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Nanobots: Historia, presente y futuro de esta asombrosa tecnología

marzo 20, 2021

Lo que conocemos cono “Tecnología a escala manométrica” apareció en el firmamento de la ciencia a principios de la década de 1970, y desde sus comienzos estuvo llamada a revolucionar la forma en que la ciencia se estaba moviendo hasta ese momento. No es para menos, ya que las ideas de la llamada “nanotecnología” se postulaban sobre la posibilidad de manipular la estructura molecular de los materiales para cambiar sus propiedades específicas y de esta manera obtener otros, que se pueden aplicar de una manera distinta, nunca vista.

La nanotecnología se mantuvo firme por su camino durante las últimas cinco décadas, logrando importantes avances en la aplicación de ésta en ámbitos como la industria y la ciencia, presentándose en la actualidad como uno de los mercados más importantes de la tecnología, debido fundamentalmente a las promesas que implica su desarrollo. Un ejemplo claro de esto es su uso en la medicina, donde se podría utilizar para tratar enfermedades como el cáncer, o en la electrónica, facilitando el desarrollo de nuevos conceptos, por solo citar un par de ejemplos.

La nanotecnología y los nanobots están en camino, y no cabe ninguna duda que son el futuro de la tecnología, ya que cuentan, según los expertos, pueden brindar infinidad de respuestas a problemas reales que nos aquejan. Por ello es tan importante que sepamos con claridad cuáles son los alcances de esta tecnología, cuáles son sus objetivos, y con qué herramientas contamos en la actualidad. Precisamente de lo que hablaremos a partir de este punto.

Qué es la nanotecnología

Resumido en unas pocas palabras, para que todos podamos entenderlo, la nanotecnología es el estudio de la posibilidad de manipular materia en tamaños verdaderamente diminutos, entre 1 nanómetro (nm), que equivale a la un mil millonésima parte de un metro, y 100 nanómetros. Como podemos ver, se trata de una unidad de medida realmente pequeña. Para poder tener algo conocido con que comparar, podemos citar como ejemplo a una hoja de papel, que tiene un espesor de 100.000 nanómetros, o un cabello humano, que tiene un grosor de 80.000 nanómetros.

La nanotecnología ya tiene cierto tiempo entre nosotros. De hecho la mayoría de los dispositivos que nos rodean, sobre todo los más modernos, se fabricaron utilizando esta tecnología. Los microprocesadores de las computadoras, celulares, televisores inteligentes, y aún nuestra querida cafetera, tienen componentes electrónicos en su interior que sin la nanotecnología no podrían haber sido desarrollados, y por lo tanto no ofrecernos las asombrosas características de las que son capaces.

Pero no sólo en el ámbito de la electrónica la nanotecnología se encuentra presente, ya que existen miles de productos que la incluyen para mejorar sus características, como por ejemplo mucho equipamiento deportivo como cascos de seguridad para motos y bicicletas, en la industria de la indumentaria con textiles que no se arrugan, no se manchan y protegen de las bacterias, o en la industria química, que desde hace algunos años también utiliza la nanotecnología para productos comerciales como cosméticos, protectores solares, limpiadores, tintas, pinturas y muchos otros productos de uso diario.

También gracias a la nanotecnología podemos contar con nuevos productos que sin estos métodos de producción nanométricos hubiera sido muy difícil llegar a ellos, como por ejemplo los recubrimientos antirraya, productos para incrementar la capacidad de repeler el agua de diversas superficies, recubrimientos antirreflejo, productos farmacéuticos con nanopartículas, envases que permite una mejor conservación de los productos que contienen, sistemas de energía más eficientes, como turbinas eólicas más fuertes y livianas o paneles solares capaces de ofrecer mayor capacidad, entre muchos otros productos y dispositivos. Otra de las aplicaciones potenciales de la nanotecnología es la posibilidad de detectar químicos tóxicos y la medición de su concentración en el medio ambiente.

Gracias a la nanotecnología, todos estos elementos pueden ser mucho más livianos, pero a la vez mucho más resistentes que cualquier otro desarrollado o fabricado con técnicas tradicionales.

Nanotecnología y nanobots

Como pudimos ver, la nanotecnología existe hace cierto tiempo y existen muchos productos que hace uso de ella, no es algo que pasará en el futuro. Lo que podemos considerar todavía como materia de estudio e investigación son los nanobots, que en conjunto con la nanotecnología son vías que están llamadas en un futuro bastante cercano a transformar la forma en que desarrollamos y producimos tecnología, y que juntas serán capaz de innovar y beneficiar de una manera sin precedentes todos los procedimientos de diseño y fabricación en ámbitos industriales muy importantes para la evolución de la especie humana como el aeroespacial, la medicina, la electrónica, la construcción, las comunicaciones y muchas otras tecnologías.

Esto es debido a que la nanotecnología y la nanobótica, nos permitirá pensar en otros ángulos para el desarrollo, posibilitarán el desarrollo de una nueva generación de materiales, mucho más sólidos y duraderos, pero a la vez más livianos y tal vez con otras propiedades que le permitan comportarse de otros modos de acuerdo a su utilización, lo que favorecerá, como mencionamos, los procesos de desarrollo, fabricación y utilización, tanto de la tecnología que conocemos y usamos todos los días, como de aquella que todavía se encuentra en fases muy tempranas de su desarrollo.

Algunos ejemplos de cómo la nanotecnología puede mejorar o crear dispositivos formidables que ofrezcan respuesta rápida a problemas complejos son el campo de la energía, con productos tales como nuevos tipos de celdas de combustibles, baterías de desarrollo más moderno y paneles solares mucho más eficientes de lo que conocemos al día de hoy. También en el campo de las energías renovables o energías limpias, la nanotecnología puede representar un avance fundamental para encontrar definitivamente un combustible o sistema de energía limpia que nos permita disminuir los alarmantes niveles de polución en los que vivimos en la actualidad.

En este sentido, sabemos que la contaminación y la polución se encuentran en valores que son realmente alarmantes, y la tecnología actual no es capaz de encontrar una solución satisfactoria, pero se espera que la nanotecnología, de la mano de la nanobótica, pueda ofrecernos respuestas concretas con respecto a la limpieza de tierras y aguas contaminadas que terminen para siempre con este problema que afecta a todos los que vivimos en la Tierra.

También en la salud se espera que la evolución de la nanotecnología y los nanobots nos lleven a respuestas a muchos de los interrogantes que tenemos en el ámbito de la salud y la investigación médica con respecto a tratamientos para enfermedades como el cáncer, procedimientos quirúrgicos, de diagnóstico y demás.

Ahora que podemos comprender el alcance y los objetivos de la nanotecnología, nos falta el otro componente, el que finalmente conseguirá todas esas cosas que sólo vemos en las películas: Los nanobots.

Qué son los nanobots

Antes que nada, tenemos que saber que los nanobots son el producto del desarrollo de la nanorobótica, el cual es un campo de las nuevas tecnologías, que se encarga de la investigación y desarrollo de maquinaria autónoma diseñada en torno a componentes a escala manométrica, como explicamos más arriba en este mismo artículo.

Estos nanobots, también llamados nanorobots, nanoides, nanoagente, nanites, nanomáquinas o nanomites, en pocas palabras, no son otra cosa que robots realmente minúsculos, que pueden tener diversas formas y que son capaces de llevar a cabo una tarea de forma autónoma.

Precisamente debido a su tamaño, y a esta posibilidad de poder moverse de manera autónoma son la tecnología elegida por investigadores de todo el mundo para conseguir objetivos que hasta el momento no se han podido alcanzar por ninguna otra tecnología, como por ejemplo, la exploración del cuerpo humano desde su interior o la limpieza del medio ambiente.

Cabe destacar que este es un campo que todavía se encuentra en un estado de investigación primitivo y muy hipotético, sin embargo, se han podido realizar pruebas con nanomotores y nanosensores con bastante éxito.

Historia de los nanobots

Algunos años atrás, la nanotecnología y los nanobots era terreno de la ciencia ficción. Sin embargo, los años pasan y en la actualidad estamos pensando en esta tecnología como el futuro de la medicina, por ejemplo.

Podría decirse que la historia de los nanobots comienza con las primeras ideas acerca de la nanotecnología, cuando a finales de la década de 1950 en el marco del congreso de Calltech, más precisamente el 29 de diciembre de 1959, el físico Richard Feynman describe en un documento llamado “There’s Plenty of Room at the Bottom” ciertos procesos que les permitiría a los científicos manipular átomos y moléculas de manera individual, lo que podría hacerse mediante instrumentos de gran precisión. El objetivo de estas ideas era la posibilidad de desarrollar y crear sistemas a escala nanométrica, que podían tener implicaciones fantásticas para la tecnología futura.

Otro importante actor en la escena de la nanotecnología fue un ingeniero llamado Eric Drexler, quien en 1981 publica en una prestigiosa revista “Proceedings of the National Academy of Sciences un artículo llamado “Molecular engineering: An approach to the development of general capabilities for molecular manipulation”, en el cual describe con mucha atención y detalle todos los avances en materia nanotecnológica llevados adelante por Richard Feynman.

También fue Drexler quien se refiriera a la nanotecnología en un libro de su autoría llamado “Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology”, que podemos encontrar en español bajo el título “Motores de la creación : la próxima era de la Nanotecnología” en el cual describe con cierto nivel de detalle una ingenio nanotecnológico con la asombrosa capacidad de auto replicarse.

Sin embargo, en este libro Feynman no se refirió directamente a sus conceptos con el término “nanotecnología”, fue Norio Taniguichi un prestigioso investigador de la Universidad de Ciencias de Tokio quien en el año 1974 comenzó a difundir este término, relacionando a los semiconductores con el nanómetro. Taniguichi fue también quien definió a la nanotecnología como “el procesamiento de la separación, consolidación y deformación de materiales por un átomo o una molécula”.

Ya a comienzos de la década de 1980, precisamente en el año 1981, Binnig y Rohrer, ambos investigadores de IBM, desarrollaron el microscopio de sonda de barrido, instrumento de medición que permite ver átomos en la superficie de los objetos, invento con el cual la nanotecnología como tal se pudo convertir en algo concreto de investigar y desarrollar, ya para finales de la misma década.

Si bien puede parecer escueta la historia de la nanotecnología, lo cierto es que es una tecnología relativamente nueva, y como tal tiene un largo camino que recorrer. Sin embargo, ya han quedado plasmados muchos de sus conceptos e investigaciones en tecnología que usamos a diario, como por ejemplo en los procesadores de nuestros teléfonos y computadoras, por sólo citar un par.

Tipos de nanobots y Generaciones de nanobots

Básicamente, en la actualidad existen dos tipos de nanobots: ensambladores y auto-replicantes, diferenciados claramente por la forma de llevar a cabo sus tareas. Estos son:

  • Nanobots ensambladores: Estos son nanorobots que tienen la particularidad de poder descifrar moléculas o átomos de diferentes tipos, siendo controlados en esta tarea por programas específicos. Debido a su forma de uso, también se les denomina “Ensambladores moleculares”, como una referencia a la estructura residente en el interior de cada célula de todo ser vivo llamada “Ribosoma”, los cuales actúan como ensambladores naturales.
  • Nanobots auto-replicantes: Estos son nanorobots que tienen la capacidad de duplicarse a sí mismos de forma rápida.

Como sabemos, la nanotecnología es un campo que todavía se encuentra en pleno desarrollo, como mencionamos existe un largo camino por recorrer, pero afortunadamente se están dando pasos largos, siendo en este punto uno los caminos más avanzados el campo de la nanotecnología aplicado a la medicina.

A partir de este punto conoceremos algunos de los nanobots que están siendo desarrollados en la actualidad específicamente para el campo de la medicina.

  • Nanorobots microbívoros: Este diseño de nanorobots está siendo desarrollado para ofrecer la posibilidad de eliminar infecciones bacterianas en todo tipo de paciente en cuestión de minutos, una reducción de tiempo más significativa, teniendo en cuenta las semanas que les lleva a los antibióticos hacer la misma tarea. Este tipo de nanorobots funcionarían de manera similar a los glóbulos blancos en nuestros cuerpos, pero están diseñados para ser mucho más rápidos en la tarea de destruir bacterias.
  • Nanorobots microbivores: Este tipo de nanobot está siendo diseñado con el propósito de conseguir que determinados tipos de bacterias se unan al nanobot. Luego que la bacteria se une a un anticuerpo, un brazo toma la bacteria y la mueve al interior del nanorobot, donde es destruida. Luego de ello, las bacterias eliminadas se descargan en el torrente sanguíneo como fragmentos inofensivos, que no causarán ningún tipo de problema.
  • Nanorobots de respirocitos: Estos nanorobots está diseñados de manera tal que se comporten de forma similar a los glóbulos rojos en nuestros cuerpos, pero con una carga de oxígeno mucho mayor a la que contienen los glóbulos rojos en forma natural. Cabe destacar que “Respirocito” es un término acuñado por el investigador Robert Freitas, otro pionero en la investigación de la nanotecnología. Estos nanorobots de respirocitos tienen un tanque de oxígeno a alta presión para poder determinar la concentración de oxígeno en el torrente sanguíneo, además de una válvula que es capaz de liberar oxígeno cuando los sensores determinan que es necesario oxígeno adicional.

  • Nanorobots de clottocitos: Estos nanorobots cumplen una tarea parecida al que realizan las plaquetas en nuestra sangre. Las plaquetas tienen la particularidad de concentrarse en una herida con el objetivo de formar un coágulo, con lo cual consiguen detener el flujo sanguíneo. El objetivo de estos nanorobots de clottocitos es almacenar fibras hasta el momento de encontrarse con una herida, tras lo cual liberarían estas fibras, que se encontraran con una herida. En ese momento, los nanorobots dispersaban sus fibras, que cumplirán la función de las plaquetas creando un coagulo, pero en una pequeña fracción del tiempo que toma hacerlo en forma natural.
  • Nanorobots de reparación celular: Este tipo de nanobots están siendo diseñados para tener la capacidad de llevar a cabo tratamientos quirúrgicos con una precisión mucho más alta que la lograda hasta el momento con los elementos tradicionales como el bisturí. Estos nanorobots trabajan a nivel celular.

Generaciones de nanobots

Siempre se habla de cuándo ésta fantástica tecnología pasará a ser cosa de todos los días. La nanotecnología es un ámbito en el cual todavía hay mucho de teórico, sin embargo muchos de los avances logrados por esta ciencia ya se han aplicado a dispositivos y elementos que nos acompañan en nuestra vida diaria.

Para darle una respuesta a esa pregunta, en los siguientes párrafos tenemos disponible una breve secuencia de cómo la ciencia de la nanotecnología puede ir evolucionando y ofreciendo una solución a muchos de los problemas que todavía hoy no tienen posibilidad de resolverse.

Primera Generación de nanobots

Si el ritmo de desarrollo sigue de la misma manera se espera que en unos pocos años, aparecerán el firmamento los primeros nanosensores desarrollados para transmitir información directamente desde el interior de nuestro cuerpo, loa cual puede ser de mucho valor para el control de enfermedades, y además para recabar datos de una forma mucho más certera y fidedigna sobre virus, bacterias, toxinas y hasta incluso células específicas. Un ejemplo de cómo podrían usarse estos nanosensores es en el control de la diabetes.

Esta generación de nanobots terminará y pasará a la siguiente cuando estos minúsculos dispositivos sean capaces de crear moléculas directamente en el interior del cuerpo, tomando todo lo necesario del mismo, sintetizando moléculas, enzimas, hormonas y demás.

Segunda Generación de Nanobots

Ya en este punto, esta tecnología ha conseguido llevar dispositivos a nivel nanométrico, además de conseguir que cumplan con una tarea asignada, como por ejemplo la reparación, construcción de destrucción, lo que abre una ventana inmensa que cambiará para siempre el modo que tenemos de hacer las cosas.

Un ejemplo de ello sería la posibilidad de unir células madre a nanobots, lo que sería de mucha ayuda y un avance más que importante en el tratamiento y cura de enfermedades que en la actualidad son consideradas mortales, como ciertos tipos de cáncer.

Tercera Generación de Nanobots

Según los científicos, la mayor evolución de la nanotecnología vendrá de la mano de la tercera generación de nanobots, los cuales podrán auto replicarse y hasta incluso usar inteligencia artificial para conseguir sus objetivos.

Esta capacidad de auto replicarse es fundamental en aquellas implementaciones que son masivas, ya que de otra manera tendríamos que introducir cientos de miles o quizás millones de nanobots en la zona que queremos tratar. De este modo, es decir auto replicándose, solamente necesitaremos introducir unos pocos nanobots y cumplan con la tarea asignada.

Sin embargo, la auto replicación ofrece ciertas aristas que deben se pulidas, como por ejemplo la posibilidad que algunos de ellos se dañen, para lo cual es necesario un sistema que mantenga un número constante de nanobots. Asimismo, también es necesario un sistema destrucción remoto o de autodestrucción, por razones obvias.

La otra columna en donde se apoya la tercera generación de nanobots es la inteligencia artificial. Gracias a la constante evolución de la computación cuántica, la inteligencia artificial será cada vez más certera y podrá utilizarse en conjunto con la nanotecnología para conseguir que estos nanobots puedan decidir por sí mismos el mejor modo de actuar.

Para qué se usan los Nanobots?

Como venimos mencionando, la nanotecnología todavía tiene mucho de teoría, pero avanza a grandes pasos, y si bien todavía existen pocas aplicaciones de la nanotecnología en la práctica, lo cierto es que ellas vinieron todas de desarrollos llevados a cabo en algún momento en universidades y centros de investigaciones. Esto significa que tenemos mucho que recorrer para conseguir los resultados esperados, pero vamos en el sentido correcto.

Sin embargo, más allá de estas investigaciones, en la actualidad, con la implementación de la nanotecnología podemos obtener una serie de ventajas que hacen nuestra vida mucho más cómoda, como por ejemplo dispositivos más pequeños y livianos, reducción de costos de fabricación, que se traduce en dispositivos más económicos, y sobre todo en aspectos claves para evitar seguir dañando el planeta como reducción de emanación de temperatura, mayor ahorro en el consumo de energía y una mayor vida útil de los materiales.

Sin embargo, lo más importante de la nanotecnología es lo que podremos obtener en el futuro. Así lo demuestran, por ejemplo, las investigaciones llevadas a cabo por un grupo de científicos de la Universidad de Mainz, los cuales han desarrollado el motor más pequeño, creado a partir de un único átomo.

El comportamiento de este diminuto ingenio básicamente es similar a un pistón, movimiento que se logra calentando y enfriando el átomo contenido en un campo de energía electromagnética mediante láseres.

Otros que han avanzado mucho en esta materia son los investigadores de la Universidad de Ohio, los cuales lograron diseñar y construir nano máquinas de ADN con movimiento en 3D, lo que demuestra que los estudios y las investigaciones van por buen camino, y demuestran que la nanotecnología será capaz de conseguir esos imposibles con que la mayoría de los científicos sueñan.

También el equipo formado por ETH Zurich e investigadores de Technion, Israel Institute of Technology, han conseguido desarrollar un nano cable elástico de 15 µm de largo y 200 nanómetros de espesor, el cual es capaz de moverse a través de entornos de líquidos biológicos a casi 15 µm/s.

Otras investigaciones relacionadas con la nanotecnología y los nanobots prueban que estamos transitando un tiempo de cambios, en el cual podremos encontrar, haciendo ese camino paso a paso, logros inconcebibles hasta ahora, como por ejemplo los realizados por la Universidad de Drexel, casa de estudios en donde han desarrollado un método que implica el uso de campos electrónicos, en los cuales ciertos nanobots, alimentados a bacterias, pueden detectar obstáculos y esquivarlos.

Todos estos estudios e investigaciones en torno a la nanotecnología abren las puertas a decenas de implementaciones que de otra manera ni siquiera se estarían contemplando, como por ejemplo nuevos tipos de sistemas de almacenamiento de información, como el creado por el Instituto Wyss de Harvard, con el cual se ha podido almacenar 5,5 petabits de datos en un solo gramo de ADN, o nuevos sistemas de generación de energía renovable más eficientes con los cuales lograr que se consuma menos energía pero duplicando la eficiencia y performance de dispositivos mecánicos o electrónicos, como así también dispositivos de detección mucho más fiables y eficientes con los cuales controlar múltiples variables con gran cantidad de proceso de información en tiempo real.

Otro punto en el cual también se está poniendo la lupa es en el desarrollo de nuevos materiales con propiedades increíbles, como las micro esponjas, las cuales se podrían utilizar para limpiar zonas de accidentes como las que frecuentemente ocurren cuando se daña un buque petrolero. Estas esponjas están fabricadas con nanotubos de carbono, y son capaces de absorber todo tipo de contaminantes como fertilizantes, pesticidas y productos farmacéuticos.

En la misma línea, un equipo de la Caltech desarrolló un material en base a técnicas de nanotecnología, el cual en la actualidad es una de las sustancias más duras y livianas que han sido creadas. Con este antecedente, se podrían crear ámbitos en donde los elementos que la conforman como paredes y ventanas, cambien de color o puedan controlar la temperatura del mismo en forma automática.

Nanobots y medicina

En un futuro no muy distante, la medicina y los nanobots confluirán en un mismo objetivo, curar a la gente lo más rápido y mejor posible. Esta idea surgió en los principios mismos de la nanotecnología, cuando Albert Hibbs, colaborador de Richard Feynman, le sugirió a este usar su tecnología de las micro máquinas, todavía teórica, con fines médicos.

El colaborador de Feynman, Hibbs, le sugirió que un determinado tipo de máquinas de reparación podrían llegar a hacerse tan pequeñas en algún momento, avanzada la tecnología, que literalmente cabría utilizar la expresión “tragarse al doctor”.

La nanotecnología aplicada en el campo de la medicina, también llamada “Nanomedicina”, está relacionada estrechamente con la posibilidad de aplicar nano partículas mediante nanorobots, mediante los cuales poder reparar daños en el cuerpo humano a nivel celular. El avance en la aplicación de la nanomedicina va cambiando de a poco la forma en que los médicos encaran la detección y tratamiento de diversas enfermedades,

Si bien desde principios de la década de 2000 la tecnología nanométrica ha sido utilizada sólo con el propósito de mejorar la performance o efectividad de productos de uso comercial a través de nano materiales pasivos, de los cuales existen más de dos mil que usan este tipo de tecnología, lo cierto es que en muchos países, el interés por esta tecnología va mucho más allá, con el desarrollo de diversos dispositivos, sistemas y procedimientos que hacen uso de la nanotecnología para mejorar el desempeño o efectividad de la ciencia médica. Algunos ejemplos de nanomedicina que nos podemos encontrar son los sensores de salud, los cuales son capaces de vigilar ciertos parámetros de la química sanguínea para notificar cuando algo no funciona como debería.

En el campo del diagnóstico de imagen, se están llevando a cabo investigaciones para la creación de nano partículas que sean capaces de unirse a ciertos tejidos para poder hacer análisis por imágenes mediante sistemas de resonancia magnética mucho más sofisticados y precisos.

Sin embargo, la parte más interesante de estas investigaciones con nanotecnología y nanobots son las concernientes a la administración de fármacos en el interior del cuerpo, en el lugar preciso en donde se necesita. Las implicancias que pueden tener estas investigaciones abren una puerta por la cual podemos pasar a un nuevo y fantástico nivel en la medicina, personalizada y focalizada. Esto sería fantástico para aquellos pacientes con enfermedades como el cáncer, ya que no tendrían que sufrir una invasión masiva de medicamentos para mejorar su estado, sino que la solución estaría en focalizarse en un punto determinado del cuerpo del paciente.

El futuro de los nanobots

Sin duda alguna, la nanotecnología es una tecnología que tiene mucho para dar en los años venideros, ya que además de tener la capacidad de poder resolver problemas que todavía no tienen una solución concreta debido a que la ciencia que usamos hasta ahora está agotada, también crea escenarios que nunca habíamos explorado, lo cual seguramente se traducirá en nuevos desafíos y en tecnología nuevas que todavía ni somos capaces de soñar.

La nanotecnología con los años tendrá la capacidad de mejorar todos los aspectos de la vida humana, lo que le ayudará a comprender y convivir mejor con el mundo que lo rodea, también mejorándolo y ejerciendo menos presión sobre sus recursos.

Lo mejor de todo ello es que puede representar negocios billonarios, por lo cual su desarrollo futuro está asegurado, ya que no existirá empresa tecnológica en el mundo que no quiera obtener una parte de sus beneficios.

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