t'
13
1[ ,4,
-i¡*
rf
Continuará complint-se la llei de Moore? Eou¡ro Pulwrr Hi ha un problema que ens aguaita. Un problema que en molt pocs anys pot frenar I'avang de la societat, Molt abans que ens destrueixi el canvi climátic o I'esgotament dels recursos naturals. Es relereix a1 xip, e} cor que fa que funcionin tots els aparells que utilitzem diáriament, La IIei de Moore prediu que aproximadament cada dos anys es duplica ia capacitat deis ordinadors, Per a incrementar-ne la poténcia és necessari que augmenti el nombre de transistors que conté cada xip. El problema és que arribará
un moment en qué els transistors del xip no podran fer-se més petits, el material de qué estan fets (silici) no podrá suportar-ho i el desenvolupament es frenará,
Necessitem materials nous que solucionin els problemes actuals. I si es tracta de rendibililzar Ia grandária, la resposta ha d'estar en la nanotecnologia. El grafé pot ser 1'alternativa al silici; aquest material és prlmer germá de les ja conegudes buckyballs,les molécules de carboni formades per seixanta átoms amb aspecte de pilota de futbol diminuta i amb unes propietats sorprenentment resistents. Peró el somni dels nanotecnólegs és aconsegiuir materials que s'autoassemblin per formar una determinada nanoestructura. Molécula de buckminsterful leré (C60).
Una ciéncia nova
fany 1959, el físic teóric Richard Feynman (premi Nobel de FÍsica el 1965) va pronunciar una conferéncia amb el títol "fhere's plenty of room at the bottom", és a dir, "hi ha molt d'espai al fons". Aquest aparentment enigmátic anunci profetitzava molts descobriments nous quan es poguessin fabricar materials de dimensions atÓmiques o moleculars. Aixó s'ha fet possible a partir de 1980 amb I'aparició de la microscópia túnel de rastreig (STM) o de forga atómica (AFM), que han permés primer observar els materials a escala atómica i, després, manipular átoms individuals. Per a aclarir qué és la nanotecnologia, primer cal parlar de la grandária dels átoms. El prefix nano s'escriu "n equival a 1O-e", i la grandária d'un átom és aproximadament la cinquena part d'un nanómetre (1 nm). Cinc átoms en fila fan aproximadament 1 nm. Bé, doncs tots els materials, dispositius, instrumental, etc.,
que continguin de 5 a 50 o 100 átoms entren dins de I'escala nanométrica i són motiu d'estudi de la nanotecnologia. Podríem pensar que les propietats que presenta un conglomerat de 50 átoms equivaldrien a les propietats d'un sol átom augmentades cinquanta vegades. Peró aquí rau la vertadera importáncia dels dispositius i materials nanotecnológics: les seves propietats són sorprenentment d¡ferents de les propietats dels átoms individuals que els formen. La nanotecnologia obre una infinitat de possibilitats en camps de la ciéncia tan diversos com la medicina, la física, la quÍmica o I'enginyeria mecánica. Solament s'ha entreobert la porta per la qual s'albira la nova ciéncia.
Microscopi de forqa atómica (AFM).
EDUARD PUNSET ENTREVISTA
Heinrich Rohrer i Nicolás García
E. PuNser: Heinrich, un dels teus predecessors, el físic americá Feynman, va dir: "Vull arribar fins al final, vull arribar fins als átoms i poder veure'|s." Perqué la idea és que si se sap com es relaciona un átom amb un altre átom, i nosaltres estem formats d'átoms -perqué és el que som: átoms i molécules-, si coneixem aquesta relació de I'un amb I'altre, sabrem de qué tracta la natura. És cert o continuem sense saber de qué tracta?
H. RoHneR: Crec que aquest és un dels grans reptes d'ara,
¡a
que entenem bastants coses sobre el autoassemblatge, sobre els mecanismes, perÓ si volem formar un sistema cal que siguem capaQos de generar un procés de autoassemblatge en algun moment. I crec que aixó és el que encara no sabem fer.
Potser és possible en unes circumstáncies molt bastes; hi ha experts que diuen que es poden uiilitzar nanotubs de carboni com a connectors base entre un transistor i un altre, en compH. RoHneR: Crec que aixÓ és molt complicat. Crec que la natura tes de tenir un cable de coure. Crec que és moltíssim més complicada i solaés possible que fins a cert punt aixÓ sigui ment saber sobre átoms no ens soluprincipis básics cert, peró aixó no soluciona res si no es pot és un dels Aquest ciona les operacions de sistemes crear el tub de carboni ln situ. No es poden rcconéixet de la nanotecnología: complexos que estan formats d'átoms. prendre milrons i milions de tubs de carque és petit que del és a ftavés el Peró crec que els átoms són básics. boni i col.locar-los en el lloc correcte. petit.
Hem de comprendre com es compor-
ten sota certes circumstáncies i crec que aquest és el nou repte de la nanotecnologia per a aprendre més sobre sistemes fets d'átoms que es poden utilitzar per a uns objectius molt especifics. PerÓ hi ha un gran pas endavant des dels átoms fins al sistema de la natura. E. Puruser: Nicolás, quin és el problema concret? Qué falta perqué, per exemple, en un partit de futbol, en lloc d'un árbitre assenyalant fora de joc, simplement hi hagi un ordinador que digui "fora de joc"? Perqué tenim prou sensors per a saber exactament el que passa. Quin és el tros que falta per a aixÓ? Nicolás, tu dius que és una qüestió de sensors, de ficar-li més sensors...
N. Gnnci¡: finvent que necessitem és una memÓria per a registrar totes aquestes imatges. De fet, si tinc moltíssima més memória, puc utilitzar-ne una part com a interactiu de I'análisi d'imatges i així traure conclusions. És qüestió d'emmagatzemar molta memória en poc espai. Ja ens hem trobat abans amb problemes semblants. Creus que podríem haver anat a la Lluna amb els llums i la tecnologia antigues? Va ser necessari reduir el dispositiu que ens donava la informació; arribem amb aixÓ al transistor, aquesta va ser la gran revolució, és una qÜestió d'integració, E. PuNsrr: I el pas següent, dius, és la nanotecnologia. N. GnncÍn: És clar, estem en el camí. La tecnologia del silici actual está en el quart de micra, perÓ es pot reduir a un átom. Si fóssim capagos de registrar-ho tot, de fer d'un átom un bit de memória, podríem tenir memÓries tremendament grans, de 101s bits en 1 cm2. E. Puxser: Peró per a tenir un sistema es necessita un autoassemblatge i una autoorganització d'átoms. I una vegada que es poden veure els átoms, com es fa per autoassemblar-los i autoorganitzar-los?
O sigui, que cal iniciar un procés de creixement o d'acoblament en el lloc específic, que es desenvolupi de la forma que volem que ho faci. I crec que aquest és un dels grans reptes de la na-
notecnologia, de la ciéncia dels materials, de la ciéncia dels nanomaterials; i crec que som molt lluny encara, perÓ penso que la ciéncia necessita aquests grans reptes. E. PurusEr: M'imagino que ha de ser bastant irritant per a un
científic veure que les molécules s'autoassemblen; és a dir, I'una es fixa amb l'altra, i l'altra amb una altra, fins formar un complex sistema, i atés que ja es coneix la naturalesa básica de
les molécules, que són els átoms, i grácies al microscopi STM i a uns altres, es poden identificar les imatges; i no obstant aixÓ, com tu dius, no som capaQos de provocar aquests mecanismes d'autoassemblatge. PerÓ aixÓ és el que probablement ocorrerá, no?
Heinrich Rohrer Suissa, 1933, premi Nobel de FÍsica. Va ser el coinventor de I'STM (scanning tunneling mi' ctoscope). El microscopi de túnel no solament permet observar el món de les molécules i els
átoms, sinó que, a més, facilita I'accés a aquest nivell, és a dir, a processar aquesta informació.
Nicolás García Espanya. Ha estat director del Departament de Nanotecnologia del Consell Superior d'Inves-
tigacions CientÍfiques i ha col'laborat durant molt temps amb Rohrer.
EDUARD PUNSET ENTREVISTA HEINRICH ROHRER I NICOTAS GARCIA
H. RoHneR: Crec que tens raó. Aquest és un dels camins que cal seguir, per descomptat, i probablement mai no dependrem exclusivament de I'autoassemblatge. Potser el que farem será crear models per miniaturització, que és la forma en qué treballem ara en microelectrónica, o en qué dissenyem molts dels processos de nanoelectrónica: és a dir, per miniaturilzació. De manera que probablement usarem uns processos hÍbrids en els quals fabricarem un escenari miniaturitzat, per litografia, i en aquests mo-
Com reaccionar si sé que aquesta persona té aquesta malaltia, i aquesta altra i aquesta altra? Ha arribat el moment que cal aillar-la? Aquesta és una pregunta molt més difícil, o una qüestió de molta major significació, que la de, per exemple, la confidencialitat de les dades.
l*Xll'n"'Jr:íii?:l
dels comenqarem a desenvolupar per autoassemblatge els detalls més menuts. Durant els deu o quinze anys prÓxims encara podrem fer el que estem fent ara, peró en més petit. Ara encara pensem en termes d'un ordinador quan parlem d'un petit circuit, perÓ és possible que no sigui en aixó en el que
la
N. GencÍn: També hi ha un proiecte médic de nanotecnologia, signat per la NASA, denominat "Nanovaixell". Aquest nanovaixell és una nau de dimensions molt reduldes que té un xip intel.ligent. Es pot ficar per les artéries i detecta si en alguna part s'estan formant estructures que no haurien d'estar allá. El que té de bo és que és capaq de diagnosticar un problema en els primeríssims estadis de la seva formació.
nanotecnologia estigui optimit-
O sigui, si som capaqos de produir un
zada. Estará optimitzada quan faci la connexió entre el món del processa-
nanomíssil i inserir-lo en el sistema sanguini, aquest, que té una massa
dor i el món real.
petitíssima,
Aquesta és, per exemple, una de les característiques més interessants de la nanotecnologia: la grandária de les molécules. Mira com funcionen les molécules al nostre cos. Una molécula en reconeix una altra; no es reconeix I'altra molécula grá-
lffi;.ffi###d
cies a un equipament fantástic: s'usa una molécula per a reconéixer-ne una altra. I jo diria que aquest és un dels principis básics de la nanotecnologia: reconéixer el que és petit a través del que és petit.
Així és com ho fa la natura. I és també el que fa I'STM. Amb I'STM un átom reconeix un altre átom que hi ha en I'agulla si I'hi acostem prou; aquest és el principi de I'STM: reconeixem un
átom a través d'un altre átom. Podem reconéixer-lo de diverses maneres. A través del corrent indult, i aixó és el que es fa en el microscopi de túnel o, per exemple, es pot agafar una molécula d'aquí i altra molécula d'allá i llavors es pot mirar com s'ajunten, ja que s'ajunten de manera diferent segons els diferents tipus de molécula. I així es crea una sensibilitat molecular individual. Aquest és un dels desenvolupaments clau de la nanotecnologia. E. Punser: I aixó on pot conduir? Podem aplicar-ho a la biomedicina?
H. RoHRrn: Es pot aplicar a qualsevol camp. Per exemple, puc imaginar-me dur damunt un sensor molt petit i que aquest sensor, immediatament, percebi quan algú que és prop de tu té la grip: aixó al final deixaria de ser un problema. Crec que serem capaEos de fer-ho, I també cal pensar en les conseqÜéncies: com hi reaccionem?; sempre hauríem de prendre una decisió.
és capaq d'atacar
les
cél.lules que prematurament estan iniciant una malaltia. La resposta del cos humá será, doncs, molt més menuda i eficag.
Encara que jo crec que on la nanotecnologia realment suposará un canvi és en la medicina preventlva. Per a aixÓ és necessari desenvolupar sondes cada vegada més petites i amb capacitat
d'análisi, perqué ens informin constantment del que ocorre al nostre cos. Una altra vegada aixó significa dispositius amb més memória.
E. Puruser: Heinrich, tu has dit
-ho he llegit en alguns dels teus
treballs- que la nanotecnologia obre grans perspectives i grans temors. Aquest és el tipus de pregunta en la qual probablement necessitem reflexionar contínuament.
RoHneR: Peró per descomptat, a pesar dels temors, crec que hauríem de
Peró en una escala molt petita, aixÓ té un rol molt important; per exemple: si tenim un cable molt fi i amb un punt de constricció, que és en el que Nicolás García está treballant en I'actualitat, llavors el transport en aquest punt és de naturalesa quántica, i es
pot treballar amb aixó.
H.
fer-ho perqué hem d'aprendre a manejar bé les coses. I jo diria que, al capdavall,
si s'observa el progrés que han fet
la
ciéncia i la tecnologia en els últims doscents anys, crec que el món encara no ha estat destrult.
5,3'iill;3':: iil""#:: "¿:T:;:: que proctama que er f ror"*s"ntdesftu[t ^an'l. í que sent aquest trueixen proteines segons les instruccions I I
temo, que serit la fi de Ia humauec que
lnitat,
exasercn.
I I
J
O" I'ARN. Una vegada que hem desenvo-
iffi1i?,"',:r;:H,l:ol""ffiil:f¿':H
gran ximpleria- analitzar els átoms d'aquesies instruccions de I'ARN i canviar-les? Podem canviar no solament la natura en si, sinó les instruccions que té la natura per a construir organismes, o la natura?
-o és una
H. RoHnEn: Tot consisteix solament d'átoms i crec que aixÓ és cert, peró la nostra forma de pensar és simplement un procés químic al cervell? O és alguna cosa més? Si solament és un procés quÍmic, cal permetre-li al procés la possibilitat de ser intel.ligent. Ara tenim per separat la intel ligéncia, la matéria viva I la matéria morta. I probablement aquesta separació, a llarg termini, no és molt raonable, i igual que la nanotecnologia -on s'uneix la biologia, la física i I'enginyeria- potser algun dia tindrem una La gent que proclama que el món será destrutt i que sent aquest
temor que es destruirá el món, la fi de la humanitat, de la raEa humana, crec que exageren, Crec que també hem de tenir confianqa que la gent no solament es fa més intel ligent sinó també més assenyada. És veritat que de vegades ens assalten els dubtes. E. Puruser: Quan es baixa a aquesta escala, a aquest lÍmit, i s'en-
tra en el món quántic i les coses es comporten d'una manera molt diferent -la mateixa partícula es dirigeix a dos pols diferents-, creus que aixó será un problema real? H. RoHnen: Aixó és, probablement, un dels grans reptes de la nanotecnologia: poder explotar el comportament mecánic quántic d'una manera millor de com ho fem a microescala o a macroescala. Crec que aixó és possible, perÓ no deixa de ser un repte. En l'actualitat ja estem explotant Ia mecánica quántica d'una manera més óbvia del que ho fem en la macroescala.
I no hi ha dubte que cada átom es comporta d'una manera quántica, és a dir, que la mecánica quántlca és inherent arreu de la matéria. Peró no és obvi el comportament quántic de les propietats de qualsevol matéria. Si es pren una gran pedra i es llanqa, es pot calcular amb la mecánica normal; no fa falta la mecánica quántlca.
perspectiva diferent sobre aquestes tres categories: la intel'ligéncia, la matéria viva I la matéria morta. I potser, si poguéssim tenir-ho iot una mica més confús, si es confongués tot en el futur, es podria tenir una transició més raonable d'una a I'altra. Oui ho sap? E. PuNsEr: Si ll pregunto a un bióleg qué és la vida ja conec la seva resposta: un organisme capaQ de replicar-se. Si li ho pre-
gunto a un nanotecnóleg, qué em dirá?
EDUARD PUNSET ENTREVISTA HEINRICH ROHRER I NICOTAS GARCIA
els i
E. Pur.,¡ser: I canviará la meva vida quotidiana, vull dir, la de N. GnncÍn: Que la vida requereix una certa imperfecció; si l'home del carrer. átoms estiguessin totalment ordenats, seria un sistema inert, tots els sistemes s'estan movent constantment a causa de la N' GnncÍn: Podrás veure el teu programa de televisió' El teu retemperatura. En les figures es veuen defectes de l'estructura, será tan petit que podrás veure la televisió pel carrer' ceptor átoms que hi falten. La vida requereix algun tipus d'imperfecció problema' en colors i tridimensional És qüestió de sense cap Lesséncia de la vida és la possibilitat de trobar llocs, defectes, integrar totes aquestes dades en una zona molt menuda' saber on els átoms es puguin agrupar per a formar noves estructures. lvoldríem que aquestes e"structures fossin |] .---_-__ nanorobots La vída rcquereix .vur parrar amb en tat,,, i quar ri dirás ""o_"::::_:ypii transformará ra teva veu i així podrás La nanotecnorogia ha desenvorupat eines v"EiY' parlar per teléfon' per manipular els átom.s un a un.
intel'lisents'
físiques
a
lels átoms són, de fet, molt més senzills que els aminoácids, que són
F
., : f ff:#:tl;fiff:f:l?:.:
inert. lsistema t
J
I I I r::#:,ilr#";:'::#:":;:::;iri; -- - I
combina-
cionsd'átoms.Siaconseguimaproximarunsquantsátoms_de
ñ:
i
Ahl, podrás parlar en qualsevol idioma, sense cap traductor. Tu parrarás en el teu idioma i el re-
H#J:[::f;%i
carboni, d'oxigen, de sorre, tarvesada,nu'¡.ui"";';;;: 11,3,'J,i31[[ xims a les seves posicions ideals, es pot, en princ¡pi, constru¡r Tot és qüestió d,integrar i fer xips cada vegada amb més me_ una molécula mória i, per tant, més intel.ligents. lntegrar dades i circuits. una vegada que estudies les dades' has d'integrar nanocables i naDe la mateixa manera, una vegada tens les molécules complenocontactes' xes, pots aproximar-les al seu torn amb unes altres, fins a formar un compost molecular que sigui capaq de replicar-se. És E. puruser: I aixó ja ho esteu fent? Com són? que l'evolució, amb els seus milers de milions d'anys, ha acabat N. GnncÍn: Aquests els tenim i sabem com funcionen. Són caproduint una cosa més intel.ligent que ella mateixa. Qué és, que també aquesta tecnolo- bles d'uns pocs átoms, capaEos de conduir el senyal eléctric. no, I'home? La meva resposta és produir S'estan buscant també molécules que s'autoassemblin i congia está intentant alguna cosa més intel.ligent. En el potents, qué aquestes nectin per a formar els dispositius. També n'hi ha que tenen prohi hagi moltes més técniques ment en pietats magnétiques fascinants i que podrien actuar com uns que elles acabaran desenvolupant estructures més capaces
:"$lJ;i::j:ln?fl
complexa'
obvi si
mo-
ma-
teixes.
>
sensors excel lents.
>
REFLEXIONA
1. lndica en qué consisteix la llei de Moore. És possible que deixi de complir-se en els prÓxims anys? Hi ha alguna esperanga que continui complint-se?
2. Qué és la nanotecnologia? lndica alguna aplicació actual d'aquesta ciéncia.
3. Qué entenen els
nanotecnÓlegs per "autoassemblatge"? El
veuen factible en els próxims anys?
ACTUA
4. Busca informació sobre avengos actuals de la nanotecnologia i com hi col.labora el microscopi de forces atÓmiques.
5. Discuteix a classe sobre
possibles aplicacions médiques de la nanotecnologia, com la possibilitat de substituir membres
accidentats del cos humá per uns altres amb un funcionament biónic, i les seves implicacions étiques.