Por José Rivas
Catedrático de Electromagnetismo e académico da RAGC
Co descubrimento do transistor nun cristal de xermanio en 1947, polos físicos Bardeen, Brattain e Shockley dos Laboratorios Bell dos EEUU, inaugurábase unha nova era na ciencia e a tecnoloxía a nivel mundial. Con este dispositivo, abríronse as portas da electrónica do estado sólido cun alto grao de integración, consolidando a tecnoloxía da información e as comunicacións como tecnoloxías preferentes da sociedade.
A presenza da electrónica de estado sólido marcou unha forma diferente, descoñecida ata entón, de desenvolver sistemas electrónicos. Pronto comezaron a aparecer dispositivos cada vez máis potentes que, ademais, eran extremadamente pequenos e con gran autonomía. A integración supuxo unha prioridade baseada na procura do ‘pequeno’. Os científicos atoparon na nanoescala inesperadas propiedades materiais e empezaron a desenvolver novos chips que cambiaron por completo os procesos de fabricación dos circuítos integrados. A importancia de traballar a nanoescala quedou patente na charla pronunciada polo Nobel de Física Richard Feynman (‘Hai moito sitio ao fondo’), o 29 de decembro de 1959 no Auditorio da Universidade Tecnolóxica de California (Caltech) sobre as aplicacións que poderían desenvolverse a esa escala. Na súa charla, Feynman discutiu a posibilidade de escribir toda a enciclopedia británica na cabeza dun alfinete e anticipou o desenvolvemento de microscopios electrónicos, dabondo precisos como para estudar en profundidade moléculas do tamaño da dobre hélice de ADN. O visionario discurso de Feynman cativou rapidamente a atención da comunidade científica e a partir de entón, o desenvolvemento da investigación a escala do nanómetro foi exponencial.
A pesar de que o termo nanotecnoloxía acadou moita popularidade nas últimas décadas, os expertos que traballan nesta área, dende os seus inicios, levaban moito tempo desenvolvendo equipos e manipulando os materiais ao nivel da nanoescala, sen usar o termo “nanotecnoloxía” para os seus traballos. De feito, o termo ‘nanotecnoloxía’ apareceu por primeira vez en 1974 cando Norio Taniguchi, da Universidade de Tokio, se atopou coa necesidade de distinguir entre as investigacións que se estaban a levar a cabo a escala micro (10-6) e as realizadas a escala nano (10-9).
Richard Feynman, un dos pioneiros da nanotecnoloxía.
Baixo o paraugas da nanotecnoloxía agrúpanse diferentes actividades científicas e tecnolóxicas levadas a cabo a escala atómica e molecular. Tamén se inclúen investigacións multidisciplinares co obxectivo de entender os principios e as propiedades que xorden á devandita escala. Pola súa propia definición, a nanociencia é unha ciencia de carácter multidisciplinar na que enxeñeiros, físicos, químicos, biólogos e profesionais da saúde se coordinan para entender e aproveitar as posibilidades que nos ofrece a natureza.
Como sabemos os electróns teñen carga e espín, e ata moi recentemente, na electrónica convencional, as cargas manipuláronse mediante a aplicación de campos eléctricos, esquecendo a presenza do espín. Contrariamente, noutras tecnoloxías usouse a propiedade física do espín, esquecendo as cargas dos electróns, como é o caso da magnetización nos materiais magnéticos. Esta imaxe cambiou completamente, co descubrimento da magnetorresistencia xigante en 1988, onde por primeira vez se controlou, en multicapas de escala manométrica, o movemento das cargas eléctricas pola aplicación dun campo magnético externo que modificaba a orientación do espín dos electróns. Por este extraordinario descubrimento, Albert Fert e Peter Grünberg recibiron o Premio Nobel de Física en 2007, abrindo as portas dunha nova era na electrónica, coñecida co nome de ‘espintrónica’, que seica pode ser considerada como unha das primeiras aplicacións máis importantes da nanotecnoloxía.
A multidisciplinariedade da nanotecnoloxía tamén é plausible na diversidade e o potencial dos novos sistemas de transporte e información, preservación dos alimentos, administración de fármacos e diagnóstico de doenzas, ou no almacenamento de enerxía que xorden ao redor desta emerxente disciplina.
Grazas aos traballos e tecnoloxías implementadas durante os últimos sesenta anos, a comunidade científica actual dispón de equipos e instrumentación avanzada que permiten “ver” e manipular obxectos a nanoescala. Non debemos esquecer que o nanómetro, malia ser unha unidade moi pequena, é unha dimensión na que caben algúns átomos. Nesta escala, de entorno a un nanómetro ou inferiores, encóntranse os “clústeres cuánticos atómicos”, formados por agrupacións dalgúns poucos átomos con propiedades sorprendentes, que exhiben efectos cuánticos que lles outorgan novas propiedades físicas e químicas, moi diferentes das que presentan os materiais masivos ou as nanopartículas, como é a aparición de extraordinarias propiedades magnéticas ou fotoluminescentes.
DESTACADO: “Traballando átomo a átomo ou molécula por molécula, pódese traballar á mesma escala á que traballa a natureza”
Traballando átomo a átomo ou molécula por molécula, pódese traballar á mesma escala á que traballa a natureza, como é o caso de cando as enzimas catalizan os procesos metabólicos ou se forma a hélice de ADN. Tamén se pode atrapar e situar átomos e moléculas en posicións determinadas e fabricar sistemas e compoñentes electrónicos cunha precisión duns poucos átomos e un tamaño que permite a miniaturización e o aumento das capacidades de cálculo e almacenamento de datos.
Cada vez se vai facendo máis patente a importancia da converxencia dos avances nos catro campos asociados á Nanotecnoloxía, Biotecnoloxía, tecnoloxías da Información e as ciencias Cognitivas: Nano-Bio-Info-Cogno (NBIC). Así, atopamos biosensores e biochips, traballos en bioenxenería baseados en conceptos e metodoloxías propias das enxeñerías, redes neuronais, e a mesma nanomedicina, a bioética e a nanotecnoloxía. Estes exemplos, son logros da multidisciplinariedade destas catro tecnociencias emerxentes que están a transformar rapidamente a sociedade e que moitos científicos empezan a recoñecer como o preludio do advenimento da próxima “revolución industrial”.
Nos actuais tempos de crises e recesión económica global, a converxencia das tecnociencias, coa multidisciplinariedade e a hibridación do coñecemento, aparecen como unha das alternativas prometedoras para impulsar un modelo de desenvolvemento social sustentable, baseado na innovación e a creación de solucións de alto valor engadido. O potencial científico que existe coa converxencia das catro tecnociencias Nano-Bio-Info-Cogno (NBIC) é enorme, e practicamente todas as industrias e países que queren estar no pelotón de cabeza en materia científica, tecnolóxica e de innovación están a desenvolver plans de investigación nestas áreas do coñecemento.