¡BIENVENIDA LA MICROTECNOLOGÍA!
Publicado en
marzo 04, 2012
Inserto: Una estampilla de correos muestra la escala de los sensores, cada vez más pequeños, que monitorean la tensión sanguínea directamente en el interior del corazón. (Foto: © STEVE KRONGARD / THE IMAGE BANK; INSERTO: NOVASENSOR)¿Robots del tamaño de un mosquito?
¿Píldoras que vigilan el ritmo cardiaco?
¿Sensores que hacen funcionar una alarma
si un niño se cae a la piscina?
Exploremos el prodigioso mundo infinitesimal.
Por Lowell PontePAUL SE TRAGA la píldora que le recetaron porque no dormía bien. No se trata de un medicamento, sino de una máquina diminuta que, conforme viaja por el interior del cuerpo de Paul, transmite sin cesar el registro de su temperatura a un receptor en el cinturón del paciente. Esta información ayuda al médico a monitorear sus ritmos corporales.
En un hospital cercano, los cirujanos comienzan una operación insertando en el corazón de Harold un sensor de la tensión arterial tan pequeño, que tres de ellos cabrían en la cabeza de un alfiler.A unas cuantas calles de allí, Ellen les refiere a sus amigos cómo salió ilesa de un choque automovilístico a gran velocidad y de frente: en el instante mismo de la colisión, una micromáquina sensora, casi invisible a simple vista, accionó con suficiente rapidez una bolsa de aire que le salvó la vida.Estos dispositivos, de uso cada día más generalizado, son los primeros frutos de una muy importante revolución científica. Dejamos atrás la Era Industrial, cuando las naciones se ufanaban de construir máquinas enormes, y entramos en la Era de la Microtecnología, en la que el poder y la prosperidad serán de quienes fabriquen máquinas diminutas.MOTOR MICROSCOPICO
El 27 de mayo de 1988, en la Universidad de California en Berkeley, los estudiantes de posgrado Long-Sheng Fan y Yu-Chong Tai dieron un paso gigantesco en el minimundo. Aplicaron corriente eléctrica a un aparato experimental que medía menos de una décima de milímetro de diámetro y, mediante un microscopio electrónico, observaron cómo empezó a funcionar el primer motor eléctrico microscópico.
El motor se había elaborado como un microcircuito de computadora. Con este método, una oblea de silicón, tan delgada como una hoja de papel y de diez centímetros de diámetro, se encapsula en cierto cristal (bióxido de silicio) y se recubre con una sustancia protectora fotosensible, plástico líquido que, al ser expuesto a la luz, traza ciertas formas microscópicas. Luego, otras sustancias —empleadas en el grabado al agua fuerte— disuelven los puntos que no recubrió la capa de cristal, y graban circuitos en la oblea de bióxido de silicio. Repitiendo una y otra vez el procedimiento, pueden integrarse al microcircuito varias capas de circuitos entrelazados. A continuación, después de constituir una base de silicio —eje y rotor—y usando un ácido de grabar a fin de disolver la capa de cristal entre estos dos componentes, Fan y Tai crearon un motor."¡Piensen en lo que esto significa!", exclama George Hazelrigg, ingeniero investigador de la Fundación Científica Nacional, de la Ciudad de Washington. "Cada oblea puede contener hasta 200 microcircuitos, y en cada uno es posible integrar cientos de micromáquinas"."Con esta nueva tecnología", agrega Richard Muller, uno de los directores del Centro Sensor y Accionador de la Universidad de California en Berkeley, "podemos crear en el mismo microcircuito un cerebro computarizado y varias micromáquinas sensoras y accionadoras que serán los ojos, los oídos y las manos de la computadora". A la vuelta de un decenio, predice Hazelrigg, los médicos podrían usar artefactos de esta clase, con cortadores y manipuladores microscópicos, en operaciones hoy consideradas de cirugía mayor, sin tener que abrir el cuerpo del paciente.Las micromáquinas habitan en un mundo donde la unidad de longitud es el micrón, la millonésima parte de un metro. (Un cabello humano, en promedio, mide entre 70 y 100 micrones de diámetro.) En este reino de escala infinitesimal no siempre son aplicables las reglas del mundo "grande": los insectos caminan sobre el agua; las hormigas acarrean objetos que equivalen a muchas veces su peso; unas motas de polvo invisibles que andan en el aire pueden trabar el engranaje desprotegido de los micromotores como si fueran gigantescas llaves inglesas. Quienes trabajan en laboratorios donde se emplean micromáquinas deben usar mascarillas como las de los cirujanos, porque corren el riesgo de aspirar inadvertidamente artefactos con que están trabajando.A manera de exploradores de este extraño micromundo, los científicos e ingenieros buscan nuevas maneras de crear máquinas. Algunos metales considerados duros y resistentes en nuestro mundo "grande", se vuelven blandos y débiles cuando se trabaja a microescala; en cambio, otros materiales demasiado frágiles para emplearse en una máquina grande —por ejemplo, el silicio—se tornan muy resistentes en Microlandia. "En esa escala pequeñísima", observa Muller, "el silicio es mecánicamente tan fuerte como ciertas variedades del acero".RELOJES DE PULSERA CARDIOGRAFICOS
Hasta hace poco, el empleo de las micromáquinas se limitaba a algunos campos especializados, tales como el de la medicina y la industria aeroespacial. Sin embargo, para mediados de los años noventas, quizá pueda usted comprar un automóvil "inteligente", equipado con unos microsensores que monitoreen automáticamente la presión del aire de los neumáticos y la tensión de los amortiguadores. Las micromáquinas podrían incluso ordenar a la microcomputadora del auto que ajuste continuamente el motor a los cambios de temperatura y humedad ambientales. Así podrá usted ir en auto de una playa soleada a un glaciar, y confiar al motor las adaptaciones necesarias.
En los próximos decenios, las micromáquinas también serán capaces de hacer que las casas sean "inteligentes". Indicarán a su horno y al acondicionador de aire cómo dar buen rendimiento con un mínimo de contaminación. Los sensores harán que funcione la alarma si un niño cae a la piscina. En las zonas sísmicas, los microsensores podrían detectar un terremoto y desconectar el agua, la electricidad y el gas.En materia de recreo, los aparatos caseros para hacer ejercicio utilizarán microsensores para registrar automáticamente el esfuerzo y el rendimiento. Ya se están desarrollando clubes de golf equipados con sensores para que usted mejore de juego. Ya se consiguen en el mercado —o pronto se conseguirán los primeros relojes de pulsera microsensores que monitorean el ritmo cardiaco, el pulso y la tensión arterial.
Izquierda: Un investigador crea una micromáquina; derecha: tres microsensores en la cabeza de un alfiler. Foto cortesía de NOVASENSORUN ROBOT LLAMADO "SQUIRT"
Las tecnologías miniaturizadas son una llave para el futuro de los robots. Según un viejo concepto de la ciencia ficción, el robot era una gran máquina que remedaba la forma y el pensamiento humanos. Hoy día, quien visite el Laboratorio de Inteligencia Artificial del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge, tendrá una idea más clara de nuestro futuro robótico.
Con el rabo del ojo ve el visitante algo que pasa zumbando y se oculta debajo de una silla. Es "Squirt", un robot con forma de cucaracha, diseñado no para pensar, sino para reaccionar ante determinados estímulos, según se le haya programado. Si usted enciende la luz o hace un ruido, "Squirt" correrá al sitio oscuro más cercano que pueda "ver". Apague la luz y, a los pocos minutos, "Squirt" reaparecerá y se dirigirá al punto de donde provino el último sonido que captaron sus "oídos" de microaudífonos pares.Según varios científicos de ese instituto, reunidos por Rodney Brooks, fundador del Mobot lab (Laboratorio Microrrobótico), se tiene pensado inventar microrrobots rápidos y baratos que funcionen sin supervisión humana. Anita Flynn, quien trabaja en el perfeccionamiento de "Squirt", pronostica que habrá "robots mosquitos", micromáquinas con oficio de sirvientes, producidas en serie y a tan bajo precio que, cuando una se gaste, se desechará y se comprará otra.En ese mundo de la nanotecnología (del griego nanos, enano ) "hay ideas estrambóticas e ideas realistas", comenta John Foster, físico del Centro de Investigaciones Almaden, de la IBM, en San José, California. "Tengo un texto moderno de química donde se asevera: Por supuesto, nunca podremos ver realmente un átomo". Foster se ríe y añade: "Yo veo átomos todos los días en el laboratorio con un aparato de la IBM, el STM (Scanning Tunneling Mícroscope, o microscopio de exploración perforante).TUNEL DE ELECTRONES
Este microscopio es un logro de tal magnitud, que a los dos científicos que lo inventaron en 1981 (y que trabajan en el Laboratorio de Investigaciones que la IBM tiene en Zurich) se les otorgó posteriormente el Premio Nobel. Para operar el STM se coloca una sonda diminuta a la distancia de un nanómetro (aproximadamente, la milmillonésima de un metro) de la superficie que se va a estudiar. Se aplica luego una corriente eléctrica a la punta de la sonda, y los electrones se abren paso a través de la brecha que se halla entre esa punta y la superficie. Al desplazarse la punta encima de esta superficie, la corriente que se va abriendo paso sube y baja a medida que se modifica la brecha. Una computadora traza el mapa de la forma y del contorno de los átomos de la superficie, como si fueran montañas y valles.
Y hay algo aún más asombroso: al abrirse paso, esa corriente del STM puede impulsar a los átomos para que recorran una superficie. En noviembre de 1989, Donald Eigler y Erhard Schweizer, investigadores de IBM-Almaden, utilizaron un STM para construir la primera estructura hecha por el hombre átomo por átomo: la forma resultante trazó las letras "IBM". A partir de 35 átomos de xenón, crearon letras de sólo 200 milmillonésimas de pulgada de altura. Para entender cabalmente lo que esto significa, según el cálculo de Eigler, el proceso equivaldría a imprimir el texto de 2000 ediciones de esta revista en el espacio que ocupa un punto de esta página.Como REZA. un viejo adagio: "Damos forma a nuestras herramientas, y después ellas nos modelan". Ya es evidente que nuestras nuevas miníherramientas reestructurarán nuestro estilo de vida de maneras asombrosas. Al "pensar en pequeño", los científicos y los soñadores están ensanchando y enriqueciendo el futuro de la humanidad.