Para el año 2015 se pronostica una demanda mundial de 2 millones de nanotecnólogos y 6 millones de individuos como personal de soporte; actualmente sólo existen unos 100 mil trabajadores en la fuerza laboral mundial en el área de la nanotecnología y micromecatrónica. La miniaturización de los tamaños característicos de elementos de construcción en general, dispositivos y componentes cualesquiera, ha sido en toda la historia de la tecnología la fuerza motriz más significativa para el siempre más acelerado desarrollo de tecnologías nuevas, y como tal fue un elemento revelador del desarrollo técnico absolutamente.
La mecatrónica, un concepto genérico, cubre sistemas técnicos con dimensiones geométricas de más de 10 órdenes de magnitud: La macromecatrónica, basada en la ingeniería clásica, y la micro (y nano) mecatrónica.
Micromecatrónica es la actual tecnología clave y dirigente de la nueva (o bien la Tercera) Revolución Industrial por miniaturización de productos fabricados. Integra el diseño y la fabricación de componentes y dispositivos en la escala de micro y/o nanómetros, que sinergéticamente integran funciones electrónicas y mecánicas junto con la tecnología informática, que ninguna de las herramientas tradicionales (robots industriales, máquinas CNC) pudo haber producido. Su campo de acción en ciertas funcionalidades es la sofisticada tecnología de la micromecánica, la microóptica, microfluídica y microelectrónica, relacionado con tecnologías físico-químicas conocidas de la fabricación de los circuitos integrados (IC´s). Sistemas micromecatrónicos integran mecanismos de precisión miniaturizados, actuadores, sensores y control encajado.
La miniaturización resulta no solamente en dispositivos y componentes más pequeños, sino en nuevas propiedades de materiales desconocidos hasta ahora. El grafeno como “material milagro” es un buen ejemplo. Aplica la causalidad entre tamaño estructural y funcionalidad con el objetivo de generar propiedades novedosas para la formación reproducible de nanoestructuras. El inicio de la nanotecnología fue resultado de avances previos, no solamente en una, sino en diferentes ramas del saber, de las que destacan la electrónica, la física de estado sólido, la química, la biología y la informática. Observando las dimensiones geométricas de los objetos en estudio sobre el eje de tiempo (ver figura), son estas ramas las que al inicio del actual siglo se están uniendo en la escala de los nanómetros, borrando incluso sus fronteras. Estrategias de miniaturización han producido una micromecatrónica y una microelectrónica con enormes efectos sobre la sociedad humana durante las últimas décadas. El desenvolvimiento de las promesas de la microelectrónica en la emergente sociedad del saber es, por tanto, una fuerza motriz considerable de la nanotecnología. Su último nivel de desarrollo será una microelectrónica a nivel molecular, que llamamos moletrónica por su fundación en moléculas, o nanotrónica por su escala nanométrica relacionada con las dimensiones de supramoléculas.
Sin embargo, la microelectrónica no ha sido la única rama de empuje en el avance de la nanotecnología. Desarrollos esenciales analíticos y preparativos de la química supramolecular y la bioquímica tanto como la biofísica molecular, entre otras más, la están fundamentando.
Dispositivos micromecatrónicos actúan sobre la base de fuerzas, que son significativamente diferentes a las de contrapartes tradicionales de la macromecatrónica. Desde sus fundaciones de la Física Moderna por Max Planck en 1900 se sabe, qué efectos propios de la física, química y biología a escala nanométrica hacen inválidos supuestos de la mecánica clásica e implican en su lugar la mecánica cuántica. El Microscopio de Fuerza Atómica (AFM) y el Microscopio de Tunelamiento por Barrido (STM) son posiblemente los ejemplos más conocidos, y por su valor de inteligencia agregada los más costosos sistemas micromecatrónicos. La micro y nanomecatrónica y la nanotrónica, es decir, la nanoelectrónica a escala supramolecular como brazo electrónico de la nanotecnología, se desarrollan en estrecha unión, como pareja inseparable, y con retroalimentación mutua en los laboratorios mundiales por muchos años a venir.
En la industria automotriz se conocen y aplican sensores y actuadores y microacelerómetros para bolsas de aire, marchas por inercia, el sistema de balanceo y antibloqueo de automóviles, incluso una pantalla táctil transparente. Se trabaja intensamente en interfaces entre el automóvil y el conductor, en el desarrollo de autos eléctricos y sus sistemas micro-mecatrónicos que implican posiblemente también microswitches en sistemas de fibra óptica por movimiento de microespejos entre diferentes fibras. Escáneres, cabezas de chorro de tinta en ploteadores e impresoras, los ratones inalámbricos de la computadora, sistemas analíticos por electroforesis capilar son otros ejemplos más de productos de la micromecatrónica y nadie puede dudar su impacto en el mercado comercial.
Es salvo decir, que la micro y nanomecatrónica presentan el reto mayor a una investigación científica interdisciplinaria de alto nivel con el anuncio de novedosos, complejos y potentes sistemas mecatrónicos que implican sistemas micro y nanoelectromecánicos y energéticos (NEMS, MEMS), la autoorganización de nanosistemas, interfaces entre máquina y el ser humano, nanobots y máquinas genéticas con su origen en las investigaciones de los algoritmos genéticos y de la inteligencia artificial.
El potencial para una investigación científica universitaria con innovaciones atractivas en la micromecatrónica es alto y quedará muy actual por décadas. Un posgrado en el nivel de maestría tanto como de doctorado se encontrará sobre suelo seguro por largos tiempos a venir.
La nanotecnología y en particular la nanotrónica juegan un papel extraordinario en los presentes tiempos de la revolución industrial en miniaturización. Las actividades científico-tecnológicas en su desarrollo son expresamente multidisciplinarias. La simbiosis entre la nanotrónica y la micronanomecatrónica (inclusive en su relación con la biológica) queda bien establecida.
La micromecatrónica integra el diseño y la manufactura de componentes y dispositivos micro y nanométricos, que sinergéticamente combinan funciones mecánicas, electrónicas e informáticas. Como tal, se ha convertido en la tecnología núcleo de una nueva Revolución Industrial en Miniaturización.
Más información
www.nanored.buap.mx
Zehe, A. (editor), Revista Nanociencia et Moletrónica, www.revista-nanociencia.ece.buap.mx
Ramírez, A y A. Zehe. “Nanotrónica Vol. 3: Heteroestructuras Epitaxiales de la Nanoelectrónica”, ISBN 978-3-00-038865-1, ed. Intercon VG.
Gómez Puerto y A. Ramírez Solís, 2010, Grafeno Epitaxial y su Potencial en la Nanotrónica, RInt. Electron J. Nanoc. Moletrón, Vol. 8, N°1 pp 1489-1508
Zehe, A. y A. Ramírez, 2009, “La Sociedad del Conocimiento y los Retos de la Nanotecnología en la Investigación” Internet Electron J. Nanoc. Moletrón, Vol. 7, N°2, pp 1403-1432.
