Nanoinformática

III. NANOINFORMATICA


Donde la nanotecnología va tener más influencia es en el campo de la computación y comunicaciones debido en parte a que estos han sido los motores de su desarrollo.

Las cosas han cambiado mucho desde las primeras computadoras electrónicas. El ENIAC I fue desarrollado en la Universidad de Pennsylvania en 1945. Estaba compuesto por más de 70.000 resistencias, 18.000 válvulas y 10.000 condensadores; pesaba 30.000 Kilos y ocupaba 1.300 metros cuadrados.

Pero el descubrimiento del chip, a mediados de los años setenta, ha reducido, por suerte para todos, el tamaño de los ordenadores. El primer 486 utilizaba tecnología de una micra (millonésima parte de un metro). Hasta hace poco tiempo, los Pentium tradicionales utilizaban tecnología de 0.35 y 0.25 micras. Los modelos más modernos han reducido esta valor hasta 0.13 micras. El nanómetro marcará el límite de reducción a que podemos llegar cuando hablamos de objetos materiales, en este caso dispositivos computacionales.

La velocidad de los ordenadores y su capacidad de almacenamiento han sido las principales barreras en el desarrollo de la inteligencia artificial. Con la nanotecnología aparece la posibilidad de compactar la información hasta límites inimaginables y crear chips con memorias de un terabit por centímetro cuadrado. Un Terabit es la capacidad de la memoria humana, lo que quiere decir que los ordenadores del futuro podrán llegar a tener inteligencia propia, es decir, serán capaces de aprender, tomar decisiones y resolver problemas y situaciones "imprevistas", ya que con esta memoria se les podrá dotar de códigos extremadamente complejos. Según los expertos, esto se puede conseguir en un plazo de no más de cinco años. Lógicamente, con ordenadores tan pequeños, los dispositivos de uso también cambiarán. Al tiempo que evoluciona la tecnología de reconocimiento de voz y de escritura, se irán desarrollando otro tipo de "ordenadores personales" en miniatura, casi invisibles, insertados en objetos de uso común como un anillo, por ejemplo, o implantados en nuestro propio organismo en forma de lentillas o chips subcutáneos.

También es necesario fabricar otros conductores, porque los existentes no sirven. Los experimentos con nanotubos de carbón (milmillonésima parte de un metro) para la conducción de información entre las moléculas ya han dado resultados. IBM anunció que ha conseguido crear un circuito lógico de ordenador con una sóla molécula de carbono, una estructura con forma de cilindro 100.000 veces más fino que un cabello. Este proyecto permite introducir 10.000 transistores en el espacio que ocupa uno de silicio. 

La posibilidad de desarrollar miniordenadores de cien a mil veces más potentes que los actuales podría suponer que éstos tuvieran inteligencia propia, lo que cambiaría los sistemas de comunicaciones. Por ejemplo, los datos podrían transmitirse con imágenes visuales mediante "displays" incorporados en forma de lentillas. La comunicación telefónica se realizaría por audioconferencias en 8 o 10 idiomas. 

En un futuro no muy lejano, los PCs estarán compuestas, en lugar de transistores, por otros componentes como las moléculas, neuronas, bacterias u otros métodos de transmisión de información. Entre estos proyectos se encuentra el futuro ordenador "químico", desarrollado por científicos de Hewlett-Packard y de la Universidad de California (Los Ángeles). Los circuitos de este nuevo modelo son moléculas, lo que supone transistores con un tamaño millones de veces más pequeños que los actuales. 

Esto es uno de los aspectos más interesantes ya que no sólo se podrá desarrollar máquinas mucho más pequeñas que una bacteria o una célula humana. Además, se puede empezar a tomar elementos del mundo biológico –por ejemplo, trocitos de ADN para procesadores de ordenadores–. Así, científicos del grupo de investigación Montemagno de la Universidad de Cornell han logrado unir ya elementos biológicos y mecánicos creando pequeños motores del tamaño de un virus. Aunque aún faltan muchas cosas por afinar, estos motores podrían trabajar en el interior de una célula humana. Así también en el mes de noviembre del 2001 científicos israelitas,  presentaron una computadora con el ADN tan diminuta que un millón de ellas podría caber en un tubo de ensayo y realizar 1.000 millones de operaciones por segundo con un 99,8 por ciento de precisión. Es la primera máquina de computación programable de forma autónoma en la cual la entrada de datos, el software y las piezas están formados por biomoléculas. Los programas de la microscópica computadora están formados por moléculas de ADN que almacenan y procesan la información codificada en organismos vivos. 

El proyecto de chip molecular sustituirá al silicio y a la óptica. Se prevé que se podrán fabricar computadoras del tamaño de una mota de polvo y miles de veces más potentes que los existentes. De momento, se ha conseguido simular el cambio de una molécula, mediante su rotura, pero falta crear moléculas que se curven sin romperse. 

3.1. Dispositivos nanoinformáticos

Usando nanotubos semiconductores, investigadores de varias empresas y laboratorios han desarrollado circuitos de computación de funcionamiento lógico y transistores, las puertas electrónicas lógicas de que están compuestos los chips.

En agosto del año pasado, en lo que es considerado un paso fundamental hacia la computadora molecular, IBM mostró el primer circuito de ordenamiento lógico formado por nanotubos de carbono. Las computadoras moleculares basadas en estos circuitos tienen el potencial de ser mucho más pequeñas y rápidas que la actuales, además de consumir una cantidad considerablemente menor de energia.

En cuanto a los transistores, los Laboratorios Bell de Lucent Technologies mostraron en octubre del 2001 un transistor de escala molecular con la misma capacidad que el clásico transistor de silicio. Intel no ha mostrado ninguna investigación relacionada a los nanotubos, pero trabajando con silicio a escala nanométrica, la compañía hizo, también el año pasado, otro anuncio igualmente espectacular el transistor de silicio más rápido jamás producido, de apenas veinte nanómetros.

El transistor se enciende y se apaga -recordemos el 1 y el 0 del sistema binario, que forma la base de la informática- más de mil millones de veces por segundo, un 25% más veloz que los transistores más recientes. Para el 2007, Intel espera estar fabricando chips conteniendo mil millones de estos transistores, lo que le permitiría llegar a una velocidad de 20 Ghz. con la energía de un voltio.

En cuanto a memorias, IBM anunció hace apenas cinco meses que su proyecto de nombre código Millipede, que pretende crear capacidades mayores a las existentes, se basa en procesos de escala nanométrica. Este dispositivo de almacenamiento regrabable, de alta capacidad y densidad, trabaja en base a mil pequeñas agujas similares a las del microscopio AFM, con puntas capaces de tocar átomos individuales y escribir, leer y borrar así grandes cantidades de información en un espacio mínimo. De apenas nueve milímetros cuadrados, los investigadores de IBM estiman que en los próximos años, la tecnología Millipede puede superar la capacidad de la tecnología de memoria Flash en cinco veces o más.

Este tipo de desarrollos -tanto los nanotransistores, como las nanomemorias- pueden ser cruciales para absorber las crecientes e inmensas capacidades de procesamiento y memoria que demandan los desarrollos multimedia, más aún cuando se avizora que de acá a máximo diez años la tecnología actual de semiconductores habrá agotado sus posibilidades de crecimiento.

En cuanto a alimentación, la corporación japonesa NEC, junto a otros institutos de investigación; ha anunciado el desarrollo de una célula de carburante con una capacidad diez veces mayor que una batería de litio, pero de tamaño diminuto, en lo que constituye otra aplicación de los nanotubos de carbono, esta vez como electrodos. En el futuro próximo, esta batería le podría permitir a dispositivos portátiles, como las notebooks, funcionar varios días seguidos sin conec­tarse a la corriente.

Los desarrollos en Nanotecnología se están aplicando también a los sistemas de seguridad. La empresa taiwanesa Biowell Technology presentó, un sintetizado que puede utilizarse para probar la autenticidad de pasaportes y otros documentos y tarjetas, con el fin de evitar el pirateo.

Este chip podrá utilizarse también en tarjetas de débito, carnés, matrículas de automóviles, permisos de conducir, discos compactos, DVD, programas informáticos, títulos y valores, bonos, libretas bancarias, antigüedades, pinturas, y otras aplicaciones en las que se necesite comprobar la autenticidad.

3.2. Nanosatelites

Las aplicaciones más inmediatas de la Nanotecnología se dirigen al sector de la exploración espacial. Entre éstas, podemos hablar de bases de lanzamiento de gran altitud, estaciones espaciales, vehículos ligeros y muy resitentes, naves personales para viajar por el espacio o los conocidos nanosatélites, como el NANOSAT, un proyecto de desarrollo de un nanosatélite español, iniciado en 1995.

El NANOSAT parte de un concepto ideado en el INTA y cuya gestión y construcción se realiza totalmente en España, partiendo de una nueva filosofía de diseño: más pequeño, más potente, más rápido, con una aplicación específica concreta, con mayores prestaciones y menor consumo. El éxito en este proyecto de vanguardia puede suponer una importante presencia española en la futura "pequeña revolución en el espacio".

3.3. Nanorobots

Aunque todavía no se han fabricado nanorobots, existen múltiples diseños de éstos, incluso no pueden ser del todo robots es decir pueden hasta ser modificaciones de células normales llamadas también células artificiales. Las características que éstos deben de cumplir, entre las que se pueden mencionar:

Tamaño.- Como el nombre lo indica, los nanorobots deben de tener un tamaño sumamente pequeño, alrededor de 0.3 micras ( 1micra=1x10-6).

Componentes.- El tamaño de los engranes o los componentes que podría tener el nanorobot seria de 1-100 nanómetros (1nm=1x10-9) y los materiales variaría de diamante como cubierta protectora, hasta elementos como nitrógeno, hidrógeno, oxigeno, fluoruro, silicón utilizados quizás para los engranes.

Velocidad de procesamiento.- El procesador central del nanorobot solo poseerá una velocidad de 106-109 operaciones por segundo, por lo tanto una mayor inteligencia de procesamiento no será requerida.

El ensamblador.- Se le ha dado el término de “ensamblador” a aquella pieza del nanorobot que es semejante a un brazo submicroscopico, cuyas características principales son las de construir a discreción la materia, reaccionar con compuestos, construir secuencias de moléculas y quizás la de copiarse a sí mismo, teniendo con esto la capacidad de autoreplicarse. Se le puede comparar con los ribosomas, las organelas encargadas de la trascripción y traducción de proteínas. Según los recientes diseños el brazo del ensamblador seria de diamante, de 100 nm de largo por 30 nm de diámetro. Todo esto suena muy complejo, pero cuando se llegue a la tecnología para fabricarlo será relativamente económico.
Los ingenieros en Cornell y en Stanford, así como en Zyvex (la autodenominda "la primera empresa de desarrollo molecular de nanotecnología") están trabajando para crear ese ensamblador ahora. Pero los obstáculos abundan. A diferencia de la construcción de materiales tradicionales que se quedan donde se les deja, los átomos y las moléculas son volátiles y se reacomodarán constantemente por si mismos para mantener su estabilidad. 
Los estimados varian, De 5 a 10 años, según Zyvex; o de 8 a 15 años, de acuerdo a la comunidad científica.

La clave para la manufactura con estos ensambladores a gran escala es la auto-reproducción. Un robot de tamaño nano haciendo trabajos en madera en tamaño nano puede ser dolorosamente lento. Pero si estos ensambladores de pueden reproducir así mismos, podemos tener trillones de ensambladores trabajando al unísono. Entonces no tendríamos límites para el tipo de cosas que quisieramos crear. "No solo el proceso de fabricación se transformará, sinó todo el concepto del trabajo. Los productos de consumo serán prácticamente ilimitados, de poco valor, inteligentes y duraderos" de acuerdoa un artículo escrito por Chris Peterson y Gail Pergamit del Foresight Institute.


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