#18 Cariño he encogido a los niños! (Nanotecnología)
Si además quieres ver como José Mota explica la nanotecnología quedate hasta el final del post
Hola soy Francisco Fernández @franferparra, Principal Director de Accenture y esta es mi newsletter dedicada a entender la tecnología a través de la simplificación. Porque no es lo mismo Simple que Fácil!
Supongo que habrás oído hablar alguna vez de la Ley de Moore, lo que pasa es que igual la has oído enunciada y simplificad como que cada dos años se duplica la capacidad de computación. La realidad es que la ley enunciada por Moore en el 1975 dice que cada dos años se duplica el número de transistores en un microprocesador reduciéndose además significativamente su coste. Si además añadimos que los dispositivos cada vez son más pequeños, entonces ¿cómo interpretamos esto?
Como te has podido imaginar esto significa que cada vez los transistores son más pequeños. Pero, ¿cómo de pequeños? Pues actualmente ya hay microprocesadores de consumo (móviles, por ejemplo) con transistores de 5 nanómetros, pero ya se está trabajando en los de 3 y 2,5 nm.
Pero espera que me he metido muy rápido con los nanómetros, ¿te haces una idea de lo pequeño que es un nanómetro?
Pues un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro, uff muchos ceros para mí. Veamos si nos hacemos una idea de lo pequeño que es eso; un folio, por ejemplo, tiene como 100.000 nanómetros de ancho, un pelo tiene también en torno a ochenta o cien mil nanómetros de grosor, una célula puede medir unas 10 micras, es decir, 10.000 nanómetros y el COVID por ejemplo puede tener una “cabeza” de entre 50 a 140 nanómetros. La cadena de ADN sí estaría cercana al nanómetro y un átomo sería 0,1 nanómetros.
Imagen del SARS Cov 2 coloreada obtenida por un microscopio electrónico
¿Ya te vas haciendo a la idea? Las cosas nano no se pueden ver en un microscopio óptico. De hecho, la resolución máxima de estos microscopios está en torno a 200 nm, así que se usan microscopios electrónicos que bombardean lo que queremos ampliar con un barrido de electrones y algunos “rebotan” generando una imagen sin color en la pantalla de un ordenador
Por lo tanto, volviendo ahora a la Ley de Moore, ¡¡¡ nuestros teléfonos llevan transistores de tamaño de 5 nm!!!🤯
Mira en la siguiente tabla la diferencia entre el mundo microscópico y el mundo nanométrico y su evolución histórica:
Te preguntarás, ¿pero esto tiene un límite? Pues parece que sí, esto de ir haciendo las cosas cada vez más pequeñas tendrá un límite físico, y ahí es donde entra la computación cuántica y donde la Ley de Moore parece que puede ser reemplazada por la Ley de Neven, que dice que la capacidad de computación cuántica crecerá a velocidad doblemente exponencial (frente a la Ley de Moore que es exponencial) llegando a lo que se conoce como la “supremacía cuántica”
¿Cómo leches se fabrican cosas tan pequeñas?
Parece difícil fabricar cosas tan pequeñas, ¿no? pues vamos a complicarlo un poco más. Debemos tener en cuenta que cuando nos metemos en el mundo nanométrico las leyes de la física que aplican son otras a las que estamos acostumbrados…
Aquí aplica la física cuántica y no la mecánica clásica (“la de Newton”). Simplificando muchísimo, podemos decir que la física clásica es “determinista” es decir, podemos predecir que va a pasar, como en el típico problema de los trenes de EGB. Podemos calcular mediante fórmulas y leyes donde se van a encontrar. Sin embargo, la física cuántica no hay tales leyes o fórmulas, los movimientos de las partículas se basan en probabilidades, es decir, una partícula puede “estar” en dos sitios al mismo tiempo.
Volvamos al tema de la fabricación, para hacernos una idea, podemos decir que existen dos formas de fabricar a escala nanométrica:
Top-Down o “quitamos material”: La principal técnica es la fotolitografía y consiste en “imprimar” un patrón sobre una superficie por ejemplo de silicio. Se coloca encima de la placa de silicio una resina fotosensible y encima de esta un cristal con el diseño del “circuito” que queremos “imprimar”. Después se bombardea el cristal y la resina con una luz y se elimina con un químico el exceso de resina que no ha quedado impreso. Dicho con otras palabras, empezamos con una cantidad de material nivel macro y vamos quitando material hasta llegar al tamaño nanométrico.
Botton -up o “autoensamblaje”. Aunque hay más técnicas que el autoensamblaje, con esta palabra se entiende muy bien. Esta técnica consiste en tener elementos individuales y utilizar las fuerzas presentes en el mundo nanométrico (químicas, electromagnéticas, etc.) para que se ensamblen las partículas y formen la forma deseada. Simplificando, sería como tener un montón de rectángulos imantados con los dos polos y en función de cómo los colocásemos podríamos construir una estructura u otra
¿Existen los Nanobots?
Pues la respuesta es depende… Depende de lo que pienses que es un Nanobot. Si crees que es esto, ya te digo que no.
La ciencia ficción nos ha creado una imagen de nanomáquinas con nanotornillos y nanomotores asumiendo que a nivel microscópico la física funciona igual como a nivel macro. Por ejemplo, para juntar dos partículas no necesitas un tornillo, sino una fuerza a nivel de partículas, química, por ejemplo, que las una
Pero si por el contrario pensabas en esto que es una nanomáquina formada por elementos biológicos para la detección del virus VIH entonces te diré que sí existen:
Son estas nanomáquinas, son estructuras biológicas a las que se les puede “programar” un comportamiento específico cuando detecten un evento. También se les suele llamar máquinas moleculares y otro ejemplo son nanomáquinas que atacan solo a las células cancerígenas.
Aplicaciones de la Nanotecnología
La nanociencia es una ciencia “nueva” y su aplicación en forma de nanotecnología está en investigación, así que las aplicaciones hoy en día no dejan de ser meros campos de experimentación:
Como ves todo está salpicado de nanotecnología, aquí te dejo algunas de las más relevantes:
Electrónica: Ya hemos visto antes la fabricación de transistores para hacer microchips cada vez más potentes
Materiales: La generación de grafeno (monocapa de átomos de carbono) por ejemplo es un ejemplo de aplicación de nanotecnología
Paneles solares: La nanotecnología de semiconductores está haciendo paneles solares más eficientes capaces de generar más energía eléctrica
Medicina: Como vimos antes, máquinas moleculares que “solo” ataquen a células cancerígenas
Textil: Por ejemplo, utilizando elementos piezoeléctricos (materiales que ante un esfuerzo mecánico generan una corriente eléctrica) en las prendas, se podría pensar en desarrollar prendas que “carguen el móvil mientras corremos”
Por último, si has visto alguna película de Marvel como Ant Man o quizá recuerdes a Cariño he encogido a los niños y te estás preguntando si se puede reducir una estructura del nivel macro al nivel micro o nano, pues la respuesta es no, o de momento es no. Tan solo quédate con esto, ¿los átomos que forman la estructura macro, en qué se reducirían?
Ya para terminar, como sé que el post me ha quedado un poco denso, te dejo un video de como Jose Mota presenta la Nanotecnología aquí
Referencias
Fabricación de nanotransistores de 5 nm
Viaje al interior de un microchip
Visita al laboratorio de Nanotecnología de IBM
Una semana más gracias por leerme, espero que te haya gustado el post y como siempre te agradezco que lo compartas en Linkedin para hacerlo crecer. También puedes comentarme que otros temas te gustaría que hablase en la Newsletter
Hasta la semana que viene