Lo que han desarrollado los investigadores de IBM es un nuevo método para enviar información entre núcleos diferentes en un chip que convierte los pulsos eléctricos en pulsos lumínicos.

El recorrido de la ciencia informática
Este trabajo está concentrado en la posibilidad de inclusión de una mayor cantidad de núcleos en un sólo chip, algo que en la actualidad se ve limitado por la tecnología con que se cuenta para las comunicaciones, ya que en el chip se sobrecalentaría el procesador y resultaría demasiado lenta para aumentar el flujo de trabajo. El Dr. T.C. Chen, vicepresidente de Science and Technology, IBM Research dijo: “Lo que hicimos fue un gran avance hacia la construcción de un método mucho más chico y más eficiente para conectar los núcleos”.

En la actualidad el CELL de IBM, uno de los procesadores más avanzados del mundo, usado en la Play Station 3, tiene 9 núcleos en un solo chip. Con el nuevo método se permitiría la conexión de cientos y hasta quizás miles de núcleos en un mismo chip de manera más eficiente y esto en un espacio muy reducido. El uso de luz en lugar de cables para enviar la información puede resultar hasta 100 veces más rápido en los chips.

Características exclusivas del modulador
El modulador óptico de IBM modifica la serie de pulsos eléctricos (1 y 0) trasmitidos por cable en una serie de pulsos de luz que trasmitirá una guía de ondas nanofotónicas de silicio. Primeramente, se envía el haz laser al modulador, actuando como el “disparador” (realmente veloz) que regula cuándo será trasmitida o no la luz. Al recibir el modulador una señal eléctrica desde uno de los núcleos deja pasar un pulso de luz, y es así cómo modula la intensidad del haz y se convierte una serie digital de bits (1 y 0) en una serie de pulsos lumínicos.

Si por casualidad te resultaba cansador esperar algunos minutos para realizar la transmisión de algún paquete por Internet, de los atascamientos y de la capacidad de almacenamiento de tu ordenador no resultaba suficiente, ya puedes comenzar a dejar de preocuparte.

La solución Nanotecnologíca a los problemas de la humanidad

Es vital contar con una energía económica y fiable que nos permita el uso de otras tecnologías y que nos ofrece muchas más ventajas. La tecnología de hoy en día está basada en la producción distributiva, algo que necesita de máquinas especializadas, muchos materiales y de una mano de obra cada vez más calificada. Alcanzar el desarrollo de una base tecnológica adecuada en una zona asolada resulta ser un proceso lento y difícil.

Pero existen otras posibilidades, por ejemplo: la fabricación o la producción molecular, que no requieren de mano de obra cualificada ni de gran infraestructura. Una “Nanofábrica” con una fuente de energía y otra química, por si sola produciría gran variedad de productos útiles y confiables. Llegándose a la posibilidad de convertir en cuestión de horas a dicha “Nanofábrica” para que duplique su infraestructura de producción. Es por eso que, las “Nanofábricas” y, por consiguiente, mucho de lo que producen supone una tecnología adecuada para diversos escenarios.

El agua y los beneficios de la Nanotecnología

El agua está entre las principales preocupaciones de las Naciones Unidas. Cerca de la mitad de la población mundial carece de los sistemas básicos de sanidad, estas personas carecen de agua potable. Este problema básico crea sufrimientos y tragedias.

Del agua que se consume en el planeta, un 67% es utilizado en la agricultura, un 19% en la industria y para el consumo humano tan solo el 9%.

Un gran porcentaje de la producción industrial podría ser reemplazado por la fabricación molecular. Podría ser trasladada gran parte de la agricultura a invernaderos y el agua para uso doméstico se podría tratar y reciclar.

Adoptando estos pasos, podríamos disminuir el consumo de agua entre el 50% y el 90%.

Las enfermedades relacionadas con el agua son la causa de muerte de miles o quizás de decenas de miles de niños diariamente. Esto es de fácil prevención con tecnología básica, una tecnología que se puede fabricar más económica si las fábricas son portátiles.

La Nanotecnología molecular ofrece similares oportunidades en muchos otros campos.

En la actualidad mucha agua es desperdiciada siendo casi puro. Tecnologías de tratamiento sencillas y confiables podrán recuperar el agua contaminada usada por la agricultura y los seres humanos. Además de estas tecnologías, solo se requiere de la fabricación inicial de una fuente modesta de energía. Filtros con una escala “Nanométrica” que podrán eliminar el ciento por ciento de las bacterias, virus o hasta prions. Y de una tecnología que atraerá a los inoes a láminas supercapacitor que pueda eliminar metales pesados y sales.

Disponer de la capacidad de reciclar agua sin importar su fuente y su uso permitirá ahorrar cantidades de agua inimaginables y además permitirá el empleo de los recursos del agua que hasta el momento no son aprovechados. Se podrá eliminar la llamada contaminación “rio abajo”, lo que quiere decir que un filtro de agua eficaz, capaz de regenerar el agua “sucia” por actividades agroindustriales. En tanto y en cuanto se controle el nivel de residuos, el agua será factible de filtrarla, concentrarla y hasta de purificarla y usarla nuevamente de manera rentable.

Al igual de como ocurre con todo lo construido con la “Nanotecnología molecular”, el costo inicial para la fabricación de un sistema para el tratamiento del agua seria muy bajo. El costo en si de esa energía seria muy bajo.

Sus aplicaciones son amplias y abarcan tanto lo militar como lo civil. Ya se utilizan materiales nanoestructurados, por ejemplo, en la fabricación de neumáticos de alto rendimiento, telas antimanchas, fármacos y nuevos materiales de uso en la electrónica, aeronáutica y hasta en armas de última generación.

Las nano-ganancias

La “nanotecnología” y sus avances generan una doble atención. Se pueden observar amplios beneficios potenciales que beneficiarían la reestructuración, en un principio, del entorno material que nos rodea, por un lado. Y a la vez, se van identificando las posibles implicanciones que generaría ésta transformación en el medio ambiente y desde ahí, en la salud, ya que estarían presentes nanoestructuras diseñadas por el hombre y de cuyas características, al menos por el momento poco se sabe.

Pese a lo dicho, es creciente el entusiasmo en la expansión del negocio, se calculan ventas por un monto cercano a los 50 mil millones de dólares que para fin de 2008 puede llegar a cerrar entre los 100 mil y los 150 mil millones de dólares. Calculando muy conservadoramente para el 2010 alcanzar los 500 mil millones y para el 2015 el billón de dólares. No resulta entonces, casual el gasto mundial en este tipo de investigación, que se ha elevado de los 430 millones de dólares en 1997 a 12,4 mil millones de dólares para el pasado 2006.

La nano-agroindustria

Son pocas las aplicaciones en el mercado, por lo que las ganancias del sector “nano” para fin de la década se estiman en 20 mil millones de dólares. Este “boom” es producto de que la “nanotecnología” es una promesa real que va a revolucionar la agroindustria totalmente. ¿Qué quiero decir con esto? Que tanto la producción de agroalimentos, como su procesamiento y empaquetamiento dejarán de ser lo que se conoce hasta el momento.

La producción agrícola

Ya se habla de “cultivos precisos”, especialmente de bienes de significativo valor monetario que requieren de inversiones importantes. Digamos, por ejemplo, el tomate cherry o la uva para vino de cultivo hidropónico. El paquete “nanotecnológico” incluye, no solo el perfeccionamiento de la manipulación atómica-molecular del ADN, también el uso de computadoras, GPS, micro/nano dispositivos sensoriales remotos, además de nuevos agroquímicos mejorados.

Se considera la posibilidad del tratamiento inteligente similar al de la “nanomedicina”, que permita el monitoreo y el diagnóstico de la salud de los cultivos, como consecuencia de desarrollar “nanoestructuras inteligentes”, que entreguen dosis correctas de herbicidas, pesticidas, nutrientes, etc. De una manera similar funcionará la “nanoveterinaria “en lo referente al monitoreo, diagnóstico, tratamientos y la intervención terapéutica de los animales.

Los alimentos procesados

Diversas son las “nanoaplicaciones”, pero el grueso de ellas gira en torno del uso de las diversas “nanoestructuras“ como una ideal plataforma para el “nanodiseño”, la introducción y funcionalidad de los conservantes, saborizantes, vitaminas, etc., y demás aditivos para elaborar los alimentos a medida del consumidor.

Las “nanoestructuras” que pueden ser activadas, son el sostén tecnológico del diseño que se puede activar al entrar en contacto con la saliva o los jugos gástricos. Estamos hablando de intensificadores del sabor, para el primer caso, y en el segundo, de bloqueadores del mismo.

La energía solar ya es una realidad en muchos países

Cómo beneficiarnos de la nanotecnología

Para generar electricidad solar dependemos de la conversión fotovoltaica o de la directa concentración de luz. Cuando los días son nublados la conversión fotovoltaica tiene menor eficacia, toda vez que un sistema de concentración de luz solar directa se logra sin semiconductores. Cualquiera de estas dos alternativas no requieren de mucho material y sus diseños mecánicos pueden ser bien simples y sencillos, a lo que debemos sumar que resultan de fácil mantenimiento.

Los sistemas para la detección solar pueden resultar beneficiados por ordenadores económicos y  actuadores compactos. La energía podría ser almacenada de manera eficaz por algunos días en “flywheels” de un tamaño relativamente grande, fabricadas en diamante fino con un peso de agua. Se pueden construir sistemas para almacenar energía más pequeños con muelles de diamantes y que ofrecen una densidad de energía similar al almacenamiento del combustible químico y mucho mayor a la de las baterías actuales.

La recombinación del agua y la electrólisis nos brinda una energía creciente, que es posible almacenar y transportar. Pero, existe un costo por la eficiencia y lo complejo de la tecnología necesaria para tratar de manera segura el almacenamiento y transporte del hidrógeno en grandes escalas.

La solución solar

Podrían ser implementadas soluciones solares a gran escala, individuales de pueblos o naciones. La energía producto de la luz del sol de manera directa supone 1kv/m². Si esto lo dividimos por 10 y tenemos en cuenta las horas nocturnas, los días sin sol y problemas del sistema, la actual demanda del mercado americano, cerca de 10 kv/persona, serian necesarios aproximadamente unos 100 m²/persona de superficie. Si multiplicamos dicha cifra por unos 325 millones de personas (su población) se necesitarían cubrir con colectores solares unas 12.500 millas cuadradas. Esto equivale a solamente el 0,35% del total de la superficie de Estados Unidos. Una gran parte de este espacio se puede obtener de los tejados, hasta incluso de la superficie de carreteras.

De lagartos y hombres

También tienen la capacidad de soportar su propio peso corporal centenares de veces, desafiando así, la fuerza gravitatoria. Esto lo consiguen debido a que sus patas se adhieren a las superficies gracias a unos “pelos” que tienen en las extremidades de sus dedos, que viene a ser como una pilosidad ultrafina,. Cada “pelo”, que es de 5 micras de diámetro, está recubierto por cientos de nanopelos de 200 nanómetros de diámetro, unas 250 veces menor que un cabello humano.

Además, cuentan con una serie de ventosas nanoscópicas que son lo que le permiten adherirse a todo tipo de superficie. Puestos a escala nanométrica, los “geckos” explotan las fuerzas de Van Der Waals al máximo: estas fuerzas son las que se ejercen entre las moléculas para formar un enlace químico no covalente.

Combinación explosiva: gecko y mejillón – el Geckel

Pero el “gecko” presenta un gran problema si se trata de caminar por un suelo mojado, sus patas al hacer contacto con el agua pierden su capacidad adhesiva, al igual que la mayoría de los pegamentos conocidos. Llegada la investigación hasta este punto, se decidó elegir algún modelo que no presentara este tipo de problemas de fijación en el agua: el mejillón. Este molusco, presente en aguas saladas y dulces, al igual que un ancla carnosa, emplea unos filamentos llamados bisos que le permiten adherirse a las rocas o algún otro objeto sumergido.

A diferencia de otros adhesivos con inspiración en otros reptiles, el geckel (la palabra se origina en el gecko y mussel >mejillón<) tiene capacidad de adherirse tanto a superficies secas o mojadas. Se prevé que las cintas adhesivas hechas de estos materiales puedan resultar de gran utilidad para reemplazar los puntos de sutura en el cierre de heridas, también, como adhesivo resistente al agua para vendajes y medicamentos en forma de parches. El tipo de vendaje permitiría su permanencia durante el baño y luego ser retirado con facilidad. Pruebas efectuadas en la “Universidad Northwestern” en Evanston, cerca de Chicago, por el profesor Philip Messersmith, han demostrado que este tipo de material puede ser “pegado y despegado” más de 1.000 veces incluso bajo el agua. A lo que añadió: “otros tipos de materiales tan solo han podido lograr unos pocos ciclos de contacto”.

No es ésta la primera vez que los científicos tratan de lograr un material para fabricar masivamente, relativamente barato y que imite las cualidades del gecko. Ya en 2003, un equipo científico de la “Universidad de Manchester” (Reino Unido) logro una cinta adhesiva empleando una litografía de haz de electrones: este proceso permite que un haz de electrones grave un modelo en una superficie. Es una técnica similar a la usada en el geckel, el inconveniente que presenta es su elevado costo y la imposibilidad de ser aplicada a una escala industrial.

Las muestras usadas en los experimentos tenían un diámetro de 60 nanómetros. El reto que se presenta desde ahora es cambiar la escala manteniendo completas las propiedades de dicho material.

Otras aplicaciones

Científicos de la Compañía Aeroespacial BAE Systems lograron el año pasado producir una tira de un plástico conocido como Gecko Sintético, empleando la técnica conocida como foto-litografía, muy común en la industria del silicio, y fueron capaces de llevar el cambio de escala.

El geckel y el Gecko Sintético son capaces de pegarse y despegarse sin que pierdan su eficacia. Tras su patentamiento la compañía tiene planeado el empleo del material para una amplia gama de aplicaciones que van desde la fabricación de parches para cisternas, aviones o submarinos hasta robots “trepadores”.

Resulta difícil llegar a comprender que esta forma de creación de equipos, robots o elementos sirva para algo productivo.

Todo indica que en algún lugar en el mundo alguien parece estar tomándolo muy en serio, ya que se están destinando a esta ciencia una cifra próxima a los 8,6 billones de dólares. Al decir “alguien” no nos referimos a una persona o un grupo en solitario, concretamente hablamos de naciones, como Estados Unidos, y multinacionales como IBM, HP, NEC e Intel.

¿Qué uso se le da?

Si bien las aplicaciones de la nanotecnología son de carácter infinito, podemos enumerar las distintas aplicaciones que ya se encuentran en el mercado. Informes del “Institut of Nanotechnology de UK”. Son estas:

• Nuevos Sensores aplicados a la medicina, el control medioambiental o la producción de nuevos productos químicos y farmacéuticos.
• Técnicas fotovoltaicas superiores para fuentes de energía renovable.
• Materiales mucho más ligeros y fuertes para defensa, la industria aeronáutica y del automóvil y en aplicaciones médicas.
• Envolturas “inteligentes” aplicadas en el mercado de alimentos, que darán a los productos la apariencia de alimento fresco y de calidad.
• Tecnologías visuales que permitirán mejores pantallas mucho más livianas, finas y flexibles.
• Las llamadas técnicas de diagnóstico “Lab-on-a-chip” (literalmente “Laboratorio-en-un-micro(nano)chip”.
• Protectores solares con nanopartículas que absorberán los rayos UV.
• Gafas y lentes con capas totalmente resistentes e imposibles de rayar.
• Y aparatos tan diversos y de usos múltiples como las impresoras, los reproductores de CDs., airbags etc., que en sus más modernas versiones ya contienen componentes logrados a través de la nanotecnología.

Aplicaciones

El empleo de la nanotecnología implica a diversas ramas de la ciencia, como la Química, la Biología, la Biología molecular, la Física, la Electrónica, llegando incluso hasta la Informática.

La importancia potencial que presenta la nanotecnología es debido a que el calor, la conductividad eléctrica, la elasticidad, la resistencia y la reactividad, entre otras tantas propiedades, tienen un comportamiento muy diferente que elementos iguales en una escala mayor.

La palabra nanotecnología por estos tiempos a muchos puede resultarnos complicado de imaginar, pero dentro de poco nos será de uso común y habitual, podremos conocer los adelantos producidos en campos tan diversos como: la medicina (nuevos tratamientos aplicados a numerosas enfermedades), construcción, informática (estaremos frente a ordenadores de muchísima más potencia), las telecomunicaciones (la red de Internet se basará en la energía solar) y…