" Hay mucho espacio en el fondo: una invitación a entrar en un nuevo campo de la física " fue una conferencia que dio 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 que se utilizaban en ese momento. Se reimprimieron versiones de la charla en algunas revistas populares, pero pasó prácticamente desapercibida hasta la década de 1980.
El título hace referencia a la cita popular "Siempre hay lugar en la cima", atribuida a Daniel Webster (quien se cree que dijo esta frase en respuesta a las advertencias contra convertirse en abogado, que se consideraba un campo sobresaturado en el siglo XIX).
Feynman consideró algunas ramificaciones de una capacidad general para manipular la materia a escala atómica. Estaba particularmente interesado en las posibilidades de circuitos informáticos más densos y microscopios que pudieran ver cosas mucho más pequeñas de lo que es posible con microscopios electrónicos de barrido . Estas ideas se hicieron realidad más tarde mediante el uso del microscopio de efecto túnel de barrido , el microscopio de fuerza atómica y otros ejemplos de microscopía de sonda de barrido y sistemas de almacenamiento como Millipede .
Feynman también sugirió que debería ser posible, en principio, fabricar máquinas a escala nanométrica que "ordenen los átomos de la manera que queramos" y realicen síntesis química mediante manipulación mecánica. [2]
También presentó la posibilidad de “ tragarse al médico ”, una 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 a escala de un cuarto controladas por las manos de un operador humano, para construir máquinas herramienta a escala de un cuarto análogas a las que se encuentran en cualquier taller de máquinas. Este conjunto de pequeñas herramientas sería luego utilizado por las pequeñas manos para construir y operar diez conjuntos de manos y herramientas a escala de 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 artículos. Esta idea fue anticipada en parte, hasta la microescala, por el autor de ciencia ficción Robert A. Heinlein en su cuento de 1942 Waldo . [3]
A medida que los tamaños se hicieran más pequeños, habría que rediseñar las herramientas porque la fuerza relativa de las distintas fuerzas cambiaría. La gravedad perdería importancia y las fuerzas de Van der Waals , como la tensión superficial, cobrarían importancia. Feynman mencionó estos problemas de escala durante su charla. Nadie ha intentado 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 podría ser mejor eventualmente usar vidrio o plástico porque su mayor uniformidad evitaría problemas en la escala muy pequeña (los metales y los cristales se separan en dominios donde prevalece la estructura reticular). [5] Esta podría ser una buena razón para fabricar máquinas y dispositivos electrónicos de vidrio y plástico. En la actualidad, hay componentes electrónicos hechos de ambos materiales. En el vidrio, hay cables de fibra óptica que transportan y amplifican la luz. [6] En el plástico, se están fabricando transistores de efecto de campo 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 desafíos y ofreció un premio de 1000 dólares para el primero en resolver cada uno. El primer desafío implicaba 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 cumplió con las condiciones, pero no hizo avanzar el arte. El segundo desafío implicaba la posibilidad de reducir la escala de letras lo suficientemente pequeñas como para poder colocar toda la Enciclopedia Británica en la cabeza de un alfiler, escribiendo la información de una 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 Una historia de dos ciudades en 1/25.000, y recibió 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 de posgrado del laboratorio, Ken Polasko, quien lo había leído recientemente y quien sugirió intentar el desafío. Newman estaba buscando 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 "lanzado la idea de la nada" sin siquiera "notas previas". No había copias disponibles del discurso. Un "admirador previsor" trajo una grabadora y se hizo una transcripción editada, sin los chistes de Feynman, para su publicación por Caltech. [13] En febrero de 1960, la revista Engineering and Science de Caltech publicó el discurso. Además de extractos en 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 el capítulo final del libro de 1961, Miniaturization . [16]
K. Eric Drexler más tarde tomó el concepto de Feynman de mil millones de pequeñas fábricas y agregó la idea de que podrían hacer más copias de sí mismas, a través del control de una computadora en lugar del control de un operador humano, en su libro de 1986 Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology . [17]
Tras la muerte de Feynman, los estudiosos del desarrollo histórico de la nanotecnología han llegado a la conclusión de que su papel como catalizador de la investigación en nanotecnología no fue muy bien valorado por muchas personas activas en este campo naciente en los años 1980 y 1990. Chris Toumey, un antropólogo cultural de la Universidad de Carolina del Sur, ha reconstruido la historia de la publicación y republicación de la charla de Feynman, junto con el registro de citas de "Plenty of Room" en la literatura científica. [18]
En el artículo de 2008 de Toumey "Reading Feynman into Nanotechnology" [19] , encontró 11 versiones de la publicación de "Plenty of Room", además de dos ejemplos de una charla de Feynman estrechamente relacionada, "Infinitesimal Machinery" [20] , a la que Feynman llamó "Plenty of Room, Revisited" (publicada bajo el nombre de "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 primera publicación, medida 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 en "Plenty of Room" en la literatura científica aumentó enormemente a principios de la década de 1990. Esto se debe probablemente a que el término "nanotecnología" ganó atención seria justo antes de esa fecha, después de su uso por Drexler en su libro de 1986, Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology , que citó a Feynman, y en un artículo de portada titulado "Nanotecnología", publicado más tarde ese año en una revista orientada a la ciencia de circulación masiva, OMNI . [22] [23] La revista Nanotechnology se lanzó en 1989; el famoso experimento Eigler-Schweizer , manipulando 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 avances sugieren que el redescubrimiento retroactivo de "Plenty of Room" le 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 habían leído 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, ya que proporcionó un valioso vínculo intelectual con el pasado. [3] Más concretamente, su estatura y su concepto de fabricación atómicamente precisa desempeñaron un papel en la obtención de fondos para la investigación en nanotecnología, como lo ilustra el discurso del presidente Clinton de enero de 2000 en el que pedía un programa federal:
Mi presupuesto respalda una nueva e importante Iniciativa Nacional de Nanotecnología , por un valor de 500 millones de dólares. Caltech no es ajeno a la idea de la nanotecnología, la capacidad de manipular la materia a nivel atómico y molecular. Hace más de 40 años, el propio Richard Feynman, de Caltech, preguntó: "¿Qué sucedería si pudiéramos organizar los átomos uno por uno de la manera que quisiéramos?" [24]
La versión de la Ley de Investigación y Desarrollo de Nanotecnología que la Cámara de Representantes aprobó en mayo de 2003 exigía 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 aprobada por el Senado y firmada como ley por el presidente George W. Bush el 3 de diciembre de 2003. [25]
En 2016, un grupo de investigadores de la TU Delft y del 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 elaboraron el texto:
Pero no tengo miedo de considerar la cuestión final de si, en última instancia –en el gran futuro– podremos ordenar los átomos como queramos; ¡los átomos mismos, hasta el final! ¿Qué sucedería si pudiéramos ordenar los átomos uno por uno como queramos (dentro de lo razonable, por supuesto; no se pueden colocar de manera que sean químicamente inestables, por ejemplo)? Hasta ahora, nos hemos contentado con excavar en el suelo para encontrar minerales. Los calentamos y hacemos cosas a gran escala con ellos, y esperamos obtener una sustancia pura con una determinada cantidad de impurezas, y así sucesivamente. Pero siempre debemos aceptar alguna disposición atómica que nos da la naturaleza. No tenemos nada, digamos, con una disposición en "tablero de ajedrez", con los átomos de impurezas 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, formados con 1 átomo vacante cada uno, constituyendo así el primer kibibyte atómico, con una densidad de almacenamiento 500 veces mayor que las aproximaciones del estado de la técnica. [26] El texto exigía "ordenar los átomos como queremos", en un patrón de tablero de ajedrez. Este homenaje autorreferencial a la visión de Feynman fue cubierto tanto por revistas científicas [27] [28] como por los medios de comunicación convencionales. [29] [30]