Manufactura nanométrica

Eric Drexler es llamado el fundador de la nanotecnología por su libro “Motores de creación: la próxima era de la nanotecnología” (Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology, Anchor, 1986). Definió el concepto de nanotecnología con dos componentes fundamentales: manufactura que utiliza máquinas basadas en dispositivos con tamaños a nanoescalas (es decir, de uno a cien nanómetros o millonésimas de milímetro) y productos construidos con precisión atómica. Ambas características están íntimamente ligadas, ya que la manufactura átomo por átomo depende de dispositivos en tamaños de nanoescala, que también se construyen átomo por átomo. Desafortunadamente, su concepto se diluyó sólo en términos de la muy pequeña escala y se eliminó toda menciona a la precisión atómica. Esto ha frenado su verdadero desarrollo tecnológico al impulsar el estudio de las nanopartículas y no él de las nanomáquinas.

            Ahora, Eric Drexler ha publicado el artículo “Un futuro radical para la Nanotecnología” (A Radical Future for Nanotechnology, The Futurist, September-October 2013, Vol. 47, No. 5), donde ejemplifica el uso restringido del concepto de nanotecnología definido originalmente por él y promueve el empleo radical de la nanotecnología en la manufactura de nuevos materiales, dispositivos y sistemas que cambiarán los métodos de operación de toda la industria.

            La transformación que se avecina en el área de la nanotecnología fue retrasada por los investigadores que trabajaban en construir, estudiar y aplicar las propiedades de partículas, ya que recibían un financiamiento extremadamente reducido antes de 1986 y después por mencionar que hacían nanotecnología ya elevaron drásticamente su nivel de apoyo, asegura el autor.

            Sin embargo, el enorme impacto que tendrá la nanotecnología se puede entender mejor si se compara con las tecnologías industriales actuales, considera el autor. El contraste principal emerge de las dos características básicas de las tecnologías para la Manufactura con Precisión Atómica (APM, por sus siglas en inglés): el tamaño nanométrico de los componentes y la precisión atómica en los procesos y productos. De éstas se desprenden implicaciones fundamentales desde la perspectiva de las aplicaciones, según el autor. En primer lugar, el tamaño nanométrico permite una productividad extremadamente grande como consecuencia de las leyes de escalamiento mecánico. Además, esta maquinaria muy pequeña, versátil y altamente productiva puede colapsar la cadena industrial global de abasto a unos cuantos eslabones, de materiales primarios a conjuntos de materiales refinados, a micro bloques estandarizados y a productos que pueden tener diferentes roles, como celdas solares, aeronaves, motores de coches, concreto, computadoras e instrumentos médicos. También, las cadenas cortas de abasto y la producción flexible pueden favorecer una descentralización drástica de la manufactura. En segundo lugar, la precisión atómica empieza con la construcción de pequeños bloques de moléculas, átomo por átomo y disponibles a bajo costo por kilogramo, que se pueden procesar secuencialmente para obtener estructuras de materiales y componentes, que finalmente se conviertan en productos con una productividad aumentada por factores que pueden ir de 10 a más de un millón de veces. Finalmente, como los productos y subproductos son fabricados con precisión atómica, los sistemas APM no producen desechos peligrosos.

            La revolución informática nos provee un modelo alternativo de producción industrial, plantea el autor. La producción de patrones usando tecnologías basadas en APM se parece al uso de bits en las tecnologías de la información: producción rápida con propósitos múltiples; plataformas escalables; independencia de largas cadenas especializadas; descentralización radical potencial; el rol central de software y datos en línea; nuevos productos sin capital físico nuevo y costoso; costos marginales bajos de producción y distribución, y el rápido abasto mundial de nuevos productos. Estas características contrastan radicalmente con las de la industria moderna.

            Un impacto natural de gran envergadura de la producción basada en APM será la reducción en los costos de compra y operación de los bienes de capital en áreas como, propone el autor: materiales de construcción, como aerogeles porosos en lugar de fibras de vidrio para aislar; transporte, materiales súper ligeros y económicos; energía, conversión directa y eficiente entre energías eléctrica y química; materia prima, substitución de elementos escasos (cobre, níquel y cobalto, entre otros) por elementos abundantes (hidrógeno, nitrógeno y oxígeno, entre otros) en la mayoría de las aplicaciones; agua, desalación de agua de mar, y agricultura, materiales para invernaderos.

            La transformación de la base material de nuestra civilización puede, tal vez, mejorar el impacto que los seres humanos tenemos sobre la Tierra. Aunque la reducción en costos puede producir un aumento en la cantidad de desechos, el autor considera que tecnologías más limpias y de bajo impacto ambiental pueden llevar a situaciones ecológicas más favorables. La posibilidad de expandir ampliamente la producción mundial y simultáneamente reducir su impacto negativo al ambiente nos da la oportunidad de resolver nuestros más complejos problemas sociales y establecer un nuevo modelo de coexistencia entre la civilización humana y el resto del mundo. El objetivo que presenta el autor no es convencer de una abundancia generalizada, sino de hacer una gran cantidad de preguntas urgentes, dar algunas respuestas claras y pensar de manera científica en nuestros futuros.

            En Morelos, debemos investigar e innovar en la fabricación con precisión atómica, analizar como sociedad, de manera sobria y urgente, las implicaciones revolucionarias que nos puede traer e impulsar las aplicaciones benéficas para la humanidad y el planeta. Los retos y beneficios de la nanotecnología, en sus dos vertientes, son enormes.