mercredi 16 avril 2008

Nanotecnología: hay mucho espacio en el fondo



Indudablemente, la nanotecnología es una de las disciplinas científicas mas de moda en los últimos años. Hay muchos indicadores de este hecho, como por ejemplo la cantidad de dinero asignada a proyectos de investigación relacionados con esta disciplina asignada por la Unión Europea, que la considera uno de los pilares de su nuevo programa marco. En todas la universidades se construyen centros de última tecnología para la investigación en nanotecnología. Recientemente estuve en Londres por una conferencia y me contaron como estaban reformando una parte considerable del University College para acoger a uno de estos nuevos centros.


Que es la nanotecnología? Bajo esta denominación genérica se ocultan un conjunto m‡s o menos heterogeneo de disciplinas científicas con el denominador común que estudian, manipulan o utilizan las propiedadess de la materia en la escala de los nanómetros (un nanómetro es una millonésima de milímetro), esto es, la escala apenas algo superior que la escala atómica. Es una escala donde las propiedades de la materia son muy diferentes a las que conocemos intuitivamente, por ejemplo en el nanomundo todas las cosas están en perpetuo movimiento debido al llamado movimiento browniano, y las nanopartículas son tremendamente pegajosas debido a las fuerzas intermoleculares. La nanotecnología es capaz incluso de manipular átomos individuales, como se ve en la siguiente imagen, donde científicos de IBM escribieron el logo de su empresa a partir de átomos individuales:








La nanotecnología también ha penetrado en el imaginario colectivo a través de la visión futurista de diminutos nanorobots autoreplicantes, capaces de fabricar rápidamenre cualquier objeto, por complejo que sea, o de destruir a la humanidad en un abrir y cerrar de ojos. Por otra parte, esta no es la visión más generalizada de los practitioners de la nanotecnología, que la consideran una disciplina incremental basada en muchos trabajos anteriores. Esta discusión sobre las dos concepciones más o menos opuestas de lo que es la nanotecnología, y sobre dos filosofías sobre como transmitir al gran público el progreso en esta disciplina, se vieron reflejada hace unos años en una discusión pœblica entre K. Eric Drexler, fundador del Foresight Institute y Richard E. Smalley, dos de los mayores expertos mundiales en Nanotecnologia.



Uno de los mayores defensores de la idea de robots de tamaño nanoscópico es Eric K. Drexler, que en su libro de 1986 Engines of creation, siguiendo las ideas introducidas por Richard Feynman en su famosa conferencia de 1959, "There is plenty of room at the bottom"propone la fabricación de máquinas de tamañoo molecular capaces primero de manipular átomos y moléculas individuales y después de autorreplicarse, es decir, fabricar copias de si mismos. Para ello introduce el concepto de ensamblador molecular, un dispositivo parecido al brazo de un robot industrial construido a escala microscópica, capaz de colocar los átomos en el lugar adecuado fabricando estructuras moleculares precisas.
En la siguiente imagen vemos uno de estos nanorobots en el proceso de navegar por unos púlmones, tal vez buscando células cancerígenas que eliminar.









Sin embargo, el premio Nobel de Química (por el descubrimiento de los fullerenos, las macromoléculas formadas por carbono con la forma de una pelota de fútbol, de enorme importancia industrail) Richard E. Smalley ve con escepticismo las tesis de Drexler. Smalley señala dos dificultades acerca de los brazos robóticos de un hipotético ensamblador, los problemas de los llamados dedos pegajosos y dedos gruesos. Esto es, si los brazos de los nanorobots están hechos de átomos, sus dedos serán gruesos y pegajosos para manipular otros átomos, o sea como hacer que los dedos hechos de átomos no se adhieran a los átomos que tienen que manipular (por efecto de las fuerzas entre moléculas) y logren soltarlos donde tiene que hacerlo con la precisión requerida?



Un ejemplo de fullerenos, los compuestos de carbono con forma de pelota de fútbol




Los científicos de materiales desde hace decenas de años construyen estructuras moleculares indirectamente, mezclando, calentando materiales, por evaporación, etc. La idea de la Nanotecnologia propuesta por E. Drexler se basa en el concepto de un ensamblador molecular. Los ensambladores pueden estar programados para construir otras máquinas moleculares que a su vez pueden construir otras máquinas moleculares, y así sucesivamente. Tanto Drexler como Smalley saben perfectamente que, como explicó Feynman en su conferencia, los ensambladores moleculares ya existen en la naturaleza, en la forma de enzimas y ribosomas que pueden manipular moléculas individuales para que realicen funciones extremadamente complejas. Además, estos ensambladores moleculares biológicos tienen también la capacidad de autorreplicarse, una propiedad central del concepto de ensambladores moleculares mecánicos que propone Drexler, y que son la base de muchas de las hipótesis de ciencia-ficción sobre los peligros de la Nanotecnologia, con un ejercito de nanorobots autorreplicantes invadiendo en mundo (sin ir más lejos este es el argumento de la por otra parte estupenda novela de Michael Crichton "Prey" ).



Desde un punto de vista estrictamente científico, creo que Drexler tiene una concepción excesivamente reduccionista y mecanicista de la química (algo parecido a lo que ocurría en la concepción de Feynman), lo que él llama explícitamente química basada en la mecánica como opuesta a la química tradicional basada en la síntesis, mientras que Smalley explica que las reacciones químicas requieren de mucha más complejidad que simplemente juntar moléculas potencialmente reactivas, en particular el entorno molecular adecuado es crucial en toda reacción química. Una segunda crítica para mi bien fundada de Smalley a las propuestas de Drexler es que incluso si estos nanorobots autorreplicantes fueran posibles, basados en estructuras orgánicas similares a las enzimas y los ribosomas, la naturaleza esencialmente biologica de estos restringirá enormemente la cantidad de compuestos químicos y por lo tanto de productos que los ensambladores podrán construir. Por ejemplo, solo podrán fabricar compuestos que pueden sintetizarse en un medio acuoso, esto es los productos orgánicos que son la base de la vida en palabras del propio Smalley: carne y huesos.



Si analizamos la cuestión desde la óptica de la política científica, desde mi punto de vista Smalley tiene razón en criticar los escenarios catastróficos de Drexler. Por supuesto Smalley está a favor de continuar profundamente las investigaciones en Nanotecnologia pero no cree que proponer mecanismos más propios de la ciencia ficción para llamar la atención del público sea la mejor manera para conseguir esta meta. La Nanotecnología es mucho más rica y llena de sorpresas y potenciales ventajas que el por ahora hipotético concepto de los ensambladores moleculares. En cierto sentido, el debate entre Drexler y Smalley es tanto una discusión entre teorías científicas y técnicas como sobre la percepción social adecuada del mundo de la Nanotecnologia, algo especialmente importante en un mundo donde la financiación pública de la investigación científica depende fuertemente de la percepción que el público tenga de la importancia de dicha ciencia.



2 commentaires:

Yuman Sayed-Ahmad Baraza a dit…

Hola, me he leído las cartas abiertas sobre este debate, y me ha parecido que ambos se empeñan en hablar en "idiomas" diferentes. Mientras que Drexler no se baja de su concepto mecánico para conseguir explicarle a Smalley sus argumentos, Smalley no se baja de su concepto químico. Quisiera decir que no estoy muy de acuerdo con tu conclusión "Desde un punto de vista estrictamente científico". Para mí Smalley se limita a hablar de química en lugar de mecánica como si la química fuese algo mágico y a decir que como en la naturaleza solo existen ensambladores que funcionan en agua nosotros no podrñiamos diseñar unos que no existiesen en agua. A este respecto me gustaría indicar que la química no es nada mágico y que en ultima instancia la química es física. Las moléculas se componen de partículas que se mueven unas respecto a otras en función de potenciales de energía, y lo mismo aplica a una reacción química. La química si que puede reducirse a mecánica (y dinámica) si no, la química sería magia. Dicho esto creo que Drexler si resuelve los argumentos con los que Smalley les ataca. Dices "Smalley explica que las reacciones químicas requieren de mucha más complejidad que simplemente juntar moléculas potencialmente reactivas, en particular el entorno molecular adecuado es crucial en toda reacción química." Drexler no lo niega, y lo que dice es que esos entornos (que tampoco son mágicos sino que también son moléculas) habría que tenerlos en cuenta y crearlos alrededor de las moléculas a ensamblar. De hecho las enzimas catalizan la reacciones con esta estrategia. Las enzimas funcionan en agua, pero muchas de las reacciones que hacen no podrían ocurrir en agua y para ello "envuelven" los reactivos con una ambiente hidrofóbico.También dices "Una segunda crítica para mi bien fundada de Smalley a las propuestas de Drexler es que incluso si estos nanorobots autorreplicantes fueran posibles, basados en estructuras orgánicas similares a las enzimas y los ribosomas, la naturaleza esencialmente biologica de estos restringirá enormemente la cantidad de compuestos químicos y por lo tanto de productos que los ensambladores podrán construir.". A este respecto me gustaría decir que el hecho de que solo conozcamos ensambladores que necesitan agua,no demuestra de ninguna forma que no puedan existir y que no podamos desarrollar ensambladores no acuosos. Además no estaría obligados a elegir entre ensambladores acuosos o no acuosos. Cada proceso de manufactura molecular deberá adaptarse a las condiciones que requiera ese "producto molecular". De la misma forma que una enzima que funciona en el estomago esta preparada para esas condiciones que son diferentes que las de una enzima que trabaje en una neurona.

Yuman Sayed-Ahmad Baraza a dit…

Incluso, Smalley dice que un ensamblador acuoso solo puede dar lugar a "carne y hueso" y no cosas como cobre y aluminio; pero no da ninguna explicación de porque. Parece ser que su única "explicación" es que como los ensambladores naturales acuosos que conocemos no lo hacen, no es posible que ningún ensamblador acusoso (aunque sea difente a estos) pueda hacerlo. Aunque esto no es una explicación, me gustaría mostrar que de hecho es erronea porque si existen nanomáquinas naturales capaces de enxamblar metales. Un ejemplo es la ferritina, una proteína que almacena hierro en forma de nanopartículas de hierro. De hecho esta proteína puede utilizarse como una forma de producir dichas nanopartículas.