NANOTECNOLOGÍAS Y NANOCIENCIAS

Materiales multifuncionales basados en el conocimiento y nuevos procesos y dispositivos de producción

La transición hacia una sociedad basada en el conocimiento y a la vez en desarrollo sostenible exige nuevos paradigmas de producción y nuevos conceptos sobre productos-servicios. La industria de producción europea en su conjunto está obligada a pasar del enfoque basado en recursos al basado en conocimientos, más respetuoso del medio ambiente, de la cantidad a la calidad, del producto fabricado en grandes cantidades y de uso único al producto-servicio fabricado a petición, multiuso, a la medida del cliente y actualizable; de los servicios, procesos y productos de valor añadido "materiales y tangibles" a los "intangibles".

Estas transformaciones llevan asociados cambios radicales en las estructuras industriales, que exigen una mayor presencia de empresas innovadoras, con capacidades en red y dominadoras de nuevas tecnologías híbridas que combinan las nanotecnologías, la ciencia de materiales, la ingeniería, las tecnologías de la información y las ciencias biológicas y ambientales. Esta tendencia obliga a una intensa colaboración que supere las fronteras tradicionales de las ciencias. Las tendencias más avanzadas en la industria exigen asimismo una acusada sinergia entre tecnología y organización, dependiendo ambas en gran medida de las nuevas capacitaciones.

Es preciso buscar soluciones tecnológicas satisfactorias en fases cada vez más tempranas de los procesos de diseño y producción; los nuevos materiales y las nanotecnologías tienen un papel esencial que desempeñar en este contexto, en calidad de impulsores de la innovación. Todo ello obliga a poner más énfasis en el largo plazo que en el corto en las actividades comunitarias de investigación y a abandonar las estrategias incrementales en favor de las rupturistas en la innovación. La investigación comunitaria se beneficiará enormemente de una dimensión internacional.

Prioridades de investigación

i) Nanotecnologías y nanociencias

Las nanotecnologías y las nanociencias constituyen un nuevo paradigma de la ciencia y de la ingeniería de materiales. Europa disfruta de una posición de privilegio en las nanociencias, que es preciso convertir en una ventaja competitiva real para la industria europea. El objetivo es doble: promover la creación de una industria europea de nanotecnología de gran capacidad de IDT y fomentar la asimilación de las nanotecnologías en los sectores industriales existentes. Cabe que la investigación sea a largo plazo y de alto riesgo, pero estará orientada hacia aplicaciones industriales. Se aplicará una política activa de estímulo de las empresas y PYME industriales, incluidas las empresas de nueva creación, en particular fomentando una interacción vigorosa de los medios investigadores e industriales en consorcios que acometan proyectos con una masa crítica sustancial.

- Investigación interdisciplinaria a largo plazo para la comprensión de los fenómenos, el dominio de los procesos y el desarrollo de instrumentos de investigación: El objetivo es ampliar la base de conocimientos genéricos subyacente de la nanotecnología y la nanociencia orientada a las aplicaciones y desarrollar técnicas e instrumentos de investigación de vanguardia.

La investigación se centrará en: fenómenos a escala molecular y mesoscópica; materiales y estructuras capaces de autoensamblado; mecanismos y motores moleculares y biomoleculares; enfoques multidisciplinarios y novedosos que permitan integrar los avances en los ámbitos de los procesos y materiales inorgánicos, orgánicos y biológicos.

- Nanobiotecnologías: El objetivo es apoyar la investigación sobre la integración de entidades biológicas y no biológicas, que abrirá nuevos horizontes en muchas aplicaciones, tales como el procesamiento y los sistemas de análisis médico y ambiental.

La investigación se centrará en: labchips, interfaces con entidades biológicas, nanopartículas modificadas en superficie, administración avanzada de medicamentos y otras áreas de la integración de los nanosistemas o la nanoelectrónica con entidades biológicas (como la entrega orientada de entidades activas biológicamente); procesamiento, manipulación y detección de moléculas o complejos biológicos, detección electrónica de entidades biológicas, microfluidos, activación y control del crecimiento de células en sustratos.

- Técnicas de ingeniería a escala nanométrica para la creación de materiales y componentes: El objetivo es desarrollar nuevos materiales funcionales y estructurales de rendimiento superior a través del control de su nanoestructura. Se incluirán las tecnologías necesarias para su producción y procesamiento.

La investigación se centrará en: aleaciones y compuestos nanoestructurados, materiales poliméricos funcionales avanzados y materiales funcionales nanoestructurados y la incorporación de sistemas moleculares ordenados o de nanopartículas en los sustratos adecuados.

- Desarrollo de dispositivos e instrumentos de manipulación y control: El objetivo es desarrollar una nueva generación de instrumentos de análisis y fabricación a escala nanométrica. El objetivo de orientación será conseguir un tamaño de componentes o resolución del orden de 10 nm.

La investigación se centrará en: diversas técnicas avanzadas de fabricación a escala nanométrica (basadas en la litografía o en la microscopía); tecnologías, metodologías o instrumentos revolucionarios que exploten las propiedades de autoensamblado de la materia y desarrollen máquinas a escala nanométrica.

- Aplicaciones en campos como la salud y los sistemas médicos, la química, la energía, la óptica, los alimentos y el medio ambiente: El objetivo es liberar las posibilidades de las nanotecnologías en aplicaciones revolucionarias a través de la integración de los resultados de la investigación en materiales y dispositivos tecnológicos en un contexto industrial.

La investigación se centrará en: modelización computacional, tecnologías avanzadas de producción; desarrollo de materiales innovadores de características mejoradas.

ii) Materiales multifuncionales basados en el conocimiento

Los materiales nuevos de alto contenido en conocimientos, capaces de aportar nuevas funcionalidades y un rendimiento superior, resultarán esenciales a la hora de impulsar la innovación en tecnologías, dispositivos y sistemas, favoreciendo el desarrollo sostenible y la competitividad en sectores tales como el transporte, la energía, la medicina, la electrónica, la fotónica y la construcción. Para consolidar la fortaleza de las posiciones europeas en los mercados de las tecnologías emergentes, que se espera crezcan en uno o dos órdenes de magnitud durante la próxima década, es necesario movilizar a los distintos protagonistas a través de asociaciones de IDT de vanguardia, incluida la investigación de alto riesgo, y a través de la integración de la investigación sobre materiales y las aplicaciones industriales.

- Desarrollo de los conocimientos fundamentales: El objetivo es la comprensión de fenómenos biológicos y fisicoquímicos complejos importantes para el control y el procesamiento de materiales inteligentes con ayuda de instrumentos experimentales, teóricas y de modelización. De esta manera se sentarán las bases para la síntesis de estructuras capaces de autoensamblado o complejas mayores con características físicas, químicas o biológicas definidas.

La investigación se centrará en: actividades a largo plazo, transdisciplinarias y de elevado riesgo industrial encaminadas al diseño y desarrollo de estructuras nuevas con características definidas; desarrollo de la ingeniería supramolecular y macromolecular, centrándose en la síntesis, explotación y usos potenciales de moléculas nuevas de elevada complejidad y sus compuestos.

- Tecnologías asociadas a la producción, transformación y procesamiento de materiales multifuncionales basados en el conocimiento y de biomateriales: El objetivo es el desarrollo y la producción sostenible de nuevos materiales "inteligentes" con funcionalidades especiales y que permitan la construcción de macroestructuras. Estos nuevos materiales al servicio de aplicaciones multisectoriales deben poseer características que puedan explotarse en circunstancias predeterminadas, así como propiedades internas mejoradas o características de barrera y superficie para obtener un rendimiento superior.

La investigación se centrará en: nuevos materiales; materiales mecanizados y autorreparadores; tecnologías transversales, incluidas la ingeniería y la ciencia de superficies (incluidos los materiales catalíticos).

- Soporte de ingeniería para desarrollo de materiales: El objetivo es salvar la distancia que separa la "producción de conocimientos" y el "uso de los conocimientos", superando así los puntos débiles de la industria de la UE en la integración de los materiales y la fabricación. Tal objetivo se conseguirá mediante el desarrollo de nuevos instrumentos que hagan posible la producción de nuevos materiales en un contexto de competitividad sostenible.

La investigación se centrará en: aspectos inherentes a la optimización del diseño de materiales, el procesamiento y los instrumentos; ensayos, validación y paso a dimensiones superiores; incorporación de enfoques sobre el ciclo de vida, la obsolescencia, la biocompatibilidad y el rendimiento ecológico; el apoyo a los materiales para condiciones extremas).

iii) Nuevos procesos y dispositivos de producción

Para implantar nuevos conceptos de producción que sean más flexibles, integrados, seguros y limpios serán necesarios avances decisivos en la organización y en la tecnología al servicio de los nuevos productos, procesos y servicios, que vayan a la par con una disminución de los costes (internos y externos). El objetivo es dotar a los sistemas industriales del futuro de los instrumentos necesarios para la eficiencia del diseño del ciclo de vida, la producción, el uso y la recuperación, así como de los modelos organizativos adecuados y de una mejor gestión de los conocimientos.

- Desarrollo de nuevos procesos y sistemas de fabricación flexibles e inteligentes: El objetivo es favorecer la transición de la industria hacia una organización de la producción y los sistemas más basada en el conocimiento y hacia una filosofía de la producción más holística, que tenga en cuenta no sólo al hardware y al software, sino también a las personas y a su manera de aprender y compartir sus conocimientos.

La investigación se centrará en: procesos y sistemas de fabricación innovadores, fiables, inteligentes y rentables y su incorporación a la fábrica del futuro: integración de tecnologías híbridas basadas en nuevos materiales y su procesamiento, microsistemas y automatización (incluida la simulación), equipos de producción de alta precisión, así como integración de tecnologías TIC, de detección y de control y robótica innovadora.

- Investigación sistémica y control de riesgos. El objetivo es contribuir a mejorar la sostenibilidad de los sistemas industriales y a reducir de forma sustancial y mensurable sus repercusiones sobre la salud y el medio ambiente a través de nuevos enfoques industriales, así como la potenciación del rendimiento de los recursos y la reducción del consumo de recursos primarios.

La investigación se centrará en: desarrollo de nuevos dispositivos y sistemas para una producción limpia y segura; gestión de residuos sostenible y no contaminante y reducción del riesgo en la producción y fabricación, con inclusión de los bioprocesos; mayor responsabilidad de las empresas en materia de productos, consumo de recursos y gestión de residuos industriales; estudio de las interacciones "producción-uso-consumo", así como consecuencias socioeconómicas.

- Optimización del ciclo de vida de los sistemas, productos y servicios industriales. Los productos y la producción deben orientarse cada vez en mayor medida hacia el servicio y el ciclo de vida, además de los requisitos de inteligencia, rentabilidad, seguridad y limpieza. Por consiguiente, el reto clave estriba en llegar a nuevos conceptos industriales basados en enfoques relativos al ciclo de vida y a la eficiencia ecológica que permitan la obtención de nuevos productos, la innovación organizativa y la gestión eficiente de la información y su transformación en conocimiento utilizable dentro de la cadena del valor.

La investigación se centrará en: sistemas de productos-servicios innovadores que optimicen la cadena del valor "diseño-producción-servicio-fin de vida útil" a través de tecnologías híbridas y nuevas estructuras organizativas.

Las actividades de investigación realizadas dentro de este campo temático prioritario incluirán investigación exploratoria a la vanguardia del conocimiento sobre cuestiones estrechamente relacionadas con uno o varios de los temas incluidos en él. Se utilizarán dos enfoques complementarios: uno receptivo y abierto, el otro proactivo.