Hay mucho espacio en la parte inferior

Miniaturización (publ. 1961) incluyó la conferencia de Feynman como su capítulo final

"Hay mucho espacio en la parte inferior: una invitación a entrar en un nuevo campo de la física" fue una conferencia dada por el físico Richard Feynman en la reunión anual de la American Physical Society en Caltech el 29 de diciembre de 1959. Feynman consideró la posibilidad de la manipulación directa de átomos individuales como una forma más sólida de química sintética que las que se usaban en ese momento. Aunque se reimprimieron versiones de la charla en algunas revistas populares, pasó desapercibida en gran medida. No inspiró los inicios conceptuales del campo de la nanotecnología. A partir de la década de 1980, los defensores de la nanotecnología la citaron para establecer la credibilidad científica de su trabajo.

Concepción

Feynman consideró algunas ramificaciones de una habilidad general para manipular la materia a escala atómica. Estaba particularmente interesado en las posibilidades de los circuitos informáticos más densos y los microscopios que podían ver cosas mucho más pequeñas de lo que es posible con los microscopios electrónicos de barrido. Estas ideas se materializaron más tarde mediante el uso del microscopio de túnel de barrido, el microscopio de fuerza atómica y otros ejemplos de microscopía de sonda de barrido y sistemas de almacenamiento como Millipede, creado por investigadores de IBM.

Feynman también sugirió que debería ser posible, en principio, hacer máquinas a nanoescala que "dispongan los átomos de la manera que queremos" y hacer síntesis química por manipulación mecánica.

También presentó la posibilidad de "tragarse al doctor", una idea que acreditó en el ensayo a su amigo y estudiante graduado Albert Hibbs. Este concepto involucró la construcción de un pequeño robot quirúrgico tragable.

Como experimento mental, propuso desarrollar un conjunto de manos manipuladoras de un cuarto de escala esclavizadas a las manos del operador para construir máquinas herramienta de un cuarto de escala análogas a las que se encuentran en cualquier taller mecánico. Este conjunto de herramientas pequeñas sería luego utilizado por las manos pequeñas para construir y operar diez juegos de manos y herramientas de escala dieciseisavos, y así sucesivamente, culminando en quizás mil millones de pequeñas fábricas para lograr operaciones paralelas masivas. Utiliza la analogía de un pantógrafo como una forma de reducir la escala de los elementos. Esta idea fue anticipada en parte, hasta la microescala, por el autor de ciencia ficción Robert A. Heinlein en su historia de 1942 Waldo.

A medida que los tamaños se hacían más pequeños, habría que rediseñar las herramientas porque cambiaría la fuerza relativa de varias fuerzas. La gravedad se volvería menos importante y las fuerzas de Van der Waals, como la tensión superficial, se volverían más importantes. Feynman mencionó estos problemas de escalado durante su charla. Nadie ha intentado aún implementar este experimento mental; algunos tipos de enzimas biológicas y complejos enzimáticos (especialmente los ribosomas) funcionan químicamente de una manera cercana a la visión de Feynman. Feynman también mencionó en su conferencia que eventualmente sería mejor usar vidrio o plástico porque su mayor uniformidad evitaría problemas en la escala muy pequeña (los metales y los cristales se separan en dominios donde prevalece la estructura reticular). Esta podría ser una buena razón para fabricar máquinas y dispositivos electrónicos con vidrio y plástico. En la actualidad existen componentes electrónicos fabricados con ambos materiales. En el vidrio, hay cables de fibra óptica que amplifican los pulsos de luz a intervalos regulares, usando vidrio dopado con el elemento de tierras raras erbio. El vidrio dopado se empalma en la fibra y se bombea mediante un láser que opera a una frecuencia diferente. En plástico, los transistores de efecto de campo se fabrican con politiofeno, un polímero inventado por Alan J. Heeger et al. que se convierte en conductor eléctrico cuando se oxida. Para 2016, un factor de solo 20 en la movilidad de los electrones separaba el plástico del silicio.

Desafíos

En la reunión, Feynman concluyó su charla con dos desafíos y ofreció un premio de $1000 para el primero en resolver cada uno. El primer desafío involucró la construcción de un motor diminuto que, para sorpresa de Feynman, fue logrado en noviembre de 1960 por el graduado de Caltech William McLellan, un artesano meticuloso, utilizando herramientas convencionales. El motor cumplía las condiciones, pero no avanzaba el art. El segundo desafío consistía en la posibilidad de reducir letras lo suficientemente pequeñas como para poder colocar toda la Encyclopædia Britannica en la cabeza de un alfiler, escribiendo la información de la página de un libro en una superficie 1/ 25.000 más pequeños en escala lineal. En 1985, Tom Newman, un estudiante graduado de Stanford, redujo con éxito el primer párrafo de Historia de dos ciudades en 1/25.000 y obtuvo el segundo premio Feynman. El asesor de tesis de Newman, R. Fabian Pease, había leído el artículo en 1966, pero fue otro estudiante de posgrado en el laboratorio, Ken Polasko, que lo había leído recientemente, quien sugirió intentar el desafío. Newman estaba buscando un patrón aleatorio arbitrario para demostrar su tecnología. Newman dijo: "El texto era ideal porque tiene muchas formas diferentes".

Recepción

The New Scientist informó que "la audiencia científica quedó cautivada". Feynman había "desviado la idea de su mente" sin siquiera "notas de antemano". No había copias del discurso disponibles. Un "admirador previsor" trajo una grabadora y Caltech hizo una transcripción editada, sin las bromas de Feynman, para su publicación. En febrero de 1960, Ingeniería y Ciencia de Caltech publicó el discurso. Además de extractos en The New Scientist, se imprimieron versiones en The Saturday Review y Popular Science. Los periódicos anunciaron el ganador del primer desafío. La conferencia se incluyó como capítulo final en el libro de 1961, Miniaturización.

Impacto

K. Más tarde, Eric Drexler tomó el concepto de Feynman de mil millones de fábricas diminutas y agregó la idea de que podrían hacer más copias de sí mismos, a través del control de una computadora en lugar del control de un operador humano, en su libro de 1986 Engines of Creation: The Coming Era de Nanotecnología.

Después de la muerte de Feynman, los académicos que estudian el desarrollo histórico de la nanotecnología han llegado a la conclusión de que su papel en la catalización de la investigación en nanotecnología no fue muy valorado por muchas personas activas en el incipiente campo en las décadas de 1980 y 1990. Chris Toumey, antropólogo cultural de la Universidad de Carolina del Sur, ha reconstruido la historia de la publicación y republicación de la charla de Feynman, junto con el registro de citas de 'Plenty of Room'. en la literatura científica.

En el artículo de Toumey de 2008 "Reading Feynman into Nanotechnology", encontró 11 versiones de la publicación de "Plenty of Room", además de dos instancias de una charla estrechamente relacionada de Feynman, "Infinitesimal Machinery", que Feynman llamó "Mucho espacio, revisado" (publicado con el nombre de "Infinitesimal Machinery"). También en las referencias de Toumey hay videos de esa segunda charla. La revista Nature Nanotechnology dedicó un número en 2009 al tema.

Toumey encontró que las versiones publicadas de la charla de Feynman tuvieron una influencia insignificante en los veinte años posteriores a su primera publicación, según lo medido por las citas en la literatura científica, y no mucha más influencia en la década posterior al Escaneo. El microscopio de efecto túnel se inventó en 1981. Interés en "Mucho espacio" en la literatura científica aumentó considerablemente a principios de la década de 1990. Probablemente esto se deba a que el término "nanotecnología" llamó mucho la atención justo antes de ese momento, siguiendo su uso por Drexler en su libro de 1986, Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology, que citó a Feynman, y en un artículo de portada titulado 'Nanotecnología', publicado más tarde que año en una revista orientada a la ciencia de circulación masiva, OMNI. La revista Nanotecnología se lanzó en 1989; el famoso experimento de Eigler-Schweizer, manipulando con precisión 35 átomos de xenón, se publicó en Nature en abril de 1990; y Science publicaron un número especial sobre nanotecnología en noviembre de 1991. Estos y otros avances insinúan que el redescubrimiento retroactivo de "Plenty of Room" dio a la nanotecnología una historia empaquetada que proporcionó una fecha temprana de diciembre de 1959, además de una conexión con Richard Feynman.

El análisis de Toumey también incluye comentarios de científicos en nanotecnología que dicen que "Mucho espacio" no influyó en sus primeros trabajos, y la mayoría de ellos no lo leyeron hasta una fecha posterior.

La estatura de Feynman como premio Nobel y figura importante en la ciencia del siglo XX ayudó a los defensores de la nanotecnología. Proporcionó un valioso vínculo intelectual con el pasado. Más concretamente, su estatura y concepto de fabricación atómicamente precisa desempeñaron un papel en la obtención de fondos para la investigación en nanotecnología, ilustrado por el discurso del presidente Clinton de enero de 2000 en el que pedía un programa federal:

Mi presupuesto apoya una importante nueva Iniciativa Nacional de Nanotecnología, por valor de 500 millones de dólares. Caltech no es extraño a la idea de la nanotecnología, la capacidad de manipular la materia a nivel atómico y molecular. Hace más de 40 años, el propio Richard Feynman de Caltech preguntó: "¿Qué pasaría si pudiéramos arreglar los átomos uno por uno de la manera que los queremos?"

La versión de la Ley de Investigación y Desarrollo de Nanotecnología que la Cámara aprobó en mayo de 2003 pedía un estudio de la viabilidad técnica de la fabricación molecular, pero este estudio se eliminó para salvaguardar la financiación de investigaciones menos controvertidas antes de que el Senado lo aprobara. y promulgada por el presidente George W. Bush el 3 de diciembre de 2003.

En 2016, un grupo de investigadores de TU Delft e INL informaron sobre el almacenamiento de un párrafo de la charla de Feynman utilizando un código binario donde cada bit se hizo con una única vacante atómica. Usando un microscopio de efecto túnel para manipular miles de átomos, los investigadores redactaron el texto:

Pero no tengo miedo de considerar la pregunta final sobre si, en última instancia – en el gran futuro – podemos organizar los átomos de la manera que queremos; los mismos átomos, todo el camino hacia abajo! Lo que pasaría si pudiéramos organizar los átomos uno por uno de la manera que los queremos (en razón, por supuesto; no puedes ponerlos para que sean químicamente inestables, por ejemplo). Hasta ahora, hemos estado contentos de cavar en el suelo para encontrar minerales. Los calentamos y hacemos cosas a gran escala con ellos, y esperamos conseguir una sustancia pura con tanta impureza, y así sucesivamente. Pero siempre debemos aceptar algún arreglo atómico que la naturaleza nos da. No tenemos nada, digamos, con un arreglo de "checkerboard", con los átomos de impureza arreglados precisamente 1000 angstroms aparte, o en algún otro patrón particular.

Este texto utiliza exactamente 1 kilobyte, es decir, 8192 bits, hechos con 1 átomo vacante cada uno, constituyendo así el primer kilobyte atómico, con una densidad de almacenamiento 500 veces mayor que la que se aproxima al estado del arte. El texto requerido para "organizar los átomos de la manera que queremos", en un patrón de tablero de ajedrez. Este tributo autorreferencial a la visión de Feynman fue cubierto tanto por revistas científicas como por los principales medios de comunicación.

Subproductos de ficción

• En "El Árbol del Tiempo", una breve historia publicada en 1964, Damon Knight utiliza la idea de una barrera que tiene que ser construida átomo por átomo (una barrera del tiempo, en la historia).

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