Ejemplos de Nanotecnología Informática

Auto-reproducción

La nanotecnología molecular requiere de la auto-reproducción (de otro modo cualquier cosa será demasiado pequeña).

Uno de los sistemas de auto-reproducción más simple es la siguiente línea de código en C que se imprime a sí misma:
“main(){char q=34,n=10,*a="main(){char q=34,n=10,*a=%c%s%c; printf(a,q,a,q,n);}%c";printf(a,q,a,q,n);}”.

Nanotecnología seca

va dirigida principalmente al campo de la electrónica y a todos aquellos elementos cuya funcionalidad se vean directamente alterados por la exposición a un medio húmedo, como por ejemplo el magnetismo, dispositivos ópticos y desarrollo de materiales inorgánicos.

La mayor parte de la revolución industrial que impulsa la sociedad moderna no es un tributo de la biotecnología, es producto del desarrollo de máquinas de

vapor, motores a nafta y todo tipo de artefactos eléctricos, como radios, televisores, teléfonos y computadoras, todos ellos producidos por la tecnología del otro lado, el lado "seco", un área que parecería apuntar a ser la de mayor desarrollo potencial.

Nanotecnología Húmeda

 va dirigida al desarrollo de sistemas biológicos para la manipulación de material genético, membranas, enzimas y componentes celulares, y todo sistemas que necesite un medio acuoso.

El ejemplo más grandioso de esta potencia se presenta en cada cosa viviente para que se dé esta se requiere un entorno de agua y por esto se le suele llamar "el lado húmedo de la nanotecnología". Las formas de vida que conocemos están hechas de células rellenas con agua, pequeñas bolsas de vida que típicamente tienen tamaños de varios micrones, como en el caso de los glóbulos blancos de la sangre humana.

Cada una de estas "bolsas" está repleta de miles de pequeñas máquinas que se mueven por el mundo líquido de la célula, ocupándose de la industria de la vida -enzimas, hormonas, RNA y ADN-. Esas pequeñas máquinas son moléculas. Tienen un rango de tamaño de entre uno y varias decenas de nanómetros. ¡Son nano máquinas! Están formadas por entre miles y decenas de miles de átomos. Y cada uno de esos miles de átomos tiene una ubicación exacta, definida con precisión por un diseño de ingeniería, de modo que el conjunto de esa nano maquinaria pueda funcionar correctamente.

Nanotecnología en la Informática y en la Electrónica

Una de las ideas de los investigadores de la nano electrónica es la posibilidad de reducir aún más el tamaño de ciertos dispositivos como las memorias de semiconductor que actualmente se utilizan en los ordenadores, por memorias moleculares.

Los circuitos integrados tradicionales consisten en una serie de interruptores eléctricos y cables tan pequeños y económicos como sea posible, idénticos y reproducibles en serie. Será entonces muy difícil -si no imposible- para la fabricación tradicional de semiconductores, producir circuitos con la exactitud necesaria a niveles subatómicos. En la búsqueda de soluciones a estos problemas, los investigadores intentan cambiar algunos conceptos básicos acerca de los dispositivos y sus interconexiones.                                   

La electrónica molecular utilizada para construir circuitos integrados a partir de átomos o moléculas idénticas, ha cobrado nuevamente importancia debido a las herramientas que actualmente posee la química; una nueva generación de investigadores está trabajando en el diseño de estructuras moleculares análogas a los circuitos electrónicos como sumadores digitales y compuertas lógicas. En lugar de ver un ordenador como un sistema de interruptores interconectados mediante cables, en circuitos a nano escalas, debemos ver un computador como un conjunto de cables de interconexión que tienen interruptores que cuelgan de ellos.

Circuito Informático con componentes 260.000 veces más pequeños que los actuales

Este dispositivo experimental se diseñó con una técnica que aprovecha la caída en cascada de moléculas individuales sobre una superficie de cobre

Un nuevo hito en la aplicación de la nanotecnología a la informática ha sido alcanzado por científicos de IBM, al construir un circuito electrónico con componentes 260.000 veces más pequeños que los utilizados en los actuales semiconductores. El secreto de este avance estriba en la aplicación de una nueva tecnología llamada «cascada de moléculas», un nombre muy apropiado porque se fundamenta en el movimiento en caída de moléculas individuales sobre una superficie atómica como si fuera una cadena de fichas de dominó. El circuito resultante de esta jugada de billar a escala molecular es tan diminuto que cabrían 190.000 millones en la parte superior de una goma de borrar de un lápiz normal. Lo más sorprendente es que este diminuto circuito, descrito en la prestigiosa revista Science, tiene todos los componentes necesarios para conseguir una computación real.

Durante las últimas cuatro décadas, la densidad de los componentes en los microprocesadores de silicio ha ido creciendo exponencialmente, pero los progresos en la miniaturización se topan con límites físicos que amenazan el progreso de la informática. Sólo la nanotecnología parece sortear este problema. En lugar de utilizar transistores y cables como en la electrónica tradicional, Andreas Heinrich y sus colaboradores del Centro de Investigación de IBM, en Almadén, California, recurrieron a una nueva estrategia de computación con ayuda de dos microscopios de efecto túnel, que sirvieron para alinear pares de moléculas de monóxido de carbono (CO) sobre una superficie de cobre.Posteriormente, los investigadores provocaron el desplazamiento de una sola molécula de CO hacia un par de moléculas. Al entrar en contacto se constituyó una tríada que adoptó la forma de una flecha. Este cambio de configuración rompió la estabilidad de todo el sistema al incrementar su nivel de energía, lo que produjo la caída de la molécula situada en la punta de la flecha sobre otro par de moléculas. Este proceso en cascada fue repitiéndose como ocurre cuando, en una hilera de fichas de dominó, la caída de una pieza origina el derrumbe de las demás.

Los científicos de la compañía estadounidense precisan que lo que permite la computación es que cada cascada de moléculas lleva incorporado un bit de información. Al provocar diversas intersecciones de dos cascadas, mediante pasadizos y divisores propiciados en la superficie de cobre, el equipo de Andreas Heinrich logró configuraciones que permitieron efectuar operaciones lógicas «OR» y «AND».

La técnica utilizada tiene todavía limitaciones: el sistema es lento y sólo puede realizar un cálculo cada vez, ya que no hay mecanismo de reinicio. No obstante, existe la posibilidad de mejorar los resultados prácticos. Los investigadores de IBM ya han comprobado que, en función de la temperatura, el rendimiento de este circuito nanométrico mejora. Las cascadas iniciales fueron creadas y operadas a entre 4 y 10 grados centígrados. A mayor temperatura, mayor era la velocidad de cálculo obtenida con la caída de las moléculas de monóxido de carbono.

Un bello experimento
El otro gran problema, la posibilidad de realizar un solo cálculo, podría superarse al utilizar otras interacciones fundamentales, como giros de electrones. Según IBM, esas nuevas configuraciones del sistema permitirían el reinicio y la realización de cálculos repetitivos, similares a los que se producen en los circuitos ordinarios.

La técnica utilizada por este equipo ha impresionado a otros investigadores. El físico Wolf Dieter Schneider, profesor en la Universidad de Lausana (Suiza), señala que esta aproximación totalmente diferente a las actuales abre nuevas posibilidades de computación.