t'

1[

13,4,

rf-i¡*

Continuará complint-se la lleide Moore?Eou¡ro Pulwrr

Hi ha un problema que ens aguaita. Un problema que en molt pocs anys pot fre-

nar I'avang de la societat, Molt abans que ens destrueixi el canvi climátic o I'es-

gotament dels recursos naturals. Es relereix a1 xip, e} cor que fa que funcionin

tots els aparells que utilitzem diáriament,

La IIei de Moore prediu que aproximadament cada dos anys es duplica ia ca-

pacitat deis ordinadors, Per a incrementar-ne la poténcia és necessari que aug-

menti el nombre de transistors que conté cada xip. El problema és que arribará

un moment en qué els transistors del xip no podran fer-se més petits, el mate-

rial de qué estan fets (silici) no podrá suportar-ho i el desenvolupament es fre-

nará,

Necessitem materials nous que solucionin els problemes actuals. I si es tracta

de rendibililzar Ia grandária, la resposta ha d'estar en la nanotecnologia. El

grafé pot ser 1'alternativa al silici; aquest material és prlmer germá de les ja

conegudes buckyballs,les molécules de carboni formades per seixanta átoms

amb aspecte de pilota de futbol diminuta i amb unes propietats sorprenent-ment resistents.

Peró el somni dels nanotecnólegs és aconsegiuir materials que s'autoassemblin

per formar una determinada nanoestructura.

Una ciéncia nova

fany 1959, el físic teóric Richard Feynman (premi Nobel de FÍsica el 1965) va pronunciar una conferéncia amb el

títol "fhere's plenty of room at the bottom", és a dir, "hi ha molt d'espai al fons". Aquest aparentment enigmáticanunci profetitzava molts descobriments nous quan es poguessin fabricar materials de dimensions atÓmiques o

moleculars. Aixó s'ha fet possible a partir de 1980 amb I'aparició de la microscópia túnel de rastreig (STM) o de forga

atómica (AFM), que han permés primer observar els materials a escala atómica i, després, manipular átoms indivi-duals.

Per a aclarir qué és la nanotecnologia, primer cal parlar de la grandária dels átoms. El prefix nano s'escriu "n equival a1O-e", i la grandária d'un átom és aproximadament la cinquena part d'un nanómetre (1 nm). Cinc átoms en fila fan apro-

ximadament 1 nm.

Bé, doncs tots els materials, dispositius, instrumental, etc.,que continguin de 5 a 50 o 100 átoms entren dins de I'es-

cala nanométrica i són motiu d'estudi de la nanotecnologia.

Podríem pensar que les propietats que presenta un conglo-merat de 50 átoms equivaldrien a les propietats d'un sol átomaugmentades cinquanta vegades. Peró aquí rau la vertaderaimportáncia dels dispositius i materials nanotecnológics: lesseves propietats són sorprenentment d¡ferents de les pro-pietats dels átoms individuals que els formen.

La nanotecnologia obre una infinitat de possibilitats en campsde la ciéncia tan diversos com la medicina, la física, la quÍmica

o I'enginyeria mecánica. Solament s'ha entreobert la portaper la qual s'albira la nova ciéncia.

Molécula de buckminsterful leré (C60).

Microscopi de forqa atómica (AFM).

EDUARD PUNSET ENTREVISTA

Heinrich Rohrer iNicolás García

Aquest és un dels principis básicsde la nanotecnología: rcconéixetel que és petit a ftavés del que éspetit.

E. PuNser: Heinrich, un dels teus predecessors, el físic ame-

ricá Feynman, va dir: "Vull arribar fins al final, vull arribar fins

als átoms i poder veure'|s." Perqué la idea és que si se sap

com es relaciona un átom amb un altre átom, i nosaltres

estem formats d'átoms -perqué és el que som: átoms i mo-

lécules-, si coneixem aquesta relació de I'un amb I'altre, sa-

brem de qué tracta la natura. És cert o continuem sense saber

de qué tracta?

H. RoHneR: Crec que aixÓ és molt complicat. Crec que la natura

és moltíssim més complicada i sola-

ment saber sobre átoms no ens solu-

ciona les operacions de sistemescomplexos que estan formats d'átoms.

Peró crec que els átoms són básics.

Hem de comprendre com es compor-ten sota certes circumstáncies i crec

H. RoHneR: Crec que aquest és un dels grans reptes d'ara, ¡a

que entenem bastants coses sobre el autoassemblatge, sobre

els mecanismes, perÓ si volem formar un sistema cal que si-

guem capaQos de generar un procés de autoassemblatge en

algun moment. I crec que aixó és el que encara no sabem fer.

Potser és possible en unes circumstáncies molt bastes; hi ha

experts que diuen que es poden uiilitzar nanotubs de carboni

com a connectors base entre un transistor i un altre, en comp-

tes de tenir un cable de coure. Crec que

és possible que fins a cert punt aixÓ sigui

cert, peró aixó no soluciona res si no es pot

crear el tub de carboni ln situ. No es poden

prendre milrons i milions de tubs de car-

boni i col.locar-los en el lloc correcte.

que aquest és el nou repte de la nanotecnologia per a apren-

dre més sobre sistemes fets d'átoms que es poden utilitzar per

a uns objectius molt especifics. PerÓ hi ha un gran pas endavant

des dels átoms fins al sistema de la natura.

E. Puruser: Nicolás, quin és el problema concret? Qué falta per-

qué, per exemple, en un partit de futbol, en lloc d'un árbitre as-

senyalant fora de joc, simplement hi hagi un ordinador que digui

"fora de joc"? Perqué tenim prou sensors per a saber exacta-

ment el que passa. Quin és el tros que falta per a aixÓ? Nico-

lás, tu dius que és una qüestió de sensors, de ficar-li més sen-

sors...

N. Gnnci¡: finvent que necessitem és una memÓria per a re-

gistrar totes aquestes imatges. De fet, si tinc moltíssima més

memória, puc utilitzar-ne una part com a interactiu de I'análisi

d'imatges i així traure conclusions. És qüestió d'emmagatzemar

molta memória en poc espai. Ja ens hem trobat abans amb pro-

blemes semblants. Creus que podríem haver anat a la Lluna

amb els llums i la tecnologia antigues? Va ser necessari reduir

el dispositiu que ens donava la informació; arribem amb aixÓ al

transistor, aquesta va ser la gran revolució, és una qÜestió d'in-

tegració,

E. PuNsrr: I el pas següent, dius, és la nanotecnologia.

N. GnncÍn: És clar, estem en el camí. La tecnologia del silici ac-

tual está en el quart de micra, perÓ es pot reduir a un átom. Si

fóssim capagos de registrar-ho tot, de fer d'un átom un bit de

memória, podríem tenir memÓries tremendament grans, de 101s

bits en 1 cm2.

E. Puxser: Peró per a tenir un sistema es necessita un autoas-

semblatge i una autoorganització d'átoms. I una vegada que es

poden veure els átoms, com es fa per autoassemblar-los i

autoorganitzar-los?

O sigui, que cal iniciar un procés de creixement o d'acoblament

en el lloc específic, que es desenvolupi de la forma que volem

que ho faci. I crec que aquest és un dels grans reptes de la na-

notecnologia, de la ciéncia dels materials, de la ciéncia dels

nanomaterials; i crec que som molt lluny encara, perÓ penso

que la ciéncia necessita aquests grans reptes.

E. PurusEr: M'imagino que ha de ser bastant irritant per a un

científic veure que les molécules s'autoassemblen; és a dir,

I'una es fixa amb l'altra, i l'altra amb una altra, fins formar un

complex sistema, i atés que ja es coneix la naturalesa básica de

les molécules, que són els átoms, i grácies al microscopi STM

i a uns altres, es poden identificar les imatges; i no obstant aixÓ,

com tu dius, no som capaQos de provocar aquests mecanis-

mes d'autoassemblatge. PerÓ aixÓ és el que probablement

ocorrerá, no?

Heinrich Rohrer

Suissa, 1933, premi Nobel de FÍsica. Va ser el

coinventor de I'STM (scanning tunneling mi'ctoscope). El microscopi de túnel no solament

permet observar el món de les molécules i els

átoms, sinó que, a més, facilita I'accés a

aquest nivell, és a dir, a processar aquesta in-

formació.

Nicolás García

Espanya. Ha estat director del Departament de

Nanotecnologia del Consell Superior d'Inves-

tigacions CientÍfiques i ha col'laborat durant

molt temps amb Rohrer.

EDUARD PUNSET ENTREVISTA HEINRICH ROHRER

I NICOTAS GARCIA

H. RoHneR: Crec que tens raó. Aquest és un

dels camins que cal seguir, per descomptat,

i probablement mai no dependrem exclusi-

vament de I'autoassemblatge. Potser el que

farem será crear models per miniaturització,que és la forma en qué treballem ara en mi-

l*Xll'n"'Jr:íii?:lcroelectrónica, o en qué dissenyem molts dels processos de na-

noelectrónica: és a dir, per miniaturilzació. De manera que

probablement usarem uns processos hÍbrids en els quals fabri-

carem un escenari miniaturitzat, per litografia, i en aquests mo-

dels comenqarem a desenvolupar per autoassemblatge els

detalls més menuts.

Durant els deu o quinze anys prÓxims encara podrem fer el que

estem fent ara, peró en més petit. Ara encara pensem en ter-

mes d'un ordinador quan parlem d'un petit circuit, perÓ és pos-

sible que no sigui en aixó en el que

la nanotecnologia estigui optimit-zada. Estará optimitzada quan faci laconnexió entre el món del processa-

dor i el món real.

Aquesta és, per exemple, una de les

característiques més interessants de

la nanotecnologia: la grandária de les

molécules. Mira com funcionen les

molécules al nostre cos. Una molé-cula en reconeix una altra; no es reconeix I'altra molécula grá-

cies a un equipament fantástic: s'usa una molécula per a

reconéixer-ne una altra. I jo diria que aquest és un dels princi-

pis básics de la nanotecnologia: reconéixer el que és petit a tra-

vés del que és petit.

Així és com ho fa la natura. I és també el que fa I'STM. Amb

I'STM un átom reconeix un altre átom que hi ha en I'agulla si I'hi

acostem prou; aquest és el principi de I'STM: reconeixem un

átom a través d'un altre átom. Podem reconéixer-lo de diverses

maneres. A través del corrent indult, i aixó és el que es fa en el

microscopi de túnel o, per exemple, es pot agafar una molé-cula d'aquí i altra molécula d'allá i llavors es pot mirar com s'a-junten, ja que s'ajunten de manera diferent segons els diferents

tipus de molécula. I així es crea una sensibilitat molecular indi-

vidual. Aquest és un dels desenvolupaments clau de la nano-

tecnologia.

E. Punser: I aixó on pot conduir? Podem aplicar-ho a la biome-dicina?

H. RoHRrn: Es pot aplicar a qualsevol camp. Per exemple, puc

imaginar-me dur damunt un sensor molt petit i que aquest sen-

sor, immediatament, percebi quan algú que és prop de tu té lagrip: aixó al final deixaria de ser un problema. Crec que serem

capaEos de fer-ho, I també cal pensar en les conseqÜéncies:

com hi reaccionem?; sempre hauríem de prendre una decisió.

Com reaccionar si sé que aquesta per-

sona té aquesta malaltia, i aquesta altra i

aquesta altra? Ha arribat el moment que

cal aillar-la? Aquesta és una pregunta molt

més difícil, o una qüestió de molta major

significació, que la de, per exemple, la con-

fidencialitat de les dades.

N. GencÍn: També hi ha un proiecte médic de nanotecnolo-gia, signat per la NASA, denominat "Nanovaixell". Aquest na-

novaixell és una nau de dimensions molt reduldes que té un

xip intel.ligent. Es pot ficar per les artéries i detecta si en al-

guna part s'estan formant estructures que no haurien d'estar

allá.

El que té de bo és que és capaq de diagnosticar un problema

en els primeríssims estadis de la seva formació.

O sigui, si som capaqos de produir un

nanomíssil i inserir-lo en el sistemasanguini, aquest, que té una massapetitíssima, és capaq d'atacar les

cél.lules que prematurament estan ini-

ciant una malaltia. La resposta del cos

humá será, doncs, molt més menudai eficag.

Encara que jo crec que on la nanotecnologia realment suposará

un canvi és en la medicina preventlva. Per a aixÓ és necessari

desenvolupar sondes cada vegada més petites i amb capacitatd'análisi, perqué ens informin constantment del que ocorre al

nostre cos. Una altra vegada aixó significa dispositius amb més

memória.

lffi;.ffi###d

E. Puruser: Heinrich, tu has dit -ho he llegit en alguns dels teus

treballs- que la nanotecnologia obre grans perspectives i grans

temors. Aquest és el tipus de pregunta en la qual probablement

necessitem reflexionar contínuament.

H. RoHneR: Peró per descomptat, a

pesar dels temors, crec que hauríem de

fer-ho perqué hem d'aprendre a manejar

bé les coses. I jo diria que, al capdavall,

si s'observa el progrés que han fet laciéncia i la tecnologia en els últims dos-

cents anys, crec que el món encara no

ha estat destrult.

La gent que proclama que el món será destrutt i que sent aquest

temor que es destruirá el món, la fi de la humanitat, de la raEa

humana, crec que exageren, Crec que també hem de tenir con-fianqa que la gent no solament es fa més intel ligent sinó tambémés assenyada. És veritat que de vegades ens assalten els dub-tes.

E. Puruser: Quan es baixa a aquesta escala, a aquest lÍmit, i s'en-

tra en el món quántic i les coses es comporten d'una manera

molt diferent -la mateixa partícula es dirigeix a dos pols dife-

rents-, creus que aixó será un problema real?

H. RoHnen: Aixó és, probablement, un dels grans reptes de lananotecnologia: poder explotar el comportament mecánicquántic d'una manera millor de com ho fem a microescala o a

macroescala. Crec que aixó és possible, perÓ no deixa de ser

un repte. En l'actualitat ja estem explotant Ia mecánica quán-

tica d'una manera més óbvia del que ho fem en la macroes-

cala.

I no hi ha dubte que cada átom es comporta d'una manera

quántica, és a dir, que la mecánica quántlca és inherent arreu de

la matéria. Peró no és obvi el comportament quántic de les pro-

pietats de qualsevol matéria. Si es pren una gran pedra i es

llanqa, es pot calcular amb la mecánica normal; no fa falta lamecánica quántlca.

f ro s"nt que proctama que er ^an'l. 5,3'iill;3':: iil""#:: "¿:T:;::I r"* desftu[t í que sent aquest I trueixen proteines segons les instruccions

I temo, que serit la fi de Ia huma- I O" I'ARN. Una vegada que hem desenvo-

lnitat, uec que exasercn. J iffi1i?,"',:r;:H,l:ol""ffiil:f¿':H

Peró en una escala molt petita, aixÓ té un rol molt important; per

exemple: si tenim un cable molt fi i amb un punt de constricció,que és en el que Nicolás García está treballant en I'actualitat, lla-

vors el transport en aquest punt és de naturalesa quántica, i es

pot treballar amb aixó.

-o és una gran ximpleria- analitzar els átoms d'aquesies ins-

truccions de I'ARN i canviar-les? Podem canviar no solament la

natura en si, sinó les instruccions que té la natura per a cons-

truir organismes, o la natura?

H. RoHnEn: Tot consisteix solament d'átoms i crec que aixÓ és

cert, peró la nostra forma de pensar és simplement un procés

químic al cervell? O és alguna cosa més? Si solament és un

procés quÍmic, cal permetre-li al procés la possibilitat de ser

intel.ligent.

Ara tenim per separat la intel ligéncia, la matéria viva I la ma-

téria morta. I probablement aquesta separació, a llarg termini,

no és molt raonable, i igual que la nanotecnologia -on s'uneix

la biologia, la física i I'enginyeria- potser algun dia tindrem una

perspectiva diferent sobre aquestes tres categories: la intel'li-géncia, la matéria viva I la matéria morta. I potser, si pogués-

sim tenir-ho iot una mica més confús, si es confongués tot en

el futur, es podria tenir una transició més raonable d'una a I'al-

tra. Oui ho sap?

E. PuNsEr: Si ll pregunto a un bióleg qué és la vida ja conec la

seva resposta: un organisme capaQ de replicar-se. Si li ho pre-

gunto a un nanotecnóleg, qué em dirá?

EDUARD PUNSET ENTREVISTA HEINRICH ROHRER

I NICOTAS GARCIA

N. GnncÍn: Que la vida requereix una certa imperfecció; si els E. Pur.,¡ser: I canviará la meva vida quotidiana, vull dir, la de

átoms estiguessin totalment ordenats, seria un sistema inert, i l'home del carrer.

tots els sistemes s'estan movent constantment a causa de latemperatura. En les figures es veuen defectes de l'estructura, N' GnncÍn: Podrás veure el teu programa de televisió' El teu re-

átoms que hi falten. La vida requereix algun tipus d'imperfecció ceptor será tan petit que podrás veure la televisió pel carrer'

Lesséncia de la vida és la possibilitat de trobar llocs, defectes, sense cap problema' en colors i tridimensional És qüestió de

on els átoms es puguin agrupar per a formar noves estructures. saber integrar totes aquestes dades en una zona molt menuda'

lvoldríem que aquestes e"structures fossin F .---_-__ ., : f ff:#:tl;fiff:f:l?:.: |]

nanorobots intel'lisents' I La vída rcquereix ""o_"::::_:ypii I quar ri dirás .vur parrar amb en tat,,, i

La nanotecnorogia ha desenvorupat eines I r::#:,ilr#";:'::#:":;:::;iri; I transformará ra teva veu i així podrás

físiques per a manipular els átom.s un a un. lsistema inert. v"EiY' -- -

J parlar per teléfon'

lels átoms són, de fet, molt més senzills t Ahl, i podrás parlar en qualsevolque els aminoácids, que són combina-

idioma, sense cap traductor. Tu parrarás en el teu idioma i el re-cionsd'átoms.Siaconseguimaproximarunsquantsátoms_decarboni, d'oxigen, de sorre, tarvesada,nu'¡.ui"";';;;: ñ: :"$lJ;i::j:ln?fl H#J:[::f;%i 11,3,'J,i31[[xims a les seves posicions ideals, es pot, en princ¡pi, constru¡r

Tot és qüestió d,integrar i fer xips cada vegada amb més me_una molécula complexa' mória i, per tant, més intel.ligents. lntegrar dades i circuits. una

De la mateixa manera, una vegada tens les molécules comple- vegada que estudies les dades' has d'integrar nanocables i na-

xes, pots aproximar-les al seu torn amb unes altres, fins a formar nocontactes'

un compost molecular que sigui capaq de replicar-se. És obvi E. puruser: I aixó ja ho esteu fent? Com són?que l'evolució, amb els seus milers de milions d'anys, ha acabatproduint una cosa més intel.ligent que ella mateixa. Qué és, si N. GnncÍn: Aquests els tenim i sabem com funcionen. Són ca-

no, I'home? La meva resposta és que també aquesta tecnolo- bles d'uns pocs átoms, capaEos de conduir el senyal eléctric.

gia está intentant produir alguna cosa més intel.ligent. En el mo- S'estan buscant també molécules que s'autoassemblin i con-

ment en qué hi hagi moltes més técniques potents, aquestes nectin per a formar els dispositius. També n'hi ha que tenen pro-

acabaran desenvolupant estructures més capaces que elles ma- pietats magnétiques fascinants i que podrien actuar com uns

teixes. sensors excel lents.

> REFLEXIONA

1. lndica en qué consisteix la llei de Moore. És possible que

deixi de complir-se en els prÓxims anys? Hi ha alguna espe-ranga que continui complint-se?

2. Qué és la nanotecnologia? lndica alguna aplicació actuald'aquesta ciéncia.

3. Qué entenen els nanotecnÓlegs per "autoassemblatge"? El

veuen factible en els próxims anys?

> ACTUA

4. Busca informació sobre avengos actuals de la nanotecno-logia i com hi col.labora el microscopi de forces atÓmi-ques.

5. Discuteix a classe sobre possibles aplicacions médiques dela nanotecnologia, com la possibilitat de substituir membresaccidentats del cos humá per uns altres amb un funciona-ment biónic, i les seves implicacions étiques.