Columna de Ciencia y Tecnología
Alvaro Mombrú
24.11.2016
La Ciencia y Tecnología de Materiales es un área de gran desarrollo a nivel mundial y que ha jugado un papel muy relevante en los progresos tecnológicos que hoy experimenta nuestra sociedad. Se trata de un área de conocimiento de neto corte transversal e interdisciplinario en donde los avances se verifican en la actualidad con un ritmo vertiginoso.
De esta forma y en los últimos 20 años, se han percibido cambios notables en poco tiempo, tanto en resultados como incluso en los campos que marcan tendencia, los que han ido cambiando rápidamente. Es un área en donde la generación de conocimiento ha estado repartida entre el terreno de la libre circulación de resultados, como en el mundo de la protección intelectual, tanto a través del secreto de producción como por la generación de patentes.
Si bien la preponderancia tecnológica a través de la disposición de materiales más avanzados y con mejores propiedades ha estado siempre en la consciencia de la humanidad, aún cuando la diferencia de los materiales fuera en un terreno más convencional como sus propiedades mecánicas -dureza, tenacidad, etc.-, a mediados del siglo XX comenzó un nuevo capítulo, en el cual se desarrollaron materiales de gran importancia y repercusión en las décadas siguientes.
El desarrollo de nuevos materiales semiconductores de estado sólido y el perfeccionamiento de su procesamiento y sus propiedades, marcó sin dudas un antes y un después para la humanidad. La era del silicio permitió avances enormes en la electrónica como base y en tecnologías que se nutren de la misma, con el agregado decisivo de la disminución de la disipación de energía y por consiguiente, el avance hacia la miniaturización. Este hito de interés inconmensurable condujo a la adjudicación del Premio Nobel de Física de Física de 1956 a John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain por sus investigaciones en semiconductores y la invención del transistor. De hecho Bardeen recibiría otro Premio Nobel de Física en 1971 por la teoría BCS de la superconductividad, junto a Leon Cooper y John Schrieffer, convirtiéndose así, hasta ahora, en la única persona en lograr dos Premios Nobel en Física.
Este avance tan importante y con tantas repercusiones en la vida diaria, fue liderado principalmente por Estados Unidos y Japón, quienes acapararon el universo de patentes en la temática, dándoles un sitial de preferencia en esta tecnología y todas las que se beneficiaron por la misma. Otros países, fundamentalmente Alemania, Francia, Reino Unido, quienes también tenían condiciones para avanzar en estos materiales avanzados y sus aplicaciones en dispositivos, pero también otros, más impensados en aquel momento, de los que se puede nombrar a Corea del Sur como el más emblemático, reflexionaron profundamente sobre la situación histórica vivida y cómo, de darse algo similar en el futuro, podría darse la oportunidad de tener protagonismo y subirse al salto tecnológico con las regalías que dicha actitud estratégica tendría. Quedó claro que ya nadie dejaría pasar un momento de salto radical en cuanto a la tecnología y que la ciencia de muchos países estaría preparada para participar activamente en la creación de conocimiento en la nueva ola que pudiera aparecer. Nadie sería tomado por sorpresa y de aparecer esa nueva oportunidad, el trabajo sería denodado y con un vértigo muy superior a todo lo conocido.
A comienzos de los años 80, investigadores de la Universidad de Sussex en Brighton, Reino Unido y de la Universidad Rice de Texas, investigando la composición de polvos interestelares, resolvieron reproducir las condiciones que se dan en el espacio exterior, en cuanto a ausencia de oxígeno, altas presiones y altas energías, sobre un material de puro carbono, el grafito. En 1985, lograron obtener un resultado totalmente inesperado, encontrando una señal ínfima, pero reproducible, de 60 unidades de carbono. Después de mucho estudiarla, llegaron a la conclusión que se trataba de una forma molecular de 60 átomos de carbono, con forma de icosaedro trunco. Esta figura es exactamente igual a la forma de la pelota de fútbol que se usaba hasta los años 90, con doce pentágonos distribuidos en la esfera: en la misma se ven 60 vértices, conjunción de dos hexágonos y un pentágono y cada uno de ellos estaría ocupado por un átomo de carbono en la estructura propuesta. Esta forma molecular de carbono, el buckminsterfullereno, C60, algo totalmente inaceptable hasta ese momento, vino acompañado de muchas otras formas moleculares, como el C70, quien le sigue en abundancia.
Las repercusiones de este hallazgo fueron inmediatas y de enormes dimensiones, ya que se cambiaba la historia del elemento de la vida, el carbono. Inmediatamente surgieron los nanotubos de carbono en 1991, por trabajo de Sumio Iijima de NEC Corp. en Tsukuba y también los fullerenos inorgánicos por curvatura y nanopartículas de sulfuro de molibdeno y de tungsteno por Reshef Tenne del Instituto Weizmann de Rehovot en 1993. Quedó claro que el descubrimiento de 1985 del equipo Sussex-Rice no solamente cambió la cara del carbono sino que también abría una nueva oportunidad, la nanociencia y la nanotecnología, y por ello se les adjudicó en 1996 el Premio Nobel de Química a Harry Kroto, Robert Curl y Richard Smalley (el primero de Sussex y los otros dos de Rice).
La era nano, dentro de la Ciencia y Tecnología de los Materiales, con una nueva concepción, pensando en pequeño, como había vaticinado Richard Feynmann décadas antes, había comenzado y fue coincidente con la oportunidad que abrían nuevas técnicas que se habían desarrollado y que permitían empezar "a tener ojos" para percibir en la nanoescala, la millonésima parte del milímetro.
Los artículos anuales que tienen alguna conexión con nano, se multiplicaron por 10 desde 2000 a la fecha, en tanto que aquellos que se identifican como del Área de Ciencia de Materiales, se multiplicaron por 3 en igual período, siendo en el momento actual 1:3, la relación de publicaciones de nano, respecto del total de materiales (era de 1:13 en 2000 y de 1:25 en 1995).
Es decir, dentro de un área como la de Ciencia y Tecnología de Materiales, con un crecimiento vertiginoso, triplicando su producción en 15 años, la nano destaca ampliamente, con una tasa de crecimiento increíble además si se compara con 1995. Decenas de miles de patentes registradas y también de publicaciones científicas en revistas internacionales arbitradas, marcan que la Nanotecnología y las Nanociencias son la oportunidad esperada por quienes no pudieron trascender en la era del silicio. Todos los países están jugando este partido, con todos los recursos humanos y materiales, para tener una construcción de conocimiento original propia, aún cuando fuere en alguna de las múltiples aristas que esta oportunidad trae consigo. Estamos hablando de un enorme movimiento científico y tecnológico a nivel mundial, con impresionantes aplicaciones ya presentes y muchas otras por venir, a través de un mercado increíble en cuanto a los recursos involucrados y todo... iniciado por el estudio de la composición de polvos interestelares! Se trata de un ejemplo claramente paradigmático, que revela la importancia de la apuesta en la investigación científica, sin desdoblarla de lo tecnológico, entendiendo todo como una unidad que se retroalimenta y que da las mayores oportunidades cuando se las trata de esa forma, integrada.
El interés sobre lo nano, se reactivó en estas últimas semanas con la adjudicación del Premio Nobel de Química 2016 a J. Fraser Stoddart, Jean-Pierre Sauvage y Ben Feringa, de la Universidad Northwestern, Illinois, de la Universidad de Estrasburgo, Francia y de la Universidad de Gröningen, de Holanda, respectivamente, por su trabajo pionero hacia el diseño y síntesis de máquinas moleculares. Habiendo pasado el tiempo entre los trabajos más significativos de Stoddart (1992-2000), los de Sauvage (1994-1998), en ambos casos a través de aproximaciones moleculares precursoras de máquinas moleculares, y los más recientes de Feringa (desde 1999) ya sentando bases sobre las primeras máquinas que podrían reaccionar ante estímulos como la luz, o también pH o cualquier otro estímulo externo, la Real Academia de Ciencias de Suecia entendió que estaban dadas las condiciones de alto impacto y de la apertura de un nuevo campo de gran significación como para hacer a dichos investigadores merecedores del Premio Nobel en Química 2016, el segundo en los aspectos moleculares de la nanociencia.
En este punto es importante destacar que la investigación en nano se viene desarrollando en Uruguay a través de investigadores fundamental pero no exclusivamente nucleados en el Centro Interdisciplinario en Nanotecnología y Química y Física de Materiales (2010-2016) a través del Espacio Interdisciplinario de la Universidad de la República. En ese sentido el país sigue la consigna de querer ser partícipe y no un mero espectador de un partido fundamental que involucra una oportunidad única: la nano llegó para quedarse y evolucionar, para seguir abriendo oportunidades y debemos permanecer, como ya estamos, integrados a una corriente que puede dar al país plataformas que colaboren al desarrollo. El momento llegó y hay mucho para trabajar.
Alvaro Mombrú
Dr. en Física (UdelaR, PEDECIBA, 1999), MPhil en Química del Estado Sólido (University of Sussex, 1995), Magíster en Química (UdelaR, PEDECIBA, 1991).
Profesor Titular de Física, Facultad de Química (desde 2001), Director de Departamento (desde 2003).
Director Académico de PEDECIBA (desde 2012), Investigador Nivel III del SNI (desde 2009), Miembro de Número de la Academia Nacional de Ciencias del Uruguay (desde 2015).
amombru@fq.edu.uy
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