cambio de alguna manera fundamental e intencional Un ejemplo muy simple un fotosensor podria medir pasivamente la luz incidente y descargar su energia absorbida en forma de electricidad cuando la luz pasa por encima o por debajo de un umbral determinado y hacer el envio de una senal a una maquina mas grande Tal sensor supuestamente tendria menor costo y consumiria menos energia que un sensor convencional y sin embargo cumple la misma funcion de forma util en todas las aplicaciones por ejemplo encender las luces de un lote de estacionamiento cuando oscurece Mientras que los materiales inteligentes y nanosensores ejemplifican aplicaciones utiles en la NTM palidecen en comparacion con la complejidad de la tecnologia mas popular asociada con el termino el nanorobot replicable Replicando nanorobots Editar Nanofacturas con NTM es popularmente vinculada con la idea de enjambres coordinados de robots a nanoescala que trabajan en conjunto una propuesta de K Eric Drexler en sus discusiones de NTM en 1986 pero reemplazada en 1992 En esta propuesta inicial nanorobots suficientemente capaces construirian mas nanorobots en un ambiente artificial que contiene bloques especiales de construccion molecular Los criticos han puesto en duda tanto la viabilidad de nanorobots auto replicantes y la factibilidad del control si es que los nanorobots auto replicantes podrian alcanzarse citan la posibilidad de mutaciones que eliminen cualquier control y que favorezcan la reproduccion de las variaciones patogenas mutantes Los defensores abordan la primera duda al senalar que la primera maquina replicadora autonoma macroescala hecha de bloques de Lego fue construida y operada de forma experimental en 2002 8 Si bien hay ventajas sensoriales presentes en la macroescala en comparacion con la limitada disponibles a escala nanometrica las propuestas de sistemas de fabricacion mecanosintetica a nanoescala posicionalmente controladas emplean un estima de informacion sobre las herramientas combinadas con el diseno fiable de secuencia de reaccion para garantizar resultados fiables por lo tanto un sistema sensorial limitado no posee desventaja alguna Consideraciones similares se aplican al ensamblaje posicional de pequenas nanopartes Los defensores abordan la segunda dudas con el argumento de que las bacterias por necesidad evolucionaron a evolucionar mientras que la mutacion nanorobot podria prevenirse de forma activa mediante tecnicas comunes de correccion de errores Ideas similares se recomiendan en las directrices de prospectiva sobre Nanotecnologia Molecular 9 y un mapa del espacio de diseno replicador de 137 dimensiones 10 publicaron recientemente por Freitas y Merkle el cual proporciona numerosos metodos propuestos por el cual replicadores podrian en principio ser controlados de forma segura por el buen diseno Sin embargo el concepto de mutacion de supresion plantea la pregunta Como se puede disenar la evolucion para producirse a escala nanometrica sin un proceso de mutacion al azar y seleccion determinista Los criticos argumentan que los defensores de la NTM no han proporcionado un sustituto de un proceso de evolucion tal en este campo a escala nanometrica donde se carece de los procesos de seleccion convencionales basados sensorialmente Los limites del sensorio disponibles a nanoescala podrian hacer dificil o imposible de aventar los exitos de los fracasos Sus defensores argumentan que la evolucion del diseno debe ocurrir de manera determinista y estrictamente bajo control humano utilizando el paradigma de la ingenieria convencional de modelado diseno prototipaje pruebas analisis y rediseno En cualquier caso desde 1992 propuestas tecnicas para la NTM no incluyen nanorobots auto replicantes y directrices eticas recientes presentadas por los defensores de la NTM prohiben la autorreplicacion sin restricciones 9 11 Nanorobots en la medicina Editar Una de las aplicaciones mas importantes de la NTM podria ser la nanorobotica o la nanomedicina un area trabajada por primera vez por Robert Freitas en numerosos libros 12 y articulos 13 La capacidad de disenar construir y desplegar un gran numero de nanorobots medicos haria como minimo posible la rapida eliminacion de enfermedades y la recuperacion fiable y relativamente sin dolor de un trauma fisico Los Nanorobots medicos tambien pueden hacer posible la correccion conveniente de defectos geneticos y ayudar a asegurar una vida util ampliada considerablemente Incluso mas polemico los nanorobots medicos podrian utilizarse para aumentar las capacidades humanas naturales Niebla de utilidad Editar Esquema de un 100 micrometro foglet Otra propuesta de aplicacion de la nanotecnologia molecular es la niebla util 14 en la que una nube de robots microscopicos conectados en la red mas simples que los ensambladores cambiarian su forma y propiedades para formar objetos y herramientas macroscopicas por medio de comandos de software En lugar de modificar las practicas actuales de consumo de bienes materiales en diferentes formas la niebla util simplemente reemplazaria muchos objetos fisicos optica de arreglos en fase Editar optica de red en fase otra propuesta de aplicacion de la NTM se PAO del ingles Phased array optics 15 Sin embargo esto parece ser un problema que puede ser atacada por la tecnologia de nanoescala ordinaria La PAO utilizaria el principio de la tecnologia milimetrica aplicado a longitudes de onda opticas Esto permitiria la duplicacion virtual de cualquier tipo de efecto optico Los usuarios podrian solicitar hologramas amaneceres y puestas de sol o laseres flotantes como se les apetezca Sistemas PAO se describieron en Nanotecnologia de BC de Crandall Especulaciones Moleculares de Abundancia Global en el articulo de Brian WOWK optica de fases 16 Impactos sociales potenciales EditarBeneficios Editar Nanotecnologia o la nanotecnologia molecular para referir mas especificamente a los objetivos discutidos aqui nos permitira continuar las tendencias historicas de fabricacion hasta los limites fundamentales impuestas por la ley fisica Se le permitira hacer extraordinarias y poderosas computadoras moleculares Se le permitira introducir materiales cincuenta veces mas ligeros que el acero o aleacion de aluminio pero con la misma fuerza Seremos capaces de hacer aviones cohetes coches o incluso sillas que segun los estandares de hoy en dia serian muy ligeros fuertes y baratos Herramientas quirurgicas moleculares guiadas por computadoras moleculares e inyectadas en el torrente sanguineo capaces de encontrar y destruir las celulas cancerosas o bacterias invasoras destapar las arterias o proporcionar oxigeno cuando se altera la circulacion La nanotecnologia sustituira toda nuestra base de fabricacion con una nueva forma de hacer productos radicalmente mas precisa radicalmente mas barato y radicalmente mas flexible El objetivo no es simplemente reemplazar los chips de computadora que hoy se hacen en las plantas sino tambien reemplazar las lineas de montaje de automoviles televisores telefonos libros instrumentos quirurgicos misiles librerias aviones tractores y todo lo demas El objetivo es un cambio generalizado en la industria manufacturera un cambio que le dejara practicamente ningun producto sin tocar El progreso economico y la preparacion militar en el siglo 21 dependeran fundamentalmente de mantener una posicion competitiva en la nanotecnologia 17 A pesar de la situacion actual del desarrollo temprano de la nanotecnologia y la nanotecnologia molecular mucha preocupacion rodea al impacto anticipado de la NMT en la economia 18 19 y en la ley A pesar de los efectos si se llegara a lograr la NTM tenderia a reducir la escasez de bienes manufacturados y a hacer muchos mas bienes manufacturables como la alimentacion y la salud La NTM puede hacer posibles las capacidades nanomedicas con la habilidad de curar cualquier condicion medica que no se ha curado por los avances en otras areas La buena salud seria comun y la mala salud de cualquier forma seria tan rara como la viruela y el escorbuto Incluso la crionica seria factible ya que el tejido crio preservado podria ser totalmente reparado Riesgos Editar La nanotecnologia molecular es una de las tecnologias que algunos analistas creen que podria conducir a una Singularidad Tecnologica Algunos sienten que la nanotecnologia molecular tendria riesgos enormes 20 Es concebible que podria permitir la reduccion del costo de armas y podria aumentar su destructividad Ademas la nanotecnologia molecular podria permitir armas de destruccion masiva que podrian auto replicarse como los virus y las celulas cancerosas hacen cuando se ataca el cuerpo humano Los comentaristas generalmente estan de acuerdo en que en el caso del desarrollo de la nanotecnologia molecular su auto replicacion solo deberia permitirse bajo condiciones intrinsecamente seguras muy controladas Existe un temor de que los robots nanomecanicos si se lograsen y si fueran disenados para auto replicarse utilizando materiales de origen natural una tarea dificil podrian consumir todo el planeta en su hambre de materias primas 22 o simplemente desplazar a la vida natural compitiendo para producir energia como sucedio historicamente cuando las algas verde azules aparecieron y dejaron fuera a formas de vida anteriores Algunos comentaristas se han referido a esta situacion como la plaga gris o escenario de ecofagia K Eric Drexler considera que el escenario accidental de la plaga gris es extremadamente improbable y lo dice en ediciones posteriores en Engines of Creation A la luz de esta percepcion del peligro potencial el Instituto Foresight fundada por K Eric Drexler para prepararse para la llegada de las tecnologias del futuro ha elaborado una serie de directrices 21 para el desarrollo etico de la nanotecnologia Estos incluyen la prohibicion de seudo organismos auto replicantes de libre forrajeo en la superficie de la Tierra por lo menos y posiblemente en otros lugares Criticas y asuntos tecnicos EditarLa viabilidad de las tecnologias basicas analizadas en nanosistemas ha sido objeto de una revision cientifica formal por parte de Estados Unidos en la Academia Nacional de Ciencias y tambien ha sido el centro de un amplio debate en el Internet y en la prensa popular Estudios y recomendaciones por la Academia Nacional de Ciencias de los EE UU Editar En 2006 la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos publico el informe de un estudio sobre la fabricacion molecular como parte de un informe mas extenso Una cuestion de tamano examen trienal de la Iniciativa Nacional de Nanotecnologia 22 El comite de estudio reviso el contenido tecnico de nanosistemas y en su conclusion establece que ningun analisis teorico actual se puede considerar definitivo con respecto a varias cuestiones de rendimiento potencial del sistema y que las rutas optimas para la implementacion de sistemas de alto rendimiento no se pueden predecir con confianza Se recomienda la investigacion experimental para avanzar en el conocimiento en esta area A pesar de que los calculos teoricos se pueden hacer hoy en dia la gama final posible de ciclos quimicos de reaccion las tasas de error la velocidad de funcionamiento y la eficiencia termodinamica de tales sistemas de fabricacion de abajo hacia arriba no se pueden predecir de forma fiable en este momento Por lo tanto la perfeccion finalmente alcanzable y la complejidad de los productos manufacturados mientras que se pueden calcular en teoria no se pueden predecir con confianza en la practica Por ultimo los caminos optimos de investigacion que podrian conducir a sistemas que exceden en gran medida la eficiencia termodinamica y otras capacidades de los sistemas biologicos no se pueden predecir de forma fiable en este momento La financiacion de la investigacion basada en la capacidad de los investigadores para producir demostraciones experimentales que enlazan modelos abstractos y guian la vision a largo plazo es la forma mas apropiada para lograr este objetivo Ensambladores versus nanofabricas Editar Un encabezado en Engines of Creation de Drexler dice 23 Ensambladores Universales y el siguiente texto habla de varios tipos de ensambladores que en conjunto podria hipoteticamente construir casi cualquier cosa que las leyes de la naturaleza permitiesen existir El colega de Drexler Ralph Merkle ha senalado que contrariamente a la leyenda difundida 24 Drexler nunca afirmo que los sistemas ensambladores podrian construir absolutamente cualquier estructura molecular Las notas al final del libro de Drexler explican la calificacion casi Por ejemplo una estructura delicada podria estar disenado de forma que al igual que un arco de piedra se autodestruya a menos de que todas sus piezas se encuentren en su lugar correcto Si no hubiera espacio en el diseno para la colocacion y el retirado de un andamio a continuacion la estructura podria ser imposible de construir Pocas estructuras de interes practico parecen propensas a exhibir un problema tal En 1992 Drexler publico Nanosistemas Maquinaria Molecular fabricacion y Computacion 25 una propuesta detallada para la sintesis de estructuras rigidas covalentes utilizando una fabrica de sobremesa Estructuras de tipo diamante y otras estructuras covalentes rigidas de lograrse tendrian una amplia gama de posibles aplicaciones va mucho mas alla de la tecnologia MEMS sistemas microelectromecanicos actual Un esbozo del sendero fue propuesto en 1992 para la construccion de una fabrica de sobremesa en ausencia de un ensamblador Otros investigadores han comenzado a avanzar en los caminos tentativos propuestos alternativas 5 para esto en los anos desde que se publico nanosistemas Nanotecnologia dura versus blanda Editar En 2004 Richard Jones escribio Soft Machines nanotecnologia y vida un libro para el publico laico publicado por la Universidad de Oxford En este libro se describe la nanotecnologia radical defendida por Drexler como una idea determinista mecanicista de ingenieria de nanomaquinas que no tiene en cuenta los retos a nanoescala como la humedad pegajosidad movimiento browniano y alta viscosidad Tambien explica que es la nanotecnologia blanda o la nanotecnologia mas apropiadamente la nanotecnologia biomimetica que es el camino a seguir si no la mejor manera para disenar nanodispositivos funcionales que pueden hacer frente a todos los problemas en una escala nanometrica Uno puede pensar en nanotecnologia suave como el desarrollo de las nanomaquinas que utilizan las lecciones aprendidas de la biologia sobre como funcionan las cosas la quimica para crear precisamente este tipo de dispositivos y la fisica estocastica para modelar el sistema y sus procesos naturales en detalle El debate de Smalley Drexler Editar Varios investigadores entre ellos el ganador del Premio Nobel Dr Richard Smalley 1943 2005 26 atacaron la nocion de ensambladores universales dando lugar a una refutacion de Drexler y sus colegas 27 y finalmente a un intercambio de cartas 28 Smalley argumento que la quimica es extremadamente complicada las reacciones son dificiles de controlar y que un ensamblador universal es ciencia ficcion Drexler y sus colegas sin embargo senalaron que Drexler nunca se propuso ensambladores universales capaces de hacer cualquier cosa pero en su lugar propuso montadores mas limitados capaces de hacer una gran variedad de cosas Ellos cuestionaron la pertinencia de los argumentos de Smalley a las propuestas mas especificas avanzadas en nanosistemas Tambien Smalley argumento que casi la totalidad de la quimica moderna implica reacciones que tienen lugar en un disolvente normalmente agua ya que las pequenas moleculas de un solvente aportan muchas cosas tales como la reduccion de energias de enlace para los estados de transicion Dado que casi toda la quimica conocida requiere un disolvente Smalley sintio que la propuesta de Drexler de utilizar un entorno de alto vacio no era factible Sin embargo Drexler aborda esto en los nanosistemas mostrando matematicamente que los catalizadores bien disenados pueden proporcionar los efectos de un disolvente y fundamentalmente se puede hacer incluso mas eficiente que un disolvente de reaccion de enzima Es de destacar que contrariamente a la opinion de Smalley que las enzimas requieren de agua No solo las enzimas trabajan vigorosamente en medios organicos anhidridos pero en este entorno natural que adquieren propiedades notables como mucho mayor estabilidad un sustrato radicalmente alterado y especificidades de enantiomeros memoria molecular y la capacidad de catalizar reacciones inusuales Asuntos de diseno Editar Para el futuro algunos medios tienen que ser encontrados para la evolucion del diseno de la NTM a nanoescala que imita el proceso de la evolucion biologica a escala molecular Prosigue la evolucion biologica por la variacion aleatoria en los promedios del conjunto de organismos combinados con sacrificio de las variantes menos exitosas y la reproduccion de las variantes mas exitosas y el diseno de ingenieria a macroescala tambien procede de un proceso de evolucion del diseno de la simplicidad a la complejidad como se establece algo satiricamente por John Gall Un sistema complejo que funciona invariablemente se encontro que evoluciona a partir de un sistema simple que trabaja Un sistema complejo disenado desde cero nunca funciona y no puede ser remendado para que funcione tienes que empezar de nuevo comenzando con un sistema que funciona 29 Se necesita un gran avance en la NTM que procede de los conjuntos atomicos simples que se pueden construir por ejemplo un STM para sistemas NTM complejos a traves de un proceso de evolucion del diseno Una desventaja de este proceso es la dificultad de ver y la manipulacion a nanoescala en comparacion con la macroescala que hace a la seleccion determinista de exitosas pruebas dificiles en cambio la evolucion biologica procede a traves de la accion de lo que Richard Dawkins ha llamado el relojero ciego 30 que comprende una variacion molecular aleatoria y determinista en la reproduccion extincion En 2007 la practica de la nanotecnologia abarca enfoques estocasticos en la que por ejemplo la quimica supramolecular crea pantalones impermeables y enfoques deterministas en el que las moleculas individuales creados por la quimica estocastica se manipulan en superficies de sustrato creado por metodos de deposicion estocasticos por metodos deterministas que comprende empujandolos con MCI o sondas AFM y causando reacciones de union o escision simples El sueno de un complejo la nanotecnologia molecular determinista sigue siendo dificil de alcanzar Desde mediados de la decada de 1990 miles de cientificos de la superficie y los tecnocratas de pelicula delgada han enganchado al tren nanotecnologia y redefinido sus disciplinas como la nanotecnologia Esto ha causado mucha confusion en el campo y ha dado lugar a miles de papeles nano en la literatura La mayoria de estos informes son extensiones de la investigacion mas ordinaria realizada en las esferas de los padres La viabilidad de las propuestas en Nanosistemas Editar Top a molecular propellor Bottom a molecular planetary gear system The feasibility of devices like these has been questioned La viabilidad de las propuestas de Drexler depende en gran medida sobre si los disenos como los de los nanosistemas podrian ser construidos en la ausencia de un ensamblador universal y que funcionarian como se describen Los partidarios de la nanotecnologia molecular con frecuencia afirman que no hay errores significativos se hayan descubierto en nanosistemas desde 1992 Incluso algunos criticos conceden 31 que Drexler ha considerado cuidadosamente una serie de principios fisicos subyacentes de aspectos del alto nivel de los nanosistemas que propone y de hecho se ha pensado en algun detalle sobre algunas cuestiones Otros criticos afirman que los nanosistemas omiten detalles importantes acerca de la quimica de bajo nivel el lenguaje maquina de la nanotecnologia molecular 32 33 34 35 Tambien afirman que gran parte de la otra quimica de bajo nivel en nanosistemas requiere una amplia labor mas alla y que los disenos de mas alto nivel de Drexler por tanto descansan sobre bases especulativas Trabajos recientes por Freitas y Merkle 36 tienen por objeto reforzar estas fundaciones y llenar los vacios existentes en la quimica de bajo nivel Drexler sostiene que es posible que tengamos que esperar hasta nuestra nanotecnologia convencional mejore antes de resolver estas cuestiones la fabricacion molecular sera el resultado de una serie de avances en sistemas de maquinas moleculares tanto como el primer alunizaje fue resultado de una serie de avances en los sistemas de combustible liquido de los cohetes Estamos ahora en una posicion como la de la Sociedad Interplanetaria Britanica de la decada de 1930 que describen como cohetes de varias etapas de combustible liquido podrian llegar a la Luna y senalaron a los primeros cohetes como ilustraciones del principio basico 37 Sin embargo Freitas y Merkle argumentan 38 que un esfuerzo concentrado para lograr mecanosintesis de diamante DMS puede comenzar ahora con el uso de la tecnologia existente y podria alcanzar el exito en menos de una decada si se persigue su enfoque directo al DMS en lugar de un enfoque de desarrollo mas tortuoso que busque implementar tecnologias de fabricacion molecular si usar diamantes menos eficaces antes de progresar a la diamantina Para resumir los argumentos en contra de la viabilidad en primer lugar los criticos argumentan que la principal barrera para el logro de la nanotecnologia molecular es la falta de una forma eficaz de crear maquinas a escala molecular atomica especialmente en ausencia de un camino bien definido hacia un ensamblador de auto replicacion o una nanofabrica de diamantina Los defensores responden que se esta desarrollando un camino de investigacion preliminar que lleva a una nanofabrica de diamantina 6 Una segunda dificultad para llegar a la nanotecnologia molecular es el diseno El disenoa mano de un engranaje o cojinete a nivel atomico podria tomar unas pocas a varias semanas Mientras Drexler Merkle y otros han creado disenos de piezas simples ningun esfuerzo de diseno integral parecido a la complejidad de un Modelo T de Ford se han intentado Los defensores responden que es dificil llevar a cabo un esfuerzo integral de diseno en ausencia de una importante financiacion para este tipo de esfuerzos y que a pesar de esta desventaja mucho mas util de diseno sin embargo se han logrado con nuevas herramientas de software que se han desarrollado por ejemplo en Nanorex 39 En el ultimo informe de Cuestion de tamano examen trienal de la Iniciativa Nacional de Nanotecnologia 22 llevada a cabo por la National Academies Press en diciembre de 2006 aproximadamente veinte anos despues de que Engines of Creation se publicara de ninguna manera clara hacia delante hacia la nanotecnologia molecular podria todavia verse segun la conclusion en la pagina 108 de ese informe A pesar de los calculos teoricos que se pueden hacer hoy en dia la gama posible de ciclos quimicos de reaccion las tasas de error la velocidad de funcionamiento y la eficiencia termodinamica de tales sistemas de fabricacion de abajo hacia arriba no pueden puede predecir de forma fiable en este momento Por lo tanto la perfeccion y la complejidad de los productos fabricados con el tiempo posible mientras que se pueden calcular en teoria no se pueden predecir con confianza Por ultimo los caminos de investigacion optimos que podrian conducir a sistemas que superan ampliamente las eficiencias termodinamicas y otras capacidades de los sistemas biologicos no se pueden predecir de forma fiable en este momento La financiacion de la investigacion basada en la capacidad de los investigadores para producir demostraciones experimentales que enlazan los modelos abstractos y guias de vision a largo plazo son los mas apropiado para lograr este objetivo La presente convocatoria de la investigacion que lleva a manifestaciones es bien recibida por los grupos tales como la Colaboracion de nanofabricas que buscan especificamente exitos experimentales en la mecanosintesis del diamante 40 La Hoja de ruta para la Tecnologia Productiva en nanosistemas 41 tiene como objetivo ofrecer ideas constructivas adicionales Es quizas interesante preguntarse si la mayoria de las estructuras consistentes con la ley fisica pueden de hecho ser fabricadas Los defensores afirman que para alcanzar la mayor parte de la vision de la fabricacion molecular no es necesario ser capaz de construir una estructura que sea compatible con la ley natural Mas bien es necesario ser capaz de construir solamente un posiblemente modesto subconjunto suficiente de este tipo de estructuras como es cierto de hecho de cualquier proceso de fabricacion practica utilizada en el mundo actual y es cierto incluso en biologia En cualquier caso como dijo una vez Richard Feynman Es ciencia tan solo decir lo que es mas probable o menos probable y no para probar todo el tiempo lo que es posible o imposible 42 Trabajo existente sobre la mecanosintesis del diamante Editar Hay un creciente cuerpo de trabajo teorico revisado por pares en la sintesis del diamante eliminando mecanicamente la adicion de atomos de hidrogeno 43 y depositando atomos de carbono 44 45 46 47 48 49 un proceso conocido como mecanosintesis Este trabajo esta penetrando lentamente la comunidad nanocientifica y esta siendo criticado Por ejemplo Peng et al 2006 50 en el continuo esfuerzo de investigacion por Freitas Merkle y sus colaboradores informa que el motivo de mecanosintesis mas estudiado DCB6Ge coloca con exito un dimero de carbono C2 en la superficie del diamante C 110 tanto a 300 K temperatura ambiente y a 80 K temperatura del nitrogeno liquido y que la variante de silicio DCB6Si tambien trabaja en 80 K pero no a 300 K Mas de 100 000 horas dentro del CPU se han invertido en este ultimo estudio El motivo del DCB6 descrito inicialmente por Merkle y Freitas en una Conferencia Foresight en 2002 fue la primera descripcion completa jamas propuesta para la mecanosintesis del diamante y sigue siendo el unico motivo de informacion sobre herramientas que se han simulado con exito para su funcion prevista en un atomo de la superficie del diamante Las herramientas modeladas en este trabajo estan destinadas a ser utilizados en ambientes cuidadosamente controlados por ejemplo de vacio Los limites maximos aceptables para la traslacion de las herramientas y los errores de colocacion de rotacion erronea se presentan en Peng et al 2006 la sobre las herramientas deben ser colocadas con gran precision para evitar la union incorrecta del dimero Peng et al 2006 informa que el aumento del espesor de los 4 planos de soporte de los atomos de C por encima de la descripcion para 5 planos disminuyen la frecuencia de resonancia de toda la estructura de 2 0 THz a 1 8 THz Mas importante aun las huellas de vibracion de una herramienta DCB6Ge montadas en un mango del 384 atomo y de la misma herramienta montada en un mango similar pero mucho mas grande 636 atomo travesano son practicamente identicos en las direcciones no travesano Estudios computacionales adicionales sobre el modelado afirma que estructuras mas grandes de mango son bienvenidas pero la capacidad de posicionar con precision los SPM con el requisito de una precision atomica se ha demostrado en varias ocasiones de forma experimental a baja temperatura 51 52 o incluso a temperatura ambiente 53 54 que constituyen una prueba de la existencia basica para esta capacidad La investigacion adicional para tener en cuenta la informacion sobre herramientas adicionales requerira mucho tiempo para la quimica computacional y trabajo dificil de laboratorio 55 Un nanofabrica trabajando requeriria una variedad de informacion bien disenada para diferentes reacciones y analisis detallado sobre la colocacion de los atomos en superficies mas complicadas Aunque esto parece un problema dificil dados los recursos actuales muchas herramientas estaran disponibles para ayudar a los futuros investigadores la Ley de Moore predice nuevos aumentos de potencia de los ordenadores las tecnicas de fabricacion de semiconductores siguen acercandose a la nanoescala y los investigadores son cada vez mas habiles en el uso de las proteinas los ribosomas y del ADN para llevar a cabo la quimica Trabajos de ficcion EditarEn La era del diamante de Neal Stephenson el diamante puede ser constituido por la simple construccion de atomos de carbono Tambien todo tipo de dispositivos de deteccion de tamano de polvo hasta zeppelines gigantes de diamante se construyen atomo por atomo utilizando solo carbono oxigeno nitrogeno y cloro En la novela Tomorrow de Andrew Saltzman ISBN 1 4243 1027 X un cientifico utiliza nanorobotica para crear un liquido que cuando se inserta en el torrente sanguineo hace casi invencible al individuo dado que las maquinas microscopicas reparan los tejidos casi instantaneamente despues de haberse danado En el juego de rol Splicers por Palladium Books la humanidad ha sucumbido a una plaga nanorobotica que hace que cualquier objeto hecho de un metal no precioso pueda cambiar de forma a veces en una especie de robot momentos despues de haber sido afectado por un ser humano El objeto procedera entonces a atacar a los humanos Esto ha obligado a la humanidad a desarrollar dispositivos biotecnologicos para reemplazar a los hechos de metal En el programa de television Mystery Science Theater 3000 los nanites expresado de diversas maneras por Kevin Murphy Paul Chaplin Mary Jo Pehl y Bridget Jones son organismos de cbio ingenieria auto replicantes que trabajan en el barco y son criaturas microscopicas que residen en el los sistemas informaticos del Satellite of Love Son similares a las criaturas en del episodio Evolucion de Star Trek The Next Generation que ofrecieron nanites para hacerse cargo de la empresa Los Nanites hacen su primera aparicion en la temporada 8 Basado en el concepto de nanotecnologia sus actividades deus ex machina incluyen diversas tareas como la reparacion inmediata y la construccion la peluqueria la realizacion de una variacion del nanite de un circo de pulgas la realizacion de una guerra microscopica e incluso destruir el planeta de los observadores despues de una solicitud peligrosamente vaga de Mike para cuidado de un pequeno problema Tambien corrieron una microcerveceria Referencias Editar Nanosystems Glossary E drexler com Doing MM Wise Nano 24 de septiembre de 2008 Archivado desde el original el 8 de noviembre de 2005 Consultado el 5 de septiembre de 2010 Foresight Institute press release Foresight org 29 de enero de 2008 Archivado desde el original el 23 de septiembre de 2010 Consultado el 5 de septiembre de 2010 Peterson Christine 8 de mayo de 2007 Nanodot Nanotechnology News and Discussion Blog Archive Nanotechnology Roadmap launch Productive Nanosystems Conference Oct 9 10 Foresight 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nanomaquinas potenciales y sistemas de fabricacion molecular con extensos analisis de su viabilidad y rendimiento 1 2 Nanosistemas se basa estrechamente en la tesis doctoral del MIT de Drexler Maquinaria Molecular y Fabricacion con Aplicaciones a la Computacion Ambos trabajos tambien discuten vias de desarrollo de tecnologia que comienzan con sonda de barrido y las tecnologias biomoleculares Drexler y otros extendieron las ideas de la nanotecnologia molecular con varios otros libros Unbounding the Future the Nanotechnology Revolution 1 El libro es facil de leer e introduce las ideas de la nanotecnologia molecular de una manera no muy tecnica Otras obras notables en el mismo sentido son Nanomedicina Vol I y Vol IIA por Robert Freitas y Kinematic Self Replicating Machines Nanotecnologia Especulaciones Moleculares en la abundancia Global Editada por BC Crandall ISBN 0 262 53137 2 ofrece interesar ideas para MNT aplicaciones Enlaces externos EditarInstituto de prevision https web archive 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