Nanorobots: situación actual y el porqué de su impresionante potencial

La tecnología a escala nanométrica surgió hace 50 años creando una nueva dimensión llamada a revolucionar el mundo que conocemos, ya que permite manipular la estructura molecular de los materiales para cambiar sus propiedades intrínsecas y obtener otros con aplicaciones revolucionarias. Esta disciplina, que floreció entre los años 60 y 80, abre un inmenso universo de posibilidades para la ciencia y la industria contemporáneas y presenta un mercado global en auge cuyo valor superará los 125.000 millones de dólares el próximo lustro, según el informe Global Nanotechnology Market. 

También se ha convertido en la gran esperanza de la medicina para tratar enfermedades a partir de partículas invisibles que combaten las células cancerígenas, pero también cuenta con todos los ingredientes para liderar una nueva revolución desde el punto de vista industrial gracias al desarrollo de microprocesadores ultrarrápidos que consumen menos energía, baterías 10 veces más duraderas o placas solares que rinden el doble.  

Tal y como señala en el presente artículo Peter Diamandis, fundador ejecutivo y director de Singularity University, esta tecnología “tiene capacidad para resolver algunos de los mayores problemas a los que nos enfrentamos en la actualidad”.  

El poder de la ciencia invisible 

Con este artículo pretendo hacer una actualización sobre una de las herramientas más poderosas que jamás creará la humanidad: la nanotecnología. Mi intención es ofrecer una imagen a vista de pájaro de lo que se está haciendo en el mundo, y de las aplicaciones potenciales que tendrá en sectores como el de salud, energía, medioambiente, ciencia de los materiales, almacenamiento y proceso de datos, etc.Un nanorobot es capaz de poner y quitar átomos de la misma manera que un niño juega con un Lego

Si bien hasta ahora la Inteligencia Artificial es la que ha traído los titulares, creo que en el futuro próximo vamos a descubrir los increíbles adelantos que se están produciendo en el ámbito de la nanotecnología. 

Orígenes de la nanotecnología 

La mayoría de los historiadores acreditan el origen del concepto al físico Richard Feynman en su famosa conferencia: “Hay mucho sitio al fondo”. 

En este discurso Feynman se imaginaba un mundo donde las máquinas serían miniaturizadas y donde ingentes cantidades de información podrían ser codificadas en espacios minúsculos; todo esto, que facilitaría el camino para desarrollos tecnológicos disruptivos, fue descrito por Eric Drexler de una forma mucho más precisa en su libro: Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology, publicado en 1986. Drexler incluso planteó la posibilidad de nano máquinas auto replicantes y capaces de construir otras máquinas. Y dado que estas máquinas son programables podrían ser dirigidas para construir no solo más de sí mismas, sino todo lo que se pudiera desear. 

Puesto que, además estos procesos de construcción ocurren a escala atómica, los nanobots podrían deshacer cualquier tipo de material (tierra, agua, aire…) átomo a átomo y construir prácticamente cualquier cosa. Drexler dibujaba un mundo donde toda la librería del congreso de los Estados Unidos cupiese en un chip del tamaño de un azucarillo y donde limpiadores medioambientales eliminasen la polución del aire. 

¿Qué significa realmente la nanotecnología? 

La nanotecnología es la ciencia, ingeniería o tecnología que se realiza a nanoescala, entre 1 y cien nanómetros. En esencia, es el control y manipulación de materiales a nivel atómico y molecular. Para que tengamos una perspectiva, podríamos visualizar un nanómetro de la siguiente manera: 

• La relación que hay entre el radio de la tierra y una canica es aproximadamente la relación que hay entre un metro y un nanómetro.
• Es la millonésima parte de la pata de una hormiga
• Un folio tiene un espesor de 100.000 nanómetros
• Un glóbulo rojo sanguíneo tiene un diámetro de entre 7 y 8.000 nanómetros 

Por lo tanto, un nanorobot es una máquina que puede construir y manipular objetos a nivel atómico, es decir, un robot capaz de poner y quitar átomos de la misma manera que un niño juega con un Lego, siendo capaz de utilizar bloques de átomos de la tabla periódica. La relación que hay entre el radio de la tierra y una canica es similar a la que hay entre 1 metro y un nanómetro

Aun habiendo gente que dice que los nanorobots son ciencia ficción, hemos de ser conscientes de que cada uno de nosotros está vivo gracias a incontables nanobots que operan en los trillones de células que componen nuestros organismos. Cada uno de nosotros está vivo gracias a incontables nanobots que operan en las células que componen nuestro organismo

Les damos nombres biológicos como ribosoma, pero esencialmente son máquinas programadas con una función del tipo de: “leer el ARN y crear una proteína específica”. 

Habiendo dejado esto claro, es importante distinguir entre nanotecnología húmeda y biológica. Esta última usa esencialmente al ADN y “maquinaria” de nuestro organismo para crear estructuras únicas formadas a partir de proteínas, mientras que la nanotecnología de Drexler implica construir un “ensamblador”, un aparato similar a  una impresora 3D capaz de imprimir átomos a nanoescala y crear de forma efectiva estructuras termodinámicamente estables. 

La era que vivimos me apasiona y fascina, sobre todo por el increíble futuro que nos promete. 

Tipos y aplicaciones de nanorobots 

• El motor más pequeño jamás creado: “Un grupo de físicos de la Universidad de Mainz ha construido recientemente el motor más pequeño jamás creado a partir de un único átomo. Como cualquier otro motor, convierte la energía del calor en movimiento, pero lo hace a una escala nunca vista. El átomo se encuentra atrapado en un cono de energía electromagnética y se utilizan láseres para calentarlo y enfriarlo, lo que hace que el átomo se mueva hacia adelante y atrás como el pistón de una máquina”. 

• Nano máquinas de ADN con movimiento en 3D:: “Ingenieros mecánicos de la Universidad de Ohio han diseñado y construido a nanoescala complejas partes mecánicas utilizando partes de ‘ADN Origami’, demostrando así que los principios básicos del diseño que se aplican a las piezas de las máquinas de tamaño real pueden ser aplicados al ADN, y son capaces de producir componentes complejos y controlables de futuros nanorobots". 

• Nanonadadores:: “ETH Zurich e investigadores de Technion han desarrollado un nano cable elástico de 15 µm de largo y 200 nanómetros de espesor capaz de moverse a través de entornos de líquidos biológicos a casi 15 µm/s. A estos nanonadadores se les puede conferir funciones de manera que, controlados magnéticamente para nadar a través de la corriente sanguínea, sean capaces de alcanzar células cancerígenas llevando medicamentos". Los ‘nanonadadores’ son robots capaces de navegar a través de la corriente sanguínea y alcanzar células cancerígenas

• Especie de nano-hormiga con motor capaz de desarrollar una fuerza 100 veces superior a su peso: “Investigadores de la Universidad de Cambridge han desarrollado un micro motor capaz de generar una fuerza por unidad de peso 100 veces superior a la de cualquier motor o músculo. Estos nuevos nano-motores podrían dar lugar a nanorobots lo suficientemente pequeños como para poder entrar dentro de células vivas y allí luchar contra enfermedades. El profesor Jeremy Baumberg de los laboratorios Cavendish, quien ha dirigido estas investigaciones, denomina a estos aparatos ‘nano-transductores actuadores (ANTs)’, porque como las hormigas, generan tremendas fuerzas en relación a su peso”. La Universidad de Cambridge ha desarrollado un micromotor que genera una fuerza por unidad de peso 100 veces superior a la de cualquier motor o músculo

• Micro robots inspirados en espermatozoides: “Investigadores de la Universidad de Twente, en Holanda, y la Universidad alemana de El Cairo, han desarrollado micro-robots inspirándose en espermatozoides que pueden ser controlados a través de débiles y oscilantes campos magnéticos. Podrán ser utilizados para micro manipulaciones y actuaciones en terapias dirigidas". 

• Robots que obtienen su energía de bacterias: “Los ingenieros de la Universidad de Drexel han desarrollado un método para utilizar campos electrónicos de manera que micro robots alimentados por bacterias puedan detectar obstáculos en su entorno y evitarlos. Podrían ser utilizados para llevar medicamentos, dirigir el crecimiento de células madre o construir micro estructuras”. 

• Nanocohetes: “Varios grupos de investigadores han construido recientemente una versión a nano escala de un cohete dirigido por control remoto y de alta velocidad a través de la combinación de nano partículas con moléculas biológicas… Los investigadores esperan desarrollar pronto un cohete que pueda ser utilizado en cualquier entorno para, por ejemplo, llevar medicamentos a cualquier parte del cuerpo". 

Principales aplicaciones para nano y micro máquinas 

Las aplicaciones para estos aparatos parecen interminables y estos son, desde mi punto de vista, las más interesantes: 

• Tratamiento del cáncer: permitirán la identificación y destrucción de células cancerígenas de una forma mucho más efectiva y certera.
• Mecanismos de administración dirigida de fármacos para el control y prevención de las enfermedades.
• Diagnóstico de imagen: creación de nano partículas que se reúnen en ciertos tejidos para que al escanear el cuerpo con sistemas de resonancia magnética se puedan detectar problemas como la diabetes.
• Nuevos dispositivos de detección: con casi ilimitadas propiedades de personalización para funciones de detección, la nanorobótica nos va a proporcionar increíbles capacidades en este ámbito que podremos integrar a nuestros sistemas y así monitorizar y medir todo lo que nos rodea.La nanorobótica nos va a proporcionar increíbles capacidades en el ámbito de la detección que podremos integrar en nuestros sistemas y nos permitirán medir todo lo que nos rodea
• Dispositivos de almacenamiento de información: un bioingeniero y genetista del Instituto Wyss de Harvard ha conseguido almacenar 5,5 petabits de datos (alrededor de 700 terabytes) en un solo gramo de ADN, superando en 1.000 veces el anterior registro de densidad de datos almacenable en ADN.
• Nuevos sistemas de energía: la nanorobótica podría desempeñar un importante papel en el desarrollo de sistemas de energía renovable más eficientes o hacer que nuestras máquinas actuales fuesen más eficientes energéticamente, de modo que necesitasen menos energía para funcionar al mismo nivel o, con la misma energía, funcionar a nivel superior.
• Meta materiales súper resistentes: un equipo de Caltech ha desarrollado un nuevo material, hecho a nano escala, con puntales entrecruzados. Como si de una torre Eiffel se tratase, es una de las sustancias más resistente y ligeras jamás creada.
• Ventanas y paredes inteligentes: dispositivos electrocrómicos que, dependiendo del potencial aplicado, cambian de color. Se busca utilizarlos para ventanas inteligentes de bajo consumo para controlar la temperatura interna de una habitación, limpiarse solas y otras aplicaciones.
• Microesponjas para limpiar océanos: una esponja, hecha de nanotubos de carbono, capaz de absorber contaminantes (fertilizantes, pesticidas, productos farmacéuticos…) del agua. Este proyecto es tres veces más eficiente que otras iniciativas previas y su estudio se ha publicado en la revista Nanotechnology, de IOP Publishing.
• Replicadores o "ensambladores moleculares": dispositivos capaces de dirigir las reacciones químicas consiguiendo colocar moléculas reactivas con precisión atómica.
• Sensores de salud: monitorizarían la química sanguínea notificando parámetros fuera de control, detectando alimentos en mal estado, inflamaciones en el cuerpo y mucho más.
• Conectar nuestros cerebros a Internet: Ray Kurzweil cree que los nanorobots permitirán conseguir que conectemos nuestro sistema nervioso a la nube para el año 2030. 

Como vemos, esto es sólo el comienzo… las oportunidades son casi ilimitadas.

Grandes problemas, grandes oportunidades 

La nanotecnología tiene capacidad para resolver algunos de los mayores problemas a los que nos enfrentamos en la actualidad. Un informe de la National Science Foundation señala que “… la nanotecnología tiene el potencial de mejorar el desempeño humano, conseguir que practiquemos un desarrollo sostenible de materiales, agua, energía y alimentos; puede protegernos frente a bacterias y virus desconocidos e, incluso, ser un argumento para disminuir los conflictos". La nanotecnología tiene el potencial de mejorar el desempeño humano y conseguir un desarrollo sostenible de materiales, agua, energía y alimento

Por si esto fuera suficientemente emocionante, los mercados donde puede impactar la nanotecnología son inmensos. Los pronósticos señalan que al final de este año se alcanzarán los 75,8 mil millones de dólares. 

Los pronósticos señalan que al final de este año el impacto de la ciencia invisible alcanzará los 75,8 mil millones de dólares Como emprendedores, hay que prestar atención a estos desarrollos; se van a producir oportunidades extraordinariamente fructíferas que permitirán nuevos modelos de negocio alrededor de estas tecnologías y de su implementación a gran escala.

Peter Diamandis, fundador ejecutivo y director de Singularity University

Texto publicado en Executive Excellence nº169, sept. 2020

Fuente: Singularity Hub