Historia de la nanotecnología para niños
La historia de la nanotecnología explora cómo han evolucionado las ideas y los experimentos relacionados con la nanotecnología a lo largo del tiempo. También analiza cómo este desarrollo ha influido en la sociedad, la economía, la educación y la tecnología. Aunque la nanotecnología es un campo de estudio científico relativamente nuevo, muchas de sus ideas principales se han desarrollado durante mucho tiempo.
El gran avance de la nanotecnología en los años 2000 se debió a la combinación de varios descubrimientos e inventos importantes. Entre ellos, el microscopio de efecto túnel en 1981 y el hallazgo del fullereno en 1985. También fue clave la popularización de las metas de la nanotecnología, que comenzó con el libro Motores de la Creación: La era de la Nanotecnología.
La nanotecnología ha generado mucho interés público y, al principio del siglo XXI, hubo debates importantes sobre sus posibles efectos y si algunas predicciones eran realistas. En la primera década del siglo XXI, la nanotecnología empezó a usarse en productos comerciales. Sin embargo, la mayoría de estas aplicaciones se limitaron a usos a gran escala, y no tanto a las aplicaciones revolucionarias que se habían imaginado.
Contenido
Orígenes Conceptuales de la Nanotecnología
¿Quién fue Richard Feynman y cómo inspiró la nanotecnología?
El físico estadounidense Richard Feynman dio una famosa charla el 29 de diciembre de 1959, titulada Hay mucho espacio en el fondo. Esta conferencia, ofrecida en el Instituto de Tecnología de California, es vista a menudo como una gran inspiración para el campo de la nanotecnología.
Feynman describió cómo podríamos llegar a manipular átomos y moléculas individuales. Explicó que se podrían usar herramientas muy precisas para construir otras herramientas más pequeñas, y así sucesivamente, hasta llegar a la escala nanométrica. Al hacer esto, Feynman notó que las fuerzas físicas cambiarían de importancia: la gravedad sería menos relevante, mientras que fuerzas como la tensión superficial o las fuerzas de Van der Waals se volverían muy importantes.
Después de la muerte de Feynman, algunos expertos que estudiaron la historia de la nanotecnología concluyeron que su charla tuvo una influencia limitada al principio. Un antropólogo cultural, Chris Toumey, descubrió que la versión escrita de la conferencia de Feynman no fue muy citada en la literatura científica durante los veinte años siguientes a su publicación. Tampoco tuvo una gran influencia después de la invención del microscopio de efecto túnel en 1981.
Sin embargo, el interés en la conferencia Hay mucho espacio en el fondo creció mucho a partir de principios de los años 90. Esto pudo deberse a que el término "nanotecnología" se hizo más popular poco antes, gracias al libro de 1986 de K. Eric Drexler, Motores de la Creación. Este libro retomó la idea de Feynman de "mil millones de pequeñas fábricas" y añadió la idea de que estas máquinas podrían construirse a sí mismas de forma automática.
¿Cómo contribuyó K. Eric Drexler a la nanotecnología?
En 1980, Drexler descubrió la inspiradora charla de Feynman de 1959. Esto ocurrió mientras preparaba su primer artículo científico sobre el tema, "Ingeniería Molecular: Un enfoque para el desarrollo de capacidades generales para la manipulación molecular", publicado en 1981.
El término "nanotecnología" fue usado de forma independiente por Drexler en su libro de 1986, Motores de la Creación: la próxima Era de la Nanotecnología. En este libro, Drexler propuso la idea de un "ensamblador" a nanoescala. Este ensamblador sería capaz de construir una copia de sí mismo y otros objetos complejos. También mencionó por primera vez el término "plaga gris" para describir lo que podría pasar si una máquina hipotética que se replica a sí misma, y que puede operar de forma independiente, fuera creada y liberada. La visión específica de Drexler sobre la nanotecnología se conoce como Nanotecnología Molecular o manufactura molecular.
En los años 80, K. Eric Drexler exploró a fondo la idea de que la nanotecnología se basaría en el manejo de átomos y moléculas individuales. Promovió la importancia tecnológica de los fenómenos y dispositivos a nanoescala a través de conferencias y libros muy populares.
En 1991, Drexler obtuvo el primer doctorado en Nanotecnología Molecular en el MIT Media Lab. Su tesis, "Maquinaria Molecular y Manufactura con Aplicaciones a la Computación", se publicó como Nanosistemas: Maquinaria Molecular, Manufactura y Computación. Drexler fundó el Foresight Institute en 1986 con la misión de "Prepararnos para la nanotecnología".
¿Quién fue Norio Taniguchi?
El científico japonés Norio Taniguchi, de la Universidad de Ciencia de Tokio, usó por primera vez el término "nanotecnología" en una conferencia en 1974. Lo empleó para describir procesos de fabricación de capas muy delgadas y de grabado con haces de iones en semiconductores, con un control de tamaño a nivel de nanómetros. Su definición era: "La nanotecnología consiste principalmente en el procesamiento, separación, consolidación y deformación de materiales átomo por átomo, molécula por molécula."
Avances Experimentales Clave en Nanotecnología
La nanotecnología y la nanociencia recibieron un gran impulso a principios de los años 80 con dos desarrollos importantes: el inicio de la ciencia de los cúmulos (grupos de átomos) y la invención del microscopio de efecto túnel (STM). A estos avances les siguieron el descubrimiento de los fullerenos en 1985 y la identificación de los nanotubos de carbono unos años después (1991).
La invención del Microscopio de Efecto Túnel
El microscopio de efecto túnel (STM), una herramienta para "ver" superficies a nivel atómico, fue desarrollado en 1981 por Gerd Binnig y Heinrich Rohrer en el Laboratorio de Investigación de IBM Zúrich. Por este trabajo, recibieron el Premio Nobel de Física en 1986. Binnig, Calvin Quate y Christoph Gerber inventaron el primer microscopio de fuerza atómica en 1986. El primer microscopio de fuerza atómica comercial se lanzó al mercado en 1989.
El investigador de IBM, Don Eigler, fue el primero en manipular átomos usando un microscopio de efecto túnel en 1989. Usando 35 átomos de Xenón, escribió las letras del logotipo de IBM. Por este trabajo, compartió el Premio Kavli en Nanociencia.
Avances en la ciencia de superficies y coloides
Las ciencias de superficies y coloides existían mucho antes de que se asociaran con la nanotecnología. Las primeras observaciones y mediciones de nanopartículas se hicieron a principios del siglo XX por Richard Adolf Zsigmondy, quien ganó el Premio Nobel en Química en 1925. Él estudió detalladamente las soluciones de oro y otros nanomateriales con tamaños de hasta 10 nanómetros, usando un ultramicroscopio que le permitía ver partículas mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz. Zsigmondy también fue el primero en usar explícitamente el término "nanómetro" para describir el tamaño de las partículas.
En los años 20, Irving Langmuir, ganador del Premio Nobel de Física de 1932, y Katharine B. Blodgett introdujeron el concepto de monocapa, una capa de material de solo una molécula de grosor. A principios de los años 50, Derjaguin y Abrikosova realizaron las primeras mediciones de fuerzas superficiales.
En 1974, Tuomo Suntola y sus colegas en Finlandia desarrollaron y patentaron un proceso para crear depósitos de capas delgadas a nivel atómico.
Otro avance importante fue el estudio de la síntesis y propiedades de los nanocristales semiconductores. Esto ha llevado a un número creciente de nanopartículas llamadas puntos cuánticos de semiconductores.
El descubrimiento de los fullerenos
Los fullerenos fueron descubiertos en 1985 por Harry Kroto, Richard Smalley y Robert Curl, quienes compartieron el Premio Nobel de Química en 1996. Las investigaciones de Smalley se centraban en cómo se forman grupos de elementos inorgánicos y semiconductores. Robert Curl le presentó a Harry Kroto para colaborar en el estudio de los componentes químicos de las nubes de polvo en el espacio.
Como resultado de esta colaboración, descubrieron la molécula de C60 y la familia de moléculas llamadas fullerenos, que son una tercera forma del carbono. Descubrimientos posteriores incluyeron los fullerenos endoédricos y una gran familia de fullerenos de orden superior.
El descubrimiento de los nanotubos de carbono se atribuye tradicionalmente a Sumio Iijima, quien trabajaba en la compañía japonesa NEC en 1991. Sin embargo, los nanotubos de carbono ya se habían producido y observado antes de 1991. El descubrimiento de Iijima de los nanotubos de carbono multicapa en 1991, y la predicción independiente de Mintmire, Dunlap y White de que los nanotubos de carbono de una sola capa tendrían propiedades electrónicas y conductivas interesantes, impulsaron la investigación en este campo. La investigación sobre nanotubos se aceleró mucho después de los descubrimientos independientes de nanotubos de carbono de "capa simple" por Bethune en IBM y Iijima en NEC, y el desarrollo de métodos para producirlos.
A principios de los años 90, Huffman y Kraetschmer, de la Universidad de Arizona, descubrieron cómo sintetizar y purificar grandes cantidades de fullerenos. Esto permitió a cientos de investigadores en todo el mundo estudiarlos y modificarlos. Poco después, se descubrió que las moléculas de C60 con rubidio (Rb) eran superconductoras a temperaturas medias. En un congreso en 1992, el Dr. T. Ebbesen (NEC) describió el descubrimiento y las características de los nanotubos de carbono a una audiencia sorprendida. Esta charla motivó a los asistentes a investigar más sobre estos nuevos descubrimientos.
Contribuciones Regionales al Desarrollo de la Nanotecnología
Estados Unidos
Los Estados Unidos de América tienen una de las infraestructuras educativas y de investigación más importantes del mundo para el desarrollo de la nanociencia y la nanotecnología. Muchos investigadores estadounidenses han hecho contribuciones destacadas en esta área.
Instituciones Educativas y Centros de Investigación
- Centro Internacional de Nanotecnología y Materiales Avanzados de la Universidad de Texas en San Antonio
- Centro para la Ciencia y Tecnología en Nanoescala y Centro de Nanotecnología Biológica y Ambiental de la Universidad de Rice
- College of Nanoscale Science and Engineering de la Universidad Estatal de Nueva York
- Instituto de Nanotecnología “Alan MacMardid” de la Universidad de Texas en Dallas
- Instituto Internacional de Nanotecnología y Centro de Nanofabricación y Autoensamblaje Molecular de la Universidad de Northwestern
Investigadores Destacados
- Richard Feynman, Instituto Tecnológico de California (fallecido)
- Richard Smalley, Universidad Rice (fallecido)
- Robert F. Curl, Universidad Rice
- Charles Lieber, Universidad de Harvard
- Paul Alivisatos, Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley
- Vicky Colvin, Universidad Rice
- Chad Mirkin, Universidad de Northwestern
- George M. Whitesides, Universidad de Harvard
- Fraser Stoddart, Universidad de Northwestern
Iniciativa Nacional en Nanotecnología
La Iniciativa Nacional en Nanotecnología (INN) es un programa federal de investigación y desarrollo del gobierno de los Estados Unidos de América. La INN es el centro de comunicación y colaboración para todas las agencias federales que investigan en nanotecnología. Su objetivo es desarrollar un programa de investigación de clase mundial, fomentar la transferencia de nuevas tecnologías a productos comerciales, y crear recursos educativos y una fuerza de trabajo especializada. También busca apoyar el desarrollo responsable de esta área.
La iniciativa fue propuesta por Mihail Roco, quien la presentó a la Oficina de Políticas de Ciencia y Tecnología de Estados Unidos durante la administración de Bill Clinton en 1999. Roco fue clave en su desarrollo y creación. Actualmente, es asesor principal de Nanotecnología en la Fundación Nacional para la Ciencia estadounidense.
El presidente estadounidense Bill Clinton impulsó el desarrollo de la nanotecnología. En un discurso el 21 de enero de 2000 en el Instituto de Tecnología de California, Clinton dijo: "Algunas de nuestras metas pueden alcanzarse en veinte o más años, pero es precisamente por ello que es importante que el gobierno federal participe”. El prestigio de Feynman y sus ideas sobre la fabricación precisa a nivel atómico fueron centrales para asegurar la financiación de la investigación en nanotecnología, como mencionó el propio presidente Clinton:
Mi presupuesto apoyará una nueva Iniciativa Nacional en Nanotecnología, con más de 500 millones de dólares. El Instituto de Tecnología de California no es ajeno a la idea de la nanotecnología, la habilidad para manipular la materia a una escala atómica y molecular. Hace más de 40 años, Richard Feynman se preguntó, "¿Qué ocurriría si pudiéramos acomodar los átomos uno por uno, de la forma en que nosotros decidamos?"
El presidente estadounidense George W. Bush aumentó aún más la financiación para la nanotecnología. El 3 de diciembre de 2003, Bush aprobó el Acta de Investigación y Desarrollo en Nanotecnología del Siglo XXI, que autorizó inversiones de más de 3,630 millones de dólares para las cinco agencias participantes durante los cuatro años siguientes. El presupuesto de la INN para el año fiscal de 2009 fue de 1,500 millones de dólares, mostrando un crecimiento constante en la inversión en nanotecnología.
México
¿Cómo se desarrolló la nanotecnología en México?
Aunque el inicio de la nanotecnología y la nanociencia en México se puede relacionar con los trabajos pioneros en microscopía electrónica de transmisión en la UNAM en los años 60, el primer esfuerzo importante y organizado en esta área comenzó a finales de los 90. En 1999, se instaló el primer Laboratorio de Nanotecnología de Carbono en el Instituto de Física de la UNAM en Juriquilla, Querétaro, dirigido por el Dr. Humberto Terrones Maldonado.
Más tarde, junto con el físico José Luis Morán, el Dr. Terrones participó en la creación del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica (IPICYT) en San Luis Potosí. Allí, crearon el primer programa de posgrado especializado en Nanociencia y Nanotecnología en América Latina. Entre 2001 y 2009, Humberto Terrones Maldonado y su hermano, el Dr. Mauricio Terrones Maldonado, atrajeron a un grupo importante de investigadores al IPICYT. Este grupo fue considerado uno de los 10 grupos de investigación en nanociencia y nanotecnología más productivos e influyentes del mundo. Como parte de sus aportaciones, crearon el Laboratorio Nacional de Investigación en Nanociencia y Nanotecnología (LINAN) en el IPICYT.
Al mismo tiempo, otros grupos se formaron y consolidaron en el país. En la UNAM y en el Instituto de Investigaciones Nucleares, el grupo del Dr. Miguel José Yacamán mejoró sus capacidades para caracterizar materiales nanoestructurados usando microscopía electrónica de transmisión de alta resolución. También desarrollaron métodos químicos para preparar nanopartículas metálicas y bimetálicas. En octubre de 1994, se fundó el Centro de Investigación en Materiales Avanzados (CIMAV) en Chihuahua, México. En 2006, se creó el Laboratorio Nacional de Nanotecnología (NanoteCh) en el CIMAV. En abril de 2008, se estableció una unidad del CIMAV en el Parque de Investigación e Innovación Tecnológica en Monterrey, donde también se realizan investigaciones en nanociencias y nanotecnología.
Investigadores Destacados en México
- Mauricio Terrones Maldonado, Universidad Estatal de Pensilvania
- Humberto Terrones Maldonado, Universidad Estatal de Pensilvania
- Miguel José Yacamán, Universidad de Texas en San Antonio
- José Luis Morán López, IPICYT
- Yadira Itzel Vega Cantú, IPICYT
- Fernando Jaime Rodríguez Macías, IPICYT
- Emilio Muñoz Sandoval, IPICYT
- Juan José Vilatela, Instituto Madrileño de Estudios Avanzados-Materiales
- Víctor Manuel Castaño Meneses, Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada
- Umapada Pal, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
- Velumani Subramaniam, CINVESTAV
- Felipe Cervantes Sodi, Universidad Iberoamericana
- Sergio Eduardo Ulloa, Universidad de Ohio
- Yolanda Irasema Chirino UNAM
Instituciones Educativas y Centros de Investigación en México
- Centro de Nanociencias y Nanotecnología, de la UNAM
- Departamento de Nanotecnología del Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada de la UNAM
- Laboratorio Nacional de Investigaciones en Nanociencias y Nanotecnología (LINAN) del IPICYT
- Laboratorio Nacional de Nanotecnología (NanoteCh) del CIMAV
- Laboratorio Nacional de Nanoelectrónica (LNN) del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
- Clúster de Nanotecnología en el Parque de Investigación e Innovación Tecnológica de Monterrey
- Laboratorio Avanzado de Nanoscopia Electrónica del CINVESTAV
- Centro de Innovación, Investigación y Desarrollo en Ingeniería y Tecnología (CIIDIT) de la Universidad Autónoma de Nuevo León
- Centro de Investigación en Micro y Nanotecnología (Microna) de la Universidad Veracruzana
- Laboratorio de Nanociencia y Nanotecnología de la Universidad Iberoamericana
Primeras Aplicaciones Comerciales de la Nanotecnología
A principios de los años 2000, la nanotecnología comenzó a usarse en productos comerciales. Sin embargo, la mayoría de estas aplicaciones se limitaron al uso a gran escala de nanomateriales pasivos. Algunos ejemplos incluyen:
- Nanopartículas de dióxido de titanio y óxido de zinc en protectores solares, cosméticos y algunos alimentos.
- Nanopartículas de plata en empaques de alimentos, ropa, desinfectantes y productos para el hogar.
- Nanotubos de carbono para textiles que repelen manchas.
- Óxido de cerio en catalizadores de combustible.
Alrededor de marzo de 2011, el Proyecto de Nanotecnologías Emergentes estimó que había más de 1300 productos manufacturados con nanotecnología disponibles al público. Nuevos productos llegaban al mercado a un ritmo de 3 o 4 por semana.
La Fundación Nacional para la Ciencia estadounidense apoyó al investigador David Berube para estudiar el campo de la nanotecnología. Sus hallazgos se publicaron en el libro "Nano-Hype: La verdad detrás del entusiasmo por la nanotecnología". Este estudio concluyó que gran parte de lo que se vende como "nanotecnología" es en realidad un producto común de la ciencia de materiales. Esto podría llevar a una "industria de nanotecnología basada en la venta de nanotubos, nanoalambres y similares", con "pocos proveedores vendiendo productos con bajo margen de ganancia en gran volumen".
Las aplicaciones futuras requerirán una manipulación real de los componentes a nanoescala, lo que necesitará más investigación. Aunque algunas tecnologías se comercializan con el término 'nano', pocas veces están realmente relacionadas con este campo y se alejan de las metas transformadoras de la manufactura molecular. Según Berube, existe el riesgo de que se forme una "nano burbuja" debido al uso común del término entre científicos y emprendedores para obtener fondos, sin interesarse en las posibilidades transformadoras de trabajos más ambiciosos y a largo plazo.
Véase también
En inglés: History of nanotechnology Facts for Kids
