Nanotecnología molecular

La nanotecnología molecular (MNT) es una tecnología basada en la capacidad de construir estructuras con especificaciones atómicas complejas por medio de la mecanosíntesis. Esto es distinto de los materiales a nanoescala. Basada en la visión de Richard Feynman de fábricas en miniatura que usan nanomáquinas para construir productos complejos (incluidas nanomáquinas adicionales), esta forma avanzada de nanotecnología (o fabricación molecular) haría uso de mecanosíntesis controlada por posición guiada por sistemas de máquinas moleculares. MNT implicaría combinar los principios físicos demostrados por la biofísica, la química, otras nanotecnologías y la maquinaria molecular de la vida con los principios de ingeniería de sistemas que se encuentran en las fábricas modernas a macroescala.

Introducción

Mientras que la química convencional utiliza procesos inexactos para obtener resultados inexactos, y la biología explota procesos inexactos para obtener resultados definitivos, la nanotecnología molecular emplearía procesos definitivos originales para obtener resultados definitivos. El deseo en la nanotecnología molecular sería equilibrar las reacciones moleculares en ubicaciones y orientaciones controladas por posición para obtener las reacciones químicas deseadas y luego construir sistemas ensamblando aún más los productos de estas reacciones.

Una hoja de ruta para el desarrollo de MNT es un objetivo de un proyecto de tecnología de amplia base dirigido por Battelle (el gerente de varios Laboratorios Nacionales de EE. UU.) y el Instituto Foresight. La hoja de ruta originalmente estaba programada para completarse a fines de 2006, pero se publicó en enero de 2008. La Colaboración Nanofactory es un esfuerzo continuo más enfocado que involucra a 23 investigadores de 10 organizaciones y 4 países que está desarrollando una agenda de investigación práctica específicamente dirigida a diamantes controlados posicionalmente. mecanosíntesis y desarrollo de nanofábricas de diamantes. En agosto de 2005, el Centro para la Nanotecnología Responsable organizó un grupo de trabajo compuesto por más de 50 expertos internacionales de diversos campos para estudiar las implicaciones sociales de la nanotecnología molecular.

Aplicaciones y capacidades proyectadas

Materiales inteligentes y nanosensores

Cualquier tipo de material diseñado y diseñado a escala nanométrica para una tarea específica es un material inteligente. Si los materiales pudieran diseñarse para responder de manera diferente a varias moléculas, por ejemplo, las drogas artificiales podrían reconocer y volver inertes virus específicos. Las estructuras de autorreparación repararían naturalmente los pequeños desgarros en una superficie de la misma manera que la piel humana.

Un nanosensor se asemejaría a un material inteligente, que involucraría un pequeño componente dentro de una máquina más grande que reaccionaría a su entorno y cambiaría de alguna manera fundamental e intencional. Un ejemplo muy simple: un fotosensor podría medir pasivamente la luz incidente y descargar su energía absorbida como electricidad cuando la luz pasa por encima o por debajo de un umbral específico, enviando una señal a una máquina más grande. Supuestamente, dicho sensor costaría menos y usaría menos energía que un sensor convencional y, sin embargo, funcionaría de manera útil en las mismas aplicaciones, por ejemplo, encender las luces del estacionamiento cuando oscurece.

Si bien los materiales inteligentes y los nanosensores ejemplifican aplicaciones útiles de MNT, palidecen en comparación con la complejidad de la tecnología más popularmente asociada con el término: el nanorobot replicante.

Replicando nanorobots

La nanofacturación de MNT se vincula popularmente con la idea de enjambres de robots a nanoescala coordinados que trabajan juntos, una popularización de una propuesta inicial de K. Eric Drexler en sus discusiones de 1986 sobre MNT, pero reemplazada en 1992. En esta propuesta inicial, los nanorobots suficientemente capaces construirían más nanorobots en un entorno artificial que contiene bloques de construcción moleculares especiales.

Los críticos han dudado tanto de la viabilidad de los nanorobots autorreplicantes como de la viabilidad del control si se pudieran lograr los nanorobots autorreplicantes: citan la posibilidad de que las mutaciones eliminen cualquier control y favorezcan la reproducción de variaciones patógenas mutantes. Los defensores abordan la primera duda señalando que la primera máquina replicadora autónoma a macroescala, hecha con bloques de Lego, se construyó y operó de forma experimental en 2002. Si bien existen ventajas sensoriales presentes en la macroescala en comparación con el sensorio limitado disponible en la nanoescala, las propuestas de sistemas de fabricación mecanosintéticos a nanoescala controlados posicionalmente emplean la navegación a estima de información sobre herramientas combinada con un diseño de secuencia de reacción confiable para garantizar resultados confiables, por lo tanto, un sensorio limitado no es una desventaja.; Se aplican consideraciones similares al ensamblaje posicional de pequeñas nanopartes. Los defensores abordan la segunda duda argumentando que las bacterias evolucionan (por necesidad) para evolucionar, mientras que la mutación de los nanorobots podría prevenirse activamente mediante técnicas comunes de corrección de errores. Se defienden ideas similares en las Directrices de prospectiva sobre nanotecnología molecular y en un mapa del espacio de diseño del replicador de 137 dimensiones.publicado recientemente por Freitas y Merkle proporciona numerosos métodos propuestos mediante los cuales los replicadores podrían, en principio, controlarse de manera segura mediante un buen diseño.

Sin embargo, el concepto de supresión de la mutación plantea la pregunta: ¿Cómo puede ocurrir la evolución del diseño a nanoescala sin un proceso de mutación aleatoria y selección determinista? Los críticos argumentan que los defensores de MNT no han proporcionado un sustituto para tal proceso de evolución en esta arena a nanoescala donde faltan los procesos de selección sensoriales convencionales. Los límites del sensorio disponible a nanoescala podrían dificultar o imposibilitar distinguir los éxitos de los fracasos. Los defensores argumentan que la evolución del diseño debe ocurrir de manera determinista y estrictamente bajo el control humano, utilizando el paradigma de ingeniería convencional de modelado, diseño, creación de prototipos, pruebas, análisis y rediseño.

En cualquier caso, desde 1992, las propuestas técnicas para MNT no incluyen nanorobots autorreplicantes, y las pautas éticas recientes presentadas por los defensores de MNT prohíben la autorreplicación sin restricciones.

Nanorobots médicos

Una de las aplicaciones más importantes de MNT sería la nanorobótica médica o nanomedicina, un área iniciada por Robert Freitas en numerosos libros y artículos. La capacidad de diseñar, construir y desplegar un gran número de nanorobots médicos haría posible, como mínimo, la eliminación rápida de enfermedades y la recuperación fiable y relativamente indolora del trauma físico. Los nanorobots médicos también podrían hacer posible la corrección conveniente de defectos genéticos y ayudar a garantizar una vida útil mucho mayor. Más controvertido, los nanorobots médicos podrían usarse para aumentar las capacidades humanas naturales. Un estudio ha informado sobre cómo las condiciones como tumores, arteriosclerosis, coágulos de sangre que conducen a un accidente cerebrovascular, acumulación de tejido cicatricial y bolsas de infección localizadas pueden tratarse posiblemente mediante el empleo de nanorobots médicos.

Niebla utilitaria

Otra aplicación propuesta de la nanotecnología molecular es la "niebla de utilidad", en la que una nube de robots microscópicos en red (más simples que los ensambladores) cambiaría su forma y propiedades para formar objetos y herramientas macroscópicos de acuerdo con los comandos del software. En lugar de modificar las prácticas actuales de consumo de bienes materiales en diferentes formas, la niebla de utilidad simplemente reemplazaría muchos objetos físicos.

Óptica de matriz en fase

Otra aplicación propuesta de MNT sería la óptica de matriz en fase (PAO). Sin embargo, este parece ser un problema abordable por la tecnología ordinaria a nanoescala. PAO usaría el principio de la tecnología milimétrica de matriz en fase pero en longitudes de onda ópticas. Esto permitiría la duplicación de cualquier tipo de efecto óptico pero virtualmente. Los usuarios pueden solicitar hologramas, amaneceres y atardeceres, o láseres flotantes según les apetezca. Los sistemas PAO se describieron en Nanotechnology: Molecular Speculations on Global Abundance de BC Crandall en el artículo de Brian Wowk "Phased-Array Optics".

Impactos sociales potenciales

La fabricación molecular es un subcampo futuro potencial de la nanotecnología que haría posible construir estructuras complejas con precisión atómica. La fabricación molecular requiere avances significativos en nanotecnología, pero una vez logrados, se podrían producir productos muy avanzados a bajo costo y en grandes cantidades en nanofábricas que pesen un kilogramo o más. Cuando las nanofábricas obtienen la capacidad de producir otras nanofábricas, la producción solo puede verse limitada por factores relativamente abundantes, como los materiales de entrada, la energía y el software.

Los productos de la fabricación molecular podrían variar desde versiones más baratas producidas en masa de productos de alta tecnología conocidos hasta productos novedosos con capacidades adicionales en muchas áreas de aplicación. Algunas aplicaciones que se han sugerido son materiales inteligentes avanzados, nanosensores, nanorobots médicos y viajes espaciales. Además, la fabricación molecular podría usarse para producir armas duraderas altamente avanzadas a bajo costo, lo cual es un área de especial preocupación con respecto al impacto de la nanotecnología. Al estar equipados con computadoras y motores compactos, estos podrían ser cada vez más autónomos y tener una amplia gama de capacidades.

Según Chris Phoenix y Mike Treder del Centro para la Nanotecnología Responsable, así como Anders Sandberg del Instituto del Futuro de la Humanidad, la fabricación molecular es la aplicación de la nanotecnología que plantea el riesgo catastrófico global más significativo. Varios investigadores de nanotecnología afirman que la mayor parte del riesgo de la nanotecnología proviene del potencial para conducir a la guerra, carreras armamentistas y un gobierno global destructivo. Se han sugerido varias razones por las que la disponibilidad de armamento nanotecnológico puede conducir con una probabilidad significativa a carreras armamentísticas inestables (en comparación con, por ejemplo, carreras de armamentos nucleares): (1) Un gran número de jugadores pueden verse tentados a participar en la carrera desde el umbral para hacerlo. es bajo;(2) la capacidad de fabricar armas con fabricación molecular será barata y fácil de ocultar; (3) por lo tanto, la falta de conocimiento de las capacidades de las otras partes puede tentar a los jugadores a armarse por precaución o lanzar ataques preventivos; (4) la fabricación molecular puede reducir la dependencia del comercio internacional, un factor potencial de promoción de la paz; (5) las guerras de agresión pueden representar una amenaza económica menor para el agresor ya que la fabricación es barata y es posible que no se necesiten humanos en el campo de batalla.

Dado que la autorregulación por parte de todos los actores estatales y no estatales parece difícil de lograr, las medidas para mitigar los riesgos relacionados con la guerra se han propuesto principalmente en el ámbito de la cooperación internacional. La infraestructura internacional puede ampliarse dando más soberanía al nivel internacional. Esto podría ayudar a coordinar los esfuerzos para el control de armas. También se pueden diseñar instituciones internacionales dedicadas específicamente a la nanotecnología (quizás de manera análoga a la Agencia Internacional de Energía Atómica, OIEA) o al control general de armamentos. También se pueden realizar conjuntamente avances tecnológicos diferenciales en tecnologías defensivas, una política que los jugadores suelen favorecer. El Centro de Nanotecnología Responsable también sugiere algunas restricciones técnicas.La transparencia mejorada con respecto a las capacidades tecnológicas puede ser otro facilitador importante para el control de armas.

Una sustancia pegajosa gris es otro escenario catastrófico, que fue propuesto por Eric Drexler en su libro Engines of Creation de 1986, ha sido analizado por Freitas en "Algunos límites de la ecofagia global por Biovorous Nanoreplicators, con recomendaciones de políticas públicas" y ha sido un tema en la corriente principal. medios y ficción. Este escenario involucra pequeños robots autorreplicantes que consumen toda la biosfera usándola como fuente de energía y bloques de construcción. Los expertos en nanotecnología, incluido Drexler, ahora desacreditan el escenario. Según Chris Phoenix, "la llamada sustancia pegajosa gris solo podría ser el producto de un proceso de ingeniería deliberado y difícil, no un accidente".Con el advenimiento de la nanobiotecnología, se presentó un escenario diferente llamado sustancia viscosa verde. Aquí, la sustancia maligna no son los nanobots sino los organismos biológicos autorreplicantes creados a través de la nanotecnología.

Beneficios

La nanotecnología (o nanotecnología molecular para referirse más específicamente a los objetivos discutidos aquí) nos permitirá continuar con las tendencias históricas en la fabricación hasta los límites fundamentales impuestos por la ley física. Nos permitirá hacer computadoras moleculares notablemente poderosas. Nos permitirá fabricar materiales cincuenta veces más ligeros que el acero o la aleación de aluminio pero con la misma resistencia. Podremos fabricar jets, cohetes, automóviles o incluso sillas que, según los estándares actuales, serían notablemente livianos, resistentes y económicos. Las herramientas quirúrgicas moleculares, guiadas por computadoras moleculares e inyectadas en el torrente sanguíneo, podrían encontrar y destruir células cancerosas o bacterias invasoras, destapar arterias o proporcionar oxígeno cuando la circulación está deteriorada.

La nanotecnología reemplazará toda nuestra base de fabricación con una forma nueva, radicalmente más precisa, radicalmente menos costosa y radicalmente más flexible de fabricar productos. El objetivo no es simplemente reemplazar las plantas de fabricación de chips de computadora de hoy, sino también reemplazar las líneas de ensamblaje de automóviles, televisores, teléfonos, libros, instrumentos quirúrgicos, misiles, estanterías, aviones, tractores y todo lo demás. El objetivo es un cambio generalizado en la fabricación, un cambio que prácticamente no dejará ningún producto intacto. El progreso económico y la preparación militar en el siglo XXI dependerán fundamentalmente de mantener una posición competitiva en nanotecnología.

A pesar del estado actual de desarrollo temprano de la nanotecnología y la nanotecnología molecular, existe mucha preocupación en torno al impacto anticipado de MNT en la economía y la ley. Cualesquiera que sean los efectos exactos, el MNT, si se logra, tendería a reducir la escasez de bienes manufacturados y haría que muchos más bienes (como alimentos y ayudas para la salud) fueran manufacturables.

MNT debería hacer posibles las capacidades nanomédicas capaces de curar cualquier condición médica que aún no haya sido curada por los avances en otras áreas. La buena salud sería común, y la mala salud de cualquier forma sería tan rara como lo son hoy la viruela y el escorbuto. Incluso la criónica sería factible, ya que el tejido crioconservado podría repararse por completo.

Riesgos

La nanotecnología molecular es una de las tecnologías que algunos analistas creen que podría dar lugar a una singularidad tecnológica, en la que el crecimiento tecnológico se ha acelerado hasta el punto de tener efectos impredecibles. Algunos efectos podrían ser beneficiosos, mientras que otros podrían ser perjudiciales, como la utilización de nanotecnología molecular por parte de una inteligencia general artificial hostil. Algunos sienten que la nanotecnología molecular tendría riesgos abrumadores.Posiblemente podría habilitar armas convencionales más baratas y más destructivas. Además, la nanotecnología molecular podría permitir armas de destrucción masiva que podrían autorreplicarse, como lo hacen los virus y las células cancerosas cuando atacan el cuerpo humano. Los comentaristas generalmente están de acuerdo en que, en el caso de que se desarrollara la nanotecnología molecular, su autorreplicación debería permitirse solo bajo condiciones muy controladas o "inherentemente seguras".

Existe el temor de que los robots nanomecánicos, si se logran y se diseñan para autorreplicarse utilizando materiales naturales (una tarea difícil), podrían consumir todo el planeta en su hambre de materias primas, o simplemente desplazar la vida natural, superándola. de energía (como sucedió históricamente cuando aparecieron las algas verdeazuladas y superaron a las formas de vida anteriores). Algunos comentaristas se han referido a esta situación como el escenario de "pegamento gris" o "ecofagia". K. Eric Drexler considera que un escenario accidental de "goo gris" es extremadamente improbable y lo dice en ediciones posteriores de Engines of Creation.

A la luz de esta percepción de peligro potencial, el Foresight Institute, fundado por Drexler, ha elaborado un conjunto de directrices para el desarrollo ético de la nanotecnología. Estos incluyen la prohibición de pseudoorganismos autorreplicantes que se alimentan libremente en la superficie de la Tierra, al menos, y posiblemente en otros lugares.

Problemas técnicos y críticas.

La viabilidad de las tecnologías básicas analizadas en Nanosystems ha sido objeto de una revisión científica formal por parte de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU. y también ha sido el centro de un extenso debate en Internet y en la prensa popular.

Estudio y recomendaciones de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU.

En 2006, la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU. publicó el informe de un estudio de fabricación molecular como parte de un informe más extenso, Una cuestión de tamaño: Revisión trienal de la Iniciativa Nacional de Nanotecnología El comité de estudio revisó el contenido técnico de Nanosystems y, en su conclusión establece que ningún análisis teórico actual puede considerarse definitivo con respecto a varias cuestiones del rendimiento potencial del sistema, y ​​que las rutas óptimas para implementar sistemas de alto rendimiento no pueden predecirse con confianza. Recomienda la investigación experimental para avanzar en el conocimiento en esta área:"Aunque hoy se pueden hacer cálculos teóricos, el rango eventualmente alcanzable de ciclos de reacción química, tasas de error, velocidad de operación y eficiencias termodinámicas de tales sistemas de fabricación de abajo hacia arriba no se pueden predecir de manera confiable en este momento. Por lo tanto, la perfección y la eficiencia eventualmente alcanzables". la complejidad de los productos fabricados, si bien se pueden calcular en teoría, no se puede predecir con confianza.Finalmente, los caminos de investigación óptimos que podrían conducir a sistemas que superen en gran medida las eficiencias termodinámicas y otras capacidades de los sistemas biológicos no se pueden predecir de manera confiable en este momento. La financiación de la investigación que se basa en la capacidad de los investigadores para producir demostraciones experimentales que se vinculen con modelos abstractos y guíen la visión a largo plazo es la más adecuada para lograr este objetivo".

Ensambladores versus nanofábricas

Un título de sección en Engines of Creation de Drexler dice "Universal Assemblers", y el siguiente texto habla de múltiples tipos de ensambladores que, colectivamente, hipotéticamente podrían "construir casi cualquier cosa que las leyes de la naturaleza permitan que exista". El colega de Drexler, Ralph Merkle, ha señalado que, contrariamente a la leyenda generalizada,Drexler nunca afirmó que los sistemas ensambladores pudieran construir absolutamente cualquier estructura molecular. Las notas al final del libro de Drexler explican la calificación "casi": "Por ejemplo, se podría diseñar una estructura delicada que, como un arco de piedra, se autodestruiría a menos que todas sus piezas ya estuvieran en su lugar. Si no hubiera espacio en el diseño para la colocación y remoción de un andamio, entonces la estructura podría ser imposible de construir. Sin embargo, pocas estructuras de interés práctico parecen presentar tal problema".

En 1992, Drexler publicó Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing and Computation, una propuesta detallada para sintetizar estructuras covalentes rígidas utilizando una fábrica de sobremesa. Las estructuras diamantinas y otras estructuras covalentes rígidas, si se logran, tendrían una amplia gama de aplicaciones posibles, que van mucho más allá de la tecnología MEMS actual. En 1992 se planteó un esbozo de camino para la construcción de una fábrica de sobremesas en ausencia de montador. Otros investigadores han comenzado a avanzar en caminos propuestos tentativos y alternativos para esto en los años posteriores a la publicación de Nanosystems.

Nanotecnología dura versus blanda

En 2004, Richard Jones escribió Soft Machines (nanotecnología y vida), un libro para el público general publicado por la Universidad de Oxford. En este libro, describe la nanotecnología radical (como la defiende Drexler) como una idea determinista/mecanicista de máquinas de nanoingeniería que no tiene en cuenta los desafíos a nanoescala como la humedad, la pegajosidad, el movimiento browniano y la alta viscosidad. También explica qué es la nanotecnología blanda o, más apropiadamente, la nanotecnología biomimética, que es el camino a seguir, si no el mejor, para diseñar nanodispositivos funcionales que puedan hacer frente a todos los problemas a nanoescala. Uno puede pensar en la nanotecnología blanda como el desarrollo de nanomáquinas que utilizan las lecciones aprendidas de la biología sobre cómo funcionan las cosas,

El debate Smalley-Drexler

Varios investigadores, incluido el ganador del Premio Nobel, el Dr. Richard Smalley (1943–2005), atacaron la noción de ensambladores universales, lo que llevó a una refutación de Drexler y sus colegas y, finalmente, a un intercambio de cartas. Smalley argumentó que la química es extremadamente complicada, las reacciones son difíciles de controlar y que un ensamblador universal es ciencia ficción. Sin embargo, Drexler y sus colegas notaron que Drexler nunca propuso ensambladores universales capaces de hacer absolutamente cualquier cosa, sino que propuso ensambladores más limitados capaces de hacer una variedad muy amplia de cosas. Desafiaron la relevancia de los argumentos de Smalley para las propuestas más específicas presentadas en Nanosystems.. Además, Smalley argumentó que casi toda la química moderna involucra reacciones que tienen lugar en un solvente (generalmente agua), porque las pequeñas moléculas de un solvente contribuyen muchas cosas, como reducir las energías de enlace para los estados de transición. Dado que casi toda la química conocida requiere un solvente, Smalley sintió que la propuesta de Drexler de usar un ambiente de alto vacío no era factible. Sin embargo, Drexler aborda esto en Nanosystems al demostrar matemáticamente que los catalizadores bien diseñados pueden proporcionar los efectos de un solvente y, fundamentalmente, pueden volverse aún más eficientes de lo que podría ser una reacción de solvente/enzima. Cabe señalar que, contrariamente a la opinión de Smalley de que las enzimas requieren agua, "las enzimas no solo funcionan vigorosamente en medios orgánicos anhidros,

Redefinición de la palabra "nanotecnología"

Para el futuro, se deben encontrar algunos medios para la evolución del diseño de MNT a nanoescala que imite el proceso de evolución biológica a escala molecular. La evolución biológica procede mediante la variación aleatoria en los promedios de conjuntos de organismos combinados con la selección de las variantes menos exitosas y la reproducción de las variantes más exitosas, y el diseño de ingeniería a macroescala también avanza mediante un proceso de evolución del diseño desde la simplicidad a la complejidad, como se establece de manera un tanto satírica. por John Gall: "Invariablemente se encuentra que un sistema complejo que funciona evolucionó a partir de un sistema simple que funcionó... Un sistema complejo diseñado desde cero nunca funciona y no puede ser reparado para que funcione. Tienes que empezar de nuevo, comenzando con un sistema que funcione".Se necesita un gran avance en MNT que proceda de conjuntos atómicos simples que se pueden construir con, por ejemplo, un STM hasta sistemas MNT complejos a través de un proceso de evolución del diseño. Una desventaja en este proceso es la dificultad de ver y manipular a nanoescala en comparación con la macroescala, lo que dificulta la selección determinista de ensayos exitosos; en contraste, la evolución biológica procede a través de la acción de lo que Richard Dawkins ha llamado el "relojero ciego" que comprende la variación molecular aleatoria y la reproducción/extinción determinista.

En la actualidad, en 2007, la práctica de la nanotecnología abarca tanto enfoques estocásticos (en los que, por ejemplo, la química supramolecular crea pantalones impermeables) como enfoques deterministas en los que moléculas individuales (creadas por química estocástica) se manipulan en superficies de sustrato (creadas por métodos de deposición estocástica) mediante métodos deterministas que comprenden empujarlos con sondas STM o AFM y provocar que se produzcan reacciones de unión o escisión simples. El sueño de una nanotecnología molecular compleja y determinista sigue siendo difícil de alcanzar. Desde mediados de la década de 1990, miles de científicos de superficies y tecnócratas de películas delgadas se han subido al carro de la nanotecnología y han redefinido sus disciplinas como nanotecnología. Esto ha causado mucha confusión en el campo y ha generado miles de artículos "nano" en la literatura revisada por pares.

La viabilidad de las propuestas en Nanosistemas

La viabilidad de las propuestas de Drexler depende en gran medida, por lo tanto, de si los diseños como los de Nanosystems podrían construirse en ausencia de un ensamblador universal para construirlos y funcionarían como se describe. Los partidarios de la nanotecnología molecular afirman con frecuencia que no se han descubierto errores significativos en los nanosistemas desde 1992. Incluso algunos críticos admiten que "Drexler ha considerado cuidadosamente una serie de principios físicos que subyacen a los aspectos de 'alto nivel' de los nanosistemas que propone y, de hecho, ha pensado con cierto detalle" sobre algunos temas.

Otros críticos afirman, sin embargo, que Nanosystems omite importantes detalles químicos sobre el "lenguaje de máquina" de bajo nivel de la nanotecnología molecular. También afirman que gran parte de la otra química de bajo nivel en Nanosystems requiere un trabajo adicional extenso y que, por lo tanto, los diseños de alto nivel de Drexler se basan en bases especulativas. El trabajo adicional reciente de Freitas y Merkle tiene como objetivo fortalecer estos cimientos al llenar los vacíos existentes en la química de bajo nivel.

Drexler argumenta que es posible que debamos esperar hasta que nuestra nanotecnología convencional mejore antes de resolver estos problemas: "La fabricación molecular será el resultado de una serie de avances en los sistemas de máquinas moleculares, al igual que el primer alunizaje fue el resultado de una serie de avances en cohetes de combustible líquido". Ahora estamos en una posición como la de la Sociedad Interplanetaria Británica de la década de 1930 que describió cómo los cohetes de combustible líquido de múltiples etapas podrían llegar a la Luna y señaló los primeros cohetes como ilustraciones del principio básico ". Sin embargo, Freitas y Merkle argumentanque un esfuerzo enfocado para lograr la mecanosíntesis de diamantes (DMS) puede comenzar ahora, utilizando la tecnología existente, y podría lograr el éxito en menos de una década si se persigue su "enfoque directo al DMS en lugar de un enfoque de desarrollo más tortuoso que busca implementar tecnologías de fabricación molecular no diamantoide menos eficaces antes de progresar a diamantoide".

Para resumir los argumentos en contra de la factibilidad: Primero, los críticos argumentan que una barrera principal para lograr la nanotecnología molecular es la falta de una forma eficiente de crear máquinas a escala molecular/atómica, especialmente en ausencia de un camino bien definido hacia una auto-autonomía. Ensamblador de replicación o nanofábrica de diamantes. Los defensores responden que se está desarrollando un camino de investigación preliminar que conduce a una nanofábrica de diamantes.

Una segunda dificultad para llegar a la nanotecnología molecular es el diseño. El diseño manual de un engranaje o rodamiento al nivel de los átomos puede llevar de unas pocas a varias semanas. Si bien Drexler, Merkle y otros han creado diseños de piezas simples, no se ha intentado ningún esfuerzo de diseño integral para nada que se acerque a la complejidad de un Ford Modelo T. Los defensores responden que es difícil emprender un esfuerzo de diseño completo en ausencia de una financiación significativa para tales esfuerzos y que, a pesar de esta desventaja, se ha logrado mucho diseño anticipado útil con las nuevas herramientas de software que se han desarrollado, por ejemplo, en Nanorex.

En el último informe A Matter of Size: Triennial Review of the National Nanotechnology Initiativelos caminos de investigación óptimos que podrían conducir a sistemas que excedan en gran medida las eficiencias termodinámicas y otras capacidades de los sistemas biológicos no se pueden predecir de manera confiable en este momento. La financiación de la investigación que se basa en la capacidad de los investigadores para producir demostraciones experimentales que se vinculen con modelos abstractos y guíen la visión a largo plazo es la más adecuada para lograr este objetivo". que buscan específicamente éxitos experimentales en la mecanosíntesis de diamantes. La "Hoja de ruta tecnológica para nanosistemas productivos" tiene como objetivo ofrecer información constructiva adicional.

Tal vez sea interesante preguntarse si la mayoría de las estructuras consistentes con la ley física pueden fabricarse o no. Los defensores afirman que para lograr la mayor parte de la visión de la fabricación molecular no es necesario poder construir "cualquier estructura que sea compatible con la ley natural". Más bien, es necesario poder construir solo un subconjunto suficiente (posiblemente modesto) de tales estructuras, como ocurre, de hecho, con cualquier proceso práctico de fabricación utilizado en el mundo actual, y es cierto incluso en biología. En cualquier caso, como dijo una vez Richard Feynman, "es científico sólo para decir lo que es más probable o menos probable, y no para probar todo el tiempo lo que es posible o imposible".

Trabajo existente sobre mecanosíntesis de diamantes

Hay un cuerpo creciente de trabajo teórico revisado por pares sobre la síntesis de diamantes mediante la eliminación o adición mecánica de átomos de hidrógeno y el depósito de átomos de carbono (un proceso conocido como mecanosíntesis). Este trabajo está penetrando lentamente en la comunidad nanocientífica más amplia y está siendo criticado. Por ejemplo, Peng et al. (2006) (en el continuo esfuerzo de investigación de Freitas, Merkle y sus colaboradores) informa que el motivo de información sobre herramientas de mecanosíntesis más estudiado (DCB6Ge) coloca con éxito un C ₂dímero de carbono en una superficie de diamante C(110) a 300 K (temperatura ambiente) y 80 K (temperatura del nitrógeno líquido), y que la variante de silicio (DCB6Si) también funciona a 80 K pero no a 300 K. Más de 100 000 horas de CPU se invirtieron en este último estudio. El motivo de información sobre herramientas DCB6, inicialmente descrito por Merkle y Freitas en una conferencia de Foresight en 2002, fue el primer motivo de información sobre herramientas completo jamás propuesto para la mecanosíntesis de diamantes y sigue siendo el único motivo de información sobre herramientas que se ha simulado con éxito para su función prevista en un diamante completo de 200 átomos. superficie.

La información sobre herramientas modelada en este trabajo está diseñada para usarse solo en entornos cuidadosamente controlados (por ejemplo, vacío). Los límites máximos aceptables para los errores de traslación y rotación de la información sobre herramientas se informan en Peng et al. (2006) -- la información sobre herramientas debe colocarse con gran precisión para evitar la unión incorrecta del dímero. Peng et al. (2006) informa que al aumentar el grosor del mango de 4 planos de soporte de átomos de C por encima de la punta de la herramienta a 5 planos, se reduce la frecuencia de resonancia de toda la estructura de 2,0 THz a 1,8 THz. Más importante aún, las huellas vibratorias de una información sobre herramientas DCB6Ge montada en un mango de 384 átomos y de la misma información sobre herramientas montada en un mango de "barra transversal" de 636 átomos con restricciones similares pero mucho más grande son prácticamente idénticas en las direcciones que no son de barra transversal.o incluso a temperatura ambiente constituyendo una prueba básica de existencia de esta capacidad.

La investigación adicional para considerar información sobre herramientas adicional requerirá química computacional que consume mucho tiempo y trabajo de laboratorio difícil.

Una nanofábrica en funcionamiento requeriría una variedad de puntas bien diseñadas para diferentes reacciones y análisis detallados de la colocación de átomos en superficies más complicadas. Si bien esto parece un problema desafiante dados los recursos actuales, habrá muchas herramientas disponibles para ayudar a los futuros investigadores: la ley de Moore predice mayores aumentos en el poder de las computadoras, las técnicas de fabricación de semiconductores continúan acercándose a la nanoescala y los investigadores se vuelven cada vez más hábiles en el uso de proteínas, ribosomas y ADN para realizar una nueva química.

Obras de ficcion

• En The Diamond Age de Neal Stephenson, el diamante se puede construir directamente a partir de átomos de carbono. Todo tipo de dispositivos, desde dispositivos de detección del tamaño del polvo hasta zepelines de diamantes gigantes, se construyen átomo por átomo utilizando solo átomos de carbono, oxígeno, nitrógeno y cloro.
• En la novela Tomorrow de Andrew Saltzman (ISBN 1-4243-1027-X), un científico usa nanorobótica para crear un líquido que, cuando se inserta en el torrente sanguíneo, lo vuelve casi invencible dado que las máquinas microscópicas reparan el tejido casi instantáneamente después de que se daña..
• En el juego de rol Splicers de Palladium Books, la humanidad ha sucumbido a una "plaga de nanobots" que hace que cualquier objeto hecho de un metal no precioso se retuerza y ​​cambie de forma (a veces en un tipo de robot) momentos después de ser tocado por un humano. El objeto entonces procederá a atacar al humano. Esto ha obligado a la humanidad a desarrollar dispositivos "biotecnológicos" para reemplazar a los que antes estaban hechos de metal.
• En el programa de televisión Mystery Science Theatre 3000, los Nanites (con diversas voces de Kevin Murphy, Paul Chaplin, Mary Jo Pehl y Bridget Jones) son organismos autorreplicantes creados con bioingeniería que trabajan en la nave, son criaturas microscópicas que residen en los sistemas informáticos del Satélite del Amor. (Son similares a las criaturas del episodio "Evolución" de Star Trek: The Next Generation, en el que los "nanites" se hicieron cargo de la Enterprise). Los Nanites hicieron su primera aparición en la temporada 8. Basados ​​en el concepto de nanotecnología , ex machinaLas actividades incluyeron tareas tan diversas como reparación y construcción instantáneas, peinados, realizar una variación de Nanite de un circo de pulgas, realizar una guerra microscópica e incluso destruir el planeta de los Observadores después de una solicitud peligrosamente vaga de Mike de "cuidar [un] pequeño problema". También tenían una microcervecería.
• Stargate Atlantis tiene un enemigo hecho de nanorobots autoensamblables, que también convierten un planeta en una sustancia viscosa gris.
• En la novela "Prey" de Michael Crichton, los nanobots autorreplicantes crean nano-enjambres autónomos con comportamientos depredadores. El protagonista debe detener el enjambre antes de que se convierta en una plaga de baba gris.
• En las películas Avengers Infinity War y Avengers Endgame, el traje de Iron Man de Tony Stark se construyó utilizando nanotecnología.