La nanotecnología molecular ( MNT ) es una tecnología basada en la capacidad de construir estructuras con especificaciones atómicas complejas mediante mecanosíntesis . [1] Esto es distinto de los materiales a nanoescala . Basada en la visión de Richard Feynman de fábricas en miniatura que utilizan nanomáquinas para construir productos complejos ( incluidas nanomáquinas adicionales ), esta forma avanzada de nanotecnología (o fabricación molecular [2] ) haría uso de mecanosíntesis posicionalmente controlada guiada por sistemas de máquinas moleculares . La MNT implicaría combinar principios físicos demostrados por la biofísica , la química , otras nanotecnologías y la maquinaria molecular de la vida con los principios de ingeniería de sistemas que se encuentran en las fábricas modernas a macroescala.
Mientras que la química convencional utiliza procesos inexactos para obtener resultados inexactos, y la biología explota procesos inexactos para obtener resultados definitivos, la nanotecnología molecular emplearía procesos definitivos originales para obtener resultados definitivos. El deseo en nanotecnología molecular sería equilibrar reacciones moleculares en ubicaciones y orientaciones posicionalmente controladas para obtener las reacciones químicas deseadas y luego construir sistemas ensamblando aún más los productos de estas reacciones.
Una hoja de ruta para el desarrollo de MNT es el objetivo de un proyecto tecnológico de amplia base liderado por Battelle (director de varios laboratorios nacionales de EE. UU.) y el Foresight Institute . [3] La hoja de ruta originalmente estaba programada para completarse a fines de 2006, pero se publicó en enero de 2008. [4] La Colaboración Nanofactory [5] es un esfuerzo continuo más enfocado que involucra a 23 investigadores de 10 organizaciones y 4 países que está desarrollando una investigación práctica. agenda [6] dirigida específicamente a la mecanosíntesis de diamantes controlada posicionalmente y al desarrollo de nanofábricas de diamantes. En agosto de 2005, el Centro para la Nanotecnología Responsable organizó un grupo de trabajo formado por más de 50 expertos internacionales de diversos campos para estudiar las implicaciones sociales de la nanotecnología molecular. [7]
Cualquier tipo de material diseñado y fabricado a escala nanométrica para una tarea específica es un material inteligente . Si se pudieran diseñar materiales para responder de manera diferente a diversas moléculas, por ejemplo, los medicamentos artificiales podrían reconocer y volver inertes virus específicos . Las estructuras autocurativas repararían naturalmente pequeños desgarros en una superficie de la misma manera que la piel humana .
Un nanosensor se parecería a un material inteligente, con un pequeño componente dentro de una máquina más grande que reaccionaría a su entorno y cambiaría de alguna manera fundamental e intencional. Un ejemplo muy simple: un fotosensor podría medir pasivamente la luz incidente y descargar su energía absorbida en forma de electricidad cuando la luz pasa por encima o por debajo de un umbral específico, enviando una señal a una máquina más grande. Se supone que un sensor así costaría menos [ ¿según quién? ] y utilizan menos energía que un sensor convencional, y aun así funcionan de manera útil en las mismas aplicaciones, por ejemplo, encender las luces del estacionamiento cuando oscurece.
Si bien los materiales inteligentes y los nanosensores ejemplifican aplicaciones útiles de MNT, palidecen en comparación con la complejidad de la tecnología más popularmente asociada con el término: el nanorobot replicante .
La nanofacturación de MNT se vincula popularmente con la idea de enjambres de robots coordinados a nanoescala trabajando juntos, una popularización de una propuesta inicial de K. Eric Drexler en sus discusiones de 1986 sobre MNT , pero reemplazada en 1992. En esta propuesta inicial, nanorobots suficientemente capaces construirían más nanorobots en un entorno artificial que contiene bloques de construcción moleculares especiales.
Los críticos han dudado tanto de la viabilidad de los nanorobots autorreplicantes como de la viabilidad del control si se pudieran lograr nanorobots autorreplicantes: citan la posibilidad de que las mutaciones eliminen cualquier control y favorezcan la reproducción de variaciones patógenas mutantes. Los defensores abordan la primera duda señalando que la primera máquina replicadora autónoma a macroescala, hecha de bloques de Lego , fue construida y operada experimentalmente en 2002. [8] Si bien existen ventajas sensoriales presentes en la macroescala en comparación con el sensorio limitado disponible en la nanoescala , las propuestas para sistemas de fabricación mecanosintéticos a nanoescala controlados posicionalmente emplean información sobre herramientas combinada con un diseño de secuencia de reacción confiable para garantizar resultados confiables, por lo que un sensorio limitado no es una desventaja; Se aplican consideraciones similares al ensamblaje posicional de pequeñas nanopartes. Los defensores abordan la segunda duda argumentando que las bacterias (por necesidad) evolucionan para evolucionar, mientras que la mutación de los nanorobots podría prevenirse activamente mediante técnicas comunes de corrección de errores . Ideas similares se defienden en las Directrices de previsión sobre nanotecnología molecular, [9] y un mapa del espacio de diseño de replicadores de 137 dimensiones [10] publicado recientemente por Freitas y Merkle proporciona numerosos métodos propuestos mediante los cuales los replicadores podrían, en principio, controlarse de forma segura. por un buen diseño.
Sin embargo, el concepto de suprimir la mutación plantea la pregunta: ¿Cómo puede ocurrir la evolución del diseño a nanoescala sin un proceso de mutación aleatoria y selección determinista? Los críticos argumentan que los defensores de la MNT no han proporcionado un sustituto para tal proceso de evolución en este ámbito de nanoescala donde faltan procesos de selección convencionales basados en sensores. Los límites del sensorio disponible a nanoescala podrían hacer que sea difícil o imposible distinguir los éxitos de los fracasos. Los defensores argumentan que la evolución del diseño debería ocurrir de manera determinista y estrictamente bajo control humano, utilizando el paradigma de ingeniería convencional de modelado, diseño, creación de prototipos, pruebas, análisis y rediseño.
En cualquier caso, desde 1992 las propuestas técnicas para MNT no incluyen nanorobots autorreplicantes, y directrices éticas recientes propuestas por los defensores de MNT prohíben la autorreplicación sin restricciones. [9] [11]
Una de las aplicaciones más importantes de MNT sería la nanorobótica médica o nanomedicina , un área en la que Robert Freitas fue pionero en numerosos libros [12] y artículos. [13] La capacidad de diseñar, construir y desplegar un gran número de nanorobots médicos haría posible, como mínimo, la rápida eliminación de las enfermedades y la recuperación fiable y relativamente indolora de un trauma físico. Los nanorobots médicos también podrían hacer posible la corrección conveniente de defectos genéticos y ayudar a garantizar una vida útil mucho mayor. Lo que resulta más controvertido es que los nanorobots médicos podrían utilizarse para aumentar las capacidades humanas naturales . Un estudio ha informado sobre cómo enfermedades como tumores, arteriosclerosis , coágulos sanguíneos que provocan accidentes cerebrovasculares, acumulación de tejido cicatricial y focos de infección localizados pueden abordarse mediante el empleo de nanorobots médicos. [14] [15]
Otra aplicación propuesta de la nanotecnología molecular es la " niebla de utilidad " [16] , en la que una nube de robots microscópicos conectados en red (más simples que los ensambladores ) cambiaría su forma y propiedades para formar objetos y herramientas macroscópicos de acuerdo con comandos de software. En lugar de modificar las prácticas actuales de consumo de bienes materiales en diferentes formas, la niebla de utilidad simplemente reemplazaría muchos objetos físicos.
Otra aplicación propuesta de MNT sería la óptica de matriz en fase (PAO). [17] Sin embargo, esto parece ser un problema que se puede solucionar mediante la tecnología nanoescala ordinaria. PAO utilizaría el principio de la tecnología milimétrica de matriz en fase pero en longitudes de onda ópticas. Esto permitiría la duplicación de cualquier tipo de efecto óptico pero de forma virtual. Los usuarios pueden solicitar hologramas, amaneceres y atardeceres, o láseres flotantes según les apetezca. Los sistemas PAO se describieron en Nanotecnología: especulaciones moleculares sobre la abundancia global de BC Crandall en el artículo de Brian Wowk "Phased-Array Optics". [18]
La fabricación molecular es un posible subcampo futuro de la nanotecnología que permitiría construir estructuras complejas con precisión atómica. [19] La fabricación molecular requiere avances significativos en nanotecnología, pero una vez logrados se podrían producir productos muy avanzados a bajos costos y en grandes cantidades en nanofábricas que pesen un kilogramo o más. [19] [20] Cuando las nanofábricas adquieren la capacidad de producir otras nanofábricas, la producción sólo puede verse limitada por factores relativamente abundantes, como los materiales de entrada, la energía y el software. [20]
Los productos de fabricación molecular podrían variar desde versiones más baratas y producidas en masa de productos conocidos de alta tecnología hasta productos novedosos con capacidades añadidas en muchas áreas de aplicación. Algunas aplicaciones que se han sugerido son materiales inteligentes avanzados , nanosensores, nanorobots médicos y viajes espaciales. [19] Además, la fabricación molecular podría utilizarse para producir armas duraderas y altamente avanzadas a bajo costo, lo cual es un área de especial preocupación con respecto al impacto de la nanotecnología. [20] Al estar equipados con ordenadores y motores compactos, estos podrían ser cada vez más autónomos y tener una amplia gama de capacidades. [20]
Según Chris Phoenix y Mike Treder del Centro para la Nanotecnología Responsable, así como Anders Sandberg del Instituto del Futuro de la Humanidad, la fabricación molecular es la aplicación de la nanotecnología que plantea el mayor riesgo catastrófico global . [20] [21] Varios investigadores de nanotecnología afirman que la mayor parte del riesgo de la nanotecnología proviene del potencial de conducir a guerras, carreras armamentistas y gobiernos globales destructivos. [20] [21] [22] Se han sugerido varias razones por las que la disponibilidad de armamento nanotecnológico puede conducir con gran probabilidad a carreras armamentistas inestables (en comparación, por ejemplo, con las carreras armamentistas nucleares): (1) Un gran número de actores pueden verse tentados a participar en la carrera ya que el umbral para hacerlo es bajo; [20] (2) la capacidad de fabricar armas con fabricación molecular será barata y fácil de ocultar; [20] (3) por lo tanto, la falta de conocimiento de las capacidades de las otras partes puede tentar a los jugadores a armarse por precaución o lanzar ataques preventivos; [20] [23] (4) la fabricación molecular puede reducir la dependencia del comercio internacional, [20] un factor potencial de promoción de la paz; [24] (5) las guerras de agresión pueden representar una amenaza económica menor para el agresor, ya que la fabricación es barata y es posible que no se necesiten seres humanos en el campo de batalla. [20]
Dado que la autorregulación por parte de todos los actores estatales y no estatales parece difícil de lograr, [25] se han propuesto medidas para mitigar los riesgos relacionados con la guerra principalmente en el área de la cooperación internacional . [20] [26] La infraestructura internacional puede ampliarse dando más soberanía al nivel internacional. Esto podría ayudar a coordinar los esfuerzos para el control de armas. [27] También se pueden diseñar instituciones internacionales dedicadas específicamente a la nanotecnología (quizás de manera análoga a la Agencia Internacional de Energía Atómica OIEA ) o al control general de armas. [26] También se pueden lograr conjuntamente avances tecnológicos diferenciales en tecnologías defensivas, una política que los actores normalmente deberían favorecer. [20] El Centro para la Nanotecnología Responsable también sugiere algunas restricciones técnicas. [28] Una mayor transparencia con respecto a las capacidades tecnológicas puede ser otro facilitador importante para el control de armas. [29]
Una sustancia gris es otro escenario catastrófico, propuesto por Eric Drexler en su libro Engines of Creation de 1986 , [30] ha sido analizado por Freitas en "Some Limits to Global Ecophagy by Biovorous Nanoreplicators, with Public Policy Recommendations" [31] y ha sido un tema en los principales medios de comunicación y la ficción. [32] [33] Este escenario involucra pequeños robots autorreplicantes que consumen toda la biosfera usándola como fuente de energía y bloques de construcción. Los expertos en nanotecnología, incluido Drexler, ahora desacreditan este escenario. Según Chris Phoenix, "la llamada sustancia gris sólo podría ser el producto de un proceso de ingeniería deliberado y difícil, no un accidente". [34] Con la llegada de la nanobiotecnología, se ha presentado un escenario diferente llamado sustancia viscosa verde . En este caso, la sustancia maligna no son los nanobots, sino organismos biológicos autorreplicantes diseñados mediante nanotecnología.
La nanotecnología (o nanotecnología molecular para referirnos más específicamente a los objetivos discutidos aquí) nos permitirá continuar las tendencias históricas en la fabricación hasta los límites fundamentales impuestos por la ley física. Nos permitirá fabricar computadoras moleculares notablemente poderosas. Nos permitirá fabricar materiales cincuenta veces más ligeros que el acero o la aleación de aluminio pero con la misma resistencia. Podremos fabricar aviones, cohetes, automóviles o incluso sillas que, según los estándares actuales, serían notablemente ligeros, resistentes y económicos. Las herramientas quirúrgicas moleculares, guiadas por computadoras moleculares e inyectadas en el torrente sanguíneo, podrían encontrar y destruir células cancerosas o bacterias invasoras, destapar arterias o proporcionar oxígeno cuando la circulación está deteriorada.
La nanotecnología reemplazará toda nuestra base de fabricación con una forma nueva, radicalmente más precisa, radicalmente menos costosa y radicalmente más flexible de fabricar productos. El objetivo no es simplemente sustituir las actuales plantas de fabricación de chips informáticos, sino también sustituir las líneas de montaje de automóviles, televisores, teléfonos, libros, instrumentos quirúrgicos, misiles, estanterías, aviones, tractores y todo lo demás. El objetivo es un cambio generalizado en la fabricación, un cambio que prácticamente no dejará intacto ningún producto. El progreso económico y la preparación militar en el siglo XXI dependerán fundamentalmente del mantenimiento de una posición competitiva en nanotecnología.
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A pesar del actual estado de desarrollo inicial de la nanotecnología y la nanotecnología molecular, existe mucha preocupación en torno al impacto previsto de MNT en la economía [36] [37] y en el derecho . Cualesquiera que sean los efectos exactos, si se lograra la MNT, tendería a reducir la escasez de bienes manufacturados y haría que muchos más bienes (como alimentos y ayudas sanitarias) pudieran fabricarse.
MNT debería hacer posibles capacidades nanomédicas capaces de curar cualquier condición médica que aún no se haya curado con avances en otras áreas. La buena salud sería común y la mala salud de cualquier tipo sería tan rara como lo son hoy la viruela y el escorbuto . Incluso la criónica sería factible, ya que el tejido criopreservado podría repararse por completo.
La nanotecnología molecular es una de las tecnologías que algunos analistas creen que podría conducir a una singularidad tecnológica , en la que el crecimiento tecnológico se ha acelerado hasta el punto de tener efectos impredecibles. Algunos efectos podrían ser beneficiosos, mientras que otros podrían ser perjudiciales, como la utilización de nanotecnología molecular por parte de una inteligencia artificial general hostil . [38] Algunos creen que la nanotecnología molecular tendría riesgos enormes. [39] Posiblemente podría permitir armas convencionales más baratas y más destructivas . Además, la nanotecnología molecular podría permitir armas de destrucción masiva que podrían autorreplicarse, como lo hacen los virus y las células cancerosas cuando atacan el cuerpo humano. Los comentaristas generalmente coinciden en que, en el caso de que se desarrollara la nanotecnología molecular, su autorreplicación debería permitirse sólo bajo condiciones muy controladas o "intrínsecamente seguras".
Existe el temor de que los robots nanomecánicos, si se logran y se diseñan para autorreplicarse utilizando materiales naturales (una tarea difícil), puedan consumir todo el planeta en su hambre de materias primas, [40] o simplemente desplazar a la vida natural. -competir con ella por la energía (como sucedió históricamente cuando aparecieron las algas verdiazules y superaron a las formas de vida anteriores). Algunos comentaristas se han referido a esta situación como el escenario de " goo gris " o " ecofagia ". K. Eric Drexler considera que un escenario accidental de "sustancia gris" es extremadamente improbable y lo dice en ediciones posteriores de Engines of Creation .
Ante esta percepción de peligro potencial, el Foresight Institute , fundado por Drexler, ha preparado una serie de directrices [41] para el desarrollo ético de la nanotecnología. Estas incluyen la prohibición de pseudoorganismos autorreplicantes que se alimentan libremente en la superficie de la Tierra, al menos, y posiblemente en otros lugares.
La viabilidad de las tecnologías básicas analizadas en Nanosystems ha sido objeto de una revisión científica formal por parte de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU., y también ha sido el foco de un extenso debate en Internet y en la prensa popular.
En 2006, la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU. publicó el informe de un estudio de fabricación molecular como parte de un informe más extenso, A Matter of Size: Triennial Review of the National Nanotechnology Initiative [42]. El comité de estudio revisó el contenido técnico de Nanosystems , y en su conclusión se afirma que ningún análisis teórico actual puede considerarse definitivo con respecto a varias cuestiones del rendimiento potencial del sistema, y que los caminos óptimos para implementar sistemas de alto rendimiento no se pueden predecir con confianza. Recomienda investigaciones experimentales para avanzar en el conocimiento en esta área:
Un título de sección en Engines of Creation de Drexler dice [43] "Ensambladores universales", y el siguiente texto habla de múltiples tipos de ensambladores que, colectivamente, hipotéticamente podrían "construir casi cualquier cosa que las leyes de la naturaleza permitan que exista". El colega de Drexler, Ralph Merkle, ha señalado que, contrariamente a la leyenda generalizada, [44] Drexler nunca afirmó que los sistemas ensambladores pudieran construir absolutamente cualquier estructura molecular. Las notas finales del libro de Drexler explican la calificación "casi": "Por ejemplo, se podría diseñar una estructura delicada que, como un arco de piedra, se autodestruiría a menos que todas sus piezas ya estuvieran en su lugar. Si no hubiera espacio en el diseño para la colocación y retirada de un andamio, entonces la estructura podría ser imposible de construir, sin embargo, pocas estructuras de interés práctico parecen presentar tal problema."
En 1992, Drexler publicó Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation , [45] una propuesta detallada para sintetizar estructuras covalentes rígidas utilizando una fábrica de mesa. Las estructuras diamantadas y otras estructuras covalentes rígidas, si se logran, tendrían una amplia gama de aplicaciones posibles, yendo mucho más allá de la tecnología MEMS actual . En 1992 se esbozó un camino para construir una fábrica de tableros de mesa en ausencia de un ensamblador. Otros investigadores han comenzado a proponer caminos tentativos y alternativos [5] para esto en los años transcurridos desde que se publicó Nanosystems.
En 2004, Richard Jones escribió Soft Machines (nanotecnología y vida), un libro para públicos no especializados publicado por la Universidad de Oxford . En este libro, describe la nanotecnología radical (como la defiende Drexler) como una idea determinista/mecanicista de máquinas nanodiseñadas que no tiene en cuenta los desafíos de la nanoescala como la humedad , la pegajosidad , el movimiento browniano y la alta viscosidad . También explica qué es la nanotecnología blanda o, más apropiadamente, la nanotecnología biomimética , que es el camino a seguir, si no el mejor, para diseñar nanodispositivos funcionales que puedan hacer frente a todos los problemas a nanoescala. Se puede pensar en la nanotecnología blanda como el desarrollo de nanomáquinas que utilizan las lecciones aprendidas de la biología sobre cómo funcionan las cosas, la química para diseñar con precisión dichos dispositivos y la física estocástica para modelar el sistema y sus procesos naturales en detalle.
Varios investigadores, incluido el Dr. Richard Smalley (1943-2005), ganador del Premio Nobel, [46] atacaron la noción de ensambladores universales, lo que provocó una refutación por parte de Drexler y sus colegas, [47] y, finalmente, un intercambio de cartas. [48] Smalley argumentó que la química es extremadamente complicada, las reacciones son difíciles de controlar y que un ensamblador universal es ciencia ficción. Drexler y sus colegas, sin embargo, notaron que Drexler nunca propuso ensambladores universales capaces de hacer absolutamente cualquier cosa, sino que propuso ensambladores más limitados capaces de hacer una variedad muy amplia de cosas. Cuestionaron la relevancia de los argumentos de Smalley para las propuestas más específicas presentadas en Nanosistemas . Además, Smalley argumentó que casi toda la química moderna implica reacciones que tienen lugar en un disolvente (normalmente agua ), porque las pequeñas moléculas de un disolvente contribuyen muchas cosas, como reducir las energías de enlace para los estados de transición. Dado que casi toda la química conocida requiere un disolvente, Smalley consideró que la propuesta de Drexler de utilizar un entorno de alto vacío no era factible. Sin embargo, Drexler aborda esto en Nanosystems mostrando matemáticamente que los catalizadores bien diseñados pueden proporcionar los efectos de un solvente y, fundamentalmente, pueden hacerse incluso más eficientes de lo que alguna vez podría ser una reacción solvente/ enzima . Es digno de mención que, contrariamente a la opinión de Smalley de que las enzimas requieren agua, "las enzimas no sólo trabajan vigorosamente en medios orgánicos anhidros, sino que en este medio antinatural adquieren propiedades notables tales como estabilidad enormemente mejorada, sustrato radicalmente alterado y especificidades enantioméricas , memoria molecular". y la capacidad de catalizar reacciones inusuales". [49]
Para el futuro, es necesario encontrar algunos medios para la evolución del diseño de MNT a nanoescala que imite el proceso de evolución biológica a escala molecular. La evolución biológica procede mediante una variación aleatoria en los promedios de conjuntos de organismos combinada con la selección de las variantes menos exitosas y la reproducción de las variantes más exitosas, y el diseño de ingeniería a macroescala también procede mediante un proceso de evolución del diseño desde la simplicidad a la complejidad, como se establece de manera un tanto satírica. por John Gall : "Invariablemente se descubre que un sistema complejo que funciona ha evolucionado a partir de un sistema simple que funcionó... Un sistema complejo diseñado desde cero nunca funciona y no se puede reparar para que funcione. Hay que empezar de nuevo , comenzando con un sistema que funcione". [50] Se necesita un gran avance en MNT que avance desde los conjuntos atómicos simples que pueden construirse con, por ejemplo, un STM hasta sistemas MNT complejos a través de un proceso de evolución del diseño. Una desventaja en este proceso es la dificultad de ver y manipular en la nanoescala en comparación con la macroescala, lo que dificulta la selección determinista de ensayos exitosos; en contraste, la evolución biológica procede a través de la acción de lo que Richard Dawkins ha llamado el "relojero ciego" [51] que comprende variación molecular aleatoria y reproducción/extinción determinista.
En la actualidad, en 2007, la práctica de la nanotecnología abarca tanto enfoques estocásticos (en los que, por ejemplo, la química supramolecular crea pantalones impermeables) como enfoques deterministas en los que moléculas individuales (creadas mediante química estocástica) se manipulan en superficies de sustrato (creadas mediante métodos de deposición estocástica) mediante métodos deterministas que comprenden empujarlos con sondas STM o AFM y provocar que se produzcan reacciones simples de unión o escisión. El sueño de una nanotecnología molecular compleja y determinista sigue siendo difícil de alcanzar. Desde mediados de la década de 1990, miles de científicos de superficies y tecnócratas de películas delgadas se han subido al carro de la nanotecnología y redefinieron sus disciplinas como nanotecnología. Esto ha causado mucha confusión en el campo y ha generado miles de "nano" artículos sobre la literatura revisada por pares. La mayoría de estos informes son extensiones de investigaciones más ordinarias realizadas en los campos principales.
La viabilidad de las propuestas de Drexler depende en gran medida, por lo tanto, de si diseños como los de Nanosystems podrían construirse en ausencia de un ensamblador universal para construirlos y si funcionarían como se describe. Los partidarios de la nanotecnología molecular afirman con frecuencia que no se han descubierto errores significativos en los nanosistemas desde 1992. Incluso algunos críticos admiten [52] que "Drexler ha considerado cuidadosamente una serie de principios físicos que subyacen a los aspectos de 'alto nivel' de los nanosistemas que propone y, de hecho, ha pensado con cierto detalle" sobre algunas cuestiones.
Otros críticos afirman, sin embargo, que Nanosystems omite importantes detalles químicos sobre el "lenguaje de máquina" de bajo nivel de la nanotecnología molecular. [53] [54] [55] [56] También afirman que gran parte de la otra química de bajo nivel en Nanosistemas requiere un trabajo adicional extenso y que, por lo tanto, los diseños de nivel superior de Drexler se basan en fundamentos especulativos. Otros trabajos recientes de Freitas y Merkle [57] tienen como objetivo fortalecer estos fundamentos llenando los vacíos existentes en la química de bajo nivel.
Drexler sostiene que tal vez tengamos que esperar hasta que nuestra nanotecnología convencional mejore antes de resolver estos problemas: "La fabricación molecular será el resultado de una serie de avances en los sistemas de máquinas moleculares, de la misma manera que el primer alunizaje resultó de una serie de avances en los cohetes de combustible líquido". "Estamos ahora en una posición como la de la Sociedad Interplanetaria Británica de la década de 1930, que describió cómo los cohetes de múltiples etapas alimentados con combustible líquido podían llegar a la Luna y señaló los primeros cohetes como ilustraciones del principio básico". [58] Sin embargo, Freitas y Merkle argumentan [59] que un esfuerzo enfocado para lograr la mecanosíntesis de diamantes (DMS) puede comenzar ahora, utilizando la tecnología existente, y podría lograr el éxito en menos de una década si su "enfoque directo a DMS" es en lugar de un enfoque de desarrollo más tortuoso que busque implementar tecnologías de fabricación molecular no diamantadas menos eficaces antes de avanzar a las diamantoides".
Para resumir los argumentos en contra de la viabilidad: primero, los críticos argumentan que una barrera principal para lograr la nanotecnología molecular es la falta de una forma eficiente de crear máquinas a escala molecular/atómica, especialmente en ausencia de un camino bien definido hacia una auto-autonomía. ensamblador replicante o nanofábrica diamantina. Los defensores responden que se está desarrollando un camino de investigación preliminar que conducirá a una nanofábrica de diamantes. [6]
Una segunda dificultad para alcanzar la nanotecnología molecular es el diseño. El diseño manual de un engranaje o rodamiento a nivel de átomos puede llevar de unas a varias semanas. Si bien Drexler, Merkle y otros han creado diseños de piezas simples, no se ha intentado ningún esfuerzo de diseño integral para algo que se acerque a la complejidad de un Ford Modelo T. Los defensores responden que es difícil emprender un esfuerzo de diseño integral sin una financiación significativa para dichos esfuerzos y que, a pesar de esta desventaja, se han logrado muchos diseños futuros útiles con nuevas herramientas de software que se han desarrollado, por ejemplo, en Nanorex. [60]
En el último informe A Matter of Size: Triennial Review of the National Nanotechnology Initiative [42] publicado por National Academies Press en diciembre de 2006 (aproximadamente veinte años después de que se publicara Engines of Creation), aún no se podía encontrar un camino claro hacia la nanotecnología molecular. puede verse, según la conclusión de la página 108 de ese informe: "Aunque hoy en día se pueden hacer cálculos teóricos, el rango eventualmente alcanzable de ciclos de reacción química, tasas de error, velocidad de operación y eficiencias termodinámicas de tales sistemas de fabricación ascendente no pueden Por lo tanto, la perfección y complejidad eventualmente alcanzables de los productos manufacturados, si bien pueden calcularse en teoría, no pueden predecirse con confianza. Finalmente, los caminos de investigación óptimos que podrían conducir a sistemas que excedan en gran medida las eficiencias termodinámicas. y otras capacidades de los sistemas biológicos no se pueden predecir de manera confiable en este momento. La financiación de la investigación que se basa en la capacidad de los investigadores para producir demostraciones experimentales que se vinculen con modelos abstractos y orienten la visión a largo plazo es la más apropiada para lograr este objetivo". Esta convocatoria de investigación que conduzca a demostraciones es bien recibida por grupos como Nanofactory Collaboration, que buscan específicamente éxitos experimentales en la mecanosíntesis de diamantes. [61] La "Hoja de ruta tecnológica para nanosistemas productivos " [62] tiene como objetivo ofrecer ideas constructivas adicionales.
Quizás sea interesante preguntarse si la mayoría de las estructuras compatibles con las leyes físicas pueden, de hecho, fabricarse. Sus defensores afirman que para lograr la mayor parte de la visión de la fabricación molecular no es necesario poder construir "ninguna estructura que sea compatible con la ley natural". Más bien, es necesario poder construir sólo un subconjunto suficiente (posiblemente modesto) de tales estructuras, como es cierto, de hecho, para cualquier proceso de fabricación práctico utilizado en el mundo hoy en día, y es cierto incluso en biología. En cualquier caso, como dijo una vez Richard Feynman : "Es científico sólo decir lo que es más probable o menos probable, y no demostrar todo el tiempo lo que es posible o imposible". [63]
Existe un creciente cuerpo de trabajos teóricos revisados por pares sobre la síntesis de diamantes mediante la eliminación/adición mecánica de átomos de hidrógeno [64] y el depósito de átomos de carbono [65] [66] [67] [68] [69] [70] (un proceso conocido como mecanosíntesis ). Este trabajo está permeando lentamente en la comunidad nanocientífica en general y está siendo criticado. Por ejemplo, Peng et al. (2006) [71] (en el esfuerzo de investigación continuo de Freitas, Merkle y sus colaboradores) informa que el motivo de información sobre herramientas de mecanosíntesis más estudiado (DCB6Ge) coloca con éxito un dímero de carbono C 2 en una superficie de diamante C (110) a 300 K (temperatura ambiente) y 80 K ( temperatura del nitrógeno líquido ), y que la variante de silicio (DCB6Si) también funciona a 80 K pero no a 300 K. En este último estudio se invirtieron más de 100.000 horas de CPU. El motivo de información sobre herramientas DCB6, descrito inicialmente por Merkle y Freitas en una Conferencia Foresight en 2002, fue la primera información sobre herramientas completa jamás propuesta para la mecanosíntesis de diamantes y sigue siendo el único motivo de información sobre herramientas que se ha simulado con éxito para su función prevista en un diamante completo de 200 átomos. superficie.
La información sobre herramientas modelada en este trabajo está destinada a usarse únicamente en entornos cuidadosamente controlados (por ejemplo, vacío). Los límites máximos aceptables para los errores de desplazamiento de traslación y rotación de la información sobre herramientas se informan en Peng et al. (2006): la información sobre herramientas debe colocarse con gran precisión para evitar unir el dímero incorrectamente. Peng et al. (2006) informa que aumentar el espesor del mango desde 4 planos de soporte de átomos de C sobre la punta de la herramienta a 5 planos disminuye la frecuencia de resonancia de toda la estructura de 2,0 THz a 1,8 THz. Más importante aún, las huellas vibratorias de una punta de herramienta DCB6Ge montada en un mango de 384 átomos y de la misma punta de herramienta montada en un mango de "barra transversal" de 636 átomos igualmente restringido pero mucho más grande son prácticamente idénticas en las direcciones sin barra transversal. Se aceptan estudios computacionales adicionales que modelen estructuras de mangos aún más grandes, pero la capacidad de colocar con precisión las puntas de SPM con la precisión atómica requerida se ha demostrado repetidamente de manera experimental a baja temperatura [72] [73] o incluso a temperatura ambiente [74] [75]. constituyendo una prueba de existencia básica para esta capacidad.
Investigaciones adicionales [76] para considerar información sobre herramientas adicionales requerirán mucho tiempo de química computacional y un difícil trabajo de laboratorio.
Una nanofábrica en funcionamiento requeriría una variedad de puntas bien diseñadas para diferentes reacciones y análisis detallados de la colocación de átomos en superficies más complicadas. Aunque esto parece un problema desafiante dados los recursos actuales, habrá muchas herramientas disponibles para ayudar a los futuros investigadores: la ley de Moore predice mayores aumentos en la potencia de las computadoras, las técnicas de fabricación de semiconductores continúan acercándose a la nanoescala y los investigadores se vuelven cada vez más hábiles en el uso de proteínas , ribosomas y ADN para realizar química novedosa.
