Salud y Medio Ambiente


 

 LA REVOLUCIÓN, PARTE 1, June 26, 2003

  

Está ocurriendo una revolución en la ciencia y la tecnología -una revolución tan profunda que es difícil de comprender. Casi no ha habido ninguna discusión de estos eventos en los medios de comunicación, así que esta revolución está ocurriendo totalmente sin discusión ni debate público.

La revolución no proviene de las computadoras o la biotecnología o la ciencia cognoscitiva o la nanotecnología. Proviene de la convergencia de estas cuatro tecnologías en algo que la Fundación Nacional de la Ciencia está llamando ciencia NBIC (nano-bio-info-cogno) [1], lo cual los críticos están llamando el "Little BANG" (bits, átomos, neuronas y genes) [2].

En esta serie exploraremos el significado de esta profunda revolución desde el punto de vista del medio ambiente, la salud humana y el futuro de las sociedades democráticas. Comenzamos describiendo la menos conocida de estas cuatro tecnologías: la nanotecnología.

La nanotecnología es la ciencia y la ingeniería de materiales y máquinas tan pequeños que son invisibles a simple vista. Su pequeño tamaño constituye su ventaja. Cuando el Presidente Clinton anunció la Iniciativa Nacional de la Nanotecnología (National Nanotechnology Initiative, NNI) en 2000, habló sobre una computadora no más grande que un terrón de azúcar que guardaba el contenido de la Biblioteca del Congreso; sensores tan pequeños que podían moverse a través de las arterias para detectar cánceres en fase temprana, y nuevos materiales exóticos 10 veces más fuertes que el acero pero de una fracción del peso.

La Iniciativa Nacional de la Nanotecnología (National Nanotech Initiative, NNI) se encuentra dentro de la Fundación Nacional de la Ciencia (National Science Foundation, NSF), la organización científica más prestigiosa de la nación, y el presupuesto de Clinton destinó una considerable suma de $497 millones para la NNI en 2000, la cual el Presidente Bush aumentó a $604 millones en 2002 y $710 millones en 2003 [3].

La nanotecnología es ahora el tercer proyecto federal de investigación de mayor tamaño, después de la guerra contra el cáncer y el escudo de defensa antimisiles "star wars". (Ver el sitio web del NNI en www.nano.gov.) El mayor subsidio federal a la investigación de la nanotecnología ($221 millones) va a la misma NSF y el segundo ($201 millones) al Ministerio de Defensa [3].

La nanotecnología lleva ese nombre por el nanómetro, una unidad de medida que es la milmillonésima parte de un metro, la milésima parte de un micrómetro. El Diccionario Oxford de Inglés define la nanotecnología como "la rama de la tecnología que trata de las dimensiones y tolerancias de menos de 100 nanómetros, en especial la manipulación de átomos y moléculas individuales". La nanotecnología trata de los sucesos en el mundo en los que un grano de arena típico es enorme (de millones de nanómetros de diámetro). Un cabello humano tiene un grosor de 200.000 nanómetros. Un glóbulo rojo abarca 10.000 nanómetros. Un virus mide 100 nanómetros de diámetro, y el átomo más pequeño (hidrógeno) abarca 0,1 nanómetros.

A la escala nanométrica, los materiales conocidos actúan de maneras inesperadas e impredecibles. A la escala nanométrica puede haber cambios en la elasticidad, la fuerza y el color de una substancia, su tolerancia a la temperatura y la presión y su capacidad para conducir electricidad. Así que los científicos e ingenieros de la nanotecnología están descubriendo nuevas leyes de comportamiento junto con nuevas posibilidades comerciales [4, pág. 48].

Por ejemplo, reducidos a nanopartículas, algunos metales se vuelven traslúcidos, como el óxido de cinc, el cual normalmente es blanco pero se vuelve invisible cuando se nanoiza [5, pág. 35]. El nano óxido de cinc ya está disponible comercialmente en nuevas cremas bloqueadoras solares, las cuales ahora son más necesarias que nunca debido a que los CFC, los químicos que nos dieron el aire acondicionado, dañaron la capa de ozono de la Tierra, aumentando los peligros de quemaduras por el sol y el cáncer de la piel, especialmente para la gente blanca.

A la escala nanométrica, vigas voladizas pequeñísimas pueden detectar la presencia de cantidades minúsculas de contaminación en el agua. En lugar de medir la contaminación en partes por millón o "partes por billón" (en los EE.UU.: 1 'billón'=mil millones), las nanovigas voladizas pueden medir "partes por cuatrillón" (en los EE.UU.: 1 'cuatrillón'=mil billones) (sí, 10 elevado a la potencia negativa de 15), una sensibilidad asombrosa. La NNI ahora está desarrollando nanosensores con la esperanza de que estos puedan ayudarnos a limpiar miles de millones de toneladas de desechos tóxicos creados por el experimento en curso del siglo 20 para vivir mejor mediante la química.

Por supuesto que los químicos han estado manipulando átomos y moléculas por más de un siglo, pero la manipulación PRECISA a la escala nanométrica en realidad es muy nueva. La nanotecnología moderna es posible por la invención en 1981 del microscopio de barrido por efecto túnel (STM, por sus siglas en inglés) que les permite a los científicos "tomar y mover" átomos individuales y así construir nuevas cosas de nuevas maneras. Por su trabajo en el STM, Gerd Binnig y Heinrich Rohrer, del Laboratorio de Investigaciones de IBM en Zurich recibieron el premio Nobel de Física en 1986 [6, pág. 44].

En 1990, dos científicos del Laboratorio de Investigaciones Almaden de IBM en San José, Cal. demostraron la nanomanipulación con un STM cuando alinearon 35 átomos individuales de xenón para escribir "IBM". Este ejercicio que parecería trivial demostró los primeros pasos hacia la "construcción de abajo hacia arriba", el arreglo intencional de átomos individuales para formar substancias y máquinas útiles. En mayo de este año, científicos japoneses demostraron otro gran adelanto - movieron átomos individuales de manera precisa, usando técnicas estrictamente mecánicas (no eléctricas) [7].

La construcción típica de hoy -incluso la construcción del circuito más pequeño de computadora- depende de técnicas "de arriba hacia abajo", torneando o grabando productos a partir de bloques de material crudo. Por ejemplo, la técnica común para hacer un transistor comienza con un trozo de silicio, el cual se graba para remover material no deseado, rindiendo un circuito esculpido. Este método de construcción "de arriba hacia abajo" rinde el producto deseado más residuos de desecho. Usando la construcción de abajo hacia arriba, los átomos son rearreglados -o en casos ideales se ensamblan a sí mismos- en la configuración deseada sin que sobre nada, sin desechos. Así que la construcción de abajo hacia arriba ofrece la posibilidad de una producción sin desechos.

Ahora se están usando las técnicas de construcción de abajo hacia arriba para fabricar las superficies de algunos discos de computadora, y para hacer "quántums puntuales" para marcar e identificar genes particulares u otras moléculas, mejorando los tintes tradicionales. En principio, la construcción de abajo hacia arriba podría ensamblar estructuras más complicadas, incluyendo quizás robots a nanoescala, o "nanobots".

Los nanobots se encuentran en el futuro (o estrictamente en la ciencia ficción, dependiendo de lo que crea usted), pero las partículas de carbono a nanoescala tales como los nanotubos o "buckyballs", llamados así por Buckminster Fuller, ya han penetrado los productos comerciales.

Según el Etc Group, el cual sigue cuidadosamente los desarrollos de la nanotecnología, se calcula que ahora unas 140 compañías están produciendo nanopartículas en polvos, esprays y revestimientos que están siendo usados en una variedad de productos, incluyendo cremas para el sol, partes de automóviles, raquetas de tenis, anteojos a prueba de rayas, telas a prueba de manchas, ventanas autolimpiantes y más [8, pág. 2]. Mitsubishi Chemical en Japón ya ha comenzado la construcción de una planta para producir nanotubos al ritmo de 120 toneladas por año, y planea aumentar la producción a 1500 toneladas por año para 2007 [9].

La fabricación y el uso de nanopartículas no están regulados en los EE.UU. y en otras partes. Además, la industria no ha desarrollado protocolos estándar para manipular las nanopartículas de manera segura durante su fabricación, uso o desecho. Los efectos de las nanopartículas sobre el ambiente y la salud humana no han sido evaluados y son desconocidos.

La edición del 11 de abril de 2003 de la revista Science reportó sobre los primeros experimentos con nanopartículas. Cuando se expuso ratones a nanotubos (los cuales tienen un diámetro de unos 10 nanómetros), los nanotubos se alojaron en los alvéolos, las porciones más profundas de los pulmones de los ratones y provocaron la formación de granulomas, "una señal significativa de toxicidad", según el investigador que llevó a cabo el experimento, Chiu-Wing Lam del Centro Johnson de Aviación Espacial de la NASA en Houston [10].

Los nanotubos de carbono no fueron los únicos nanomateriales en dar señales de alarma. El toxicólogo Gunter Oberdorster de la Escuela de Medicina de la Universidad de Rochester expuso ratas a partículas de politetrafluoroetileno, o PTFE, de 20 nanómetros y todas las ratas murieron dentro de 4 horas, según Science. Las ratas expuestas a partículas de PTFE de 130 nanómetros no mostraron efectos. Oberdorster notó que los macrófagos de las ratas, que normalmente limpian los pulmones, tenían problemas para eliminar las partículas de 20 nanómetros [10]. Nosotros exploraremos este tema en mayor detalle más adelante en esta serie.

Los nanotecnólogos no tienen dudas de que las nanomáquinas están en nuestro futuro. Sólo sigue en duda su verdadera naturaleza. Por lo menos una nanomáquina experimental ya se ha construido. Propulsada por la energía de la adenosina trifosfato (la fuente de energía en las células humanas) y con sólo 11 nanómetros de altura, este nanomotor puede hacer girar una barra metálica (de 750 nanómetros de largo y 150 nanómetros de grosor) a 8 r.p.m. [6, pág. 47]. Con la reciente adición de un interruptor químico, el nanomotor puede ser encendido y apagado a voluntad [11]. Una máquina como ésa no tiene ninguna utilidad hoy en día, excepto para demostrar las posibilidades y alimentar los sueños.

Desde 1990 ha habido una gran controversia respecto al futuro de las nanomáquinas, cuando K. Eric Drexler publicó Engines of Creation ("Motores de la creación"), en donde visualizaba un artefacto del hogar parecido a un horno de microondas que usaba la construcción de abajo hacia arriba para fabricar cualquier cosa que usted pudiera desear -un chip de computadora, un reloj Rolex o una zanahoria. La clave del sueño futurista de Drexler es lo que él llama un "ensamblador" que funciona bajo el control de un programa de computadora -un nanobot programado para ensamblar átomos y fabricar cualquier cosa que usted se pueda imaginar, incluyendo copias de sí mismo [12, pág. 75].

Hoy en día, más de una década después de comenzar el debate sobre los nanobots, Drexler aparta las críticas desdeñosas por laureados con el premio Nobel y mantiene su fe en el futuro de los nanobots ensambladores. Escribiendo en Scientific American en septiembre de 2001, dijo:

"Inspirados por la biología molecular, los estudios de las nanotecnologías avanzadas se han concentrado en la construcción de abajo hacia arriba, en la cual las máquinas moleculares ensamblan bloques de construcción moleculares para formar productos, incluyendo nuevas máquinas moleculares. La biología nos muestra que los sistemas de máquinas moleculares y sus productos pueden producirse de manera barata y en grandes cantidades" [12, pág. 74].

Eventualmente, dice Drexler, estas máquinas baratas y abundantes mejorarán y extenderán la vida para todos:

"Se visualizan nanobots médicos que podrían destruir virus y células cancerígenas, reparar estructuras dañadas, remover desechos acumulados del cerebro y llevar de nuevo al cuerpo a un estado de salud juvenil" [12, pág. 74].

Además, dice Drexler, los nanobots programables también podrían conservar el medio ambiente natural:

"Cuando un proceso de producción mantiene el control de cada átomo, no hay razón para verter residuos tóxicos en el aire o el agua. La producción mejorada también podría reducir el costo de las celdas solares y los sistemas de almacenamiento de energía, reduciendo la demanda de carbón y petróleo, reduciendo aún más la contaminación. Tales avances aumentan la esperanza de que aquellos que viven en el mundo en desarrollo serán capaces de lograr los niveles de vida del primer mundo sin causar un desastre ambiental" [12, pág. 74].

La Fundación Nacional de la Ciencia comparte la mayor parte de la visión utópica de Drexler. El Dr. Mihail Roco -arquitecto en jefe de la NNI- dice que la nanotecnología nos traerá un "nuevo renacimiento en nuestra comprensión de la naturaleza, un medio para mejorar el desempeño humano, y una nueva revolución industrial en las décadas venideras".

La NSF piensa que la nanorevolución no está lejos. Roco predice que "la nanotecnología transformará fundamentalmente la ciencia, la tecnología y la sociedad. En 10 a 20 años, una proporción significativa de la producción industrial, las prácticas sanitarias y el manejo ambiental cambiará debido a la nueva tecnología" [13, pág. 19].

Roco dice que la nanotecnología nos dará "la fabricación altamente eficiente de todos los objetos hechos por el ser humano", llevando al "desarrollo sostenible a largo plazo". En la medicina, dice, la nanotecnología "revolucionará el diagnóstico y la terapéutica". En efecto, Roco visualiza una sociedad global completamente transformada por la nanotecnología: "El efecto de la nanotecnología sobre la salud, la riqueza y el nivel de vida para las personas en este siglo podría ser por lo menos tan significativo como la suma de las influencias de la microelectrónica, las imágenes médicas, la ingeniería ayudada por computadora, y los polímeros [plásticos] hechos por el hombre, desarrollados en el último siglo [13, pág. 2].

En lo que difieren la NSF y Drexler es respecto al lado oscuro de la nanotecnología. Donde la NSF visualiza la nanotecnología creando unos pocos problemas que son relativamente menores y completamente manejables, Drexler ve la posibilidad de un desastre global.

Drexler advirtió en 1990 que el lado oscuro de las nanomáquinas pudiera incluir un ensamblador autoreplicador que pierda el control (por accidente o por un diseño malevolente) y comience a replicarse a sí mismo incesantemente, llenando el planeta de "porquería gris", una visión que ha venido a simbolizar los peligros de la nanotecnología.

La Fundación Nacional de la Ciencia no niega categóricamente la posibilidad de los ensambladores autoreplicadores, diciendo sólo que "tendría que superarse un número de obstáculos técnicos muy serios antes de que sea posible crear máquinas a nanoescala que puedan reproducirse a sí mismas en el medio ambiente natural. Algunos de estos desafíos parecen ser infranqueables con respecto a los principios de la química y la física, y puede ser técnicamente imposible crear robots mecánicos a nanoescala que se autoreproduzcan de la clase que algunos visionarios han imaginado [13, pág. 11].

A pesar de su pesadilla de porquería gris, Drexler sigue siendo un proponente de la nanotecnología ávido y optimista. Drexler sostiene que el problema de la porquería gris puede evitarse con seres humanos concienzudos. Su Foresight Institute incluso ha publicado una serie de "reglas de seguridad" para minimizar los abusos de la nanotecnología (www.foresight.org). Aun así, Drexler escribió en Scientific American en 2001: "El desafío de prevenir el abuso -la explotación de esta tecnología por gobiernos agresivos, grupos terroristas o hasta individuos para sus propios propósitos- todavía es grande [12, pág. 75].

[Continuará.]

[1] Mihail C. Roco y William Sims Bainbridge, editores, Converging Technologies for Improving Human Performance (Washington, D.C.: National Science Foundation, June, 2002). http://rachel.org/library/getfile.cfm?ID=208 .

[2] "The Little BANG Theory", ETC Group Communique #78 (March/April 2003). Disponible en la web en http://www.etcgroup.org/documents/comBANG2003.pdf . Y ver The Etc Group, The Big Down (Winnipeg, Manitoba, Canada, January 2003). Disponible en http://rachel.org/library/getfile.cfm?ID=210 . El Etc Group es la principal fuente de información sobre la nanotecnología para las organizaciones no gubernamentales. Ver http://www.etcgroup.org y asegúrese de leer su publicación llamada Communique en http://www.etcgroup.org/search.asp?type=communique . Para tener una idea de la mentalidad de "fiebre del oro" que tiene la industria de la nanotecnología hoy en día, vea diariamente http://nanotech-now.com/ .

[3] Alexander Huw Arnall, Future Technologies, Today's Choices (London, England: Greenpeace Environmental Trust, July 2003). Disponible en la web en http://rachel.org/library/getfile.cfm?ID=207 .

[4] Michael Roukes, "Plenty of Room Indeed", Scientific American Vol. 285, No. 3 (September 2001), págs. 48-57.

[5] Gary Stix, "Little Big Science", Scientific American Vol. 285, No. 3 (September 2001), págs. 32-37.

[6] George M. Whitesides y J. Christopher Love, "The Art of Building Small", Scientific American Vol. 285, No. 3 (September 2001), págs. 39- 47.

[7] Lea Winerman, "How to Grab an Atom", Physical Review Focus May 2, 2003, disponible en http://focus.aps.org/story/v11/st19 , reportando sobre Noriaki Oyabu, Oscar Custance, Insook Yi, Yasuhiro Sugawara, y Seizo Morita, "Mechanical vertical manipulation of selected single atoms by soft nanoindentation using a near contact atomic force microscope", Physical Review Letters Vol. 90, No. 176102 (May 2, 2003), de lo cual hay un resumen disponible en http://ojps.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id =PRLTAO000090000017176102000001&idtype=cvips&gifs=Yes .

[8] "Green Goo: Nanobiotechnology Comes Alive!" Etc Group Communique #77 (Jan./Feb. 2003), pág. 2. Disponible en http://www.etcgroup.org/documents/comm_greengoo77.pdf .

[9] Jayne Fried, "Japan Sees Nanotech as Key to rebuilding Its Economy", Small Times Jan. 7, 2002, págs. desconocidas. Disponible en http://rachel.org/library/getfile.cfm?ID=217 .

[10] Robert F. Service, "Nanomaterials Show Signs of Toxicity" Science Vol. 300 (April 11, 2003), pág. 243. Disponible en http://rachel.org/library/getfile.cfm?ID=224 .

[11] Philip Ball, "Molecular Wheel Gets a Brake", Nature News Service Oct. 30, 2002, reportando sobre Haiqing Liu y otros, "Control of a biomolecular motor-powered nanodevice with an engineered chemical switch", Nature Materials Vol. 1 (2002), págs. 173-177.

[12] K. Eric Drexler, "Machine-Phase Nanotechnology", Scientific American Vol. 285, No. 3 (September 2001), págs. 74-75.

[13] Mihail C. Roco y William Sims Bainbridge, Societal Implications of Nanoscience and Nanotechnology (Washington, D.C.: National Science Foundation, March 2001). Disponible en http://rachel.org/library/getfile.cfm?ID=217 .

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