EN LA ERA DE LA NANOTECNOLOGA Y NOSOTROS

EN LA ERA DE LA NANOTECNOLOGÍA ¿Y NOSOTROS QUE? M. Sc. JOSE ROBERTO ALEGRIA COTO Dpto. de Desarrollo Científico y Tecnológico ralegria@conacyt. gob. sv Auditorium del Museo de Ciencias Stephen W. Hawkings 16 de Marzo de 2005 6: 30 -8: 00 p. m.

OBJETIVOS 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.

CAMBIO SOCIAL DE PARADIGMAS 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.

SOCIEDAD DEL CONOCIMIENTO 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

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

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

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

PREFIJOS DE MEDIDAS Mili = 10 -3 Micra = 10 -6 NANO = 1 Angstrom = 10 -10 m 1 billonésima de metro ÁTOMO DE HIDRÓGENO -9 10 Angstrom = 10 m -3 1 Milímetro = 1 milésima de metro 1 millón de nanómetros ORILLA DE UN DIME 10 m -6 1 Micrómetro = 1 millonésima de metro mil nanómetros LÍNEAS DE CIRCUITO DE CHIP 10 m -9 1 Nanómetro = 1 millonésima de metro 10 ÁTOMOS DE HIDRÓGENO -10 10 Pico = 10 -12 Femto = 10 -15 Atto = 10 -18

NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍA: ¿QUÉ SON? La nanociencia se dedica al estudio de las propiedades de los objetos y fenómenos a escala nanométrica (un nanómetro es la 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. 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”.

NANOTECNOLOGÍA “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.

PENSAR DIFERENTE: NANO PIONERO Richard Feynman Foto 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 Premio Nobel en Física (1965) por su trabajo fundamental en electrodinámica cuántica, contribución de profundas consecuencias para la física de partículas Richard P. Feynman en: (1960) http: //www. nano. org. uk/people. htm elementales.

NANOTECNOLOGÍA 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 100 veces 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.

APLICACIONES DE LA NANOTECNOLOGÍA i) herramientas (para ver, manipular e ingeniar en el nivel atómico); ii) materiales (por las diferentes iii) propiedades que manifiestan); dispositivos (para el funcionamiento corporal y laser avanzados); iv) técnicas para construir estructuras a nanoescala (autoensamblamiento, nanolitografía);

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; Washington Post. Fuente: arañazos Iniciativa de Nanotecnologí • Pinturas protectoras contra la corrosión, y

MERCADO MUNDIAL DE UN TRILLON US $ DÓLARES 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 millones. Electrónica, la proyección es alrededor de los 300 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 millones de dólares.

MERCADO MUNDIAL DE UN TRILLON US $ DÓLARES Farmacéutica, cerca de la mitad de toda la producción puede depender de la nanotecnología, superando los 180 millones. Nanovectores para la liberación de fármacos anticancer 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

Gasto gubernamental INICIATIVA DE NANOTECNOLOGÍA NACIONAL 2002, en el Lejano Este Japón $ 650 Iniciativa de Nanotecnología Nacional China $ 200 (NNI) una alta prioridad. Admon. Busch Taiwan $ 150 aumentó los fondos de $ 604 millones Corea $ 150 en 2002 a US $ 849 millones en 2004. Singapur $ 40 Un tercio de los fondos de Todo el $ investigación de las firmas de US mundo 2. 000 basadas en ciencia son para CMP Científica, jul. 2002. nanotecnología. (Sci. Dev. Net, 2004. Nanotechnology “Lo que he venido a entender es que en la Quick Guide). Sherwood Boehlert 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

SITUACIÓN DE LA NANOTECNOLOGÍA EN PAÍSES EN VÍAS DE DESARROLLO Estad País Actividad Nanotecnológica Ejemplo o Al frente de la carrer a • 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. Tailandi • Fondos de gobierno para el A media a desarrollo de la nanotecnología. Filipinas vía • Algunas formas de soporte del Sudafric gobierno (fondos de investigación). a • Limitada participación de la Brasil industria. Chile • Presencia de algunas instituciones de investigación. 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. 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. http: //www. nanotechweb. org/articles/societ

LABORATORIO DE NANOTECNOLOGÍA DE COSTA RICA El 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 m 2. 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 Ilustración esquemática de un Microscópio de Barrido de Tunel (STM) es una Microscópio de Fuerza técnica microscópica que Atomica (AFM), es permite la investigación de particularmente útil para superficies conductoras de ver muestras biológicas. electricidad abajo de la escala atómica. Los STM y los AFM son llamados Microscopios colectivamente como Sondas de Barrido Microscopios Sondas de son una familia de Barrido pueden mover átomos, y instrumentos usados son dispositivos no mayores que para medir un mouse que se enchufa a un propiedades de puerto USB de una computadora.

Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ) LA INSTRUMENTACIÓN MINIATURIZADA Y ECONÓ IMPULSA EL CAMPO Están ahora disponibles: • Los STM y AFM portatiles con alta capacidad de definición y de “barrido fácil” y • Relativamente muy económicos (≈ $ 19. 000 dólares) www. nanosurf. ch/

EXPLORANDO EL NANOMUNDO CON LEGO® Microscopio de Sonda de Barrido (SPM): Serie de Fuente del laser Fotodiodos Interacción entre la punta y la superficie Detalles de la plataforma de construcción superficie 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. mrsec. wisc. edu/edtc. LEGO/PDF files/2 -1 a

EXPLORANDO EL NANOMUNDO CON LEGO® Microscopio de Fuerza Atómica (AFM): Construcción de un cantilever Detalles de la plataforma de construcción Montaje de la fuente de luz Modelo completado mrsec. wisc. edu/edtc. LEGO/PDF files/2 -1 app

Proyecto educativo “Nano. Kids” Dr. James Tour, Professor of Chemistry en Rice University. El concepto visual de los “Nano. Kids” 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 http: //cohesion. rice. edu/naturalsciences/nanokids/mission. cfm? doc_id=3738 combinar para

PROPUESTAS Es de urgencia para el país apostarle a una Política de Nación de Ciencia y de Tecnología, que identifique los nichos de conocimiento a 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 mecanismos que permitan difundir información a los padres de familia, sobre avances y desarrollo de 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

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.

REFLEXIÓN FINAL “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”

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?

www. 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”. Muchas gracias por su atención. Atentamente ROBERTO ALEGRIA ralegria@conacyt. gob. sv ¿Preguntas o comentarios?