Cualquier tipo de actividad humana está plagada de mitos. La nanotecnología, principal proyecto científico y tecnológico de nuestro tiempo, no es una excepción. Además, aquí la creación de mitos toca la esencia misma. La mayoría de las personas, incluso las pertenecientes a la comunidad científica, están convencidas de que la nanotecnología es, ante todo, la manipulación de átomos y la construcción de objetos ensamblándolos a partir de átomos. Este es el principal mito.
Los mitos científicos son dobles. Algunos se generan por lo incompleto de nuestro conocimiento de la naturaleza o la falta de información. Otros se crean deliberadamente para un propósito específico. En el caso de la nanotecnología, tenemos una segunda opción. Gracias a este mito y las consecuencias que se derivan de él, fue posible atraer la atención de los gobernantes y acelerar dramáticamente el lanzamiento del proyecto de Nanotecnología con un aumento autocatalítico de la inversión. En esencia, fue un poco de trampa, bastante aceptable según las reglas del juego al más alto nivel. El mito jugó su papel beneficioso como iniciador del proceso y felizmente fue olvidado en lo que respecta a la tecnología en sí.
Pero los mitos tienen una propiedad asombrosa: cuando nacen, comienzan a vivir sus propias vidas, mientras demuestran una vitalidad y longevidad asombrosas. Están tan firmemente arraigados en la mente de las personas que afectan la percepción de la realidad. Los procesos nanotecnológicos reales, tanto los proyectos extranjeros como los rusanos, contradicen fundamentalmente el mito, que crea confusión en sus cabezas (la mayoría de la gente todavía no entiende qué es la nanotecnología), el rechazo (¡estas no son nanotecnologías reales!) E incluso la negación de la nanotecnología. como tal.
Además del mito principal, la historia de la nanotecnología nos revela varios mitos acompañantes que estimulan a diferentes grupos de la población, dando lugar a esperanzas infundadas en unos y pánico en otros.
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El mito del padre fundador
El más inocuo de la serie de mitos es la atribución de Richard Feynman, experto en el campo de la teoría cuántica de campos y la física de partículas, como el padre fundador de la nanotecnología. Este mito surgió en 1992 cuando el profeta de la nanotecnología, Eric Drexler, se dirigió a un comité del Senado en una audiencia sobre "Nuevas tecnologías para el desarrollo sostenible". Para impulsar el proyecto de nanotecnología que había inventado, Drexler se refirió a la declaración del premio Nobel de Física, una autoridad inquebrantable a los ojos de los senadores.
Desafortunadamente, Feynman falleció en 1988 y, por lo tanto, no pudo confirmar ni negar esta afirmación. Pero si pudiera oírlo, lo más probable es que se reiría alegremente. No solo fue un físico destacado, sino también un bromista famoso. No es de extrañar que su libro autobiográfico llevara el título: "¡Por supuesto que está bromeando, Sr. Feynman!" En consecuencia, se aceptó el célebre discurso de Feynman en la cena de Nochevieja de la Sociedad Estadounidense de Física en el Instituto de Tecnología de California. Según los recuerdos de uno de los participantes de ese encuentro, el físico estadounidense Paul Schlickt: “La reacción del público, en general, se puede llamar alegre. La mayoría pensaba que el orador se estaba haciendo el tonto ".
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Pero las palabras: "Los principios de la física que conocemos no prohíben la creación de objetos" átomo por átomo ". La manipulación de átomos es bastante real y no viola ninguna ley de la naturaleza”, dijeron, esto es un hecho. El resto fue especulación sobre la miniaturización junto con predicciones futurológicas. Un cuarto de siglo después, algunas de las ideas de Feynman fueron desarrolladas “creativamente” por Eric Drexler y dieron lugar a los principales mitos de la nanotecnología. Además, a menudo volveremos a este discurso para recordar lo que realmente dijo Feynman y, al mismo tiempo, disfrutar de la claridad y las imágenes de las formulaciones del gran científico.
El mito de la tecnología inútil
Cuando creamos un objeto átomo por átomo, obviamente estamos aplicando tecnología sin desperdicios. La palabra "obviamente" se usa aquí en el sentido más primordial: cuando las personas, principalmente los funcionarios, miran imágenes que representan el proceso de manipulación de átomos, no ven ningún desperdicio, no hay pipas para fumar que contaminan la atmósfera y efluentes industriales que contaminan los cuerpos de agua. … Por defecto, está claro que arrastrar un átomo casi ingrávido a unos pocos nanómetros de distancia requiere una pequeña cantidad de energía. En general, la tecnología ideal para el "desarrollo sostenible", un concepto que fue extremadamente popular en los años 90 del siglo pasado.
La cuestión de dónde provienen los átomos para el ensamblaje es casi indecente. Naturalmente, desde el almacén, desde donde probablemente sean entregados por coches eléctricos respetuosos con el medio ambiente. La inmensa mayoría de la población tiene poca idea de dónde proviene. Por ejemplo, los materiales con los que se fabrican diversos productos industriales, que consumimos en cantidades cada vez mayores. La conexión de estos productos con la industria química no es visible. La química como ciencia es aburrida y no muy necesaria, y la industria química, como ciertamente dañina para el medio ambiente, debe cerrarse.
Entre otras cosas, la industria química, en opinión de la mayoría, es un desperdicio depredador de recursos naturales, que utiliza petróleo, gas, menas y minerales para sus procesos. Y para la nueva tecnología, como imaginan sus adherentes, solo se necesitan átomos: en esta sección del almacén almacenamos átomos de oro, en la siguiente, átomos de hierro, luego átomos de sodio, átomos de cloro … En general, toda la tabla periódica de Mendeleev. Nos vemos obligados a decepcionar a los autores de esta imagen idílica: los átomos mismos, con la excepción de los átomos de los gases inertes, existen sólo en el vacío. En todas las demás condiciones, interactúan con su propia especie u otros átomos, en interacción química con la formación de compuestos químicos. Esta es la naturaleza de las cosas y no se puede hacer nada al respecto.
Cualquier tecnología requiere algunas adaptaciones, medios de producción, que también escapan a la atención de los apologistas de ensamblar objetos a partir de átomos. Sin embargo, a veces por el contrario, atraen su atención y las sacuden hasta la médula. De hecho, los microscopios de túnel y de potencia son dispositivos hermosos, una evidencia visible del poder de la mente humana. Y en general, los laboratorios en los que se dedican a la manipulación de átomos son una imagen de las tecnologías del futuro en el espíritu de la "Tercera Ola" de Alvin Toffler: las llamadas salas blancas con aire acondicionado y purificación especial de aire, dispositivos que excluyen la más mínima vibración, un operador con indumentaria especial con título universitario en bolsillo.
¿Todo esto también se recogerá de los átomos sin desperdicio? ¿Incluyendo cimientos, paredes y techos? Creemos que incluso los más fervientes seguidores de esta tecnología no se atreverán a responder afirmativamente a esta pregunta.
La humanidad algún día creará tecnologías ecológicas y sin residuos, pero se basarán en principios diferentes o en una técnica fundamentalmente diferente.
El mito de la nanomáquina
En realidad, inicialmente se trataba de una técnica diferente. La idea de que es necesario tener un manipulador del tamaño adecuado para diseñar a nanoescala es obvia. Así es como Richard Feynman vio la implementación de esta idea:
“Supongamos que hice un juego de diez brazos manipuladores, los reduje cuatro veces y los conecté con cables a las palancas de control originales, de modo que estos brazos sigan mis movimientos de manera simultánea y precisa. Luego, volveré a fabricar un juego de diez brazos de un cuarto de tamaño. Naturalmente, los primeros diez manipuladores producirán 10x10 = 100 manipuladores, sin embargo, reducido por un factor de 16 …
Nada nos impide continuar con este proceso y crear tantas máquinas diminutas como queramos, ya que esta producción no tiene restricciones relacionadas con la colocación de las máquinas y su consumo de material … Está claro que esto inmediatamente elimina el problema del costo de los materiales. En principio, podríamos organizar millones de fábricas en miniatura idénticas, en las que pequeñas máquinas perforarían continuamente, estamparían piezas, etc."
Este enfoque es una implementación sencilla de la idea de crear dispositivos en miniatura. Aunque con muchas restricciones, funciona a nivel micro, como lo demuestran los llamados dispositivos microelectromecánicos. Se utilizan en sistemas para desplegar airbags en automóviles en caso de accidentes, en impresoras láser y de inyección de tinta, en sensores de presión, en aires acondicionados domésticos y en indicadores de nivel de combustible en un tanque de gasolina, en marcapasos y en joysticks para videoconsolas. Mirándolos bajo un microscopio, veremos los engranajes y ejes, cilindros y pistones, resortes y válvulas, espejos y microcircuitos que nos son familiares.
Pero los nanoobjetos tienen propiedades diferentes a las de los macro y microobjetos. Si encontramos una manera de reducir proporcionalmente el tamaño de los transistores de los actuales 45-65 nm a 10 nm, entonces simplemente no funcionarán, porque los electrones comenzarán a hacer un túnel a través de la capa aislante. Y los cables de conexión se adelgazarán hasta formar una cadena de átomos, que conducirán la corriente de manera diferente a las muestras masivas y comenzarán a dispersarse hacia los lados debido al movimiento térmico o, por el contrario, se juntarán en un montón, olvidándose de la tarea de mantener el contacto eléctrico.
Lo mismo se aplica a las propiedades mecánicas. A medida que disminuye el tamaño, aumenta la relación entre el área de la superficie y el volumen y cuanto mayor es la superficie, mayor es la fricción. Los nanoobjetos se adhieren literalmente a otros nanoobjetos oa superficies, que para ellos, por su propia pequeñez, parecen lisas. Este es un rasgo útil para un gecko que camina con facilidad sobre una pared vertical, pero extremadamente perjudicial para cualquier dispositivo que necesite montar o deslizarse sobre una superficie horizontal. Para moverlo simplemente de su lugar, tendrá que gastar una cantidad desproporcionada de energía.
Por otro lado, la inercia es pequeña, el movimiento se detiene rápidamente. No es difícil hacer un nanopéndulo: unir una partícula de oro de unos pocos nanómetros de diámetro a un nanotubo de carbono de 1 nm de diámetro y 100 nm de longitud y suspenderlo de una placa de silicio. Pero este péndulo, si lo balancea en el aire, se detendrá casi de inmediato, porque incluso el aire es un obstáculo importante para él.
Los nanoobjetos, como se suele decir, tienen una gran resistencia al viento y, en general, es fácil engañarlos. Muchos, probablemente, observaron el movimiento browniano en un microscopio: lanzamiento aleatorio de una pequeña partícula sólida en agua. Albert Einstein en 1905 explicó la razón de este fenómeno: las moléculas de agua, que están en constante movimiento térmico, golpean la superficie de la partícula, y la fuerza no compensada de los impactos de diferentes lados hace que la partícula adquiera impulso en una dirección u otra. Si una partícula de 1 micrón de tamaño detecta la fuerza de los impactos de moléculas pequeñas y cambia la dirección del movimiento, entonces, ¿qué podemos decir de una partícula de 10 nm, que pesa un millón de veces menos y para la cual la relación peso / superficie es 100 veces menor?
No obstante, en la literatura científica y de divulgación científica, especialmente en publicaciones de medios, se encuentran constantemente descripciones de nanocopia de diversas piezas mecánicas, engranajes, llaves, ruedas, ejes e incluso cajas de cambios. Se supone que se utilizarán para crear modelos de trabajo de nanomáquinas y otros dispositivos. No tomes estos trabajos con excesiva seriedad, condenando, maravillando o admirando. "Personalmente estoy convencido de que los físicos podemos resolver este tipo de problemas sólo por diversión", dijo Richard Feynman. Los físicos bromean …
De hecho, son plenamente conscientes del hecho de que para crear dispositivos nanomecánicos o nanoelectromecánicos, es necesario utilizar enfoques de diseño que difieran de los macro y microanálogos. Y aquí, para empezar, ni siquiera necesitas inventar nada, porque a lo largo de miles de millones de años de evolución, la naturaleza ha creado tantas máquinas moleculares diferentes que diez años no serán suficientes para que todos entendamos, copiemos, nos adaptemos a nuestras necesidades e intentemos mejorar algo.
El ejemplo más famoso de motor molecular natural es el llamado motor flagelar bacteriano. Otras máquinas biológicas proporcionan contracción muscular, latidos del corazón, transporte de nutrientes y transporte de iones a través de la membrana celular. La eficiencia de las máquinas moleculares que convierten la energía química en trabajo mecánico se acerca en muchos casos al 100%. Al mismo tiempo, son extremadamente económicos, por ejemplo, menos del 1% de los recursos energéticos de la celda se gastan en el funcionamiento de motores eléctricos que aseguran el movimiento de bacterias.
Me parece que el enfoque biomimético descrito (del latín "bios" - vida y "mimetis" - imitación) es la forma más realista de crear dispositivos nanomecánicos y una de esas áreas donde la colaboración de físicos y biólogos en el campo de la nanotecnología puede traer resultados tangibles.
El mito del nanorobot
Supongamos que hemos creado un boceto de un nanodispositivo en papel o en la pantalla de una computadora. ¿Cómo recopilarlo, y preferiblemente no en una sola copia? Puede, siguiendo a Feynman, crear "máquinas diminutas que perforarían continuamente, estamparían piezas, etc." y manipuladores en miniatura para ensamblar el producto terminado. Estos manipuladores deben ser controlados por una persona, es decir, deben contar con algún tipo de equipo macroscópico, o al menos actuar según un programa dado por una persona. Además, es necesario observar de alguna manera todo el proceso, por ejemplo, utilizando un microscopio electrónico, que también tiene macro dimensiones.
Una idea alternativa fue presentada en 1986 por el ingeniero estadounidense Eric Drexler en el bestseller futurológico "Machines of Creation". Habiendo crecido, como todas las personas de su generación, en los libros de Isaac Asimov, propuso usar máquinas mecánicas de tamaños apropiados (100-200 nm): nanorobots para la producción de nanodispositivos. Ya no se trataba de perforar y perforar, estos robots tenían que ensamblar un dispositivo directamente a partir de átomos, por lo que se les llamó ensambladores - ensambladores. Pero el enfoque siguió siendo puramente mecánico: el ensamblador estaba equipado con manipuladores de varias decenas de nanómetros de largo, un motor para mover los manipuladores y el propio robot, incluidas las cajas de engranajes y transmisiones mencionadas anteriormente, así como una fuente de energía autónoma. Resultó que el nanorobot debería constar de varias decenas de miles de partes,y cada detalle está formado por uno o doscientos átomos.
El problema de visualizar átomos y moléculas de alguna manera desapareció imperceptiblemente, parecía bastante natural que un nanorobot que opera con objetos de tamaño comparable los “vea” como una persona ve un clavo y un martillo con el que clava este clavo en una pared.
La unidad más importante del nanobot era, por supuesto, la computadora de a bordo, que controlaba el funcionamiento de todos los mecanismos, determinaba qué átomo o qué molécula debía ser capturada por el manipulador y dónde colocarlos en el futuro dispositivo. Las dimensiones lineales de esta computadora no deberían haber excedido los 40-50 nm; este es exactamente el tamaño de un transistor logrado por la tecnología industrial de nuestro tiempo, 25 años después de que Drexler escribiera su libro "Máquinas de creación".
Pero Drexler también dirigió su libro al futuro, al futuro lejano. En el momento de escribir este artículo, los científicos aún no han confirmado ni siquiera la posibilidad fundamental de manipular átomos individuales, por no mencionar el ensamblaje de al menos algunas estructuras a partir de ellos. Esto sucedió solo cuatro años después. El dispositivo que se usó para esto por primera vez y todavía se usa hoy en día, el microscopio de túnel, tiene dimensiones bastante tangibles, decenas de centímetros en cada dimensión, y es controlado por una persona que usa una computadora poderosa con miles de millones de transistores.
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La idea onírica de nanorobots que ensamblan materiales y dispositivos a partir de átomos individuales fue tan hermosa y atractiva que este descubrimiento solo la hizo convincente. Menos de unos años después, los senadores de los Estados Unidos, periodistas alejados de la ciencia, creyeron en ella, y con su sumisión, el público y, sorprendentemente, el propio autor, que siguió defendiéndola incluso cuando se le explicó claramente que la idea era irrealizable en principio. … Hay muchos argumentos en contra de tales dispositivos mecánicos, solo citaremos el más simple presentado por Richard Smalley: un manipulador que "capturó" un átomo se conectará con él para siempre debido a la interacción química. Smalley era un premio Nobel de química, que debe haber sido el caso.
Pero la idea siguió viviendo su propia vida y ha sobrevivido hasta el día de hoy, volviéndose notablemente más complicada y complementada con varias aplicaciones.
El mito de los nanorobots médicos
El mito más popular es que hay millones de nanorobots que merodearán por nuestros cuerpos, diagnosticarán el estado de varias células y tejidos, repararán averías con un nanobisturí, disecarán y desmantelarán las células cancerosas, acumularán tejido óseo mediante el ensamblaje de átomos, rasparán las placas de colesterol con una nanocapa. Romper selectivamente las sinapsis responsables de los recuerdos desagradables. Y también informar sobre el trabajo realizado transmitiendo mensajes como: “Alex a Eustace. Daño revelado a la válvula mitral. Se eliminó la rotura ". Es este último el que causa una gran preocupación pública, porque se trata de la divulgación de información privada: el mensaje del nanorobot puede ser recibido y descifrado no solo por un médico, sino también por personas externas. Esta preocupación confirmaque en todo lo demás la gente cree incondicionalmente. Como en los nanorobots-espías, en el "polvo inteligente", que entrará en nuestros apartamentos, nos observará, escuchará nuestras conversaciones y volverá a transmitir los materiales de vídeo y audio recibidos a través de un nanotransmisor con nanoantena. O en nanobots asesinos que golpean a las personas y la tecnología con nanopaisajes, tal vez incluso nucleares.
Lo más sorprendente es que se puede crear casi todo lo descrito (y ya se ha creado algo). Y sistemas de diagnóstico invasivos que informan del estado del cuerpo, fármacos que actúan sobre determinadas células y sistemas que limpian nuestros vasos de placas ateroscleróticas, crecimiento óseo y borrado de recuerdos, sistemas invisibles de seguimiento remoto y "polvo inteligente".
Sin embargo, todos estos sistemas del presente y del futuro no tienen ni tendrán nada que ver con nanobots mecánicos en el espíritu de Drexler, con la excepción del tamaño. Serán creados conjuntamente por físicos, químicos y biólogos, científicos que trabajan en el campo de la ciencia sintética denominada nanotecnología.
El mito del método físico de síntesis de sustancias
En su conferencia, Richard Feynman, sin saberlo, traicionó el eterno sueño secreto de los físicos:
“Y finalmente, pensando en esta dirección (la posibilidad de manipular átomos. - GE), llegamos a los problemas de síntesis química. Los químicos vendrán a nosotros, los físicos, con órdenes específicas: "Escucha, amigo, ¿no harás una molécula con tal o cual distribución de átomos?" Los propios químicos utilizan operaciones y técnicas complejas e incluso misteriosas para preparar moléculas. Por lo general, para sintetizar la molécula deseada, deben mezclar, agitar y procesar varias sustancias durante un tiempo bastante largo. Tan pronto como los físicos creen un dispositivo capaz de operar con átomos individuales, toda esta actividad se volverá innecesaria … Los químicos ordenarán la síntesis y los físicos simplemente "pondrán" los átomos en el orden correcto ".
Los químicos no sintetizan una molécula; los químicos obtienen una sustancia. La sustancia, su producción y transformación es un tema de la química, hasta el día de hoy misterioso para los físicos.
Una molécula es un grupo de átomos, no solo dispuestos en el orden correcto, sino también conectados por enlaces químicos. Un líquido transparente, en el que hay un átomo de oxígeno por dos átomos de hidrógeno, puede ser agua o puede ser una mezcla de hidrógeno líquido y oxígeno (atención: ¡no mezclar en casa!).
Supongamos que de alguna manera logramos juntar un grupo de ocho átomos: dos átomos de carbono y seis átomos de hidrógeno. Para un físico, este grupo probablemente será una molécula de etano C2H6, pero un químico señalará al menos dos posibilidades más de combinar átomos.
Suponga que queremos obtener etano ensamblando a partir de átomos. ¿Cómo puedo hacer eso? ¿Por dónde empezar: mover dos átomos de carbono o unir un átomo de hidrógeno a un átomo de carbono? Una pregunta delicada, incluso para el autor. El problema es que los científicos hasta ahora han aprendido a manipular átomos, en primer lugar, pesados y, en segundo lugar, no muy reactivos. Las estructuras bastante complejas se ensamblan a partir de átomos de xenón, oro y hierro. No está del todo claro cómo manejar los átomos ligeros y extremadamente activos de hidrógeno, carbono, nitrógeno y oxígeno. Así que con el ensamblaje atómico de proteínas y ácidos nucleicos, del que algunos autores hablan como un asunto prácticamente resuelto, habrá que esperar.
Hay una circunstancia más que limita significativamente las perspectivas del método de síntesis "físico". Como ya se mencionó, los químicos no sintetizan una molécula, sino que obtienen una sustancia. La sustancia consta de una gran cantidad de moléculas. 1 ml de agua contiene ~ 3x1022 moléculas de agua. Tomemos un objeto más familiar para la nanotecnología: el oro. Un cubo de oro de 1 cm3 contiene ~ 6x1022 átomos de oro. ¿Cuánto tiempo lleva ensamblar un cubo de átomos así?
Hasta el día de hoy, trabajar en un microscopio de fuerza atómica o de túnel es parecido al arte, no es sin razón que requiere una educación especial y muy buena. Trabajo manual: engancha el átomo, arrástralo al lugar correcto, evalúa el resultado intermedio. Aproximadamente tan rápido como un ladrillo. Para no asustar al lector con números inconcebibles, supongamos que hemos encontrado una manera de mecanizar e intensificar de alguna manera el proceso y que podemos apilar un millón de átomos por segundo. En este caso, pasaremos dos mil millones de años para ensamblar un cubo de 1 cm3, aproximadamente lo mismo que le tomó a la naturaleza para crear todo el mundo viviente y a nosotros mismos como la corona de la evolución por prueba y error.
Por eso Feynman habló de los millones de "fábricas", sin valorar, sin embargo, su posible productividad. Es por eso que incluso un millón de nanorobots que se escabullen dentro de nosotros no resolverá el problema, porque no tendremos suficiente vida para esperar el resultado de sus labores. Es por eso que Richard Smalley instó a Eric Drexler a excluir cualquier mención de "máquinas de creación" de hablar en público, para no engañar al público con esta tontería anticientífica.
Entonces, ¿podemos acabar con este método de obtención de sustancias, materiales y dispositivos? No, en absoluto.
En primer lugar, se puede utilizar la misma técnica para manipular bloques de construcción sustancialmente más grandes, como nanotubos de carbono, en lugar de átomos. Esto elimina el problema de los átomos ligeros y reactivos, y la productividad aumentará automáticamente de dos a tres órdenes de magnitud. Esto, por supuesto, es todavía muy poco para una tecnología real, pero con este método, los científicos ya están produciendo copias únicas de los nanodispositivos más simples en los laboratorios.
En segundo lugar, se pueden imaginar muchas situaciones en las que la introducción de un átomo, una nanopartícula o incluso el impacto físico de la punta de un microscopio de túnel inicia el proceso de autoorganización, transformaciones físicas o químicas en el medio. Por ejemplo, una reacción en cadena de polimerización en una película delgada de materia orgánica, cambios en la estructura cristalina de una sustancia inorgánica o la conformación de un biopolímero en una cierta vecindad del punto de impacto. El escaneo de superficies de alta precisión y la exposición repetida permitirán crear objetos extendidos caracterizados por una nanoestructura regular.
Y finalmente, este método se puede utilizar para obtener muestras únicas: plantillas para una mayor propagación por otros métodos. Digamos un hexágono hecho de átomos de metal o una sola molécula. Pero, ¿cómo multiplicar una sola molécula? Imposible, dices, esto es una especie de fantasía acientífica. ¿Porqué entonces? La naturaleza sabe perfectamente cómo crear copias múltiples y absolutamente idénticas tanto de moléculas individuales como de organismos completos. Esto se denomina comúnmente clonación. Incluso las personas que están lejos de la ciencia, pero que han visitado un laboratorio de diagnóstico médico moderno al menos una vez, han oído hablar de la reacción en cadena de la polimerasa. Esta reacción le permite multiplicar un solo fragmento de la molécula de ADN, extraído de material biológico o sintetizado artificialmente por medios químicos. Para hacer esto, los científicos usan "máquinas moleculares" creadas por la naturaleza: proteínas y enzimas.¿Por qué no podemos hacer máquinas similares para clonar moléculas distintas de los oligonucleótidos?
Me atrevería a parafrasear un poco a Richard Feynman: “Los principios de la química que conocemos no prohíben la clonación de moléculas individuales. La "reproducción" de moléculas según una muestra es bastante real y no viola ninguna ley de la naturaleza ".
El mito de la sustancia pegajosa gris
La consideración elemental de la productividad extremadamente baja (en términos de masa) de los nanorobots, naturalmente, no pasó por alto a Eric Drekeler. Había otros problemas en el mundo de las "máquinas de creación" que nosotros, por falta de espacio, no discutimos en detalle. Por ejemplo, control de calidad, dominio del lanzamiento de nuevos productos y fuentes de materias primas, dónde y cómo aparecen los átomos en el "almacén". Para resolver estos problemas, Drexler introdujo dos tipos más de dispositivos en el concepto.
El primero son los desmontadores, las antípodas de los coleccionistas. El desensamblador, en particular, debe estudiar la estructura de un nuevo objeto, anotando su estructura atómica en la memoria de la nanocomputadora. ¡No un dispositivo, sino el sueño de un químico! A pesar de todos los avances en la tecnología de investigación moderna, no "vemos" todos los átomos, por ejemplo, en una proteína. Es posible establecer la estructura exacta de una molécula solo si, junto con millones de otras moléculas similares, forma un cristal. Luego, utilizando el método de análisis estructural de rayos X, podemos determinar la ubicación exacta, hasta milésimas de nanómetro, de todos los átomos en el espacio. Este es un procedimiento laborioso que requiere mucho tiempo y equipo voluminoso y costoso.
El segundo tipo de dispositivo es el creador o replicador. Sus principales tareas son la producción en línea de colectores y el montaje de replicadores similares, es decir, la reproducción. Tal como los concibió su creador, los replicadores son dispositivos mucho más complejos que simples ensambladores; deben estar formados por cientos de millones de átomos (dos órdenes de magnitud más pequeños que en una molécula de ADN) y, en consecuencia, tener un tamaño de aproximadamente 1000 nm. Si la duración de su replicación se mide en minutos, entonces, multiplicando exponencialmente, crearán billones de replicadores por día, producirán cuatrillones de ensambladores especializados que comenzarán a ensamblar macroobjetos, casas o cohetes.
Es fácil imaginar una situación en la que el funcionamiento del sistema pasará a un modo de producción por el bien de la producción, la acumulación desenfrenada de medios de producción: los propios nanorobots, cuando toda su actividad se reduce a un aumento de su propia población. Tal es el alboroto de las máquinas en la era de la nanotecnología. Para su propia construcción, los nanorobots solo pueden obtener átomos del entorno, por lo que los desmanteladores comenzarán a desmontar en átomos todo lo que caiga bajo sus tenaces manipuladores. Como resultado, después de un tiempo, toda la materia y, lo que es más molesto para nosotros, la biomasa se convertirá en un montón de nanorobots, en “limo gris”, como Eric Drexler lo llamó figurativamente.
Cada nueva tecnología genera escenarios del inevitable fin del mundo, debido a su implementación y distribución. El mito de la sustancia pegajosa gris es solo históricamente el primer escenario de este tipo asociado con la nanotecnología. Pero es muy imaginativo, por eso los periodistas y cineastas lo quieren tanto.
Afortunadamente, tal escenario no es posible. Si, a pesar de todo lo anterior, todavía cree en la posibilidad de ensamblar algo esencial a partir de átomos, considere dos circunstancias. En primer lugar, los replicadores descritos por Drexler carecen de la complejidad para crear dispositivos similares. Cien millones de átomos no son suficientes ni siquiera para crear una computadora que controle el proceso de ensamblaje, ni siquiera para la memoria. Si asumimos lo inalcanzable, que cada átomo lleva un bit de información, entonces el volumen de esta memoria será de 12,5 megabytes, y esto es muy poco. En segundo lugar, los replicadores tendrán problemas con las materias primas. La composición elemental de los dispositivos electromecánicos es fundamentalmente diferente de la composición de los objetos ambientales y, en primer lugar, de la biomasa. Encontrar, extraer y entregar átomos de los elementos necesarios, que requieren una gran inversión de tiempo y energía,- eso es lo que determinará la tasa de reproducción. Si proyecta la situación en un tamaño macro, entonces esto es lo mismo que ensamblar una máquina a partir de materiales que se deben encontrar, extraer y luego entregar desde varios planetas del sistema solar. La falta de recursos vitales limita la propagación desenfrenada de cualquier población, mucho más adaptada y perfecta que los míticos nanorobots.
Conclusión
La lista de mitos continúa. El mito de la nanotecnología como locomotora de la economía es digno de un artículo aparte. Anteriormente en el artículo "La nanotecnología como idea nacional" (ver "Química y vida", 2008, N3), intentamos disipar el mito de que la Iniciativa Nacional de Nanotecnología de los Estados Unidos es un proyecto puramente tecnológico.
La historia canónica de la nanotecnología también es un mito, cuyo evento clave es la invención del microscopio electrónico de efecto túnel. Esto último es fácil de explicar. “La historia la escriben los ganadores”, y el proyecto global denominado “Nanotecnología”, que define en gran medida el rostro (y la financiación) de la ciencia moderna, ha penetrado en los físicos. Por lo que todos, investigadores que trabajamos en este campo y otros afines, expresamos nuestro infinito agradecimiento a los físicos.
Los mitos han jugado un papel positivo, han generado entusiasmo y atraído la atención de la élite política y económica, así como del público, hacia la nanotecnología. Sin embargo, en la etapa de implementación práctica de la nanotecnología, es hora de olvidar estos mitos y dejar de repetirlos de artículo en artículo, de libro en libro. Después de todo, los mitos obstaculizan el desarrollo, establecen puntos de referencia y objetivos equivocados, dan lugar a malentendidos y temores. Y por último, es necesario escribir una nueva historia de la nanotecnología, una nueva ciencia del siglo XXI, un campo de las ciencias naturales que une la física, la química y la biología.
G. V. Erlikh, Doctor en Ciencias Químicas
