" Hay mucho espacio en el fondo: una invitación a entrar en un nuevo campo de la física " fue una conferencia pronunciada por el físico Richard Feynman en la reunión anual de la Sociedad Estadounidense de Física en Caltech el 29 de diciembre de 1959. [1] Feynman consideró la posibilidad de La manipulación directa de átomos individuales como una forma más robusta de química sintética que las utilizadas en ese momento. Se reimprimieron versiones de la charla en algunas revistas populares, pero pasó desapercibida hasta la década de 1980.
Feynman consideró algunas ramificaciones de una capacidad general para manipular la materia a escala atómica. Estaba particularmente interesado en las posibilidades de microscopios y circuitos informáticos más densos que pudieran ver cosas mucho más pequeñas de lo que es posible con los microscopios electrónicos de barrido . Estas ideas se hicieron realidad más tarde mediante el uso del microscopio de efecto túnel , el microscopio de fuerza atómica y otros ejemplos de microscopía de sonda de barrido y sistemas de almacenamiento como el Millipede .
Feynman también sugirió que debería ser posible, en principio, fabricar máquinas a nanoescala que "dispongan los átomos como queramos" y realicen síntesis química mediante manipulación mecánica. [2]
También presentó la posibilidad de " tragarse al médico ", idea que atribuyó en el ensayo a su amigo y estudiante de posgrado Albert Hibbs . Este concepto implicaba construir un pequeño robot quirúrgico que se pudiera tragar. [2]
Como experimento mental, propuso desarrollar un conjunto de manos manipuladoras de un cuarto de escala controladas por las manos de un operador humano, para construir máquinas herramienta de un cuarto de escala análogas a las que se encuentran en cualquier taller mecánico. Este conjunto de pequeñas herramientas sería luego utilizado por las pequeñas manos para construir y operar diez conjuntos de manos y herramientas de escala un dieciseisavo, y así sucesivamente, culminando en quizás mil millones de pequeñas fábricas para lograr operaciones masivamente paralelas . Utiliza la analogía de un pantógrafo como una forma de reducir la escala de los elementos. Esta idea fue anticipada en parte, hasta la microescala, por el autor de ciencia ficción Robert A. Heinlein en su cuento Waldo de 1942 . [3]
A medida que los tamaños se hicieran más pequeños, habría que rediseñar las herramientas porque cambiaría la fuerza relativa de varias fuerzas. La gravedad pasaría a ser menos importante y las fuerzas de Van der Waals, como la tensión superficial, pasarían a ser más importantes. Feynman mencionó estos problemas de escala durante su charla. Nadie ha intentado todavía implementar este experimento mental; Algunos tipos de enzimas biológicas y complejos enzimáticos (especialmente los ribosomas ) funcionan químicamente de una manera cercana a la visión de Feynman. [4] Feynman también mencionó en su conferencia que eventualmente podría ser mejor usar vidrio o plástico porque su mayor uniformidad evitaría problemas a muy pequeña escala (los metales y cristales se separan en dominios donde prevalece la estructura reticular). [5] Esta podría ser una buena razón para fabricar máquinas y productos electrónicos a partir de vidrio y plástico. En la actualidad existen componentes electrónicos fabricados con ambos materiales. En el vidrio existen cables de fibra óptica que transportan y amplifican la luz. [6] En el plástico, los transistores de efecto de campo se fabrican con polímeros, como el politiofeno , que se convierte en un conductor eléctrico cuando se oxida. [7]
En la reunión Feynman concluyó su charla con dos retos, y ofreció un premio de 1.000 dólares al primero que resolviera cada uno de ellos. El primer desafío implicó la construcción de un motor diminuto , que, para sorpresa de Feynman, fue logrado en noviembre de 1960 por el graduado de Caltech William McLellan , un artesano meticuloso, utilizando herramientas convencionales. [8] El motor cumplía las condiciones, pero no avanzaba el art. El segundo desafío implicaba la posibilidad de reducir letras lo suficientemente pequeñas como para poder colocar toda la Encyclopædia Britannica en la cabeza de un alfiler, escribiendo la información de la página de un libro en una superficie 1/25.000 más pequeña en escala lineal. En 1985, Tom Newman , un estudiante de posgrado de Stanford, redujo con éxito el primer párrafo de Historia de dos ciudades en 1/25.000 y obtuvo el segundo premio Feynman. [9] [10] [11] El asesor de tesis de Newman, R. Fabian Pease , había leído el artículo en 1966, pero fue otro estudiante graduado en el laboratorio, Ken Polasko, que lo había leído recientemente, quien sugirió intentar el desafío. Newman buscaba un patrón aleatorio arbitrario para demostrar su tecnología. Newman dijo: "El texto era ideal porque tiene muchas formas diferentes". [12]
El New Scientist informó que "la audiencia científica quedó cautivada". Feynman había "sacado la idea de su mente" sin siquiera "notas previas". No hubo copias del discurso disponibles. Un "admirador previsor" trajo una grabadora y Caltech hizo una transcripción editada, sin las bromas de Feynman, para su publicación. [13] En febrero de 1960, Ingeniería y Ciencias de Caltech publicó el discurso. Además de los extractos de The New Scientist , se imprimieron versiones en The Saturday Review y Popular Science . Los periódicos anunciaron la victoria del primer desafío. [14] [15] La conferencia se incluyó como capítulo final en el libro de 1961, Miniaturización . [dieciséis]
Más tarde, K. Eric Drexler tomó el concepto de Feynman de mil millones de fábricas pequeñas y añadió la idea de que podían hacer más copias de sí mismas, mediante el control de una computadora en lugar del control de un operador humano, en su libro de 1986 Engines of Creation: The Coming Era of Nanotecnología . [17]
Después de la muerte de Feynman, los estudiosos que estudian el desarrollo histórico de la nanotecnología han llegado a la conclusión de que su papel como catalizador de la investigación en nanotecnología no fue muy valorado por muchas personas activas en el naciente campo en los años 1980 y 1990. Chris Toumey, antropólogo cultural de la Universidad de Carolina del Sur, ha reconstruido la historia de la publicación y reedición de la charla de Feynman, junto con el registro de citas de "Plenty of Room" en la literatura científica. [18]
En el artículo de Toumey de 2008 "Reading Feynman into Nanotechnology", [19] encontró 11 versiones de la publicación de "Plenty of Room", además de dos instancias de una charla de Feynman estrechamente relacionada, "Infinitesimal Machinery", [20] que Feynman llamó "Plenty of Room, Revisited" (publicado con el nombre "Infinitesimal Machinery"). También en las referencias de Toumey hay cintas de vídeo de esa segunda charla. La revista Nature Nanotechnology dedicó un número en 2009 al tema. [21]
Toumey descubrió que las versiones publicadas de la charla de Feynman tuvieron una influencia insignificante en los veinte años posteriores a su publicación por primera vez, según lo medido por las citas en la literatura científica, y no mucha más influencia en la década posterior a la invención del microscopio de efecto túnel en 1981. El interés por "Plenty of Room" en la literatura científica aumentó considerablemente a principios de los años noventa. Esto probablemente se debe a que el término "nanotecnología" ganó mucha atención justo antes de esa época, luego de su uso por parte de Drexler en su libro de 1986, Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology , que citaba a Feynman, y en un artículo de portada titulado "Nanotecnología". , publicado más tarde ese año en una revista de gran circulación orientada a la ciencia, OMNI . [22] [23] La revista Nanotechnology se lanzó en 1989; el famoso experimento de Eigler-Schweizer , en el que se manipularon con precisión 35 átomos de xenón, se publicó en Nature en abril de 1990; y Science publicó un número especial sobre nanotecnología en noviembre de 1991. Estos y otros acontecimientos insinúan que el redescubrimiento retroactivo de "Plenty of Room" dio a la nanotecnología una historia empaquetada que proporcionó una fecha temprana de diciembre de 1959, además de una conexión con Richard Feynman. [19]
El análisis de Toumey también incluye comentarios de científicos en nanotecnología que dicen que "Plenty of Room" no influyó en sus primeros trabajos y que la mayoría de ellos no lo leyeron hasta una fecha posterior. [19]
La estatura de Feynman como premio Nobel y figura importante de la ciencia del siglo XX ayudó a los defensores de la nanotecnología. Proporcionó un valioso vínculo intelectual con el pasado. [3] Más concretamente, su estatura y concepto de fabricación atómicamente precisa desempeñaron un papel en la obtención de financiación para la investigación en nanotecnología, ilustrado por el discurso del presidente Clinton en enero de 2000 en el que pedía un programa federal:
Mi presupuesto respalda una nueva e importante Iniciativa Nacional de Nanotecnología , valorada en 500 millones de dólares. Caltech no es ajena a la idea de la nanotecnología, la capacidad de manipular la materia a nivel atómico y molecular. Hace más de 40 años, Richard Feynman, de Caltech, preguntó: "¿Qué pasaría si pudiéramos organizar los átomos uno por uno como queremos?" [24]
La versión de la Ley de Investigación y Desarrollo de Nanotecnología que la Cámara aprobó en mayo de 2003 pedía un estudio de la viabilidad técnica de la fabricación molecular, pero este estudio fue eliminado para salvaguardar la financiación de investigaciones menos controvertidas antes de que fuera aprobado por el Senado y firmado. ley promulgada por el presidente George W. Bush el 3 de diciembre de 2003. [25]
En 2016, un grupo de investigadores de TU Delft e INL informaron sobre el almacenamiento de un párrafo de la charla de Feynman utilizando código binario donde cada bit se creó con una única vacante atómica. [26] Utilizando un microscopio de efecto túnel para manipular miles de átomos, los investigadores redactaron el texto:
Pero no tengo miedo de considerar la cuestión final de si, en última instancia –en el gran futuro– podremos organizar los átomos de la manera que queremos; ¡Los mismos átomos, hasta abajo! ¿Qué pasaría si pudiéramos ordenar los átomos uno por uno como queremos (dentro de lo razonable, por supuesto; no se pueden colocar de manera que sean químicamente inestables, por ejemplo)? Hasta ahora nos hemos contentado con cavar en la tierra para encontrar minerales. Los calentamos y hacemos cosas a gran escala con ellos, y esperamos obtener una sustancia pura con tanta impureza, y así sucesivamente. Pero siempre debemos aceptar alguna disposición atómica que nos brinda la naturaleza. No tenemos nada, digamos, con una disposición en "tablero de ajedrez", con los átomos de impureza dispuestos con precisión a 1.000 angstroms de distancia, o en algún otro patrón particular.
Este texto utiliza exactamente 1 kibibyte , es decir, 8192 bits, compuestos con 1 átomo vacante cada uno, constituyendo así el primer kibibyte atómico, con una densidad de almacenamiento 500 veces mayor que la que se aproxima al estado de la técnica. [26] El texto requerido para "organizar los átomos de la manera que queramos", en un patrón de tablero de ajedrez. Este tributo autorreferencial a la visión de Feynman fue cubierto tanto por revistas científicas [27] [28] como por los principales medios de comunicación. [29] [30]