miércoles, mayo 29, 2019

Manipular átomos con un haz de electrones.

La nanotecnología tiene la capacidad de crear y manipular materiales al nivel más básico, fabricando dispositivos átomo a átomo con un control preciso. Científicos del MIT(Estados Unidos), de la Universidad de Viena(Austria), de la Universidad de la Academia China de Cienciasde la Universidad de Aarhus(Dinamarca), de la Universidad de Sichuan(China), de la Escuela Politécnica Nacional(Ecuador), del Instituto de Tecnología de Massachusetts(Estados Unidos) y del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (EE. UU) han dado un paso en esa dirección, al desarrollar un método que puede reposicionar los átomos con un haz de electrones altamente enfocado para controlar su ubicación exacta. El hallazgo puede  conducir a nuevas formas de hacer dispositivos de computación cuántica e iniciar una nueva era de innovación a través de la manipulación atómica. 
Átomo de P inserto en grafeno. MIT News(cortesía investigadores) 
 
El artículo Engineering single-atom dynamics with electron irradiation se publicó en la revista Science Advances el 17 de mayo del 2019. El objetivo de la investigación es controlar uno a uno cientos de átomos, sus posiciones,  su estado de carga y sus estados de giro electrónicos y nucleares. En los artículos precedentes se  manipularon las posiciones de los átomos individuales con la punta “aguja” de un microscopio de efecto túnel para luego dejarlos caer en la posición deseada; un proceso lento. El nuevo manipula los átomos mediante un haz de electrones en un microscopio electrónico de transmisión de barrido(STEM), por lo que puede controlarse de forma totalmente electrónica mediante lentes magnéticas y no requiere partes mecánicas en movimiento. Eso lo hace potencialmente mucho más apto para aplicaciones rápidas. Usando controles electrónicos e inteligencia artificial permite manipular los átomos en escalas de tiempo de microsegundos; menor en muchos órdenes de magnitud con relación a la actual. Además, es posible tener muchos haces de electrones trabajando simultáneamente en la misma pieza de material. Los chips de las computadoras se fabrican mediante el "dopaje" de un cristal de silicio con otros átomos necesarios para conferir propiedades eléctricas específicas, creando así "defectos" en el material y regiones sin la estructura cristalina perfectamente ordenada. En el proceso no podía controlarse con precisión atómica dónde se ubican esos átomos dopantes; en cambio con el nuevo sistema se logra el posicionamiento exacto. La potencia del haz de electrones con un enfoque muy estrecho, casi tan ancho como un átomo, hace que un átomo salga de su posición y, al seleccionar el ángulo exacto del haz, los investigadores pueden determinar su lugar más probable. La inserción de impurezas y generación de defectos en una red cristalina constituyen  el corazón de la industria electrónica. A medida que los dispositivos de estado sólido se hacen más pequeños, hasta el tamaño del nanómetro, se vuelve cada vez más importante saber con precisión dónde se encuentra un solo átomo o el defecto producido por la impureza y cuáles son sus entornos atómicos. La investigación responde al objetivo extremadamente desafiante de disponer de un método escalable para manipular de forma controlada o colocar átomos individuales en las ubicaciones deseadas, así como predecir con precisión qué efecto tendrá esa ubicación en el rendimiento del dispositivo. 

El método desarrollado es mucho más que jugar al fútbol con los átomos, constituye  un nuevo y emocionante paradigma nanotecnológico.

Lectura complementaria:

Ley de Economía del Conocimiento.

La Nanotecnología ocupa un lugar central en la reciente Ley de Economía del Conocimiento (Argentina) que apunta a crear 215.000 puestos de trabajo de calidad y generar 15.000 millones de dólares en exportaciones anuales para 2030.
 


lunes, abril 30, 2018

BioNanoarquitectura.

La premisa sustentada por la Bionanoarquitectura es que la vida responde mejor a diseños y materiales concordantes con la preservación de la naturaleza de los habitantes y de la naturaleza del medio, de modo de hacer más armónica y sustentable la existencia.
Un punto de inflexión dentro de la biotecnología moderna se produce con la presentación en el año 2000 de los datos del Proyecto Genoma Humano. El conocimiento del mapa genético humano ha brindado por primera vez en la historia la posibilidad de disponer del acervo genético como materia prima básica de la actividad socioeconómica del presente y del futuro. El conocimiento del genoma humano, desde el nacimiento, permitirá detectar nuestra tendencia genética a cierto tipos de actitudes-enfermedades para las cuales se deben adaptar las características de las viviendas y no forzar al individuo a los diseños arquitectónicos contra su natural tendencia genética.
Con el transcurso del tiempo se comprendió la necesidad de conocer un aspecto complementario de nuestro genoma. En las distintas partes del ser humano existen microorganismos tales como bacterias y hongos desarrollados en una relación íntima con el cuerpo. Ellos superan aproximadamente en 100 veces la cantidad de nuestras propias células. La sociedad formada por los microorganismos y los humanos produce un beneficio mutuo. El estudio global de secuenciación del genoma de la comunidad de microorganismos presentes en la microflora se centra en un nuevo campo biotecnológico: la metagenómica humana. Su propósito es proporcionar una visión amplia centrada en el descubrimiento de genes de interés especial en las comunidades microbianas relacionados con nuestro estado de salud y enfermedad. En la actualidad, el proyecto del microbioma humano se suma al del genoma humano ampliando de ese modo el acervo genético referencial sobre estado de salud de una persona en relación con su medio. La microflora humana es la interfase con la microflora de nuestro hábitat, susceptible a los grandes cambios medioambientales producto de la actividad del hombre.
Pantalla de "vidrio" nanotecnológica 3D TV.
 La nanotecnología nos puede ayudar a mantener un hábitat equilibrado a través de la utilización de nanomateriales tendientes a lograr un máximo aprovechamiento de los recursos naturales sin desequilibrios que repercutan en la metagenómica del lugar y en definitiva en su fino equilibrio con nuestra salud. También la nanotecnología puede dar respuesta a múltiples necesidades ambientales y a ciertos genes vinculados con distintas problemáticas humanas usuales (ansiedad, depresión, stress, abatimiento, etc.).
Sólo citaremos unos pocos ejemplos. Pinturas nanotecnológicas con cierta especifidad antibacteriana destinadas a eliminar microorganismos que puedan afectar la bioflora normal. Pinturas adicionadas con nanoesferas cerámicas capaces de disminuir la conducción térmica aumentando la capacidad reflectiva de las superficies mejorando la aislación de la vivienda y por ende disminuyendo el consumo de energía destinada para refrigerar o calefaccionar en un 20%. Pinturas, para ansiosos,  que cambian el color de la pared durante el día según el ángulo de incidencia de la luz. Desde lo ambiental, la nanotecnología, también permite construir paneles solares diurnos más eficientes, paneles solares nocturnos hechos con nanocristales nanométricos capaces de absorber y funcionar con la radiación infrarroja que durante la noche se refleja desde las nubes (efecto invernadero) y pintura catalítica  capaz de convertir el monóxido de carbono a dióxido de carbono.
Imaginemos que pronto, alguien que viva en un departamento muy pequeño, en condiciones contrarias a su tendencia natural, podrá tener una pantalla girante muy finita en su pared (tipo OLED) y le bastara con seleccionar dónde quiere estar (servicio de nanocámaras incluido). Tomando una cerveza (en su departamento) pero mirando en tiempo real el entorno en el bar Palentino en Madrid, o tomar un café mirando a su alrededor o por una ventana la gente pasar en tiempo real en el café Tortoni de Buenos Aires,  o almorzar mirando las cataratas del Niágara desde Estados Unidos o Canadá o el rompimiento del glaciar Perito Moreno en la provincia de Santa Cruz (Argentina),...
Conocer nuestro genoma hará posible detectar nuestra tendencia a ciertos entornos compatibles; a una arquitectura centrada en las necesidades genéticas individuales de modo de que la nurtura respete a la natura, no imponiéndole una adaptación artificial tras la apariencia de un forzado equilibrio condenado al fracaso emocional. La interacción dinámica entre la nanotecnología y la biotecnología nos dará las herramientas necesarias para la comprensión profunda e integral del ser humano y nos brindará herramientas para incidir subjetiva y objetivamente en el arte y la técnica de la construcción. 
La producción arquitectónica basada en la biotecnología y la nanotecnología correlaciona objeto, medio y sujeto en una relación sinérgica y dinámica. La Bionanoarquitectura finalmente se podría visualizar como la contribución de la biotecnología y de la nanotecnología a la arquitectura para mejorar las condiciones de habitabilidad del planeta. 

Lectura complementaria:       

sábado, diciembre 30, 2017

Hacer viable lo inviable II

Desde los residuos orgánicos hasta los materiales nanocompuestos para la producción 3D. 
En el primer artículo “Hacer viable lo inviable” hemos mostrado un cuadro de situación en el cual se ha resumido una serie de soluciones posibles para aquellas zonas consideradas inviables por los economistas y abandonadas a su suerte. En tal contexto la gente joven emigra en busca de un porvenir mejor y los pueblos existentes languidecen.     
Las soluciones propuestas abarcaban desde el aprovechamiento de los residuos y la generación abundante de energía, hasta la producción de nanomateriales de avanzada. En el presente artículo vamos a profundizar sobre las impactantes posibilidades que brinda la nanotecnología de obtener, a partir de los residuos orgánicos, productos de alto valor agregado y de incorporar la zona a una producción sustentable con tecnología de de punta.


La producción de biogás genera metano y dióxido de carbono. Ambos gases se pueden utilizar para obtener nano-objetos. Del metano se puede, mediante el proceso CVD (Chemical vapour deposition) obtener grafeno y nanotubos de carbono. Del dióxido de carbono también puede obtenerse grafeno por reducción con magnesio del hielo seco generado.
En forma paralela, con los residuos se puede producir poliláctico (PLA), un polímero biodegradable y reciclable. Generalmente los residuos fermentables son autoclavados a 121ºC durante 20 minutos y luego regulando las condiciones fisicoquímicas se realiza un proceso de sacarificación con la enzima glucosamilasa y posteriormente se agrega Lactobacillus rhamnousus para pasar la glucosa producida a ácido láctico.
Finalmente el ácido láctico se utiliza para sintetizar PLA. Dentro de los materiales nanoestructurados, los nanopcompuestos de polímeros con nano-objetos presentan en la actualidad un alto grado de aplicaciones actuales y futuras. En algunos nanocomposites, un 1% de grafeno en la estructura polimérica permite aumentar su resistencia en un 100%. La posibilidad de poder utilizar en las impresoras 3D polímeros de PLA-grafeno y PLA-nanotubos de carbono, obtenidos a partir de residuos, permite producir en forma continua o rotativa una importante cantidad de productos utilizables en la industria textil, alimenticia y automotriz, entre otras. Un buen ejemplo de la importancia de la nanobioeconomía en la sociedad multidireccional.