HISTORIA DE LA NANOTECNOLOGÍA

1820- El científico inglés Faraday descubrió la ley de inducción magnética por la que una variación de flujo magnético produce una fuerza electromotriz. Alguien le pregunto, como suele ocurrir con un gran descubrimiento científico: “¿Para que sirve esto?”. Solo descubrió que circulaba una corriente pequeña por un hilo cuando se movía un imán. La contestación fue: “¿Para que sirve el nacimiento de un niño?”. El resultado es que toda la tecnología eléctrica moderna empezó con el descubrimiento de Faraday.

1948- Bardeen, Brattain y Shockley hicieron el gran descubrimiento científico que ha cambiado la vida del siglo XX: el transistor. Cuando observaron el efecto no tenían ni la menor idea, ni podían vislumbrar, de sus repercusiones. Toda la electrónica actual esta basada en el transistor mas o menos compactado con las técnicas microelectrónicas. El transistor ha abierto el espacio a los humanos y nos ha hecho tener una vida más larga y llevadera. La medicina no sería lo que es sin el transistor por poner un ejemplo y no citar el manoseado de las comunicaciones. Bardeen, físico teórico, es el único Premio Nobel doble en física. Uno por el transistor (1956) y el otro por la teoría de la superconductividad (1972). El transistor es el paradigma más claro de cómo la ciencia y la tecnología van abrazadas.
Una gran invención es una idea genial, un inicio pequeñito con un imprevisible gran producto final. Que nadie piense que la tecnología puede desarrollarse sin el conocimiento profundo y científico que la sustenta. Es cierto que podemos ser “copy cats” (gatos copiadores) pero eso requiere empezar a copiar pronto y darse cuenta muy temprano de lo importante que es un descubrimiento científico, lo cuál es tan importante como hacer el descubrimiento. Esto es lo que hicieron los japoneses con el transistor vislumbraron su desarrollo futuro e importancia y compraron a los Bell Laboratories la patente lanzándose rápidamente a su desarrollo tecnológico. La SONY fue, probablemente, la primera empresa que lanzó al mercado una radio hecha con transistores en vez de válvulas. ¿Se imaginan Uds. un satélite espacial hecho de las antiguas válvulas?, ¿cuánto pesaría?, ¿cómo debería ser de grande?. Imposible de poner en órbita. Los países que se lanzaron a la aventura de la integración de transistores, a la microelectrónica, con ventaja inicial (Japón y Estados Unidos) son aquellos que han marcado las pautas con una diferencia abismal sobre los otros.

Hoy en día el río que nos lleva nos hacer soñar con ser grandes o más que eso gigantes. Cooperamos, juntamos o agredimos para llegar a ser importantes y más en moda, si a nuestra operación añadimos .com llegamos a una operación biliaria. Pero en lo pequeño, lo individual y lo simple esta la magia, lo gracioso, lo elegante y la belleza. La miniaturización, la microelectrónica, ha permitido el desarrollo tan fenomenal de las últimos décadas. La impetuosa marcha hacia lo pequeño continua. Las perspectivas técnica y financieras son enormes. Pero la miniaturización no es suficiente, no crea perspectivas y es claro que antes que después llegaremos al limite. Hacía falta la idea que lanzó el físico teórico Richard Feynman (Premio Nobel 1965) cuando inició una charla diciendo: ¡no me hablen de micropositivas, ni de filminas quiero saber de mover átomos y formar configuraciones distintas con ellos, escribir con átomos!. Sólo había un problema que no tenía la idea de cómo hacerlo, no tenía una visualización para llevar a cabo la tarea.

1982 – Gerd Binning y uno de nosotros, Heinrich Rohrer, hicieron el descubrimiento, que abrió el camino que nos lleva a un terreno con una fisonomía nueva. Descubrieron el Microscopio de Efecto Túnel (Premio Nobel 1986). Este consiste básicamente en detectar una corriente eléctrica túnel, no permitida clásicamente pero si cuánticamente, entre una punta de dimensiones atómicas y una superficie. La corriente es minúscula 1 nanoAmperios (0.000000001 Amperios) cuando se aplica un voltaje de milivoltios. ¿Para qué puede servir esto?. Para todo lo que viene ahora y que sin duda va cambiar otra vez nuestras vidas y forma de pensar. Resulta que analizando la corriente cuando la punta se mueve paralelamente a la superficie se pueden visualizar átomos como entidades independientes, uno por uno, no estadísticamente, pero además, y esto es lo importante y singular, se ven palpándolos. El microscopio funciona en campo cercano, a una distancia de dos o tres átomos de la superficie. Después de él y basados más o menos en el mismo principio se han desarrollado otra serie de microscopios o herramientas que tienen la precisión de trabajar en el nanómetro. Para lo que sigue 1 nano=0.000000001.
Entonces vienen la imaginación y la curiosidad científica: si podemos ver y palpar átomos al mismo tiempo también los podemos manipular uno a uno, podemos escribir con ellos!. Lo que quería Feynman es posible el punto de la i puede ser un átomo separado de tres átomos que forman el palo, con nueve átomos podemos escribir una letra. ¡Podríamos escribir todos lo que se publica en España en un año en una superficie de un centímetro cuadrado (en una peseta)!. ¿No les parece fantástico e impensable?. Pues ya se ha hecho. Lo que ocurre es que escribir una letra con una punta cuesta días. No importa, integramos un millón de puntas en un chip de microelectrónica (proyecto milpies). Ya se ha hecho. Y podemos modificar superficies y hacer nanohilos y nanocontactos que permiten densidades de corriente 1 millón de veces más grandes que el más puro hilo de cobre porque no son disipativos y su resistencia eléctrica es no local. Y estos contactos si son magnéticos tienen características magnetoresistivas enormes a temperatura ambiente. Y podemos medir las fuerzas de enlace atómicas. Y podemos agrupar átomos con características funcionales deseadas. Y podemos estirar proteínas y DNA y ver cual es la magnitud de las fuerzas que las mantienen unidas. Y podemos manejar nanotubos y otras moléculas y macromoléculas. Y queremos hacer un barco, un nanobarco, que entre en los vasos sanguíneos detecte una enfermedad en estado precoz y deposite una cantidad de droga ínfima que la corrija localmente sin que afecte a otras partes del organismo. Y queremos fabricar trillones de chips que sean capaces de tomar un pigmento y pintar un barco paseándose por su superficie. Y podríamos... .

Todo lo anterior nos permite integraciones de Terabits (un billón de bits) por centímetro cuadrado, esta memoria es la que tienen doscientos ordenadores juntos aproximadamente y se puede conseguir en un botón y en un plazo de no más de cinco años. Uno de los candidatos son las memorias magnéticas y naturalmente se necesitan lectores magnéticos en el nanómetro. Nuestro laboratorio ha hecho patentes en este campo y esta en la vanguardia de esta investigación con el desarrollo de nanocontactos magnéticos balísticos que presentan una gran magnetoresistencia a temperatura ambiente. La memoria de un Terabit es la que tiene un ser humano. Esto quiere decir que su funcionamiento será inteligente. Con tal memoria no solo se podrán almacenar datos sino también los analizará, seleccionará y tomará las decisiones más convenientes en un momento determinado. Esto es inteligencia. Con tal memoria será posible mantener conversaciones audiovisuales mientras paseamos o ver la televisión con un chip integrado en el ojo, por ejemplo. La conversación podría ser entre un chino y un español cada uno en su propio idioma. ¿Por qué no?. El cerebro humano no es solo memoria son también sus interconexiones que le permiten ser memoria y procesador al mismo tiempo, pero esto puede hacerlo por el Terabit de memoria que tiene. Ya existe el proyecto milpies consistente en construir millones de pequeñas puntas de manera que unas leen datos y otras procesan, seleccionan y toman decisiones. Este proyecto se desarrolla en IBM Zurich y tiene implicaciones científicas y tecnológicas de gran trascendencia como ocurrió con el microscopio de efecto túnel descrito anteriormente. Todo esto es Nanotecnología por que trata individualmente los elementos nanométricos y luego los integra o globaliza. Es una globalización donde los individuos cuentan, es humanista. Sin embargo solamente lo anterior no es lo único ni lo más importante. Podríamos llamarlo nanoelectrónica cómo un paso mas hacia la miniaturización de la microelectrónica.

La naturaleza en su ruta de la vida nos esta enseñando algo mas profundo. En biología hay reacciones químicas, transporte de electrones e iones. Hay procesos que involucran un solo electrón o ion, que son funcionales y actúan como amplificadores químicos o nanomecánicos, por ejemplo la identificación molecular. La interconexión de estos procesos hacer mover y curvar cantidades nanométricas de materia que tienen vibraciones características de 10000 millones de ciclos. La naturaleza interconecta de una forma elegante la nanoelectrónica y la nanomecánica y todo en la escala nanométrica donde la difusión, las reacciones químicas, las vibraciones, la propagación de señales, etc. son ultrarápidas. Y además lo hace de una manera elegante. Señales químicas y transporte eléctrico producen movimientos infinitesimales que globalizados coherentemente por medio de nuevas señales cerebrales producen una acción o movimiento o pensamiento. Todo esto ensamblado, auto ensamblado y replicado. Es difícil prever lo que la nanotecnología puede alcanzar pero su ruta debería ser la de la vida. Relacionando física, química, biología y nuevos modelos y simulaciones matemáticas. Es una ciencia multidisciplinar y esta tecnología sólo será realizable cuando se comprendan los mecanismos básicos en el rango nanométrico. El esquema que se adjunta describe de una forma gráfica por donde anda el pensamiento en la nanociencia, son nanociencia básica y nanotecnología, son inseparables. La nanociencia trata de entender lo simple, lo pequeño y lo bello para construir y ensamblar de la misma manera que lo hacen los procesos naturales en la ruta de la vida. Los países que se lancen a esta aventura serán los nuevos lideres mundiales.

Y es que el horizonte y las perspectivas que se vislumbran por el momento son prácticamente inimaginables. Todo depende de nuestra imaginación, curiosidad y tenacidad y medios materiales, pero como sobretodo y como siempre de nuestros recursos humanos. Por eso países como Estados Unidos, Japón, Suiza, Alemania, etc. han explosionado en su investigación sobre la ciencia de la nanoescala y la tecnología que conlleva. No en vano en el discurso que el presidente Clinton hizo en Caltech (instituto Tecnológico de California) el 21 de enero de 2000 anuncio que en su nuevo presupuesto dedicaría doscientos mil millones de pesetas a investigación biomédica pero que también quería dejar como legado un presupuesto de cien mil millones de pesetas a su Iniciativa sobre Nanotecnología, porque para él es claro que esta tiene un horizonte sin fin por el momento. Suiza, en su tercera fase, dedica a esta iniciativa ocho mil millones en cuatro años; Japón setenta mil millones aproximadamente en cuatro años, así como Alemania, Holanda, Suecia etc. Además de estas iniciativas tienen centros de excelencia y competencia en nanotecnología. Todas estas inversiones se entienden en adición al presupuesto normal para investigación que es grande. Está bien entendido que la parrilla de salida es muy importante. Y no es por nada, sino porque es una ciencia básica que producirá tremendos outputs tecnológicos.

Y en España ¿qué ocurre en nanotecnología?. Hay un grupo de investigadores, algunos de ellos inmersos en esta investigación, con un razonable impacto a nivel internacional como indican los registros, pero que andan dispersos. Andamos como francotiradores valiéndonos de los contactos que nos hemos creado. No hay iniciativa ni presupuesto especial alguno. Si queremos dinero debemos buscarlo donde podamos. De hecho en nuevo Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica 2000-2003 la nanotecnología no está, no sabe o no contesta y sin embargo las comunicaciones tienen un papel prominente. Esto es una inconsistencia tan grande que no vale la pena ni discutirlo. Es claro que si queremos estar “in” deberían crearse las condiciones y los medios adecuados
El nuevo gobierno ha establecido un ministerio de ciencia, tecnología y comunicaciones. Es una oportunidad si la principal misión del ministerio no esta dedicada solo a las.com y a la distribución de las bandas de frecuencia, sino que la ciencia es el sustento del desarrollo global y esta basada en individuos que pueden acreditar en los circuitos científicos sus registros. Para ello es necesario, mas que nunca, que los responsables y consejeros hayan tenido y sido personas relacionadas la ciencia y la tecnología y se reestructure la plantilla de científicos y los sistemas de contratación. Cuando una empresa no es rentable se reestructura se jubila al personal no productivo y se contrata a otro. El mayor y peor problema de la investigación en España es el de la funcionarización y la endogamia con personas que hagan lo que hagan no pueden ser retiradas de sus puestos fijos. Personas que claman que la ciencia no tiene nada que ver con la tecnología y quitan de las bibliotecas científicas la revista más importante porque no habla mucho de tecnología. La endogamia reinante, en donde el 98% de los científicos han hecho la tesis en el sitio donde tienen el puesto fijo y en muchos casos apañando los tribunales. Instituciones científicas que no pueden, no quieren, contratar científicos extranjeros de valía, en donde los contratos con sueldo “racionales”, que ni siquiera competitivos, deben ser funcionarios. Debemos hacernos atractivos a científicos de todo el mundo para compartir sus ideas y poner en práctica proyectos punteros. Para ellos debemos tener salarios y condiciones de contratación de acuerdo con lo existente en el mercado científico, aquí también hay mercado. Se trata de tener un sistema seminal, no endogámico y enfermo como es actualmente. El individuo con registros debe ser lo principal y tener los medios y posibilidades de construir a su gusto. Especialmente en nanotecnología que es una iniciativa muy dinámica en todo el mundo. Una ciencia basada en los individuos será humanista.
MORALEJA: la ciencia y la tecnología no son compartimentos separables como algunos predican tratando de vender oro por hojalata cubierta con purpurina.

Y quisiéramos terminar nuestra presentación con el discurso del Presidente Clinton a los científicos de Caltech. (Para leerlo completo visite nuestra web: www.fsp.csic.es.)
Clinton decía: “ Y es realmente interesante que el final de la Guerra Fría ha marcado en todo el mundo un aumento de los conflictos étnicos, raciales, tribales y religiosos; e incluso en nuestros países vemos numerosos ejemplos de crímenes odiosos de gentes que piensan que otros son diferentes y en consecuencia no deben tener confianza, vivir atemorizados y deshumanizados. Vosotros, ahora mas que nunca, tenéis el poder de poner la ciencia y la tecnología para el progreso de la humanidad. Recordar siempre en mantener vuestros valores en el corazón de lo que hacéis. Y decirle a cada uno de vuestros conciudadanos, y por supuesto a todas las personas con las que mantenéis contacto en todo el mundo, que todos y cada uno de los avances científicos confirman una y otra vez el hecho más importante de la vida – nuestra humanidad común”.

NICOLAS GARCIA GARCIA, director del Laboratorio de Física de Sistemas Pequeños y Nanotecnología del CSIC (nicolas.garcia@fsp.csic.es).
HEINRICH ROHRER, es miembro del Laboratorio y Premio Nobel de Física (h.rohrer@fsp.csic.es).

Fuente: www.fsp.csic.es