RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN SOBRE NANOTECNOLOGÍA Y SU PRESENCIA EN ALGUNOS ESCENARIOS INDUSTRIALES. Autor ALVARO HUMBERTO LADINO MERCHAN

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1 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN SOBRE NANOTECNOLOGÍA Y SU PRESENCIA EN ALGUNOS ESCENARIOS INDUSTRIALES. Autor ALVARO HUMBERTO LADINO MERCHAN UNIVERSIDAD DE LA SABANA ÁREA DE INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA GERENCIA DE PRODUCCIÓN Y OPERACIONES Chía, Cundinamarca Julio de 2008

2 CONTENIDO INTRODUCCIÓN TÍTULO DEL TRABAJO PROBLEMA Enunciado del problema Contexto situacional del problema Formulación del problema OBJETIVOS DEL TRABAJO Objetivo general Objetivos específicos JUSTIFICACIÓN Y DELIMITACIÓN Justificación Delimitación del trabajo MARCO REFERENCIAL Marco teórico Marco conceptual Marco Histórico TIPO DE TRABAJO ESCENARIOS INDUSTRIALES EN DONDE LA NANOTECNOLOGÍA GENERARÁ ALGÚN TIPO DE INFLUENCIA Industria alimentaría Industria Textil Informática Medicina y Biología Exploración espacial Deportes PRONÓSTICO DE INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN LOS ESCENARIOS INDUSTRIALES MÁS DESTACADOS Industria alimentaría Industria Textil Informática Medicina y Biología Exploración espacial Deportes RESULTADOS ALCANZADOS POR EL DESARROLLO DE LA NANOTECNOLOGÍA Industria alimentaría Industria Textil Informática

3 9.4. Medicina y Biología Exploración espacial Deportes POSIBILIDADES DE QUE LA NANOTECNOLOGÍA SE CONVIERTA EN LA NUEVA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA... 63

4 INTRODUCCIÓN El presente trabajo busca recopilar y organizar la información que se encuentra disponible en la red, alrededor de la influencia que podría tener la nanotecnología en la industria al año Durante muchos años la humanidad ha analizado los cambios presentados entre una época y otra, entre una generación y otra; cambios desde el punto de vista social, económico y político que han dado forma a la sociedad que hoy tenemos y por consiguiente a la manera en que interactúan los seres humanos. A raíz del mencionado análisis se han venido creando modelos, se han elaborado herramientas y como tal escenarios para observar el comportamiento del hombre según sean los factores que sobre el inciden, las simulaciones y el poder trabajar en ambientes cercanos a la realidad han permitido poder adelantarse en gran medida a los hechos y a los sucesos que han surgido y que están por venir. De esta forma se han generado grandes avances en la búsqueda de la minimización de costos y la optimización de procesos productivos en beneficio de la misma humanidad. La nanotecnología, el desarrollo de nuevos materiales, las tecnologías de la información, la biología, las ciencias de la complejidad y las simulaciones en las computadoras vienen generando una sociedad más estrecha entre las ciencias, la tecnología y la industria que auguran un cambio sustancial en la forma de vivir, trabajar, pensar y sentir. Basado en esto y por prever que se trata de un tema de poca profundización y conocimiento en la comunidad colombiana se argumenta el presente trabajo, el cual se soporta inicialmente en la recopilación de hechos, documentos, noticias y experiencias de autores especializados, que permiten analizar la influencia que la nanotecnología tendrá en la industria próximamente. Es importante resaltar algo fundamental acerca de la nanotecnología, y es que la materia como la conciben las personas en general, se manipula hasta llegar a su elemento más básico, el átomo. La nanotecnología es un avance lógico e inevitable en el transcurso del progreso humano, más que un simple progreso en el campo de la tecnología, representa el proceso de nacimiento de una nueva era, catalogada como la nueva revolución industrial, en la que se usan todas las posibilidades de la nanotecnología.

5 1. TÍTULO DEL TRABAJO Recopilación de información sobre nanotecnología y su presencia en algunos escenarios industriales.

6 2. PROBLEMA 2.1. Enunciado del problema En referencia a temas científicos y tecnológicos, y en este caso a lo que se refiere a la nanotecnología y su presencia (influencia, aportes, beneficios y desventajas) en algunos escenarios industriales, la sociedad en general no tiene el conocimiento ni se encuentra preparada para afrontar los futuros cambios que la nanotecnología pueda generar en un futuro cercano como lo es el año Contexto situacional del problema A medida que va pasando el tiempo y de esta forma se acrecienta la información con la cual cuenta cada persona, la curiosidad por saber y conocer acerca de diferentes temas se torna interesante y retadora. En el caso de la nanotecnología ocurrió que llegó a manos del autor uno de los números publicado por la revista Gestión (Casa Editorial el Tiempo) en el año 2006, en ella se mencionaban las diferentes tendencias de tipo científico y tecnológico a las que el mundo se verá expuesto prontamente, y que por consiguiente se les debe poner fuerte atención por el simple hecho de que potencialmente pueden influir en los negocios y cambiar la forma de vida de los seres humanos. A pesar que en el sector científico los temas asociados a la nanotecnología son de gran reconocimiento, la sociedad común y corriente, actualmente y más en un país tercermundista como Colombia, desconoce los avances y la influencia que esta materia tendrá en un futuro cercano, se trata de un tema novedoso original y de bastante relevancia del cual se espera en este documento presentar de forma clara y entendible. Con base en una información emitida por el MIT (Massachusetts Institute of Technology), a continuación se enuncian las diez tecnologías avanzadas que cambiarán el mundo y que son importantes tener presentes: 1 1. Redes de sensores sin cables (Wireless Sensor Networks): Son redes de nano aparatos autónomos capaces de una comunicación sin cable. A través de redes de sensores, se puede integrar funcionalidades que antes eran independientes unas de otras, con el fin de lograr máxima eficiencia sobre todo en los campos de consumo y gestión de energía. 1

7 2. Ingeniería inyectable de tejidos (Injectable Tissue Engineering): Para sustituir a los tradicionales transplantes de órganos, se está a punto de aplicar un método por el que se inyecta articulaciones con mezclas diseñadas de polímeros, células y estimuladores de crecimiento que solidifiquen y formen tejidos sanos. 3. Nano-células solares (Nano Solar Cells): Puede ser que el sol sea la única fuente con suficiente capacidad para hacer que no seamos dependientes de combustibles fósiles. No obstante, atrapar la energía solar requiere capas siliconas que aumentan los costes hasta 10 veces el coste de la generación de energía tradicional. A través de la nanotecnología se está desarrollando un material fotovoltaico que se extiende como el plástico o como pintura. No solo se podrá integrar con otros materiales de la construcción, sino que ofrece la promesa de costes de producción baratos que permitirán que la energía solar se convierta en una alternativa barata y factible. 4. Mecatrónica (Mechatronics): Es la integración cinegética de la ingeniería mecánica con la electrónica y con el control de computadores inteligentes para el diseño y la manufactura de productos y procesos 5. Sistemas informáticos Grid (Grid Computing): El término grid se refiere a una infraestructura que permite la integración y el uso colectivo de ordenadores de alto rendimiento, redes y bases de datos que son propiedad y están administrados por diferentes instituciones. Puesto que la colaboración entre instituciones envuelve un intercambio de datos, o de tiempo de computación, el propósito del grid es facilitar la integración de recursos computacionales. 6. Imágenes moleculares (Molecular Imaging): Las técnicas recogidas dentro del término imágenes moleculares permiten que los investigadores avancen en el análisis de cómo funcionan las proteínas y otras moléculas en el cuerpo. 7. Litografía Nano-impresión (Nanoimprint Lithography): En diversos sitios del mundo, se desarrollan sensores, transistores y láser con la ayuda de nanotecnología. Estos aparatos apuntan hacía un futuro de electrónica y comunicadores ultra-rápidos, aunque todavía se carece de las técnicas adecuadas de fabricación de los hallazgos logrados en el laboratorio. 8. Software fiable (Software Assurance): Los ordenadores se averían - es un hecho ya contrastado por la experiencia diaria. Y cuando lo hacen, suele ser por un virus informático. Cuando se trata de un sistema como control aéreo o equipos médicos, el coste de un virus pueden ser vidas humanas. Para evitar tales escenarios, se investigan herramientas que produzcan software sin errores. Trabajando conjuntamente en MIT, investigadores Lynch y Garland han desarrollado un lenguaje informático y herramientas de programación para poder poner a prueba modelos de software antes de elaborarlo. 7

8 9. Glucomicas (Glycomics); Un campo de investigación que pretende comprender y controlar los miles de tipos de azúcares fabricados por el cuerpo humano para diseñar medicinas que tendrán un impacto sobre problemas de salud relevantes. Desde la artrosis reumática hasta la extensión del cáncer. Investigadores estiman que una persona está compuesta por hasta genes, y que cada gen contiene varias proteínas. Los azúcares modifican muchas de estas proteínas, formando una estructura de ramas, cada una con una función única. 10. Criptografía cuántica (Quantum Cryptography): El mundo funciona con muchos secretos, materiales altamente confidenciales. Entidades como gobiernos, empresas y individuos no sabrían funcionar sin estos secretos altamente protegidos. Nicolás Gisin de la Universidad de Génova dirige un movimiento tecnológico que podrá fortalecer la seguridad de comunicaciones electrónicas. La herramienta de Gisin (quantum cryptography), depende de la física cuántica aplicada a dimensiones atómicas y puede transmitir información de tal forma que cualquier intento de descifrar o escuchar será detectado. Esto es especialmente relevante en un mundo donde cada vez más se utiliza el Internet para gestionar temas. Según Gisin, "comercio electrónico y gobierno electrónico solo serán posibles si la comunicación cuántica existe". En otras palabras, el futuro tecnológico depende en gran medida de la "ciencia de los secretos" Formulación del problema Qué escenarios industriales serán influenciados por la nanotecnología al año 2020? Qué escenarios industriales influenciados por la nanotecnología serán de mayor importancia y por consiguiente deberán ser de mayor conocimiento por la sociedad en general? Qué información existe en Internet que permita identificar de manera general los escenarios industriales en donde la nanotecnología generará algún tipo de influencia? 8

9 3. OBJETIVOS DEL TRABAJO 3.1. Objetivo general Recopilar y organizar la información que se encuentra disponible en la red, alrededor de la influencia que podría tener la nanotecnología en la industria al año Objetivos específicos 1. Identificar los principales escenarios industriales en donde la nanotecnología podrá impactar en las próximas décadas. 2. Listar la influencia que la nanotecnología tendrá en términos generales en la sociedad mundial. 3. Presentar vínculos y relaciones que la nanotecnología tendrá con otras corrientes tecnológicas.

10 4. JUSTIFICACIÓN Y DELIMITACIÓN 4.1. Justificación Para la época en que vivimos, la cual está afectada por constantes cambios es importante que los negocios (industria y comercio) y la academia se acerquen de mayor forma generando sinergias que analicen y preparen a la comunidad en general para los cambios que se avecinan. La utilidad e importancia del tema que se podrán extraer de las conclusiones resultantes del presente trabajo, buscan proveer fuentes de inspiración para próximos trabajos alrededor de la nanotecnología y temas afines. Son múltiples las áreas, y entre ellas las de tipo industrial, en las que la nanotecnología tiene aplicaciones potenciales, desde potentes filtros solares que bloquean los rayos ultravioleta hasta el desarrollo de nuevos materiales, más duros, más duraderos y resistentes, más ligeros y más económicos; en la electrónica e informática por ejemplo los componentes serán cada vez más pequeños, logrando así un mejor diseño en los ordenadores y por consiguiente mayor potencia, así mismo se estima un aumento en las posibilidades de generación de energía solar lo cual podría generar un importante cambio en la economía. Los avances mencionados presentarán un gran aporte en una amplia gama de industrias como por ejemplo la industria médica y farmacéutica, los electrodomésticos, la industria alimentaria, la industria de la exploración espacial, la industria textil y los deportes entre otros. El hombre ha ido buscando la manera de facilitar el proceso de su evolución y los procesos asociados a su evolución. A medida que pasa el tiempo se han inventado mecanismos cada vez más sofisticados para satisfacer necesidades primordiales y a la vez son perfeccionados. Al mismo tiempo que el hombre evoluciona, aumentan sus necesidades y su ambición de mejorar su nivel de vida. De la manufactura artesanal, sencilla, dirigida a un público minoritario, pasa a la manufactura industrial, sofisticada, impregnada de ciencia y tecnología, que satisface las necesidades de un mercado más amplio, en este caso un país. El desarrollo o subdesarrollo de una nación se mide en gran parte por su avance industrial y estando a puertas de vivir una nueva revolución industrial es totalmente relevante el analizar la nanotecnología como esa nueva revolución.

11 4.2. Delimitación del trabajo Este trabajo exploratorio se enmarca en algunos escenarios industriales que a consideración del compilador tendrán algún tipo de influencia a causa de la nanotecnología implementada de aquí a

12 5. MARCO REFERENCIAL Marco teórico. La palabra nanotecnología es usada extensivamente para definir las ciencias y técnicas que se aplican a un nivel de nanoescala, esto son medidas extremadamente pequeñas, nanos, que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. Esto podría llevar a la posibilidad de fabricar materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas directamente. El desarrollo de esta disciplina se produce a partir de las propuestas de Richard Feynman. 2 La nanotecnología. Se trata del estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas a través del control de la materia en una escala de un nanómetro, aproximadamente una mil millonésima de metro. 3 Cuando se manipula la materia a escala tan minúscula de átomos y moléculas, presenta fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, científicos en el mundo han empezando a utilizar la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y de bajo costo con propiedades únicas. Existe un gran consenso en el mundo científico en que la nanotecnología llevará al mundo a una segunda revolución industrial durante el siglo XXI. Un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro. Para comprender el potencial de esta tecnología es clave saber que las propiedades físicas y químicas de la materia cambian a escala nanométrica, lo cual se denomina efecto cuántico. La conductividad eléctrica, el color, la resistencia, la elasticidad, la reactividad, entre otras propiedades, se comportan de manera diferente que en los mismos elementos a mayor escala (a la escala en que comúnmente los conocemos). Puede decirse que existen dos tipos de nanotecnología: a. Top-down: Reducción de tamaño, en donde literalmente se reduce desde arriba (mayor) hasta abajo (menor). Los mecanismos y las estructuras se miniaturizan a escala nanométrica. Este tipo de nanotecnología ha sido el más frecuente hasta la

13 fecha, más concretamente en el ámbito de la electrónica donde predomina la miniaturización. 4 b. Bottom-Up: Auto ensamblado, desde abajo (menor) hasta arriba (mayor). Se comienza con una estructura nanométrica como una molécula y mediante un proceso de montaje o auto ensamblado, se crea un mecanismo mayor que el mecanismo con el que se comenzó. Este enfoque, que algunos consideran como el único y "verdadero" enfoque nanotecnológico, ha de permitir que la materia pueda controlarse de manera extremadamente precisa. De esta manera se podrán liberar las limitaciones de la miniaturización, muy presentes en el campo de la informática y la electrónica. 5 El último paso para la nanotecnología de auto montaje de dentro hacia fuera se denomina "nanotecnología molecular" o "fabricación molecular", y ha sido desarrollada ampliamente por el investigador K. Eric Drexler. 6 Se prevé que las fábricas moleculares reales serán capaces de crear cualquier material mediante procesos de montaje exponencial de átomos y moléculas, controlados con precisión. Cuando alguien se da cuenta de que la totalidad del entorno perceptivo está construida mediante un limitado alfabeto de diferentes constituyentes (átomos) y que este alfabeto da lugar a creaciones tan diversas como el agua, los diamantes o los huesos, es fácil imaginar el potencial casi ilimitado que ofrece el montaje molecular. Algunos partidarios de una visión más conservadora de la nanotecnología ponen en duda la viabilidad de la fabricación molecular y de este modo tienen una visión contradictoria a largo plazo con respecto a la teoría de K. Eric Drexler, investigador y defensor más conocido de la teoría de la fabricación molecular. Es importante tener en cuenta de alguna manera esta nota discordante, porque la mayoría de los investigadores involucrados piensan que la madurez de la nanotecnología es una evolución positiva y que la nanotecnología mejorará de manera significativa la calidad de la vida en el planeta y en el espacio de la población mundial. Las ramas de investigación del desarrollo de la nanotecnología molecular presentan tres campos independientes e interdependientes: La nanotecnología seca: Fabricación de estructuras en carbón (nanotubos), silicio, materiales inorgánicos, metales y semiconductores. Electrónica, magnetismo y dispositivos ópticos. Autoensamblaje controlado por computadora. 7 La nanotecnología húmeda: Sistemas biológicos que existen en un entorno acuoso, incluyendo material genético, membranas, encimas y otros componentes

14 celulares. Organismos vivientes cuyas formas, funciones y evolución son gobernados por las interacciones de estructuras de escalas nanométricas. 8 Las últimas tendencias y propuestas buscan usar una combinación de la nanotecnología seca y de la nanotecnología húmeda La nanotecnología computacional: Hace referencia al modelado y simulación de estructuras complejas de escala nanométrica, se puede manipular átomos utilizando los nanomanipuladores controlados y direccionados por computadoras. 9 El presente marco conceptual se desarrolla y se basa en la primera parte del libro de K. Erick Drexler (La Nanotecnologia El surgimiento de las máquinas de creación), en el es importante resaltar la descripción y explicaciones que el autor realiza para que los lectores puedan tener una mayor comprensión a pesar de la complejidad que en si el tema tiene. Máquinas de construcción. En la actualidad la sociedad de consumo, es decir el mercado, demanda productos tangibles producidos por lotes (tecnología de lotes), la producción se realiza manipulando la materia a escalas visibles. La nanotecnología se enfoca en trabajar a nivel atómico y molecular (tecnología molecular), buscando propiamente que se realice de forma acertada y precisa. Una comparación entre los mencionados tipos de producción está dada fácilmente en la forma de medición de los materiales, mientras en la tecnología de lotes se utilizan micrómetros (millonésimas de metro), en la tecnología molecular se utilizan nanómetros (unidad mil veces menor a los micrómetros). Explicación científica. La naturaleza, la inquietud y curiosidad y el deseo de progresar y evolucionar del ser humano se han encargado de proveer el conocimiento que permite generar esta llamada segunda revolución industrial. En esencia todo se basa en las proteínas, las cuales son el principal material de ingeniería de las células vivientes, todas las máquinas usan grupos de átomos como partes, las máquinas de proteínas utilizan grupos muy pequeños de átomos para su funcionamiento. El entendimiento total de lo descrito anteriormente permitirá construir nanomáquinas y nanocircuitos tan fácil como hoy día los ingenieros construyen microcircuitos y electrodomésticos

15 Modelo de una proteína en 3D hecho por Dan Omura. 10 En la actualidad el hombre crea máquinas modernas de síntesis de genes creando polímeros (como los son las proteínas), moléculas específicas de ADN, combinando moléculas en un orden particular, a esto se les llama nucleótidos del ADN. Lo interesente del ADN es que tiene la capacidad de dirigir las máquinas moleculares (nanomáquinas) llamadas ribosomas, las cuales transcriben el ADN copiando su información para hacer cintas de ARN (ácido ribonucleico), construyen y ensamblan proteínas con base en instrucciones almacenadas en las cadenas de ARN. Basado en lo anterior se puede decir que se han estado formando ingenieros en proteínas, capaces de administrar estas nanomáquinas, ingenieros moleculares que proveerán los conocimientos para estructurar la materia átomo por átomo. En el futuro se utilizarán mayormente las máquinas de proteínas para construir nanomáquinas de materiales más resistentes que las proteínas. Ahora bien, es clave empezar por entender lo que son los ensambladores, los nanoordenadores y los desensambladores. Los ensambladores. Son nanorobots, servirán precisamente para ensamblar estructuras moleculares capaces de tolerar ácidos o vacío, congelamiento o cocción. Podrán enlazar átomos agregando unos pocos por vez a la superficie de una pieza de trabajo hasta que la estructura compleja está completa. Los ensambladores serán los encargados de abrir un mundo de nuevas tecnologías. Uno de los problemas fundamentales que la nanotecnología estudia es cómo resolver la forma en la que podrían manejarse los átomos para organizarlos de

16 una manera determinada y así construir materiales y productos. La cuestión principal de la nanotecnología es conseguir manipular los átomos de manera individual y situarlos en un lugar preciso para producir una estructura determinada. Por lo tanto, el primer paso que indicará el comienzo de la nanotecnología como una realidad será el desarrollo de lo que se ha dado en llamar El Ensamblador Universal. Este ensamblador tendrá la capacidad para construir cualquier cosa que se defina mediante software, utilizando átomos individuales que se combinarán como piezas de mecanismos más complejos. Un ensamblador universal podría tener la forma de un microondas conectado a un depósito de átomos -por ejemplo de carbón, de oxigeno o sulfuro-. El ensamblador usaría esos átomos para construir cualquier cosa, desde una hamburguesa aun superodenador. Los científicos estiman que el primer ensamblador estará desarrollado dentro de ocho a quince años. Zyvex, la primera empresa de capital privado fundada por James Von Her un magnate del software de Dallas Estados Unidos dedicada al desarrollo de un ensamblador universal estima que podría ser una realidad para dentro de cinco a diez años. De todos modos, aun quedaría otro escollo por salvar como es la programación del software que definiera los parámetros para que el ensamblador construyera los objetos. Los nanoordenadores. Los ensambladores serán usados para disminuir costos y tamaño de los ordenadores, generando mayor eficiencia en las operaciones. Actualmente en la tecnología por lotes se trabaja sobre dos dimensiones (X y Y) lo cual acarrea errores a escala molecular. Por medio de la tecnología molecular se construirán circuitos en tres dimensiones (X, Y y Z) con precisión atómica. Aquí es importante destacar lo señalado por el autor en cuanto a que no los ordenadores funcionaran en ciertos casos con efectos electrónicos (como hoy día) y en otros casos (los de menor escala) no lo harán necesariamente, pueda que lo hagan de forma mecánica. Los desensambladotes. Los Ordenadores serán los encargados de controlar y administrar a los ensambladores, precisamente para crear materiales, máquinas y demás de forma sintetizada, pero así mismo se verá la necesidad de analizar estructuras ya creadas por lo cual se tendrán los llamados desensambladores. Ensambladores y desensambladores se apoyan en la capacidad de las enzimas y reacciones químicas, para formar o desintegrar enlaces. Un ordenador, el cual necesariamente trabajará en equipo con ensambladores y desensambladores, podrá dirigir para desensamblar un objeto, analizarlo y luego 16

17 por medio del ensamblador replicarlo de forma perfecta, corrigiendo errores evidenciados al momento en que fue desensamblado. Los principios del cambio. El orden surge del caos mediante variación y selección. Ahora surge un nuevo elemento, y es el de los replicadores los cuales se denominan patrones capaces de obtener copias de si mismos analizando su propia estructura. El crecimiento previsto será de forma exponencial. Al estar sincronizados nanoordenadores, ensambladores y desensambladores, la replicación de objetos se podrá automatizar fácilmente, la comparación está dada en ver como los genes usan máquinas de proteínas para replicarse o como actualmente las máquinas (tecnología por lotes) se replica por medio de las mentes y manos de los seres humanos. Predicción y proyección. Partiendo de la base de que la nanoteconología es una tecnología revolucionara por el hecho de que cambiará nuestra forma de vida, es indispensable responder a las preguntas que en su momento se formularon para otro tipo de tecnologías, Qué es factible? Qué es posible? y Qué es deseable? Todos los desarrollos tecnológicos de la humanidad en principio fueron calculados en tiempo y costos de forma altamente errada, basado en esto la experiencia ha demostrado que conocer las leyes esenciales de una tecnología permite que las posibilidades futuras puedan ser previstas. Como señala el autor, la ciencia y la ingeniería van de la mano, son interdependientes, la una sin la otra no pueden estar, debido a que por medio de la ciencia se llega al conocimiento que después ha de ser utilizado por la ingeniería para realizar cosas (concepto de innovación: Hacer que los avances científicos y tecnológicos sean transformados en procesos y productos). La información que se tiene acerca de la nanotecnología permite prever los cambios que sugerirá para un futuro, a diferencia de otras épocas en la historia, como por ejemplo en la que vivió Leonardo Davinchi, en donde la información con que se contaba no ayudaba mucho a la labor de previsión. Finalmente se debe resaltar que son los ensambladores los elementos que permitirán evolucionar de gran manera en las diferentes disciplinas. Al momento en que la nanotecnología este en el punto de tener y ensambladores de tipo genérico se logrará un gran avance. 17

18 5.2. Marco conceptual. ADN: Es la abreviatura del ácido desoxirribonucleico (en inglés, DNA: Deoxyribonucleic Acid). Constituye el principal componente del material genético de la inmensa mayoría de los organismos, junto con el ARN. Es el componente químico primario de los cromosomas y el material en el que los genes están codificados. 11 Aminoácidos: Son compuestos orgánicos que al combinarse forman las proteínas. Los aminoácidos son el resultado de la digestión de las proteínas. Están clasificados en aminoácidos esenciales (deben ser consumidos con la dieta) y no esenciales (los puede producir el organismo a partir de los aminoácidos esenciales)

19 ARN: El ácido ribonucleico (ARN o RNA) es un ácido nucleico, polímero lineal de nucleótidos formando una larga cadena. 13 Átomo: Es la entidad química más pequeña. Está compuesto de protones, neutrones y electrones. Son dos conceptos claves para operar en nanotecnología dentro de sus líneas de las tareas de manufacturería molecular. 14 Auto ensamblaje fluido: Una técnica para montar grandes cantidades de aparatos diminutos. Este proceso masivamente paralelo de ensamblaje combina la capacidad y flexibilidad de ensamblaje con la efectividad en costes de integración. Aparatos semi-conductores de forma específica midiendo desde 10 hasta cientos de micrones se suspenden en líquido y fluyen sobre una superficie que tiene agujeros o receptores en los que los aparatos se caen y se sitúan de forma alineada. 15 Bionanotecnología: La bionanotecnología es una rama de la nanotecnología basada en el uso de estructuras biológicas tales como las proteínas ATP's, DNA y otras. Frecuentemente llamada tecnología húmeda - seca, donde el término "húmeda" pertenece a los componentes biológicos y la parte "seca" se corresponde a la ingeniería de nanopartículas inorgánicas. 16 En la actualidad se han logrado algunos progresos experimentales en esta área y el número de bio - nanodispositivos propuesto es enorme. Entrando en un terreno futurista, el concepto de bio-nanotecnología está basado en las llamadas células artificiales que actualmente forman parte de un programa de investigación de la Nasa y es uno de los campos más prometedores de la nanomedicina. Industria: Es el conjunto de procesos y actividades que tienen como finalidad transformar las materias primas en productos elaborados. Para su funcionamiento, la industria necesita materias primas y fuentes de energía para transformarlas. 17 Molécula: la más pequeña cantidad de materia que retiene todas sus propiedades químicas. Está compuesta de átomos ligados por enlaces covalentes o metálicos. 18 Nanociencia: Su objetivo es comprender los fenómenos que ocurren a escalas de 0,1-100 nanometros

20 Nanomáquinas: La nanotecnología intenta minimizar la fabricación con un potencial ahorro de costes, materias primas, energía, etc. De aquí que aparezca una nueva generación de máquinas según sus átomos. Algunas de esta nueva generación de máquinas tendrán un gran impacto potencial en relación con la salud, prevención de enfermedades y más. 20 Nanotecnologia: Es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano escala. 21 Nanomateriales: Son materiales a nanoescala, materiales con características estructurales de una dimensión entre 1 y 100 nanometros. 22 Los nanomateriales pueden ser subdivididos en nanopartículas, nanocapas y nanocompuestos. El enfoque de los nanomateriales es una aproximación desde abajo hacia arriba a las estructuras y efectos funcionales de forma que la construcción de bloques de materiales son diseñados y ensamblados de forma controlada. Nucleótidos: Es un compuesto monomérico formado por una base nitrogenada, un azúcar de cinco átomos de carbono (pentosa) y ácido fosfórico. 23 Proteína: Las proteínas son compuestos orgánicos complejos, cuya estructura básica es una cadena de aminoácidos

21 Polímeros: En química, los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros. 25 Ribosomas: Los ribosomas son complejos supramoleculares encargados de ensamblar proteínas a partir de la información genética que les llega del ADN transcrita en forma de ARN mensajero (ARNm). Sólo son visibles al microscopio electrónico, debido a su reducido tamaño (29 nm en células procariotas y 32 nm en eucariotas). Bajo el microscopio electrónico se observan como estructuras redondeadas, densas a los electrones. Bajo el microscopio óptico se observa que son los responsables de la basofilia que presentan algunas células. Están en todas las células (excepto en los espermatozoides) Marco Histórico. Los años 40. Von Neumann estudia la posibilidad de crear sistemas que se auto - reproducen como una forma de reducir costes. En la década de los 40 John Von Neumann, (Matemático Húngaro, ). Participó activamente en el Proyecto Manhattan, grupo de científicos que creó la primera bomba atómica, así mismo participó y dirigió la producción y puesta a punto de los primeros computadores), estudió la posibilidad de crear sistemas que se auto-reproducen, como una forma de reducir costos en la computación Richard Feynman habla por primera vez en una conferencia sobre el futuro de la investigación científica: A mi modo de ver, los principios de la Física no se pronuncian en contra de la posibilidad de maniobrar las cosas átomo por átomo". Feynman nació en Nueva York, Estados Unidos, el 11 de mayo de 1918 y murió en Los Ángeles, California, Estados Unidos, el 15 de febrero de Físico estadounidense, considerado como uno de los más importantes de su país en el siglo XX. Su trabajo en electrodinámica cuántica le valió el Premio Nóbel de Física en 1965, compartido con Julian Schwinger y Sin-Ichiro Tomonaga. En este trabajo desarrolló un método para estudiar las interacciones y propiedades de las partículas subatómicas utilizando los denominados diagramas de Feynman. En su juventud participó en el desarrollo de la bomba atómica en el proyecto Manhattan. Entre sus múltiples contribuciones a la física destacan también sus trabajos exploratorios sobre computación cuántica y los primeros desarrollos de nanotecnología

22 1966. Se realiza la película Viaje alucinante que cuenta la travesía de unos científicos a través del cuerpo humano. Los científicos reducen su tamaño al de una partícula y se introducen en el interior del cuerpo de un investigador para destrozar el tumor que le está matando. Por primera vez en la historia, se considera esto como una verdadera posibilidad científica. La película es un gran éxito Se descubren los buckminsterfullerenes. Son partículas muy pequeñas de 100 nanómetros, 0,1 micrómetros de diámetro, mejor conocidas como nanopartículas, que pueden ser utilizadas para realizar casi cualquier cosa a escala microscópica Se realiza la película "Cariño he encogido a los niños", una película que cuenta la historia de un científico que inventa una máquina que puede reducir el tamaño de las cosas utilizando láser Sir Harry Kroto gana el Premio Nóbel por haber descubierto fullerenes. Al igual que los buckminsterfullerenes son partículas muy pequeñas de 100 nanómetros, también son considerados como nanopartículas Se fabrica la guitarra más pequeña el mundo. Tiene el tamaño aproximadamente de una célula roja de sangre. 10 micrómetros de largo y seis cuerdas de unos 50 nanómetros de ancho. Se advierten que la frecuencia es inaudible

23 1998. Se logra convertir a un nanotubo de carbón en un nanolapiz que se puede utilizar para escribir James Gimzewski entra en el libro de récords Guinness por haber inventado la calculadora más pequeña del mundo

24 6. TIPO DE TRABAJO El presente trabajo corresponde a una monografía de compilación, su intención está dada en recopilar información sobre nanotecnología y su influencia en algunos escenarios industriales La finalidad es explorar en diferentes escenarios industriales, las situaciones y eventos que se han dado y que se prevé estarán dándose gracias a la nanotecnología. Se han seleccionado una serie de escenarios industriales.

25 7. ESCENARIOS INDUSTRIALES EN DONDE LA NANOTECNOLOGÍA GENERARÁ ALGÚN TIPO DE INFLUENCIA Para poder comprender fácilmente los escenarios en donde la nanotecnología generará algún tipo de influencia continuaré apoyándome en el libro del señor Drexler, su desarrollo me permitirá listar los escenarios en los cuales me enfocaré realizando especial explicación de la incidencia de la nanotecnología en los mismos y en otras corrientes tecnológicas que le atañen al tema. Motores de abundancia. Como se señaló en el marco histórico, en el año de 1951 Jhon Von Newman delineó los principios de las máquinas replicadoras, siendo estás junto con los ensambladores, nanordenadores y desensambladores, los principales protagonistas de y para la nanotecnología. Existen desde hace mucho tiempo replicadores biológicos como lo son los virus y bacterias, pero finalmente también lo son las plantas, los animales y también nosotros: La gente. Con base en lo anterior podemos decir que si las células se replican también podrán hacerlo los robots artificiales por el hecho de que están copiados de los prototipos originales. Aquí un análisis importante estará dado en que la mano de obra, el trabajo propiamente humano, se verá disminuido. Sistemas autorrepolicadores y autoexpansivos. Los autorrepolicadores podrán trabajar sin la ayuda humana como actualmente lo hacen los seres vivos, por medio de partes prefabricadas (moléculas de vitaminas), las partes prefabricadas del autorrepolicador serán chips (requerimientos iniciales) hechos de átomos, y los átomos ya están prefabricados. Replicadores moleculares. Las células se reproducen, sus máquinas copian el ADN el cual se dirige a la maquinaria ribosómica para construir más máquinas a partir de moléculas simples. Están en un medio líquido, una bolsa llena de fluido que permite entrar las moléculas necesarias, sólo las moléculas necesarias para producir más nanomáquinas (toman lo que necesitan) luego dejan salir el combustible utilizado y los componentes de desecho. Los replicadores artificiales funcionando precisamente de forma artificial utilizaran, en vez de ribosomas ensambladores. Con los ensambladores los ingenieros moleculares construirán ordenadores más pequeños que una sinapsis y un millón de veces más rápidos. Existe una mayor

26 velocidad por tratarse de accesorios pequeños. Dejando la velocidad de la replicación en función del tamaño total del sistema que será construido. La nanomaquinaria deberá estar disponible para procesar materiales y energía. La duplicación regular significa un crecimiento exponencial con restricciones de falta de lugar y falta de recursos. Moléculas y rascacielos Para construir objetos rápidamente deberán cooperar gran cantidad de ensambladores, haciendo que los replicadores produzcan ensambladores por toneladas. La diferencia entre ensambladores y replicadores radica en la programación que posee el ensamblador. Es importante resaltar que se tiene un fluido con muchos ensambladores y con una semilla, la cual contiene un nanoordenador con planos almacenados del motor y su superficie tiene lugares a los que se adhieren los ensambladores. La nanotecnología permitirá obtener materiales más resistentes, ligeros y flexibles, una estructura más fuerte que el acero y más liviana que la madera, como un músculo que trabaja sobre el principio de fibras deslizantes. Existe una ventaja ofrecida por la nanotecnología al medio ambiente, y es precisamente que la creación de productos se realizará bajo los parámetros de producción limpia. Inteligencia artificial. La inteligencia artificial está cobrando gran importancia dentro de la sociedad y propiamente dentro del mundo científico. Las mentes como otras formas de orden evolucionaron mediante variación y selección. Los genes evolucionados pueden equipar a los cerebros animales de modelos internos de cómo funciona el mundo, algo parecido a los modelos en los sistemas de ingeniería asistidos por computador, lo cual economiza esfuerzo y riesgo de probar las acciones en el mundo externo, en el mundo real. En esencia podemos denominar la inteligencia artificial al desarrollo de procesos que imitan, o tratan de imitar, la inteligencia de los seres vivos, su finalidad está en formular teorías y crear modelos que den a conocer mayormente el funcionamiento de la inteligencia; principalmente se generan máquinas para la automatización de tareas y actividades que demanden un comportamiento inteligente. En resumen el objeto de la inteligencia artificial es estudiar el comportamiento inteligente de las máquinas. Muchas de las ideas generadas en los centros de desarrollo de inteligencia artificial han sido después adoptadas por campos como la informática y específicamente lo que tiene que ver con procesamiento de lenguajes de programación, interacción hombre ordenador, recuperación de información, procesamiento de gráficos e imágenes, minería de datos y robótica entre otros. 26

27 Pero bueno para abordar el tema de mejor forma se debe tener en cuenta una gran pregunta: Pueden pensar las máquinas? Y para poder responderla es conveniente citar al señor Alan Turing, quien haciéndose la mencionada pregunta, y buscando resolverla creó el denominado Test de Turing (Turing 1950). 36 El inglés Alan Turing ( ) puede ser considerado el padre de la Inteligencia Artificial (IA), aunque este nombre no se usara hasta después de Turing estudió lógica matemática en la Universidad de Cambridge y en 1937 estuvo en el Institute for Advanced Studies de Princeton, donde estaban Gödel y Von Newman, entre otros destacados lógicos y matemáticos, además de Albert Einstein. Durante la segunda guerra mundial trabajó para su país en los servicios de información; en 1949 en la Universidad de Manchester y en el programa MADAM (Manchester Authomatic Digital Machine) que resultó ser el equipo de computación de mayor memoria construido hasta entonces. Condenado a causa de su homosexualidad a un tratamiento, o tortura, médico-farmacéutica equivalente a la castración, Turing se suicidó por envenenamiento en Turing en 1950 propuso una prueba que se conoce como el test de Turing, el cual se basa en la idea siguiente: Si una persona se comunica sólo a través de un terminal con otras dos partes, que están escondidas, y no se puede discriminar a través de preguntas cuál de ambas partes es una persona y cuál es un ordenador, entonces no se puede negar que la máquina muestra la cualidad que, en las personas, se llama inteligencia. Tal procedimiento tiene la ventaja de no tener que definir lo que es la inteligencia y se plantea como un juego en el que una máquina intenta convencer a un interrogador humano de que ella también es humana. Turing creía firmemente que máquinas que piensen llegarían a existir y predijo que hacia el año 2000 una máquina jugaría al juego de imitación, como él llamó al test, de manera que un interrogador medio no tendría más del 70 por 100 de posibilidades de efectuar la identificación correcta tras cinco minutos de preguntas. La máquina de Turing puede visualizarse más como un tocacintas muy sofisticado con una cinta arbitrariamente infinita. Siendo una Máquina de Estados Finitos, se podría concebir como un autómata finito. Identifiquemos entonces dos tipos de inteligencia artificial 37 (no excluyentes entre si), el primero es la inteligencia artificial técnica, adaptada para tratar en el mundo físico. Los esfuerzos en este campo conducen hacia la ingeniería automatizada y la investigación científica. El segundo es la inteligencia artificial social, adaptada para tratar con las mentes humanas. Los esfuerzos en este campo conducen hacia máquinas capaces de aprobar el test de Turing. Al trabajar en inteligencia artificial social se aprenderá mucho acerca de la mente humana Nils J. Nilsson; Inteligencia Artificial 27

28 Hoy día nos podemos plantear la pregunta de cuales son las características y habilidades que debe tener una máquina para considerársele inteligente, existen en el mundo programas capaces de planificar la producción en grandes industrias, generar redes de comunicaciones y rutas aéreas, simulación de condiciones climáticas, entonces Son inteligentes estos programas? Aplica su estudio y comparación dentro de la inteligencia artificial? Maquinas inteligentes. Se denomina máquina a un sistema o dispositivo que realiza o ayuda a la realización de una tarea humana. Hoy día una calculadora no es gran novedad pero en la época en que fue creada fue de gran ayuda y se consideró como una invención que daba bastante ayuda a las labores realizadas por el hombre. Los memes 38 de la tecnología evolucionan más rápido que los genes 39 de la biología, se podrán hacer máquinas con la capacidad de aprender y organizar conocimiento como los seres humanos. Querer entender el cerebro humano demanda una mente súper compleja, si una persona pudiese comprender completamente un cerebro, esto haría al cerebro menos complejo que la mente de esa persona. Ahora bien, encontremos aquí un enlace directo con la nanotecnología en lo que se refiere a los procesos y organismos biológicos, como se presentó en el marco teórico todas las máquinas usan grupos de átomos como partes, y las células vivientes son el modelo más cercano que podemos seguir. Actualmente científicos en el mundo están explicando el desarrollo y funcionamiento de organismos, como el de la bacteria Haemophilus influenzae Rd, en los mismos términos en los que explicarían una máquina (compleja claro está) utilizando por ejemplo los cronogramas de circuitos lógicos para entender los genes de la mencionada bacteria y algunos virus que la afectan. Basado en lo anterior podemos llegar a la conclusión de que si los procesos y organismos biológicos son explicados como máquinas, el ser humano es una máquina y por ende las máquinas pueden pensar. Pero entonces la gran diferencia entre las máquinas que piensan y que no lo hacen estaría en el material del cual están hechas, Sólo pueden pensar las máquinas hechas de proteínas? No pueden pensar las máquinas hechas de acero, hierro, transistores y otros materiales? Para resolver estas respuestas es útil citar la hipótesis de Newell y Simon, quienes afirman que una entidad inteligente podrá pensar, independiente de que esté hecha, si es capaz de procesar símbolos. Otros ponentes piensan que el comportamiento inteligente, independiente también del material que estén hechas la máquinas, es en su mayor parte el resultado de lo que ellos llaman

29 pensamiento subsimbólico, es decir procesamiento de señales y no de símbolos. Existen muchos otros puntos de vista sobre el tipo de máquinas capaces de pensar o lograr hacerlo como los humanos. Algunas hipótesis al respecto son: 40 El cerebro procesa información en paralelo, mientras que los ordenadores convencionales lo hacen secuencialmente, por lo tanto se deberán construir ordenadores que procesen información en paralelo, esto en aras de realizar progresos en inteligencia artificial. Los computadores actuales se basan en lógica binaria (verdadero o falso) por lo tanto se deberá utilizar un tipo de lógica diferente y más avanzada (lógica borrosa). Las neuronas animales son de mayor complejidad que la estructura que posee un computador, por lo tanto se requerirán neuronas artificiales para construir maquinas inteligentes. Breve historia de la inteligencia artificial 41 Aristóteles ( a. C.) da lo que puede considerarse como un primer paso y es cuando comenzó a explicar y a codificar ciertos estilos de razonamiento deductivo que él llamó silogismos. Ramón Llull ( ) místico y poeta catalán construyó una máquina de engranajes llamada Ars Magna, que supuestamente era capaz de responder a todas las preguntas. Hacia el final del siglo XIX Gottlieb Frege propuso un sistema de notación para el razonamiento mecánico con lo que inventó mucho de lo que hoy conocemos con el nombre de cálculo de predicados. Desarrollo de los primeros ordenadores durante las décadas de los años 40 y 50, se realizaron programas que podían realizar tareas elementales de razonamiento: Programas de ajedrez y damas chinas. Los lógicos del siglo XX incluyendo a Kart Gôdel, Stephen Kleene, Emil Post, Alonzo Churo y Alan Turing, formalizaron y aclararon lo que puede ser hecho y lo que no puede ser hecho mediante sistemas lógicos y computacionales. Durante la década de los 60 y primera parte de los 70 una gran parte del trabajo se dedicó a explorar diversas representaciones de los problemas, 40 Nils J. Nilsson; Inteligencia Artificial 41 Nils J. Nilsson; Inteligencia Artificial 29