Tenemos la tecnología para hacer esto hoy, en una escala increíblemente pequeña. En 1989, los investigadores de IBM utilizaron un microscopio de túnel de exploración para manipular átomos individuales de xenón en una placa de níquel. Aquí está lo que hicieron.
Eso es genial, pero queremos construir cosas más grandes. ¿Qué tal una nave espacial?
- ¿Cuándo es un átomo esféricamente simétrico?
- ¿Qué pasaría si los planetas alrededor del sol se comportaran como electrones alrededor de un núcleo atómico?
- ¿Por qué existe una molécula de hidrógeno pero no una molécula de helio?
- ¿Los electrones orbitan de manera fija?
- ¿Cómo fue mejorada la teoría atómica de Dalton por Bohr?
Genial, pero decepcionante.
Puede leer más sobre el trabajo STM de IBM aquí: Un niño y su átomo
A la pregunta en cuestión. La dificultad para hacer cosas más grandes proviene del número inimaginablemente grande de átomos requeridos. Considere el carbono por un momento. El carbono es útil porque se une con otros átomos de muchas maneras diferentes. El peso atómico del carbono es 12.01 amu. Dividir la constante de Avogadro por este peso atómico nos dice que hay aproximadamente 50,000,000,000,000,000,0000,000 átomos en un solo gramo de carbono.
[Nota de formato, es doloroso escribir todos esos ceros, y casi tan doloroso escribir 5 * 10 ^ 22. Adoptaré la notación E para el resto de esta respuesta … 5E22]
Entonces, ¿cuánto tiempo llevaría imprimir algo que pesa alrededor de un gramo? Vamos a jugar con algunos números.
La densidad del carbono es ~ 2.23 gramos por centímetro cúbico. Dividiendo 5E22 por 2.23 se obtienen 2.24E22 átomos en un gramo de carbono. Eso es 2.8E7 capas de 2.8E7 filas y 2.8E7 columnas. La impresora láser más rápida que he visto podría imprimir 1oo páginas por minuto. Su resolución máxima fue de 1200 puntos por pulgada. Karate chop en algunos análisis dimensionales (área imprimible de 8 pulgadas * 10 pulgadas * (1200 ppp) ^ 2 * (2.54 cm) ^ 2 * 100 páginas / minuto * 1 minuto / 50 segundos), que funciona a 1.2E9 puntos por segundo . Si su impresora 3D puede colocar átomos a la misma velocidad que la impresora láser puede imprimir puntos, entonces imprimirá ~ 43 filas de átomos por segundo. Terminarás una capa completa en 6.5E5 segundos. Hay 8.64E4 segundos en un día, lo que equivale a aproximadamente una semana por capa. Para terminar todo el cubo son 2.8E7 capas * 1 semana / capa * 1 año / 52 semanas = 538,000 años para terminar un cubo de un gramo.
[… Nota del autor: creo que he sobreestimado esta velocidad de impresión en un factor de 1200. Asumí que 1200 puntos por pulgada significaban 1200 puntos por pulgada lineal. Si eso realmente significa 1200 puntos por pulgada cuadrada, en realidad tomará 6,4 mil millones de años terminar de imprimir el cubo. Eso es deprimente.]
Entonces, ¿cómo haces esto más rápido? Esa es una pregunta de un billón de dólares. La mejor idea que tenemos ahora es usar Nanotecnología para construir pequeños ensambladores moleculares. Estos pequeños robots pululan por millones para ensamblar máquinas moleculares en masa. Trabajando en equipos del tamaño de una civilización, pueden realizar la tarea mejor que cualquier macrotecnología. Lo desafortunado es que incluso construir estos ensambladores es increíblemente difícil. El desarrollo tecnológico activo de hoy es con nanolitografía. Esta es una tecnología de puente que nos permite imprimir estructuras hoy a escala nanométrica. (Al igual que este pequeño motor de 500 nm). Si está buscando una carrera, este es un campo emocionante. Tiene el potencial muy real de cambiar (o destruir) el mundo.
El mejor libro que he leído sobre Nanotecnología es Engines of Creation de Eric Drexler (Amazon Link). Es un libro viejo, pero captura muy bien la esperanza de esta tecnología. Si está buscando libros de texto sobre el tema, la mayoría de ellos se encuentran en “Ciencia de los materiales”.
HTH
