Nanotecnología

 Y yo me pregunto ¿Qué es lo que hay que hacer para fabricar cosas tan pequeñas?

Para fabricar cosas del tamaño de unos nanómetros necesitas hacer uso de tecnología especializada. Una técnica utilizada en la fabricación de cosas muy pequeñas se conoce como fotolitografía

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 Microrrobots, microgiroscopios, prótesis del tamaño de un grano de arena, píldoras inteligentes… Te pueden parecer ideas de un libro no publicado de Julio Verne, pero todos estos proyectos están en funcionamiento hoy en día gracias a la micro y nanotecnología. Imagínate cientos de estas máquinas fabricadas en serie a partir de una única pieza de silicio y por tan sólo unos céntimos de euro. Un mundo donde la gravedad y la inercia no son importantes, un mundo dominado por las fuerzas atómicas y de superficie.

Los chips de computadoras son fabricados usando fotolitografía. Este proceso en lugar de tinta utiliza luz para dibujar. Lo primero que necesitas es un sustrato, que es aquello donde se dibujará. El sustrato se cubre con una sustancia! química llamada fotoresinas. Hay una cantidad de sustancias químicas pueden actuar como fotoresinas, muchas de ellas son polímetros. Las fotoresinas cambian cuando están expuestas a la luz porque sus moléculas se entrelazan, haciendo que no sean fácilmente removidas en el proceso de revelado o lavado (explicado más abajo). Ahora estamos listos para dibujar. Para crear el diseño sobre el sustrato necesitamos una máscara que posea el patrón de tal diseño. Si irradiamos luz a través de esta máscara, la luz solo pasará por aquellas áreas transparentes de la máscara e iluminará el sustrato. Para entender esto piensa en lo que pasa cuando proyectas sombras en la pared con tus manos. Finalmente, se necesitará el uso de otros productos químicos para revelar el patrón creado sobre la fotoresina, estos productos químicos removerán la fotoresina que fue iluminada con luz y, de esta forma, obtenemos del diseño sobre el substrato. Para hacer un chip de computadora necesitamos crear líneas muy finas. La clave es entonces dibujar con alta resolución. Resolución es una medida que nos dice cuán cerca podemos colocar dos cosas, una al lado de la otra y aún poder distinguir la separación entre ellas. En los chips se instalaran dispositivos llamados transistores . Los transistores son tan pequeños que miles de ellos cabrían en la pluma de Alois.

¿Cómo se fabrican las micro y nanomáquinas?

El silicio es el material tradicionalmente utilizado en la microelectrónica. El conocimiento acumulado en el trabajo con silicio hacen que en un principio la mayor parte de microsistemas se fabricasen con silicio y mediante procesos utilizados para fabricar semiconductores.

El silicio presenta un amplio rango de propiedades electromecánicas útiles, como pueden ser la elasticidad y la piezoelectricidad. El micromecanizado del silicio permite, por su estrecha relación con la microelectrónica, una fácil integración de la electrónica junto a los microsistemas. Todos estos motivos han propiciado que aún actualmente la mayor parte de microsistemas se fabriquen de silicio y con procesos de fabricación derivados de la industria del semiconductor.

Los procesos de micromecanizado de silicio se dividen principalmente en dos tipos:

• Micrograbado o micromecanizado en volumen (Bulk micromachining) Se trata de modificar el substrato de silicio.
• Micromecanizado en superficie (Surface micromachining). Consiste en depositar capas de material sobre la oblea de silicio.

Encontramos también un proceso de fabricación de microestructuras, que permite la utilización de otros materiales (metales, polímeros…), este es conocido con las siglas LIGA acrónimo de su nomenclatura alemana (Lithographie Galvanoformung Abformung).

Todos estos procesos ya han superado con amplitud el rango de escala de las micras y se emplean con pequeñas pero importantes variantes a escala nanométrica dando lugar a tecnologías de fabricación por debajo de los 45 nm.

Para saber más:

http://www.metalunivers.com/Tecnica/Hemeroteca/ArticuloCompleto.asp?ID=11926

http://www.monografias.com/trabajos/fotolitografia/fotolitografia.html

http://www.icmm.csic.es/fis/espa/prep_caract_lam_delg_prog.html

http://elchorrodemanantial.blogspot.com/2007/07/el-belen-mas-pequeo-del-mundo.html

http://www.canalsocial.net/GER/ficha_GER.asp?id=11897&cat=tecnologia

 A todos nos preocupa el cambio climático…Debido al aumento de concentraciones de gases invernadero tales como el dióxido de carbono, metano, óxidos nitrosos y clorofluorocarbonos, estos gases están atrapando una porción creciente de radiación infrarroja terrestre y se espera que harán aumentar la temperatura planetaria entre 1,5 y 4,5 °C ,el llamado Efecto Invernadero y Calentamiento Global. Como respuesta a esto, se estima que los patrones de precipitación global y corrientes marinas también se alteren. Aunque existe un acuerdo….pero ¿estamos intentando evitarlo? Creo que no, aunque ya hay una energía alternativa como es el hidrógeno aún no la tenemos al alcance de todos. Los coches, las calefacciones, las fábricas, quema de combustibles fósiles…y es que hay que reducir la elevada concentración de dióxido de carbono en la atmósfera.                                 

¿Puede la nanotecnología ayudarnos? Es un tema que nos interesa a todos, muestra de ello es que el pasado 18 de septiembre se realizó una conferencia sobre Cambio climático y nanotecnología dentro del las actividades del Allianz Forum celebradas en Argentina. La charla se centró especialmente en la necesidad de unir el conocimiento y las estrategias del sector público con el privado, a la hora de hacer frente a las amenazas del cambio climático global. Frente a esta situación, el conocimiento y la investigación se tornan indispensables.

Coincidieron finalmente los panelistas que participaron de la conferencia:Planteadas las ideas sobre el cambio climático, la nanotecnología puede contribuir a dar respuestas, pero siempre atendiendo los riesgos que de ella pueden surgir.

 Un nuevo informe recoge seis tipos de nanotecnología que se pueden aprovechar para reducir las emisiones de carbono. Dichas tecnologías están ya disponibles o saldrán al mercado en unos dos años. Y a continuación os expongo algunos de los avances.

MOTORES DE COMBUSTIÓN

Los catalizadores de combustible, que se usan en Turquía y Filipinas y están pendientes de aprobación en los Estados Unidos, permiten una combustión más eficiente del combustible diésel en el motor, de forma que se ahorra combustible y se reducen las emisiones de partículas. Las pruebas realizadas hasta ahora indican que la eficiencia del combustible puede aumentarse en hasta un 10% y, además, que los catalizadores podrían reducir las emisiones de hollín en un 15% aproximadamente.

COCHES CON PILAS

Actualmente las pilas de combustible se están sometiendo a pruebas en todo el mundo. Se espera que a partir de 2009 irrumpan en el mercado vehículos impulsados por pilas de combustible. Una pila de combustible es un aparato que se sirve de la reacción electroquímica entre el hidrógeno y el oxígeno para convertir energía química en energía eléctrica. Luego la pila aprovecha la energía química almacenada para generar electricidad. Para que se puedan usar a gran escala los vehículos equipados con pilas de combustible, primero será necesario construir una infraestructura de estaciones donde repostar hidrógeno.

ADIOS AL ACERO

Asimismo, se prevé que los materiales nanocompuestos sustituyan al acero en algunas construcciones. Los materiales nanocompuestos son polímeros a los que se ha añadido otro material a fin de modificar las propiedades de aquéllos. Favorecen la reducción de emisiones nocivas, ya que permiten fabricar vehículos menos pesados, lo que, por consiguiente, disminuye el consumo de combustible. Boeing se propone fabricar con estos compuestos todo el exterior de sus aviones 787 y el 50% del resto de ese avión. La industria de la automoción también está empezando a utilizar los nanocompuestos para fabricar piezas exteriores.

Hay mucho que hacer y nos queda poco tiempo, el cambio climático en inminente…Por un mundo mejor para nuestras futuras generaciones.

http://www.euroresidentes.com/Blogs/noticias/2006/02/nanotecnologa-frente-cambio-climtico.html

http://portal.educ.ar/noticias/ciencia-y-tecnologia/el-cambio-climatico-y-la-nanot.php

http://www.rel-uita.org/nanotecnologia/geoingenieria.htm

http://www.accionatura.org/

Lo primero para abordar este tema es saber hasta donde puede llegar nuestro cuerpo humano , en este caso refiriéndonos a los huesos, por eso lo mejor para comenzar es saber lo que nuestros huesos son capaces de hacer:

Los huesos contienen calcio y fósforo. Dentro de los huesos largos hay una sustancia blanda, que es la médula ósea, conectada con el aparato circulatorio, y que produce glóbulos rojos y blancos. La parte más fuerte es la de afuera. Un trocito de hueso puede soportar un peso de 9 toneladas sin romperse, el mismo peso destrozaría un trozo de cemento del mismo tamaño. El hueso más largo es el fémur (46 cm), y el más pequeño el estribo del oído (2,6 mm = la punta de un lápiz). Los huesos de cada persona crecen hasta aproximadamente los 25 años. Algunas personas tienen un par de costillas extra (decimoterceras). El cuello de una jirafa tiene el mismo número de huesos que el cuello humano. Los huesos de la cabeza del bebé no están soldados, sino que se solapan ligeramente para facilitar el alumbramiento. Los bebés tienen más de 300 huesos (una persona mayor 206), y se sueldan entre sí posteriormente. Estos huesos del bebé son muy blandos, como cartílagos, y se van endureciendo con el tiempo. Cuando somos mayores, se hacen más frágiles, y por eso, una persona mayor cuando se cae se puede romper un hueso con más facilidad que un niño.

Investigadores de la Universidad de Cambridge, el Animal Health Trust de Newmarket y el BAM Federal Institute of Materials Research and Testing de Berlin, han descubierto que la estructura de los huesos es muy diferente de lo que se creía, abriendo nuevas posibilidades para el tratamiento de la osteoporosis. Se ha sostenido durante mucho tiempo que el colágeno y otras proteínas son las moléculas clave en la estabilización de la estructura ósea, y en consecuencia esa creencia ha sido la base para algunos de los tratamientos en los trastornos de los huesos. Hasta ahora, no se había prestado atención a las funciones de los azúcares (hidratos de carbono) en el complejo proceso del crecimiento óseo.

Parece ser que estos azúcares tienen un importante papel en la estructura ósea. Los investigadores estudiaron la mineralización en los huesos de caballos utilizando el análisis por resonancia magnética nuclear (RMN), descubriendo que los azúcares, en particular los proteoglicanos (PGs) y glicosaminoglicanos (GAGs), parecen desempeñar un papel tan importante como el de las proteínas en el control de la mineralización ósea, un proceso mediante el cual el hueso recién formado se endurece con minerales como el fosfato de calcio.

                                       Nanotubos y medicina

En este post se describen los resultados de una investigación llevada a cabo por un equipo de científicos de la Universidad de California, la fuerza, flexibilidad y poco peso de nanotubos de carbón hace que podrían servir como andamios capaces de soportar a los huesos y ayudar a víctimas de osteoporosis y huesos rotos.

Los científicos describen su descubrimiento en un artículo publicado por la revista Chemistry of Materials de la American Chemical Society. Los resultados podrían suponer mayor flexibilidad y fuerza de huesos artificiales y prótesis, además de avances en el tratamiento de la enfermedad osteoporosis.

Según el director de la revista, la investigación es importante porque indica un posible camino para la aplicación de nanotubos de carbón en el tratamiento médico de huesos rotos.

Actualmente, las estructuras de hueso artificial se fabrican utilizando una gran variedad de materiales, tales como polímeros o fibras de péptido, pero tienen la desventaja de carecer de fuerza y el riesgo de ser rechazados por el cuerpo humano. Sin embargo, los nanotubos de carbón son excepcionalmente fuertes, y existe menos posibilidad de rechazo por su carácter orgánico.

El tejido óseo es un compuesto natural de fibras de colágeno y hidroxiapatita cristalina , un mineral basado en fosfato de calcio. Los investigadores han demostrado que los nanotubos de carbón pueden imitar la función de colágeno y actuar como un andamio para inducir el crecimiento de cristales de hidroxiapatita. Al tratar los nanotubos químicamente, es posible atraer iones de calcio lo que fomenta el proceso de cristalización y mejora la biocompatibilidad de los nanotubos al aumentar su hidrosolubilidad.

 RETOS PARA EL FUTURO

Despues de exponer en los post anteriores algunos de los tejidos técnicos más interesantes, todavía quedan múltiples campos de aplicación en los que se está investigando, por ejemplo:

• Ropa autobronceadora.
• Camisetas capaces de detectar el dolor y de transmitir constantes vitales.
• Ropa de camuflaje que elimina el olor corporal e incluso es invisible a rayos IR.
• Tejidos hechos de fibra óptica o de tela tan delgada que permite obtener prendas con gran capacidad aislante. Las prendas calefactoras están actualmente en pleno desarrollo. Se llaman prendas climatizadas a este grupo.
• Prendas capaces de amoldarse al estado de ánimo de la persona las cuales a través de transpiración o de la temperatura corporal pueden cambian el color.

Con la llegado de estos nuevos tejidos inteligentes pienso que se va a ayudar a aumentar la calidad de vida de una manera impresionante, y no sólo eso, sino también a salvar vidas o prevenir enfermedades.

Por ejemplo, los trajes con sensores que miden  el estado de salud del usuario van a ser de gran ayuda para personas que sean propensas a tener ataques al corazón, soplos, que tengan que controlar el nivel de azúcar, o enfermedades de este tipo…y así ayudar a la persona a vivir mas tranquilamente ya que el propio traje les avisará si existe alguna anomalía en su organismo.

Los trajes que llevan calefacción ayudaran a prevenir enfermedades tales como catarros, anginas, bronquitis, enfriamientos, neumonías… ya que en invierno podremos caminar libremente por la calle sin pasar frío. Esto también supondrá la disminución en el consume de medicamentos, lo que supone ahorro económico y de salud.

La ropa  capaz de mantener alejados los microbios supondrá una gran ayuda para prevenir las infecciones.

La gran pregunta que me hago   : ¿Todos estos avances no supondrán un peligro en realidad para el ser humano? ¿Nuestro organismo perderá defensas y sin esos trajes en seguida contraeríamos las enfermedades de las que nos protegen los trajes?

 Si se utilizan colorantes orgánicos termosensibles, los tejidos cambian de color según la temperatura ambiental o corporal. Aunque los aprestos con el uso continuado pueden perder sus propiedades, en los laboratorios se trabaja ya con fibras que incorporan estas características.

TEJIDOS TERMOCROMATICOS

Se llama así a los tejidos cuyos colores cambian según la temperatura ambiental o corporal, aparecen o desaparecen bajo el efecto de variaciones de temperatura o de la luz.  Utilizan tres clases de materiales: los termocromos, los cristales líquidos, los fotocromos.

Los tejidos mismos no son termocromos, son ciertos colorantes siendo extremadamente sensibles y frágiles estas sustancias termocromicas y fotocromaticas así como los cristales líquidos están frecuentemente microencapsulados, concretamente en los soportes textiles sometidos a frotamiento, a uso frecuente y al lavado. Sus aplicaciones más importantes son: moda, balnearios, sectores profesionales: seguridad y prevención de riesgos.

TEJIDOS ELECTRONICOS

Se ha inventado ya una chaqueta electrónica que reproduce música y se conecta a un teléfono móvil. La chaqueta conocida como mp3blue incorpora la tecnología inalámbrica Bluetooth y un reproductor musical MP3 controlado por un teclado textil en la manga. La chaqueta incorpora un módulo electrónico, que contiene una batería recargable que dura unas seis horas, y que se puede retirar para lavar la chaqueta. El sistema musical se convierte en un aparato para hacer y recibir llamadas telefónicas.

También desarrolló una alfombra inteligente que está dotada con microchips y sensores que recogen información sobre lo que está ocurriendo en la superficie de la alfombra.

TEJIDOS ULTRAFLEXIBLES DE FIBRA DE CARBONO

     Foto de un tejido de nanotubos bajo presión

Un tejido de nanotubos de carbono parece comportarse como una espuma ultracompresible. Podría ser utilizado para gran variedad de aplicaciones. A diferencia de las espumas o esponjas habituales, cuya baja densidad les hace menos robustos, este tejido es a la vez ligero, fuerte y comprimible. Puede ser comprimido un 15% de su longitud normal y recuperar su estado original de manera perfecta. Esta acción se puede realizar miles de veces sin que la capacidad de resuperación del sistema se resienta. Además es resistente a las altas temperaturas y al ataque químico. Puede resistir de 12 a 15 megapascales de presión cuando las típicas espumas de poliuretano o látex solo resisten de 20 a 30 kilopascales.

Los investigadores descubrieron esta propiedad un poco por casualidad cuando querían ver el comportamiento de un bosque de nanotubos de carbono frente a la compresión. Se sabía que un nanotubos de carbono posee cierta flexibilidad pero no demasiada. Pero por alguna razón cuando se colocan muchos juntos en paralelo la flexibilidad del conjunto es muy alta. Para crecer este bosque de nanotubos los investigadores usan una deposición química de vapor de xileno a 800 grados centígrados ayudada por una catálisis basada en hierro.
Cada nanotubo consta de varios cilindros de carbono anidados unos dentro de otros. Todos ellos forman lo que han llamado un bosque de bambú a una escala muy pequeña. Si lo reescalasemos de tal modo que cada tallo de bambú midiera unos 2,5 cm su longitud sería de un kilómetro.
El equipo ha encontrado que además se podrían ajustar las propiedades del material para obtener las características más deseadas.
Debido al alto precio de este tipo de materiales no se espera que alcance el mercado de consume en forma de envoltorios de protección, pero esperan usarlo en dispositivos micromecánicos y sistemas de absorción de impactos. Como es conductor de la electricidad podría ser también un buen material para conexiones electromecánicas.

TEJIDOS ANTIBACTERIAS

Se está creando ropa para aplicaciones militares y médicas que actúan como una barrera contra las toxinas, mata bacterias y permiten una adecuada transpiración. Se basa en la conexión de membranas porosas con moléculas polímeras que matan bacterias. Los resultados de este avance podrían dar mejor rendimiento en aquellas situaciones en las que se necesita una resistencia a líquidos o vapor, por ejemplo médicos y enfermeras o soldados expuestos a patógenos.

En el año 2000 un profesor de una universidad de California descubrió un método para adjuntar moléculas de polímeros con cloro a fibras textiles que mataba de forma casi instantánea a bacterias sin resultar dañino para la piel humana. Utilizando esta nueva tecnología en el 2005 se sacó al mercado calcetines sin olor y sábanas anti-bacterianas además de otros productos.

También en 2005 se crearon prendas militares con capacidad de atrapar y matar agentes tan mortales como el ántrax. Estos nuevos materiales permiten traspasar el sudor pero actúan como barrera contra bacterias. Es ilimitado el uso de compuestos para mejorar las características de los tejidos y en España ya existen empresas del sector textil que estan invirtiendo en tejidos técnicos de todo tipo.

TEJIDOS PARA MEDIR EL ESTADO DE SALUD

Se está estudiando ropa interior que sería capaz de reaccionar a las variaciones corporales iónicas, características de las alertas cardiovasculares o diabéticas y que, por lo tanto, podrían vigilar las funciones vitales. De hecho, investigadores  han desarrollado un sujetador cuya materia textil puede memorizar datos y emitir una señal en caso de problema cardíaco.

Esta tecnología se llama Functional Electrical Therapy (FET). Dicha tecnología se basa en la estimulación de ciertas funciones motrices gracias a electrodos que transmiten microcorrientes eléctricas. Se pretende llegar a integrar esta ayuda motriz por FET en una estructura textil que proporcionaría al paciente una comodidad de utilización sin igual con respecto a los dispositivos actuales de aplicación. Para ello, se pretende poner a punto un tejido sensorial que contenga fibras conductoras adecuadas que garanticen el paso de las microcorrientes.

 El sector textil puede sufrir en unos cuantos años una gran revolución que puede llegar a mejorar la calidad de vida de forma inimaginable, así he encontrado artículos que hablan de tejidos que van a tener unas características muy peculiares, a continuación se citarán algunas:

• Trajes de baño que se secarán instantáneamente.
• Ropa interior capaz de mantener alejados los microbios.
• Perfumes o cosméticos  para perfumar la ropa
• Abrigos realzados con fibra óptica.
• Tejidos que se adaptan a la temperatura exterior y permiten la transpiración.
• Microfibras especialmente diseñadas para disminuir el cansancio.
• Trajes equipados con calefacción.
• Trajes con sensores que miden el estado de salud del usuario.
• Ropa que permita escuchar música mp3 o insertar en ella un teléfono celular.
• Telas que no se manchan.
• Telas que emitan ondas radio o que actúen como un teclado.
• Tejidos ultraflexibles
• Prendas deportivas de alta competición permitiendo mantener el tejido seco y aislado del sudor.

A continuación  se va a explicar algunos de los tejidos inteligentes que más interesantes me parecen.Existen  muchas más aplicaciones de estas telas y variantes de las mismas, y les dedicaremos en total tres post consecutivos.

TELAS DE APLICACIÓN DEPORTIVA

A los consumidores les interesan las aplicaciones, por ejemplo, en prendas deportivas de alta competición permitiendo mantener el tejido seco y aislado del sudor.Están por llegar las microfibras y ultramicrofibras que dan lugar a materiales absorbentes de la humedad, con una gran capacidad de transpiración.

En los Juegos de Invierno 2006 de Turín algunas empresas presentaron sus innovaciones con trajes ligeros que protegen al esquiador de golpes en las pruebas de slalom sin quitar movilidad al esquiador. Se trata de un traje ligero que protege de golpes y rozaduras que pueden causar los banderines por los que pasan constantemente reduciendo su velocidad debido al dolor del roce. La autora de estos trajes es una empresa inglesa llamada d3o Lab (el material también se llama así). Con este material lo que se consigue es que las moléculas se concentren en el punto del impacto absorbiendo la fuerza; luego vuelven con rapidez a su forma inicial sin romperse al cabo del tiempo. Se aplica también en otros campos: zapatillas para skaters, cascos livianos para proteger a los esquiadores  y se están diseñando buzos de arqueros, guantes y canilleras con protección eficiente y ultraliviana que serán lanzados en el próximo Mundial de Fútbol.

TELAS QUE NO SE MANCHAN

Se trata de fibras tratadas con aprestos  sustancias con las que se impregnan, basados en fluocarburos no volátiles y que, por ello, no son agresivos para el Medio Ambiente. Si les cae aceite, se limpian con un trapo sin dejar señal alguna porque en realidad, al apresto ha impedido el contacto.

Como puede comprobarse, es un campo de aplicaciones ilimitadas. Si se utilizan medicamentos o productos antibacterianos se obtienen tejidos terapéuticos o preventivos. Si se tratan con perfumes o cosméticos, se consigue ropa perfumada, e incluso en un futuro no muy lejano autobronceadora. En el próximo post más…. 

  La nanotecnología no sólo tiene una utilidad que producirá beneficos a la sociedad, sino que en dicha técnica se encuentran riesgos que en su uso y puesta en marcha perjudicarán a la vida humana. Uno de estos riesgos es la carrera en la producción de armas  ya que la fabricación molecular plantea la posibilidad de crear armas terriblemente eficaces. Así por ejemplo, el insecto más pequeño del mundo mide unos 200 micrones; esto supone el tamaño de una arma anti-persona desarrollada a través de esta tecnología y capaz de buscar y envenenar a humanos indefensos. Pero la nanotecnología no servirá sólo para crear nuevas generaciones de armas, sino que las armas que ya existen pueden sufrir un aumento de su capacidad destructora hasta límites insospechados, como advierte la revista Signal  .

     Con la nanotecnología, fusiles de todo tipo serían más potentes y sus balas podrían auto-dirigirse. Por otra parte, medios materiales para la aviación serían más ligeros y tendrían un mejor rendimiento. Además, estos materiales, fabricados con una escasa o nula cantidad de metal dificultarían que fueran detectados mediante radar. A ello se añade la existencia de ordenadores integrados que posibilitarían el control remoto de cualquier arma.

    En un período de tiempo, que es dificil aproximar, estaremos ante la presencia de armas nanotecnológicas y hoy tenemos las armas nucleares. Ambos tipos de armas pueden estabilizar o desestabilizar la situación internacional, pero hay diferencias entre ellas. Así, por ejemplo, las armas nucleares causan destrucción masiva de forma indiscriminada; en cambio, las nano-armas se podrían dirigen y dichas armas desarrolladas a través de la nanotecnología molecular se podrían fabricar de forma más rápida gracias al proceso de realizar prototipos y su fabricación es más sencilla mientras que las armas nucleares requieren un gran esfuerzo tanto de investigación como de fabricación. Por otra parte, se podría citar que mientras el transporte de armas nucleares antes de utilizarlas es difícil; las nano-armas todo lo contrario. Por lo general, se considera que las armas basadas en las nanotecnologías tendrán una capacidad de destrucción masiva superior no sólo a la de las armas nucleares, como ya he citado, sino también a la de las armas químicas y biológicas. La gran diferencia respecto a estas armas convencionales, es que las armas nanotecnológicas serán accesibles con mucha facilidad a pequeños países y grupos terroristas, ya que los materiales necesarios para su fabricación se podrán encontrar por todas partes debido a los diversos y masivos usos civiles de las técnicas basadas en la nanotecnología.

    Por tanto, el desarrollo de armas a través de la nanotecnología resulta más inseguro debido a diversas razones como la mayor incertidumbre en cuanto a las capacidades del adversario, menor tiempo de respuesta a un ataque o mejor capacidad de dirigir la destrucción de los recursos del adversario. Citando al militar americano Admiral David E. Jeremiah , que fue vicepresidente del mando militar de Estados Unidos: las aplicaciones militares de la fabricación molecular tienen incluso más potencial que las armas nucleares para cambiar de forma radical el equilibrio de poder.

   Además, sin controles, el número de países con capacidad para desarrollar la nanotecnología molecular podría ser mucho más alto que el número de países que tienen capacidad nuclear. Y debido a ello, la nanotecnología molecular podría desestabilizar las relaciones internacionels, reduciendo la influencia y la interdependencia económica, potenciando la capacidad de atacar objetivos específicos como personas; pero también podría reducir la capacidad de un país de vigilar a sus enemigos potenciales o incluso, eliminar la capacidad de los países más poderosos de controlar el escenario internacional.

   Pero no sólo existirían riesgos, sino que las nanotecnologías pueden también aportar grandes ventajas, como mejorar la capacidad defensiva de un país detectando con bastante tiempo a un posible agresor o disponiendo de armas del tamaño de un bolígrafo   con capacidad para destruir toda una ciudad.

    Investigaciones en curso en Estados Unidos pretenden conseguir mallas capaces de proteger de radioactividad a los soldados   y que podrían servir al mismo tiempo para actuar como compresas ante las heridas. Otras investigaciones en este ámbito pretenden disminuir el estrés de los soldados y aumentar su capacidad de movimiento en el campo de batalla.

    Además de la ventaja ya citada, otra ventaja teórica es que las nanotecnologías pueden aportar armas más limpias y seguras que causen menos daños colaterales que las convencionales, sin olvidar las capacidades experimentales de nanorobots espías. Sin embargo, la primera preocupación en lo que respecta al desarrollo de estas armas es la toxicidad ya que productos que a niveles no moleculares no resultan tóxicos, permitidos incluso por los ministerios de sanidad en los alimentos, podrían ser enormemente tóxicos a nivel nanométrico.

 Desde su descubrimiento en 1991 por S. Ijima, los nanotubos de carbono (cilindros huecos formados a partir de una red hexagonal de átomos de carbono) constituyen uno de los campos de investigación más prometedores, gracias a sus propiedades mecánicas o eléctricas.

También en el ámbito de la física de superficies los nanotubos pueden conducir a nuevos desarrollos, tal como el presentado recientemente por el Proyecto Comunitario AMBIO  (Advanced Nanostructured Surfaces for the Control of Biofouling). Este proyecto, a caballo entre la nanotecnología y la biología marina, se dirige al desarrollo de recubrimientos antifouling (esto es, que impiden la adhesión de organismos acuáticos) a través del conocimiento de sus propiedades físico-químicas a escala nanométrica, evitando el uso de biocidas que dañen el medioambiente.

El biofouling o bioensuciamiento, es decir la adhesión de bacterias, algas, bálanos y otros organismos al casco de los barcos es un problema conocido de antiguo por los marineros. Entre sus consecuencias están el incremento de la rugosidad del casco, lo que implica mayor rozamiento y, por tanto, un mayor consumo de combustible, que puede llegar a un 40% adicional. Sin embargo, este fenómeno no se limita al transporte marítimo, sino que también tomas y conducciones de agua en plantas desalinizadoras y de energía, membranas de tratamiento de aguas residuales y sistemas de acuicultura sufren sus estragos. En España ha sido conocido recientemente el caso del mejillón cebra.

En el caso del transporte marítimo, las soluciones han solido consistir en el uso de pinturas con sustancias tóxicas para los organismos causantes del bioensuciamiento, como el plomo o el cobre. Las pinturas a base de copolímeros con auto-pulido (SPC), introducidas en 1974, se denominan así debido al efecto de pulido que sufren a medida que el polímero se disuelve durante la operación normal del barco, liberando tributilo de estaño (TBT). Éste compuesto mata los organismos y al mismo tiempo, la superficie se vuelve más suave. Sin embargo, el TBT ha demostrado afectar a organismos contra los que no se pretendía actuar. El TBT está prohibido actualmente en algunos países y se espera que la Organización Internacional Marítima lo prohiba completamente a partir de 2008.

El Proyecto Comunitario AMBIO, busca el estudio y desarrollo de diferentes tipos de superficies nanoestructuradas para evitar la adhesión de organismos marinos. Está formado por 31 miembros, entre los que se encuentran 15 empresas, 10 universidades y 6 organizaciones de investigación. 12 miembros de la Unión Europea están representados así como Turquía e Israel. Su presupuesto es de 17.9 millones de euros, de los que 11.9 han sido financiados por la Comunidad Europea.

 Actualmente se encuentra en la primera fase (de tres años de duración sobre un total de cinco), en el que utilizarán un amplio rango de métodos de creación de estructuras nanométricas para la obtención de superficies de prueba con propiedades físico-químicas en la escala nanométrica controladas y bien caracterizadas. Estas superficies serán evaluadas mediante ensayos de laboratorio con diferentes tipos de organismos adherentes. Estudios teóricos y experimentales sobre las propiedades de la dinámica en la interfaz de las superficies de prueba serán integradas con ensayos biológicos de adhesión para proporcionar una comprensión de cómo las superficies antifouling funcionan en la escala nanométrica.

Uno de los resultados obtenidos hasta el momento ha sido comprobar experimentalmente cómo, los revestimientos de siliconas con nanoestructura a través de la incorporación de nanotubos de carbono, y que se perfilan como un material con buenas propiedades antifouling no liberan dichos nanotubos en el agua, condición que ha de darse para pasar a la segunda fase con ensayos prácticos en sistemas reales.

Biofouling por bálanos en el casco de un barco:

 

  Los nanotubos y otras nanoestructuras han mostrado unas propiedades mecánicas impresionantes, en particular, su resistencia mecánica . Sin embargo, trasladar estas características del ámbito de lo nano- al de lo macroscópico, está planteando serias dificultades que impiden explotar en la práctica semejantes cualidades. Esto se debe a que aunque individualmente las nanoestructuras pueden ser muy resistentes, materiales macroscópicos elaborados a partir de tales bloques no pueden aprovechar tal fortaleza debido a que los enlaces entre los elementos constituyentes son débiles.

Una manera de aprovechar la fortaleza de las nanoestructuras es mediante materiales compuestos, en los que éstas se embeben en un elemento matriz que las liga entre sí con mayor fortaleza, de manera semejante a como el mortero distribuye las tensiones entre los ladrillos en las construcciones.

Recientemente un grupo de investigación de la Universidad de Michigan ha publicado la obtención de un material plástico con rigidez y resistencia a la tracción diez veces superior a otros nanocompuestos. Este nuevo nanocompuesto se ha obtenido a partir de un polímero denominado alcohol polivinilo (PVA) , habitualmente utilizado en pinturas y pegamentos, y capas de tamaño nanométrico (1 nanómetro de espesor y 10 nanometros cuadrados de superficie) de un mineral que forma un tipo especial de arcilla llamada Montmorillonita (MTM). Otra novedad es el proceso de elaboración, en el que un robot sumergía una placa de vidrio en una solución de PVA, posteriormente en una dispersión de MTM y finalmente la secaba. Este ciclo podía repetirse el número de veces necesario hasta obtener el número de capas deseadas. (Se necesitaron 300 capas para obtener una lámina de material del grosor del film para envolver bocadillos). La estructura así obtenida es semejante a la del nácar, con el que los moluscos construyen sus conchas. El origen de su fortaleza se encuentra en los enlaces de hidrógeno que se forman entre las capas de MTM y el PVA. Estos enlaces no son permanentes, pero son muy fuertes, y bajo tensión se destruyen y regeneran constantemente, en lo que uno de sus desarrolladores ha denominado efecto velcro.

El coste de este nanocompuesto es difícil de estimar. Los componentes son baratos, y no se requieren grandes cantidades de energía, a diferencia del acero o las cerámicas, pero de  momento es un proceso lento. Los autores de la investigación están buscando actualmente mejorar las propiedades del material, y sus estudios obtuvieron el pasado año 1.2 millones de dólares de fondos del Departamento de Defensa de los EEUU, que estaba interesado en el desarrollo de blindajes más efectivos para los aviones no tripulados de la fuerza aérea así como para vehículos e infantería.

Esta es la estructura nanoscópica del compuesto :

Y este su aspecto macroscópico: