Antes de que existiera un «metaverso», antes de que existieran los criptomillonarios, antes de que casi todos los niños en Estados Unidos quisieran ser influencers, lo más publicitado en tecnología era la «nanotecnología». “Nano-”, para aquellos a quienes les vendría bien un repaso, significa “una milmillonésima”, y la nanotecnología generalmente se refiere a materiales manipulados a escala atómica o molecular.
Durante décadas, los científicos informáticos y los físicos especularon que, en cualquier momento, la nanotecnología cambiaría por completo nuestras vidas, desencadenando una ola de inventos que salvarían a la humanidad. Las cosas no se han desarrollado como predijeron pero, silenciosamente, la revolución nanotecnológica está en marcha.
Puedes agradecer al microchip. Ingenieros y científicos están utilizando la misma tecnología perfeccionada durante décadas para fabricar microchips para crear una variedad de otras maravillas en miniatura, desde máquinas submicroscópicas hasta nuevos tipos de lentes. Estos artilugios a nanoescala se han integrado tanto en el tejido de nuestras vidas y en los dispositivos que llevamos en el bolsillo que parece que no nos hemos dado cuenta de que son ejemplos de la vida real de la revolución nanotecnológica que nos prometieron durante los últimos cincuenta años. siglo.
Entre los artículos de rutina que se han beneficiado de la nanotecnología: bolsas de aire, teléfonos celulares, radares, impresoras de inyección de tinta, proyectores domésticos y 5G y otras tecnologías inalámbricas rápidas. A la vuelta de la esquina, la nanotecnología podría habilitar cámaras ultra diminutas, así como una increíble variedad de otros tipos de sensores, capaces de detectar todo, desde la contaminación del aire y el hielo negro hasta los intentos de piratería y el cáncer de piel.
Parte de esta tecnología está incluso en el centro de la controversia actual sobre si las redes 5G de Estados Unidos podrían o no hacer que volar sea menos seguro.
Todo está todavía muy lejos de las predicciones pasadas más extravagantes sobre el futuro de la nanotecnología. No tenemos robots del tamaño de una molécula que patrullan nuestro torrente sanguíneo y reparan el daño, o fábricas microscópicas capaces de producir copias interminables de sí mismos hasta que el planeta entero se haya reducido a lo que al pionero de la nanotecnología Eric Drexler en la década de 1980 le preocupaba que no sería más que un «goo gris».
En un futuro más lejano, esta tecnología podría permitir la visión que el físico Richard Feynman expuso en su famosa conferencia de 1959 «Hay mucho espacio en el fondo», en la que planteó la hipótesis sobre una forma de construir estructuras tridimensionales, un átomo a la vez. hora. Lograr incluso una fracción de lo que propuso abriría posibilidades tentadoras, desde sensores que pueden detectar virus en el aire antes de que los inhalemos hasta computadoras cuánticas en nuestros bolsillos.
En la actualidad, crear nanomáquinas de la vida real significa capitalizar los cientos de miles de millones de dólares invertidos en perfeccionar la fabricación de microchips desde su introducción, también en 1959. La marcha de las empresas de chips para fabricar chips más rápidos y con mayor eficiencia energética ha llevado a la desarrollo de equipos increíblemente complicados y caros. Mediante el uso de los mismos tipos de máquinas, técnicas y “fabs”, como se conoce a las fábricas de microchips, los constructores de nanomáquinas pueden utilizar el progreso constante de la Ley de Moore para hacer que sus dispositivos sean cada vez más pequeños.
ASML, uno de los principales fabricantes mundiales de equipos que fabrican microchips, investiga y construye sus equipos pensando en sus principales clientes: los Intel, Samsung y TSMC del mundo, dice el CEO Peter Wennink. Pero también siempre ha tenido una división que trabaja con clientes que quieren hacer cosas distintas a los microchips convencionales, y diseña su tecnología para que pueda personalizarse según sus necesidades, agrega.
Estos incluyen sistemas microelectromecánicos, MEMS para abreviar, que representan un ejemplo clásico de máquinas diminutas hechas con equipos de fabricación de chips. Los MEMS se han vuelto radicalmente más pequeños a lo largo de las décadas.
Toma tu teléfono inteligente. Para transmitir y recibir las diferentes frecuencias de radio requeridas para comunicarse con las torres de telefonía celular o conectarse a su Wi-Fi o auriculares inalámbricos, debe filtrar toda la interferencia perdida que, más que nunca, afecta esas bandas de espectro.
Por lo tanto, utiliza pequeños filtros de radio sin los cuales ninguno de nuestros dispositivos inalámbricos podría funcionar. Donde los microchips y las antenas de radio son dispositivos estáticos, completamente de estado sólido, los filtros de radio de los que dependen realmente se mueven, dice George Holmes, director ejecutivo de Resonant, una empresa que fabrica los filtros. Vibran a la misma frecuencia que la señal que se va a recibir o transmitir, oa veces a la frecuencia que se va a filtrar, como un grupo de diminutos diapasones.
Un técnico ensambla un sistema para probar el filtro de radio ultrapequeño de Resonant para sistemas de comunicación inalámbrica 5G.
Foto:
Resonante
Eso significa que cuando su teléfono está en su escritorio, transmitiendo música a sus auriculares, hay docenas de pequeños elementos en el interior, la mayoría con forma de pequeños peines, que vibran miles de millones de veces por segundo. Funcionan precisamente porque son diminutos. Solo algo tan pequeño, que existe en una escala en la que los enlaces entre los átomos son mucho más fuertes en relación con el tamaño de un objeto, podría vibrar a estas frecuencias y no romperse en pedazos.
Del mismo modo, para que el radar de detección de tierra en los aviones funcione correctamente, tiene que filtrar la interferencia de, entre otras cosas, las redes de telefonía celular 5G de Estados Unidos que proliferan rápidamente. El problema, dice Holmes, es que los radares en aviones más antiguos se diseñaron y construyeron antes de que nadie supiera que las redes 5G existirían. Solucionar este problema podría ser costoso, ya que podría significar reemplazar o actualizar algunos de esos radares antiguos. El temor de las aerolíneas y la FAA es, en esencia, que por la falta de suficientes peines microscópicos que vibren a unos pocos cientos de millones o miles de millones de veces por segundo para desconectar una torre de telefonía celular cercana, un avión podría perderse.
Nuestros teléfonos también contienen muchos otros MEMS. El sistema que les permite a ellos (y a los relojes inteligentes y otros rastreadores de salud) conocer su orientación, así como la magnitud y dirección de su aceleración, no es más grande que un grano de arroz en la actualidad. Cuando se inventó e instaló por primera vez en la nave espacial Apolo, era más grande que una pelota de baloncesto. Sensores similares e igualmente diminutos indican a las bolsas de aire cuándo desplegarse. El sistema de espejos del tamaño de un glóbulo rojo que se mueven rápidamente y que hacen posibles los proyectores domésticos también son MEMS; lo mismo ocurre con las boquillas de las impresoras de inyección de tinta.
Otro ejemplo de nanomáquinas modernas manipula la luz en lugar de la electricidad. Se ha demostrado en el laboratorio que un nuevo tipo de lente, conocido como «metalens», es capaz de doblar y dar forma a la luz de maneras que solían requerir una pila completa de lentes convencionales, dice Juejun Hu, profesor asociado de ciencia de los materiales. en el MIT. La ventaja de los metalenses es que son delgados y casi planos, al menos a simple vista.
Bajo un microscopio electrónico, la superficie de un metalens parece una alfombra de felpa. A esta escala, el metalens está claramente cubierto con pilares minúsculos, cada uno de una milésima parte del ancho de un cabello humano, que sobresalen de su superficie. Esta textura permite que un metalens desvíe la luz de una manera análoga a la forma en que lo hacen las lentes convencionales. (La forma en que funcionan estas pequeñas «fibras» de silicio es lo suficientemente novedosa como para obligar a los físicos a repensar su comprensión de cómo interactúan la luz y la materia).
Un puñado de nuevas empresas está traduciendo la tecnología de metalens a aplicaciones comerciales. Entre ellos se encuentra Metalenz, que acaba de anunciar un acuerdo con el fabricante de semiconductores STMicroelectronics para fabricar sensores 3D para teléfonos inteligentes. Esta aplicación de metalenses podría permitir que una mayor variedad de fabricantes de teléfonos logren el tipo de detección 3-D que permite a Apple‘s
Tecnología de identificación facial.
Desbloquear su teléfono con su cara es solo el comienzo, dice el CEO de Metalenz, Robert Devlin. Los metalenses también tienen habilidades que pueden ser difíciles de reproducir con lentes convencionales. Por ejemplo, debido a que facilitan la detección de luz polarizada, pueden “ver” cosas que los lentes convencionales no pueden. Eso podría incluir la detección de niveles de contaminación lumínica, permitir que las cámaras de seguridad de los automóviles y los sistemas de conducción autónoma detecten el hielo negro y dar a las cámaras de nuestros teléfonos la capacidad de detectar el cáncer de piel, dice el Sr. Devlin.
Reducir aún más las nanomáquinas y llegar al límite teórico de la diminución, el punto en el que los humanos están manipulando átomos individuales, requerirá tecnologías radicalmente diferentes a las que usamos actualmente para fabricar incluso los microchips más avanzados, dice el Dr. Andrei Fedorov, profesor. en el Instituto de Tecnología de Georgia. Su equipo, entre otros, ha publicado investigaciones en las que utilizan haces de electrones para grabar patrones en láminas de grafeno y otros materiales bidimensionales, o para construir estructuras hechas de átomos de carbono encima de ellos.
El grafeno y sus afines ya son objeto de una intensa investigación como alternativa al silicio en los microchips del futuro. Pero el Dr. Fedorov dice que el futuro podría incluir la construcción de estructuras tridimensionales sobre láminas bidimensionales de grafeno. Ser capaz de hacerlo con precisión atómica podría permitir, entre otras cosas, crear el tipo de estructuras requeridas para la próxima generación de computadoras cuánticas ultrapotentes que los gobiernos y las empresas tecnológicas están tratando de construir.
La mayor parte de la investigación del Dr. Fedorov está respaldada por Semiconductor Research Corp., una organización sin fines de lucro patrocinada por casi todas las principales empresas de diseño y fabricación de chips avanzados del mundo, establecida a principios de la década de 1980 para realizar investigaciones fundamentales que algún día podrían usarse en la fabricación de productos electrónicos. Por lo tanto, no es inverosímil que la industria de los semiconductores, en su exploración de tecnologías que podrían llevarnos más allá de los límites de los microchips actuales, algún día pueda emplear técnicas iniciadas por su equipo o muchos otros que trabajan en tecnologías similares.
El objetivo final es la capacidad de usar un haz de electrones para eliminar, agregar o modificar rápidamente los átomos en una superficie. El resultado es un sistema que se asemeja a la impresión 3D, a escala atómica.
Cuando el Dr. Fedorov da charlas sobre su investigación, le cuenta a la audiencia lo que Richard Feynman propuso en 1959. “Digo, ‘Esta es la visión’, y luego digo, ‘Sesenta años después, nos dimos cuenta de la visión de Feynman. Ahora está en nuestras manos’”.
Para obtener más análisis, reseñas, consejos y titulares de WSJ Technology, suscríbase a nuestro boletín semanal.
Escribir a Christopher Mims en christopher.mims@wsj.com
Copyright ©2022 Dow Jones & Company, Inc. Todos los derechos reservados. 87990cbe856818d5eddac44c7b1cdeb8
Fuente: WSJ