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Nanotecnología

Nanotecnología

Cualquier actividad humana, incomprensible para la mayoría, se vuelve inmediatamente cubierta de mitos. Naturalmente, esto también afectó a la nanotecnología, el principal proyecto científico y tecnológico moderno. Todos han escuchado sobre esto, pero pocas personas imaginan la esencia de la dirección.

La mayoría cree que la nanotecnología es la manipulación de átomos y el ensamblaje de microobjetos a partir de ellos. Pero este es el mito principal. Los mitos nacen de la falta de conocimiento o falta de información, otra opción es plantar ilusiones deliberadamente para atraer la atención y, por lo tanto, la inversión.

En el caso del proyecto de nanotecnología, los mitos incluso ayudaron a poner en marcha el proceso. Sin embargo, los delirios tienen una calidad sorprendente: cuando nacen, continúan viviendo sus vidas.

La verdadera nanotecnología es tan contraria a los mitos que crea confusión en las cabezas de las personas, su rechazo e incluso la negación de la existencia de esta dirección en general. Por lo tanto, consideraremos los principales mitos sobre la nanotecnología.

El fundador e ideólogo de la nanotecnología es Richard Feynman. Este mito es quizás el más inofensivo. Surgió en 1992 durante un discurso de uno de los profetas de la nanotecnología, Eric Drexler, ante la Comisión del Senado. Para que el proyecto sea percibido y promovido, el profesor se refirió a las declaraciones de Richard Feynman, un experto en el campo de la física de partículas y la teoría cuántica de campos. El hecho es que el científico era un premio Nobel y era una autoridad inquebrantable a los ojos de los políticos. Sin embargo, Feynman murió en 1988 y no pudo refutar esta declaración. Lo más probable es que se hubiera reído, ya que era un famoso bromista. El célebre discurso del científico, durante el cual se pronunció la legendaria frase: "Los principios de la física que conocemos no prohíben la creación de objetos" átomo por átomo "fue generalmente considerado por los colegas como una gran broma. Sin embargo, la idea de que la manipulación de átomos es posible sonaba. Más Drexler Desarrolló creativamente esta idea, que formó la base de los principales mitos de la industria.

La nanotecnología es libre de residuos. Parece que al crear un objeto átomo por átomo, no puede haber desperdicio. Sin embargo, este pensamiento es inherente a las personas que miran la manipulación de átomos solo en imágenes. No hay pipas para fumar ni desagües. Parecería que arrastrar un átomo sobre una distancia de nanómetros y casi no se requiere energía. La cuestión de dónde vendrá el átomo para el ensamblaje es casi indecente. La mayoría de la gente tiene poca idea de la tecnología de producción, pero ¿los átomos no están en un almacén esperando su turno? Cuando consumimos productos manufacturados, no nos enfocamos en su conexión con una industria química tan dañina. Es ella quien consume petróleo, gas, minerales para sus necesidades. Pero para la nanotecnología, en opinión de muchos, no se requiere todo esto, solo se necesitan átomos individuales. Sin embargo, esto es solo un idilio, los átomos solo existen en el vacío, con la excepción de los gases inertes. En otros casos, interactúan y forman nuevos compuestos químicos: esta es la naturaleza de las cosas. Además, cualquier tecnología requiere herramientas apropiadas, con la ayuda de las cuales se llevará a cabo la producción. Microscopios de fuerza y ​​microscopios de túnel, laboratorios estériles en general, aturden la imaginación como objetos del futuro. Sin embargo, todo esto, como las paredes, el techo y los cimientos, se ensamblarán de la manera habitual, y no a partir de átomos libres de desechos. Un día, la humanidad puede crear una producción libre de residuos y respetuosa con el medio ambiente, pero se creará utilizando una técnica diferente y con principios diferentes.

La existencia de nanomáquinas. Inicialmente, se trataba de una técnica diferente. Obviamente, para diseñar a nanoescala es necesario tener un manipulador apropiado. Parecería que es posible reducir proporcionalmente su tamaño organizando fábricas en miniatura que perforarían y estamparían piezas. Sin embargo, este enfoque es sencillo. A nivel micro, todavía funciona, que consiste en dispositivos microelectromecánicos utilizados en automóviles, impresoras, aires acondicionados, sensores e indicadores. Si los mira con un microscopio, puede encontrar los ejes y engranajes, pistones, válvulas y espejos habituales. Sin embargo, los nanoobjetos tienen propiedades que son diferentes de los macro y microobjetos. No puedes Por ejemplo, reduzca proporcionalmente el tamaño de los transistores de los 45 nm actuales a 10, ya que no podrán funcionar: los electrones comenzarán a formarse un túnel a través de la capa aislante. Y los cables de conexión no pueden ser tan gruesos como un átomo, la corriente no se conducirá a través de ellos. Dicha estructura se desintegrará debido al movimiento térmico o se juntará en un montón, rompiendo el contacto eléctrico. Del mismo modo, con las propiedades mecánicas de los objetos. Con una disminución en su tamaño, la relación de área a volumen aumenta, y aumenta la fricción. Como resultado, los nanoobjetos comienzan a adherirse literalmente entre sí o a otras superficies que parecen ser planas debido a su pequeño tamaño. Si necesita caminar sobre una pared vertical, pero esto puede ser útil, pero si el dispositivo necesita deslizarse o caminar, entonces sucede lo contrario. Se necesita demasiada energía para moverse. Incluso el nano péndulo se detendrá de inmediato: el aire mismo se convertirá en un obstáculo importante para él. Los nanoobjetos tienen una alta resistencia al viento, incluso una partícula de 1 micrón de tamaño siente la fuerza de los impactos de las moléculas pequeñas, ¿qué podemos decir acerca de los elementos de 10 nm, que pesan menos de un millón de veces y la proporción de peso por área es 100 veces menor? Sin embargo, en los medios de comunicación, hay constantemente descripciones de nano-copias de tuercas, engranajes y otras partes mecánicas, a partir de las cuales se supone que crea máquinas operativas. Estos proyectos no pueden ser tomados en serio. Los físicos se están dando cuenta de que crear dispositivos nanomecánicos o electromecánicos requiere principios diferentes a los macro e incluso microanálogos. Y la naturaleza ayudará en esto, que durante miles de millones de años de evolución ha creado una gran variedad de máquinas moleculares. Lleva décadas descubrir cómo funcionan, cómo se pueden adaptar para satisfacer sus necesidades e incluso mejorarlas. El ejemplo más famoso de un motor molecular natural es el motor flagelar de las bacterias. Las máquinas biológicas también proporcionan contracción muscular, transporte de nutrientes y transporte de iones a través de las membranas celulares. Además, estas máquinas moleculares tienen una alta eficiencia: casi el 100%. Son muy económicos, ya que solo alrededor del 1% de la energía de la celda se gasta en la operación de los motores eléctricos que aseguran el movimiento de la celda. Por lo tanto, los científicos llegan a la conclusión de que la forma más realista de crear nanodispositivos es la colaboración de físicos y biólogos.

La existencia de nanorobots. Digamos que ha creado un boceto de un nanodispositivo. ¿Pero cómo coleccionarlo, o mejor en varias copias? Siguiendo la lógica de Feynman, puede crear máquinas pequeñas y manipuladores en miniatura que ensamblarían productos terminados. Sin embargo, deben ser administrados por una persona, debe haber algún tipo de equipo o programa de control. Además, todos los procesos deben observarse, por ejemplo, con un microscopio. Eric Drexler propuso una idea alternativa en su libro de fantasía de 1986 Machines of Creation. El autor, que creció con los trabajos de Azimov, propuso utilizar máquinas mecánicas con un tamaño de 100-200 nm: nanorobots para la producción de nanodispositivos. Al mismo tiempo, ya no se trataba de perforar o perforar, los robots tenían que ensamblar un dispositivo inmediatamente a partir de átomos, se llamaban ensambladores. Sin embargo, incluso aquí el enfoque seguía siendo mecánico. Se suponía que los manipuladores del ensamblador tenían una longitud de varias decenas de nanómetros, se debería implementar un motor para mover el robot y una fuente de energía autónoma. Por lo tanto, resulta que el nanorobot en sí debe constar de muchas partes pequeñas, cada una de las cuales tiene un tamaño de 100-200 átomos. La unidad más importante del nanorobot era la computadora de a bordo, que determinaba qué molécula o átomo debía capturarse y dónde colocarlo. Sin embargo, las dimensiones lineales de una computadora de este tipo no deberían haber superado los 40-50 nm, mientras que la tecnología actual solo puede crear un transistor de este tamaño. Entonces Drexler dirigió el libro al futuro lejano, en ese momento los científicos ni siquiera habían confirmado la posibilidad de manipular átomos individuales. Esto sucedió más tarde, cuando se creó un microscopio de túnel, controlado por una poderosa computadora con miles de millones de transistores. Sin embargo, el sueño de los nanorobots fue tan tentador que el descubrimiento solo le agregó credibilidad. No solo el autor mismo creía en el proyecto, sino también periodistas, senadores y el público. Y solo los científicos explicaron con lucidez que tal idea es irrealizable en principio. La explicación más simple es que el manipulador que ha capturado el átomo se conectará a él para siempre, ya que se producirá una interacción química. ¿Es posible estar en desacuerdo sobre esto con el premio Nobel de química Richard Smalley? Sin embargo, la idea de los nanorobots continúa viviendo hasta nuestros días, volviéndose más compleja y adquiriendo nuevas aplicaciones.

La existencia de nanorobots médicos. Este mito ha sido muy popular últimamente: millones de nanorobots deberían estar rondando por el cuerpo humano, diagnosticando cambios, reparando las averías más pequeñas con nanoscalpels, raspando placas con la ayuda de nanoscopios, mientras informan en algún lugar sobre el trabajo realizado. Sin embargo, ¿dónde están las garantías de que el mensaje no será recibido no solo por el médico, sino también por otra persona? La divulgación de información privada es evidente. ¿Los robots se convertirán en espías? Además, la creencia en las nanopiezas es fuerte. Sorprendentemente, gran parte de lo que se presenta en este plan ya se ha creado. Existen sistemas de diagnóstico invasivos que informan cambios en el cuerpo. También se han creado medicamentos que actúan solo en ciertas células; también hay sistemas para limpiar los vasos sanguíneos de las placas y construir tejido óseo. Y en términos de espionaje, hay grandes éxitos: limpieza de recuerdos, polvo "inteligente" y sistemas de rastreo invisibles. Solo tales sistemas del futuro no tienen nada que ver con los nanorobots Drexler, excepto por su tamaño. Tales logros serán posibles gracias al trabajo conjunto de físicos, químicos y biólogos que trabajan en el campo de la ciencia sintética y la nanotecnología.

La presencia de un método físico para la síntesis de sustancias. Érase una vez, Richard Feynman, sin saberlo, traicionó un viejo sueño de los físicos, dijo que la síntesis física es posible en la manipulación de los átomos. Al igual, los químicos recurrirán a los físicos con órdenes de síntesis de una molécula objetivo con propiedades específicas. Sin embargo, los químicos no están interesados ​​en la síntesis de una molécula; trabajan con una sustancia, su producción y transformación. Una molécula no es solo un grupo de átomos dispuestos en un cierto orden, sino que también están conectados por enlaces químicos. Después de todo, un líquido en el que hay un oxígeno para dos átomos de hidrógeno no será necesariamente agua. Quizás es solo una mezcla de oxígeno líquido e hidrógeno. Digamos que lograste juntar un grupo de ocho átomos: dos de carbono y seis de hidrógeno. Para un físico, este compuesto es C2H6, y un químico indicará al menos dos posibilidades más de combinar átomos. ¿Y cómo se puede ensamblar tal molécula? ¿Mover dos átomos de carbono primero o agregar un átomo de hidrógeno al carbono? Los científicos saben cómo manipular átomos, pero hasta ahora solo pesan y no reaccionan. Se han creado estructuras complejas a partir de átomos de oro, hierro, xenón. Pero no está claro cómo trabajar con átomos ligeros y activos de oxígeno, hidrógeno, carbono y nitrógeno. Por lo tanto, el ensamblaje de proteínas y ácidos nucleicos no es un asunto tan simple como muchos están tratando de imaginar. Hay un matiz más que limita las perspectivas de síntesis física. Los químicos obtienen una sustancia en la que hay una gran cantidad de moléculas. Hay miles de millones de ellos en un mililitro de agua. ¿Cuánto tiempo llevará ensamblar un cubo atómico de este tipo? Ahora trabajar con una fuerza atómica o un microscopio de túnel es similar al arte, uno no puede prescindir de una educación especial de alta calidad; después de todo, todas las manipulaciones deben hacerse manualmente, evaluando resultados intermedios. El proceso se puede comparar con la colocación de un ladrillo. Incluso si mecaniza ese trabajo y puede apilar un millón de átomos por segundo, ¡tardará dos mil millones de años en reproducir un cubo de agua de 1 cm3! Es por eso que millones de fábricas no resolverán el problema de la síntesis, del mismo modo que un millón de nanorobots que se escabullen dentro de una persona no resolverán sus problemas. Simplemente no tenemos suficiente vida para esperar los resultados de su trabajo. Es por eso que Richard Smalley pidió públicamente a Drexler que elimine la mención de "máquinas de creación" de sus discursos, para no confundir al público. Sin embargo, la idea de obtener dicha sustancia y materiales no debe abandonarse de inmediato. En primer lugar, no se pueden manipular átomos, sino bloques mucho más grandes, por ejemplo, nanotubos de carbono. En este caso, el problema de la luz y los átomos activos desaparecerá, y la productividad aumentará de inmediato en varios órdenes de magnitud. Por lo tanto, hoy en día los científicos en los laboratorios ya están recibiendo las copias más simples y simples de nanodispositivos. Además, uno puede llegar a tales situaciones cuando la introducción de un átomo, o simplemente un impacto desde el exterior, inicia el proceso de autoorganización o transformaciones en el entorno. Como resultado, el escaneo de superficie de alta precisión y la exposición repetida pueden ayudar a crear objetos extendidos con una nanoestructura regular. Y este método puede crear plantillas de muestra únicas para una mayor clonación. La naturaleza sabe cómo crear múltiples clones idénticos de moléculas y organismos. Muchos han oído hablar de la reacción de la polimerasa, cuando una sola pieza de ADN extraída del material biológico se multiplica artificialmente por medios químicos. Pero, ¿por qué no crear máquinas similares para clonar otras moléculas? Los principios bien conocidos de la química no prohíben hacerlo, la reproducción de moléculas es bastante real y corresponde a las leyes de la naturaleza.

Posibilidad de aparición de "moco gris". En sus trabajos, Drexler introdujo dos tipos de dispositivos en el concepto. Los primeros son analizadores, sus funciones se invierten a los coleccionistas. Se suponía que tales mecanismos estudiarían la estructura de un nuevo objeto, preservando su estructura atómica en la memoria del nanoordenador. Tal dispositivo sería un sueño de los químicos: después de todo, hasta ahora la ciencia no puede ver todos los átomos, por ejemplo, en una proteína. Una determinación precisa de la estructura de una molécula es posible solo si está incluida en la composición de un cristal, junto con millones de similares. Luego, utilizando el costoso método de análisis estructural de rayos X, puede determinar la posición de todos los átomos en el espacio. El segundo tipo fueron los creadores o replicadores. Su tarea principal era la producción continua de colectores y replicadores de su propia especie, es decir, la reproducción de nanorobots. Drexler sugirió que los replicadores deben ser mecanismos mucho más complejos que los ensambladores simples y constar de cientos de millones de átomos. Si la duración de la replicación se mide en minutos, después de una progresión geométrica, se recrearán más de un billón de nuevos creadores por día, que producirán nuevos coleccionistas. Este mito dice que es posible que surja una situación en la que el sistema solo cambie a un modo de clonación desenfrenada, y toda la actividad de los replicadores esté dirigida solo a aumentar su propia población. Se verá como una especie de motín de nanomáquinas.Parece que para su propia construcción, los nanorobots solo necesitan átomos que puedan obtenerse del medio ambiente, por lo que todo lo que los rodea caerá en los manipuladores tenaces de los desmanteladores, como resultado, toda la materia en el planeta, y con ella, nos convertiremos en "limo gris", un grupo de nanorobots. El mito del fin del mundo no es nuevo, no es de extrañar que haya reaparecido con esta nueva tecnología. Las fantasías sobre el goo gris están directamente relacionadas con la nanotecnología, este escenario es muy aficionado a los cineastas, y solo refuerza la idea errónea general. Sin embargo, tal curso de eventos es imposible. Incluso si todavía cree en la posibilidad de ensamblar algo esencial de los átomos, piense en esto. En primer lugar, los replicadores Drexler no tendrán la complejidad para crear su propio tipo. Incluso 100 millones de átomos no son suficientes para crear una computadora de control de ensamblaje, o incluso memoria. Incluso si suponemos que 1 átomo llevará 1 bit de información, entonces la cantidad total de memoria será de 12.5 megabytes, que es demasiado pequeña para esta actividad. Además, los replicadores no podrán recibir las materias primas que necesitan. Después de todo, su composición elemental es notablemente diferente de la que forma parte del medio ambiente, incluida la biomasa. Se necesita mucho tiempo y energía para encontrar, entregar y extraer los elementos necesarios, y esto determina la velocidad de reproducción. En dimensiones macro, tal ensamblaje será similar a la creación de una máquina herramienta a partir de elementos que aún necesitan ser encontrados, extraídos y entregados desde diferentes planetas del sistema solar. Por lo tanto, la falta de recursos y pone un límite a la propagación desenfrenada de las poblaciones de cualquier otra criatura, incluso mucho más perfecta y adaptada que los nanorobots.

Para 2015, el mercado de la nanotecnología ascenderá a billones de dólares. La razón de la aparición de este mito fue un informe de la National Science Foundation (NSF) en 2001 de que el mercado de nanotecnología para 2015 se estimará en un billón de dólares. Más tarde, esta declaración se sobreestimó aún más, la estimación récord de hoy es la cifra de $ 3 billones. Sin embargo, estos números llamativos se parecen más a los titulares de los tabloides que a la investigación de mercado seria. Hoy, los expertos ni siquiera pueden definir claramente qué es la nanotecnología. Entonces, la microelectrónica ya está en camino de convertirse en nanoelectrónica, porque la estructura de los circuitos electrónicos ya ha cruzado la barrera de los 100 nm. En consecuencia, el número de empresas que producen "nanoproductos" crecerá rápidamente. Es cierto que tendrán nombres muy familiares: Toshiba, GE, Nokia, Bayer, Kraft, etc. Sus productos podrían clasificarse como nanotecnología evolutiva. Pero evaluar con precisión el mercado de la nanotecnología revolucionaria, que planea ensamblar dispositivos átomo por átomo, es difícil de evaluar y, en consecuencia, no puede haber estimaciones inteligibles. Además, la investigación de mercado no estima el valor de un proceso, producto o material nanotecnológico real. Solo se calcula el costo total de los productos, que incluyen la nanotecnología. Esta es una diferencia sutil y genera miles de millones de dólares en informes. Por lo tanto, la estimación de Lux Research estima que el mercado neto de nanomateriales para 2010 será de $ 3.6 mil millones, mientras que el volumen total del mercado de nanotecnología se estima en $ 1.5 billones. De hecho, no se evalúa el mercado de nanotecnología, sino el mercado de productos que contienen nanopartículas. La misma NSF afirmó que más de 200 millones de personas estarían empleadas en la nanoindustria, estas cifras sonaron en informes y en solicitudes de subvenciones. Sin embargo, 8-10 años después del informe, resultó que la industria de la nanotecnología prácticamente no existe, a pesar de la gran cantidad de grupos de investigación en diferentes campos.


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