Concepción artística de un bio-nanorobot. Crédito de la imagen: NASA. Click para agrandar
Cuando se trata de dar el próximo "salto gigante" en la exploración espacial, la NASA está pensando en pequeño, realmente pequeño.
En laboratorios de todo el país, la NASA está apoyando la floreciente ciencia de la nanotecnología. La idea básica es aprender a tratar la materia a escala atómica, para poder controlar átomos y moléculas individuales lo suficientemente bien como para diseñar máquinas del tamaño de moléculas, electrónica avanzada y materiales "inteligentes".
Si los visionarios tienen razón, la nanotecnología podría conducir a robots que puede sostener con la punta de los dedos, trajes espaciales autocurativos, elevadores espaciales y otros dispositivos fantásticos. Algunas de estas cosas pueden tardar más de 20 años en desarrollarse completamente; otros están tomando forma en el laboratorio hoy.
Simplemente hacer las cosas más pequeñas tiene sus ventajas. Imagínese, por ejemplo, si los rovers de Marte Spirit y Opportunity se hubieran hecho tan pequeños como un escarabajo, y pudieran escabullirse sobre las rocas y la grava como una lata de escarabajos, tomando muestras de minerales y buscando pistas sobre la historia del agua en Marte. Cientos o miles de estos diminutos robots podrían haber sido enviados en las mismas cápsulas que llevaban los dos rovers del tamaño de un escritorio, lo que permitió a los científicos explorar mucho más de la superficie del planeta, ¡y aumentar las probabilidades de tropezar con una bacteria marciana fosilizada!
Pero la nanotecnología es algo más que reducir las cosas. Cuando los científicos pueden ordenar y estructurar deliberadamente la materia a nivel molecular, a veces surgen nuevas propiedades sorprendentes.
Un excelente ejemplo es esa querida del mundo de la nanotecnología, el nanotubo de carbono. El carbono se produce naturalmente como grafito, el material negro y suave que se usa a menudo en las puntas de los lápices, y como diamante. La única diferencia entre los dos es la disposición de los átomos de carbono. Cuando los científicos organizan los mismos átomos de carbono en un patrón de "alambre de gallina" y los enrollan en tubos minúsculos de solo 10 átomos de ancho, los "nanotubos" resultantes adquieren algunos rasgos bastante extraordinarios. Nanotubos:
- tiene 100 veces la resistencia a la tracción del acero, pero solo 1/6 del peso;
- son 40 veces más fuertes que las fibras de grafito;
- conducir la electricidad mejor que el cobre;
- pueden ser conductores o semiconductores (como chips de computadora), dependiendo de la disposición de los átomos;
- Y son excelentes conductores de calor.
Gran parte de la investigación actual sobre nanotecnología en todo el mundo se centra en estos nanotubos. Los científicos han propuesto usarlos para una amplia gama de aplicaciones: en el cable de alta resistencia y bajo peso necesario para un elevador espacial; como cables moleculares para electrónica a nanoescala; incrustado en microprocesadores para ayudar a desviar el calor; y como pequeñas barras y engranajes en máquinas de nanoescala, solo por nombrar algunas.
Los nanotubos ocupan un lugar destacado en la investigación que se realiza en el Centro Ames de Nanotecnología (CNT) de la NASA. El centro se estableció en 1997 y ahora emplea a unos 50 investigadores a tiempo completo.
"[Intentamos] centrarnos en las tecnologías que podrían producir productos utilizables en unos pocos años a una década", dice el director de CNT, Meyya Meyyappan. "Por ejemplo, estamos viendo cómo los nanomateriales podrían usarse para soporte vital avanzado, secuenciadores de ADN, computadoras ultrapotentes y sensores diminutos para productos químicos o incluso sensores para cáncer".
Un sensor químico que desarrollaron usando nanotubos está programado para volar una misión de demostración al espacio a bordo de un cohete de la Armada el próximo año. Este pequeño sensor puede detectar tan solo unas pocas partes por billón de productos químicos específicos, como gases tóxicos, lo que lo hace útil tanto para la exploración espacial como para la defensa de la patria. CNT también ha desarrollado una forma de usar nanotubos para enfriar los microprocesadores en las computadoras personales, un gran desafío a medida que las CPU se vuelven cada vez más potentes. Esta tecnología de enfriamiento ha sido licenciada para una empresa de Santa Clara, California, llamada Nanoconduction, e Intel incluso ha expresado interés, dice Meyyappan.
Si estos usos a corto plazo de la nanotecnología parecen impresionantes, las posibilidades a largo plazo son realmente alucinantes.
El Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA (NIAC, por sus siglas en inglés), una organización independiente financiada por la NASA ubicada en Atlanta, Georgia, fue creada para promover la investigación prospectiva sobre tecnologías espaciales radicales que tomará de 10 a 40 años para concretarse.
Por ejemplo, una reciente donación de NIAC financió un estudio de factibilidad de fabricación a nanoescala, en otras palabras, ¡utilizando un gran número de máquinas microscópicas moleculares para producir cualquier objeto deseado ensamblando átomo por átomo!
Ese subsidio de NIAC fue otorgado a Chris Phoenix del Centro de Nanotecnología Responsable.
En su informe de 112 páginas, Phoenix explica que tal "nanofábrica" podría producir, por ejemplo, piezas de naves espaciales con precisión atómica, lo que significa que cada átomo dentro del objeto se coloca exactamente donde pertenece. La parte resultante sería extremadamente fuerte, y su forma podría estar dentro del ancho de un solo átomo del diseño ideal. Las superficies ultra lisas no necesitarían pulido ni lubricación, y prácticamente no sufrirían "desgaste" con el tiempo. Tal alta precisión y fiabilidad de las piezas de la nave espacial son primordiales cuando la vida de los astronautas está en juego.
Aunque Phoenix esbozó algunas ideas de diseño para una nanofábrica de escritorio en su informe, reconoce que, a falta de un "Proyecto Nanhatten" de gran presupuesto, como lo llama, una nanofábrica en funcionamiento está al menos a una década de distancia, y posiblemente mucho más tiempo.
Siguiendo el ejemplo de la biología, Constantinos Mavroidis, director del Laboratorio de Bionanorobótica Computacional de la Northeastern University en Boston, está explorando un enfoque alternativo a la nanotecnología:
En lugar de comenzar desde cero, los conceptos del estudio financiado por NIAC de Mavroidis emplean "máquinas" moleculares funcionales y preexistentes que se pueden encontrar en todas las células vivas: moléculas de ADN, proteínas, enzimas, etc.
Formadas por la evolución a lo largo de millones de años, estas moléculas biológicas ya son muy hábiles para manipular la materia a escala molecular, por lo que una planta puede combinar aire, agua y suciedad y producir una jugosa fresa roja, y el cuerpo de una persona puede convertirse en último lugar. cena de papa de la noche en los nuevos glóbulos rojos de hoy. La reorganización de los átomos que hace posible estas hazañas es realizada por cientos de enzimas y proteínas especializadas, y el ADN almacena el código para hacerlas.
Hacer uso de estas máquinas moleculares "prefabricadas", o usarlas como puntos de partida para nuevos diseños, es un enfoque popular de la nanotecnología llamado "bio-nanotecnología".
"¿Por qué reinventar la rueda?" Dice Mavroidis. "La naturaleza nos ha dado toda esta nanotecnología excelente y altamente refinada dentro de los seres vivos, entonces, ¿por qué no usarla y tratar de aprender algo de ella?"
Los usos específicos de la bio-nanotecnología que Mavroidis propone en su estudio son muy futuristas. Una idea consiste en colocar una especie de "telaraña" de tubos delgados como el cabello llenos de sensores de bio-nanotecnología en docenas de kilómetros de terreno, como una forma de mapear el entorno de algún planeta alienígena con gran detalle. Otro concepto que propone es una "segunda piel" para que los astronautas usen debajo de sus trajes espaciales que usarían bio-nanotecnología para detectar y responder a la radiación que penetra en el traje, y para sellar rápidamente cualquier corte o pinchazo.
¿Futurista? Ciertamente. ¿Posible? Tal vez. Mavroidis admite que tales tecnologías probablemente estén a décadas de distancia, y que la tecnología hasta ahora en el futuro probablemente será muy diferente de lo que imaginamos ahora. Aún así, dice que cree que es importante comenzar a pensar ahora en lo que la nanotecnología podría hacer posible en el futuro.
Teniendo en cuenta que la vida misma es, en cierto sentido, el último ejemplo de la nanotecnología, las posibilidades son realmente emocionantes.
Fuente original: Comunicado de prensa de la NASA
