(62) EN LA ERA DE LA NANOTECNOLOGÍA ¿Y NOSOTROS QUE?

16 de Marzo de 20056:30-8:00 p.m.

Auditorium del Museo de Ciencias Stephen W. Hawkings

M. Sc. JOSE ROBERTO ALEGRIA COTODpto. de Desarrollo Científico y Tecnológico

ralegria@conacyt.gob.sv

a) Estimular el interés sobre el impacto que tendrán las tecnologías convergentes en los próximos 10 años en la actividad humana.

b) Estimular el interés sobre la necesidad que se tiene en el país de contar con recurso humano creativo que pueda utilizar el conocimiento de las tecnociencias para resolver problemas del desarrollo sostenible en este siglo XXI.

 

OBJETIVOS

En las últimas dos décadas del siglo pasado, se acentuó la declinación del modelo de la sociedad industrial con el capital y las máquinas como principales factores de producción (en donde, se podía comprar tecnología llave en mano y tener éxito empresarial), y está surgiendo la sociedad del conocimiento, caracterizada por la aplicación intensiva del saber en todos los órdenes de la vida.

CAMBIO SOCIAL DE PARADIGMAS

Característica de la Sociedad del Conocimiento es de que “la constante es el cambio”.El conocimiento en este siglo XXI se manifiesta por el volumen, velocidad y ubicuidad en la generación de información científica y su aplicación inmediata para el cambio tecnológico, esto abre nuevos retos, oportunidades y genera posibilidades reales de usar los conocimientos científicos y tecnológicos para acortar la brecha entre los países desarrollados y los que están en vías de desarrollo.

SOCIEDAD DEL CONOCIMIENTO

Al irnos introduciendo en el mundo de la sociedad

del conocimiento, nos estamos dando cuenta que éste es “un mundo en donde el grande no se come al chico, sino que el rápido se come al lento”

Klaus Schaw, Presidente del Foro Económico Mundial

SOCIEDAD DEL CONOCIMIENTO

En la primera década del siglo 21, se va unificar la ciencia basado en la unidad de la naturaleza (materiales) y la integración de la tecnología en el nivel de la nanoescala.

TECNOLOGÍAS CONVERGENTES

http://itri.loyola.edu/Converging Tecnologies/

La convergencia tecnológica se refiere a la combinación sinérgica de Nanotecnología, Biotecnología, Tecnologías de la información y Ciencia del Conocimiento, en los campos de la ciencia y de la tecnología:

i) nanociencia y nanotecnología; ii) biotecnología y biomedicina, incluyendo ingeniería genética; iii) tecnología de la información, incluyendo computación avanzada y comunicaciones; iv) ciencia del conocimiento, incluyendo neurociencia cognoscitiva.

TECNOLOGÍAS CONVERGENTES

Mili = 10-3

Micra = 10-6

NANO = 10-9

PREFIJOS DE MEDIDAS1 Milímetro = 10-3 m1 milésima de metro1 millón de nanómetros

ORILLA DE UN DIME

1 Micrómetro = 10-6 m1 millonésima de metro mil nanómetros LÍNEAS DE CIRCUITO DE CHIP

1 Nanómetro = 10-9 m 1 mil millonésima de metro

10 ÁTOMOS DE HIDRÓGENO

Angstrom = 10-10

Pico = 10-12

Femto = 10-15

Atto = 10-18

1 Angstrom = 10-10 m1 billonésima de metroÁTOMO DE HIDRÓGENO

La nanociencia se dedica al estudio de las propiedades de los objetos y fenómenos a escala nanométrica (un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro).

La nanotecnología trata de la manipulación “controlada” y producción de objetos materiales, instrumentos, estructuras y sistemas a dicha escala. La nanociencia y la nanotecnología son ejemplo de (nano) tecnociencia.

NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍA: ¿QUÉ SON?

El término de “nanotecnología”, es más empleada que el de “nanociencia”. El ámbito de la escala de trabajo que abarca, usualmente va desde 1 a 100 nanómetros.

NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍA: ¿QUÉ SON?

La nanotecnología opera a nivel atómico y molecular, pero en principio nada impide que el nivel de operación descienda hasta las partículas subatómicas, los “ladrillos del universo”.

“La Nanotecnología es particularmente importante para los países en desarrollo, debido a que involucra poca labor, tierras o mantenimiento; es altamente productiva y barata; y sólo requiere modestas cantidades de materiales y energía”

De Innovation: applying knowledge in development, report of the UN Millennium Project, Task force on Science, Technology

and Innovation, 2005.

NANOTECNOLOGÍA

Richard Feynman, teórico cuántico y Premio Nobel, en 1959 fue el primero en hablar de nanotecnología, en su libro “Plenty of Room at the Bottom”, en donde examino el infante campo de la ciencia de los materiales. Eric Drexler, en 1981, publicó el primer trabajo científico sobre nanotecnología molecular, en 1986 publicó “Ingenios de la creación” y en 1991 recibió el único doctorado del MIT en el campo de la nanotecnología.

NANOTECNOLOGÍA

Richard FeynmanFoto de Archivo del Instituto de

Tecnología de California.

“¿Qué pasaría si nosotros pudiéramos arreglar los

átomos uno por uno de la manera en que nosotros los

queremos?”Richard P. Feynman

en: (1960)

“En el cuarto hay fondo suficiente”

Richard P. Feynman Premio Nobel en Física (1965) por su trabajo fundamental en electrodinámica cuántica, contribución de profundas consecuencias para la física de partículas elementales.

http://www.nano.org.uk/people.htm

PENSAR DIFERENTE: NANO PIONERO

A la escala nanométrica, no aplican las reglas ordinarias de la Física y la Química. Las características de los materiales tales como el color, fuerza, conductividad y reactividad, pueden diferir sustancialmente entre la nanoescala y lo macro.

Nanotubos de carbono son 100veces más fuertes que el acero pero seis veces más ligeros.

NANOTECNOLOGÍA

La Nanotecnología es aclamada por tener el potencial de incrementar la eficiencia del consumo de energía, ayudar a limpiar el ambiente, y solucionar los principales problemas de salud. Se ha dicho que es capaz de incrementar masivamente la producción manufacturera a costos significativamente más reducidos.

Los productos de la nanotecnología pueden ser más pequeños, baratos, ligeros y más funcionales y requieren menos energía y menos materias´primas para fabricarlos.

NANOTECNOLOGÍA

i) herramientas (para ver, manipular e

ingeniar en el nivel atómico); ii) materiales (por las diferentes

propiedades que manifiestan); iii) dispositivos (para el funcionamiento

corporal y laser avanzados); iv) técnicas para construir estructuras a nanoescala (autoensamblamiento, nanolitografía);

APLICACIONES DE LA NANOTECNOLOGÍA

APLICACIONES DE LA NANOTECNOLOGÍA

v) tecnología electrónica y de información (incremento del poder de la computación en pequeño espacio a bajo

costo); vi) ciencias de la vida (habilidad para trabajar en la escala de los sistemas

biológicos); vii) energía, procesos, medio ambiente

(catálisis, fuentes energéticas limpias).

PRODUCTOS NANOTECNOLÓGICOS• Tinta;• Protectores solares y cosméticos;• Compases del estado sólido; • Agente de unión dental; • Parachoques en los automóviles; • Cintas de la grabación magnéticas;• Unidades de disco duro de la computadora; • Convertidores catalíticos automovilísticos; • Herramientas que cortan metal; • Pelotas de tenis de largo duración; • Raquetas de tenis más fuertes y ligeras, • Vendajes para quemaduras y heridas; • Vestidos y colchones resistentes a las manchas; • Cubiertas protectoras que reducen la luz intensa en lentes y autos;• Pinturas protectoras contra la corrosión, arañazos y radiación.

Washington Post.Fuente: Iniciativa de Nanotecnología Nacional

La NSF (2001), en Societal Implications of Nanoscience and Nanotechnology (http://itri.loyola.edu/nano/NSET.Societal.Implications/) estima, que en 10 a 15 años, el mercado mundial de productos y servicios nanotecnológicos andará por el orden del TRILLÓN de dólares anuales.

Manufactura, se estima que los procesos y materiales nanoestructurados incrementen su impacto en el mercado en cerca de 340 mil millones.

Electrónica, la proyección es alrededor de los 300 mil millones para la industria de los semiconductores y la misma cantidad en venta global de circuitos integrados.

Transportación, los nanomateriales y dispositivos nanoelectrónicos producirán vehículos ligeros, rápidos y seguros; y a un menor costo, más durables y confiables, carreteras, puentes, autopistas, cañerías y sistemas de rieles; en donde sólo los productos aeroespaciales tienen un mercado proyectado de cerca de 70 mil millones de dólares.

Plantas químicas, los catalizadores nanoestructurados con aplicaciones en el petróleo y en los procesos de la industria química se estima impacto anual de 100 mil millones.

MERCADO MUNDIAL DE UN TRILLON US $ DÓLARES

Farmacéutica, cerca de la mitad de toda la producción puede depender de la nanotecnología,

superando los 180 mil millones.Nanovectores para la liberación de fármacos anti-cancer y agentes para el contraste de imágenes. Arreglos de nanotubos y nanocantilevers están entre las apróximaciones lideres para la detección temprana de lesiones precancerosas y malignas de los fluidos biológicos (Nature Reviews Cancer, vol. 5. March 2005).

La técnica de las Nanoparticulas detecta proteínas relacionadas con Alzheimer's, al medir la concentración de los ligandos difusibles β-amiloides en el fluido cerebroespinal http://nanotechweb.org/articles/news/4/2/1?alert=1

MERCADO MUNDIAL DE UN TRILLON US $ DÓLARES

INICIATIVA DE NANOTECNOLOGÍA NACIONAL 

“Lo que he venido a entender es que en la ciencia y tecnología, pocas cosas actualmente, podrían ser más grandes que la nanotecnología – por su potencial para revolucionar la investigación científica e ingeniería, mejorando la salud y sosteniendo nuestra economía.“

(Representante-NY), Comité de Ciencias del Senado, autorizó $ 3.700 millones para la NNI. G. Bush firmó la ley en dic. de 2003, para impulsar la investigación en nanotecnología los próximos cuatro años.

Iniciativa de Nanotecnología Nacional (NNI) una alta prioridad. Admon. Busch aumentó los fondos de $ 604 millones en 2002 a US $ 849 millones en 2004. Un tercio de los fondos de investigación de las firmas de US basadas en ciencia son para nanotecnología. (SciDevNet, 2004.

Nanotechnology Quick Guide).

Japón $ 650

China $ 200

Taiwan $ 150

Corea $ 150

Singapur $ 40

Todo el mundo $ 2.000

Gasto gubernamental 2002, en el Lejano Este

CMP Científica, jul. 2002.

Sherwood Boehlert

Estado País Actividad Nanotecnológica Ejemplo

Al frente

de la

carrera

• China• Corea

del Sur• India

• Estrategia e iniciativa Nacional de Nanotecnología.• Programa de fondos de gobierno para Nanotecnología Nacional.• Patentes de nanotecnologías.• Productos en el mercado o en desarrollo.• Presencia de instituciones de investigación en nanotecnología.

China: Centro Nacional para Nanociencia y Nanotecnología. Ensayos clínicos de andamios de hueso nanotecnológicos.Corea del Sur: Programa de Desarrollo de la Nanotecnología. Primer prototipo de despliegue de emisión de campo de nanotubos de carbono.India: Iniciativa de C&T en nanomateriales (NSTI). Comercialización de nanopartículas liberadoras de medicamentos.

A media

vía

Tailandia

Filipinas

Sudafrica

Brasil

Chile

• Fondos de gobierno para el desarrollo de la nanotecnología.• Algunas formas de soporte del gobierno (fondos de investigación).• Limitada participación de la industria.• Presencia de algunas instituciones de investigación.

Tailandia: Centro de Nanociencia y Nanotecnología. Universidad de Mahidol.Filipinas: Proyecto optoelectónico. Universidad de Filipinas/INTEL.Sudafrica. Iniciativa de Nanotecnología (SANi).Brasil: Inst. de Nanociencia. Univ. Minas Gerais.Chile: Grupo de Nanotecnología. Universidad Pontificia Católica de Chile.

En el inicio

Argentina

México

• Organización nanotecnología específica.• Fondos no establecidos.• Industrias no establecidas.

Argentina: Grupo de Investigación de Nanociencia, Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro.

SITUACIÓN DE LA NANOTECNOLOGÍA EN PAÍSES EN VÍAS DE DESARROLLO

http://www.nanotechweb.org/articles/society/3/1/1/1

LABORATORIO DE NANOTECNOLOGÍA DE COSTA RICAEl Laboratorio Nacional de Nanotecnología, Microsensores y Materiales Avanzados (LANOTEC), inaugurado en Costa Rica, sept. 2004.

LANOTEC realizará investigación avanzada y hará alianzas estratégicas con la industria de alta tecnología nacional e internacional y será un Laboratorio de aprendizaje.

Su actividad se inició con dos proyectos: i) “Diseño y construcción de microsensores”, ii) “Investigación y construcción de nanotubos de carbono” que tendrá la colaboración de Jeannette Benavides, costarricense, Directora del Proyecto de Nanotubos de Carbono de la NASA, que ha establecido un método que reduce el costo de producción de US $ 300 a US $ 1 por gramo.

LABORATORIO DE NANOTECNOLOGÍA DE COSTA RICA El Centro Nacional de Alta Tecnología

(CENAT) es la Institución que hospeda a LANOTEC en un local de 300 m2.

La inversión inicial de LANOTEC fué de US $ 50.000 y está siendo equipado con unos

cientos de miles de dólares adicionales. Las instalaciones tienen un cuarto de ultra limpieza, requerido para la investigación de alta tecnología de materiales, cuenta con microscopios electrónicos, de fuerza atómica (AFM) y otros.

La construcción de LANOTEC y la compra del equipo fue financiado por la Fundación para la Cooperación de los Estados Unidos de América y Costa Rica, Fondos de incentivos del Ministerio de C&T, y por la Fundación Pro-CENAT.

HERRAMIENTAS PARA VER Y MANIPULAR LOS INGENIOS NANOTECNOLÓGICOS

Microscopios Sondas de Barrido son una familia de instrumentos usados para

medir propiedades de superficies.

Microscópio de Barrido de Tunel (STM) es una técnica microscópica que permite la investigación de superficies

conductoras de electricidad abajo de la escala atómica.

Ilustración esquemática de un Microscópio de Barrido de Tunel (STM) Microscópio de Fuerza

Atomica (AFM), es particularmente útil para ver

muestras biológicas.

Los STM y los AFM son llamados colectivamente como Microscopios Sondas de Barrido pueden mover átomos, y son dispositivos no mayores que un mouse que se enchufa a un puerto USB de una computadora.

Están ahora disponibles:

• Los STM y AFM portatiles con alta capacidad de definición y de “barrido fácil” y

• Relativamente muy económicos (≈ $ 19.000 dólares)

LA INSTRUMENTACIÓN MINIATURIZADA Y ECONÓMICA, IMPULSA EL CAMPO

Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ)

www.nanosurf.ch/

EXPLORANDO EL NANOMUNDO CON LEGO®

Microscopio de Sonda de Barrido (SPM):

mrsec.wisc.edu/edtcLEGO/PDF files/2-1app.PDF

Detalles de la plataforma de construcción

PRINCIPIO GENERAL DE LA MICROSCOPÍA DE FUERZA: Las fuerzas entre la superficie y la punta del cantilever lo inclinan causando que la punta sea desviada hacia arriba y hacia abajo. La desviación del cantilever cambia la posición de haz de láser que se refleja fuera de la punta del cantilever hacia una serie de fototodiodos. El movimiento del haz se rastrea por los fotodiodos y se usa para calcular la desviación del cantilever.

Interacción entre la punta y la superficie

Fuente del laserSerie de Fotodiodos

superficie

EXPLORANDO EL NANOMUNDO CON LEGO®

Microscopio de Fuerza Atómica (AFM):Construcción de un cantilever

mrsec.wisc.edu/edtcLEGO/PDF files/2-1app.PDF

Detalles de la plataforma de construcción

Modelo completadoMontaje de la fuente de luz

Dr. James Tour, Professor of Chemistry en Rice University.

El concepto visual de los “NanoKids” usa formas universalmente reconocidas que exhiben características humanas para incrementar el conocimiento del público acerca del mundo nanométrico, de las investigaciones y tecnologías moleculares que se expanden rápidamente en el mundo, busca:

• Instruir, motivar y entretener;• Incrementar comprensión de la materia al nivel molecular del estudiante de Química, Física, Biología y de ciencia;• Proveer a los maestros con material didáctico para la enseñanza-aprendizaje sobre la nanotecnología;• Demostrar que el arte y la ciencia se pueden combinar para facilitar el aprendizaje de los estudiantes con distintos estilos e intereses; • Generar interés en la nanotecnología para promover la participación y financiamiento de investigaciones en esta área.

Proyecto educativo “NanoKids”

http://cohesion.rice.edu/naturalsciences/nanokids/mission.cfm?doc_id=3738

Es de urgencia para el país apostarle a una Política de Nación de Ciencia y de Tecnología, que identifique los nichos de conocimientoa ocupar, y promueva la adquisición de infraestructura necesaria y la formación de recursos humanos con capacidad de investigar, desarrollar y aprovechar tecnologías que ayuden a mejorar la calidad de vida de los salvadoreños.

PROPUESTAS

Las universidades deben iniciar la formación de recursos humanos en tecnologías emergentes.

Para esto tienen que: romper con los moldes tradicionales de pensamiento; analizar el potencial que representa para nuestro país el acceso al conocimiento de las tecnologías emergentes; pensar en el futuro de la vida de nuestros hijos, nietos y de las generaciones siguientes; e insertar la acción como parte de procesos de mediano y largo plazo (que se construyen desde ya, en el día a día).

PROPUESTAS

Hay que identificar y generar mecanismosque permitan difundir información a los padres de familia, sobre avances y desarrollode la ciencia y la tecnología, de utilidad en la educación inicial de sus hijos; proporcionarles guías para que ayuden a sus hijos a introducirlos en los conceptos de matemática, ciencias, ingenierías y de nanoescala, y que les permita hablarles de las implicaciones sociales y éticas que los nuevos conocimientos de la ciencia y las transformaciones tecnológicas tendrán sobre el bienestar futuro de la población en general.

PROPUESTAS

PROPUESTAS

En el marco de la Consulta Nacional para la Elaboración del Plan de Educación 2021, debería quedar como objetivo explícito, principalmente en la educación parvularia y en la básica, “estimular al máximo el potencial de la capacidad imaginativa y por ende la creatividad de cada niño, mediante un entorno educativo que le facilite el acceso al aprendizaje de acuerdo a su preferencia”, en la búsqueda de la conformación de una cultura de la invención humana, proclive al diseño de inventivas innovadoras, para resolver los problemas relativos al ámbito en que cada individuo se desempeñe.

“Más que la riqueza contenida en los recursos naturales con que se cuente, son más valiosas las mentes, para generar y darle utilidad al conocimiento, y los países que no se interesen en darle a sus recursos humanos una adecuada formación en ciencias naturales, matemática e ingenierias, manteniendo su creatividad base del diseño y fuente de innovación, no podrán sustentar su desarrollo y condenaran a ésta y a las proximas generaciones de sus ciudadanos a vivir en la ignorancia y la pobreza”

REFLEXIÓN FINAL

DE ACUERDO CON LA PERCEPCION DE LA

REALIDAD QUE TENGAMOS

¿CUÁLES DEBERÍAN SER LAS ACCIONES QUE SE DEBERÍAN HACER EN EL PAÍS, PARA PREPARARNOS A ENFRENTAR ESTE SIGLO XXI Y SACARLE PROVECHO A LA NANOESCALA?

Muchas gracias por su atención. Atentamente ROBERTO ALEGRIAralegria@conacyt.gob.sv

Espero que mi participación pueda servir para reflexionar sobre el tema expuesto y sobre el papel que debamos asumir para ser agentes de cambio, en función de lograr que en nuestro país se inicie el proceso para llegar a ser una “Sociedad del Conocimiento”.

www.conacyt.gob.sv

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