(53) la convergencia nanocientifica y nanotecnologica de la investigacion: oportunidad para una...
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(53) LA CONVERGENCIA NANOCIENTIFICA Y NANOTECNOLOGICA DE LA INVESTIGACION:
OPORTUNIDAD PARA UNA NUEVA CURRICULA
(53) LA CONVERGENCIA NANOCIENTIFICA Y NANOTECNOLOGICA DE LA INVESTIGACION:
OPORTUNIDAD PARA UNA NUEVA CURRICULA
Jueves 29 de Abril
de 6:30 a 7:45 pm. Aula 45-46 4a. PlantaEdificio de Aulas
JOSE ROBERTO ALEGRIA COTODpto. de Desarrollo Científico y Tecnológico
a) Estimular el interés sobre el impacto que tendrán las tecnologías convergentes en los próximos 10 años en la actividad humana.
b) Plantear para todos los niveles educativos la necesidad de contar con una nueva currícula que se requiere para este siglo XXI.
OBJETIVOS
CUANDO LO PEQUEÑO ES REALMENTE PEQUEÑO
ORILLA DE UN DIME
1 Milímetro = 10-3 m 1 Milésima de metro
OVOCITO HUMANO
100 Micrómetros = 10-4 m1 diez milésima de metro
UN GLÓBULO ROJO
10 Micrómetros = 10-5 m1 cien milésima de metro
LÍNEAS CIRCUITO DE SHIP
1 Micrómetro = 10-6 m1 millonésima de metro
VIRUS
1OO Nanómetros = 10-7 m 1 diez millonésima de metro
BUCKYBALL
1 Nanómetro = 10-9 m 1 mil millonésima de metro
ÁTOMO DE HIDRÓGENO
1 Angstrom = 10-10 m1 billonésima de metro
Modificado de: Lux Capital Group, BusinessWeek
Ábaco molecular de 60 moléculas de Carbonowww.chem.ucla.edu/dept/Faculty/gimzewski
La nanociencia se dedica al estudio de las propiedades de los objetos y fenómenos a escala nanométrica (un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro). La nanotecnología trata de la manipulación “controlada” y producción de objetos materiales, instrumentos, estructuras y sistemas a dicha escala. La nanociencia y la nanotecnología son ejemplo de (nano) tecnociencia.
El término de “nanotecnología”, es más empleada que el de “nanociencia”. El ámbito de la escala de trabajo que abarca, usualmente va desde 1 a 100 nanómetros.
La nanotecnología opera a nivel atómico y molecular, pero en principio nada impide que el nivel de operación descienda hasta las partículas subatómicas, los “ladrillos del universo”.
NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍA: ¿QUÉ SON?
Se espera que en la primera década del siglo XXI, se unifique la ciencia, basándose en la unidad de la naturaleza (materia) y se dé la integración de la tecnología en el nivel de la nanoescala (escala de 10-9 m o sea una mil millonésima de un metro) en una convergencia sinérgica de la Biotecnología, Tecnologías de la Información, Ciencias del Conocimiento, Nanotecnología.
CONVERGENCIA NANO CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA
itri.loyola.edu/ConvergingTechnologies/
Se predice que la Nanotecnología rivalizará con el impacto en el desarrollo producido por el automovil y la introducción de la computadora personal.
REVOLUCIÓN NANOTECNOLÓGICA
Revolución Industrial 2a. Revolución Informática
Crecimiento de las Innovaciones
Textiles Ferrocarril Automovil Computadora Nanotecnología
Fuente: Norman Poire Merrill Lynch
INICIATIVA DE NANOTECNOLOGÍA NACIONAL
(Representante-NY), Comité de Ciencias del Senado, autorizó $ 3.700 millones PARA LA nni. G. Bush firmó la ley en dic. de 2003, para impulsar la investigación en nanotecnología los próximos cuatro años.
“Lo que he venido a entender es que en la ciencia y tecnología, pocas cosas actualmente, podrían ser más grandes que la nanotecnología – por su potencial para revolucionar la investigación científica e ingeniería, mejorando la salud y sosteniendo nuestra economía."
La Admon. Bush ha hecho de la Iniciativa de Nanotecnología Nacional (NNI) una alta prioridad, aumentó los fondos a $ 604 millones en 2002, un incremento del 43% comparado con los $ 442 millones previstos en 2001.
Japón $ 650
China $ 200
Taiwan $ 150
Corea $ 150
Singapur $ 40
Todo el mundo $ 2.000
Gasto gubernamental 2002, en el Lejano Este
CMP Científica, jul. 2002.
Sherwood Boehlert
Estado País Actividad Nanotecnológica Ejemplo
Al frente
de la
carrera
• China• Corea
del Sur• India
• Estrategia e iniciativa Nacional de Nanotecnología.• Programa de fondos de gobierno para Nanotecnología Nacional.• Patentes de nanotecnologías.• Productos en el mercado o en desarrollo.• Presencia de instituciones de investigación en nanotecnología.
China: Centro Nacional para Nanociencia y Nanotecnología. Ensayos clínicos de andamios de hueso nanotecnológicos.Corea del Sur: Programa de Desarrollo de la Nanotecnología. Primer prototipo de despliegue de emisión de campo de nanotubos de carbono.India: Iniciativa de C&T en nanomateriales (NSTI). Comercialización de nanopartículas liberadoras de medicamentos.
A media
vía
Tailandia
Filipinas
Sudafrica
Brasil
Chile
• Fondos de gobierno para el desarrollo de la nanotecnología.• Algunas formas de soporte del gobierno (fondos de investigación).• Limitada participación de la industria.• Presencia de algunas instituciones de investigación.
Tailandia: Centro de Nanociencia y Nanotecnología. Universidad de Mahidol.Filipinas: Proyecto optoelectónico. Universidad de Filipinas/INTEL.Sudafrica. Iniciativa de Nanotecnología (SANi).Brasil: Inst. de Nanociencia. Univ. Minas Gerais.Chile: Grupo de Nanotecnología. Universidad Pontificia Católica de Chile.
En el inicio
Argentina
México
• Organización nanotecnología específica.• Fondos no establecidos.• Industrias no establecidas.
Argentina: Grupo de Investigación de Nanociencia, Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro.
SITUACIÓN DE LA NANOTECNOLOGÍA EN PAÍSES EN VÍAS DE DESARROLLO
http://www.nanotechweb.org/articles/society/3/1/1/1
PRODUCTOS NANOTECNOLÓGICOS• Tinta;• Protectores solares y cosméticos;• Compases del estado sólido; • Agente de unión dental; • Parachoques en los automóviles; • Cintas de la grabación magnéticas;• Unidades de disco duro de la computadora; • Convertidores catalíticos automovilísticos; • Herramientas que cortan metal; • Pelotas de tenis de largo duración; • Raquetas de tenis más fuertes y ligeras, • Vendajes para quemaduras y heridas; • Vestidos y colchones resistentes a las manchas; • Cubiertas protectoras que reducen la luz intensa en lentes y autos;• Pinturas protectoras contra la corrosión, arañazos y radiación.
Washington Post.Fuente: Iniciativa de Nanotecnología Nacional
La NSF (2001), en Societal Implications of Nanoscience and Nanotechnology (http://itri.loyola.edu/nano/NSET.Societal.Implications/) estima, que en 10 a 15 años, el mercado mundial de productos y servicios nanotecnológicos andará por el orden del trillón de dólares anuales.
Manufactura, se estima que los procesos y materiales nanoestructurados incrementen su impacto en el mercado en cerca de 340 mil millones.
Electrónica, la proyección es alrededor de los 300 mil millones para la industria de los semiconductores y la misma cantidad en venta global de circuitos integrados.
Farmacéutica, cerca de la mitad de toda la producción puede depender de la Nanotecnología, superando los 180 mil millones.
Plantas químicas, los catalizadores nanoestructurados con aplicaciones en el petróleo y en los procesos de la industria química se estima un impacto anual de 100 mil millones.
Transportación, los nanomateriales y dispositivos nanoelectrónicos producirán vehículos ligeros, rápidos y seguros; y a un menor costo, más durables y confiables, carreteras, puentes, autopistas, cañerías y sistemas de rieles; en donde sólo los productos aeroespaciales tienen un mercado proyectado de cerca de 70 mil millones de dólares.
MERCADO MUNDIAL DE UN TRILLON US $ DÓLARES
Puede mejorar la producción agrícola para una población incrementada, proveerá filtros y desalinización del agua más económicos, posibilitará fuentes de energía renovables, tal como la conversión altamente eficiente de la energía solar.
En donde las proyecciones indican que avances en iluminación basados en nanotecnología tienen el potencial para reducir el consumo global de energía en más del 10 %, ahorrando 100 mil millones de dólares por año, con una correspondiente reducción de emisión de 200 millones de toneladas de carbón
SUSTENTABILIDAD DEL MEDIO AMBIENTE
(http://itri.loyola.edu/nano/NSET.Societal.Implications/)
En el gráfico las esferas amarillas representan la función del thiol que
tiene bastante alta afinidad por la adsorbción del mercurio
(representado por las esferas azules).
Nanotechweb.org/articles/news/3/4/6/1
APLICACIONES DE NANOTECNOLOGÍA:AHORA Y EN EL TIEMPO
Nano ahora
Nano 2007
Nano 2012
Pigmentos en pintura
Nano-bio materiales como
órganos artificiales
Nano-óptica, nanoelectrónica y
fuentes de nanopoder
Dispositivos basados en NEMS
Interruptores más Rápidos y sensores
ultrasensibles
Pantallas flexibles de alto rendimiento
Diseños funcionales de fluidos
Biosensores, transductores y
detectores
Propelentes, boquillas y válvulas.
Liberación de medicinas, separación
biomagnética y curación de heridas
Aditivos retardantes de la llama
Fármacos y medicamentos Partículas en nanoescala
y películas finas en dispositivos electrónicos
Joyería, óptica y obleas semiconductoras
pulidas
Herramientas de corte y cubiertas resistentes al
deterioro
“Las Bases Moleculares del aprendizaje” están en el cerebro, por la formación de sinápsis y redes neuronales de conocimientos.
El cerebro humano está conformado por tres cerebros (reptiliano, mamifero primitivo (límbico) y neocorteza), cada uno de ellos maneja diferentes inteligencias, que en su sinergia, marcan la individualidad de cada uno de nosotros para interactuar efectivamente con el entorno.
Aprendemos lo que nos interesa, o sea cuando el cerebro (a través del hipocampo) escoge información que será guardada en memoria de largo plazo. Evento relacionado con la propia capacidad intelectual (inteligencias).
UNA NUEVA CURRÍCULA PARA TODOS LOS NIVELES EDUCATIVOS
Esto implica que es necesario evaluar a profundidad las políticas educativas nacionales, desde las que inciden en la educación que se recibe en el hogar en los primeros años de vida, y la educación formal en todos sus niveles (inicial, medio y superior); para reforzar la adquisición de destrezas técnicas, contextuales, administrativas, de liderazgo y trabajo en equipo, y las esenciales para la interacción efectiva con el entorno, pero principalmente estimular la creatividad individual (imaginación natural de la niñez) y el espíritu crítico, que son fundamentales para desarrollar ciencia y tecnología y para la inserción exitosa como ente social productivo.
UNA NUEVA CURRÍCULA PARA TODOS LOS NIVELES EDUCATIVOS
Una estrategia para fomentar la creatividad individual, puede ser el establecimiento en el Sistema Educativo Formal con un entorno apropiado para la “realización de actividades diferenciadoras” (deporte, arte, ciencias, matemática, literatura, modelaje de aparatos, historia, etc.) y un porcentaje sustantivo de tiempo del estudiante para hacerlas.
Esto podría consistir de un 40 % del Programa Educativo en cada nivel educativo para proporcionar ese nuevo entorno y el 60 % del tiempo de enseñanza aprendizaje para el desarrollo de los estándares de las áreas de conocimientos tradicionales.
UNA NUEVA CURRÍCULA PARA TODOS LOS NIVELES EDUCATIVOS
Richard FeynmanFoto de Archivo del Instituto de
Tecnología de California.
“¿Qué pasaría si nosotros pudiéramos arreglar los
átomos uno por uno de la manera en que nosotros los
queremos?”Richard P. Feynman
en: (1960)
“En el cuarto hay fondo suficiente”
Richard P. Feynman Premio Nobel en Física (1965) por su trabajo fundamental en electrodinámica cuántica, contribución de profundas consecuencias para la física de partículas elementales.
http://www.nano.org.uk/people.htm
PENSAR DIFERENTE: NANO PIONERO
HERRAMIENTAS PARA VER Y MANIPULAR LOS INGENIOS NANOTECNOLÓGICOS
Microscopios Sondas de Barrido son una familia de instrumentos usados para
medir propiedades de superficies.
Microscópio de Barrido de Tunel (STM) es una técnica microscópica que permite la investigación de superficies
conductoras de electricidad abajo de la escala atómica.
Ilustración esquemática de un Microscópio de Barrido de Tunel (STM) Microscópio de Fuerza
Atomica (AFM), es particularmente útil para ver
muestras biológicas.
Los STM y los AFM son llamados colectivamente como Microscopios Sondas de Barrido pueden mover átomos, y son dispositivos no mayores que un mouse que se enchufa a un puerto USB de una computadora.
Están ahora disponibles:
• Los STM y AFM portatiles con alta capacidad de definición y de “barrido fácil” y
• Relativamente muy económicos (≈ $ 19.000 dólares)
LA INSTRUMENTACIÓN MINIATURIZADA Y ECONÓMICA, IMPULSA EL CAMPO
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ)
www.nanosurf.ch/
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ)
MICROSCOPÍA DE BARRIDO DE TUNEL (STM) -1981DINÁMICA DE MOLÉCULAS ÚNICAS
Dependiendo de los contactos con sus vecinos, la imagen de la hexa-t-butildecaciclina tiene una resolución atómica o de un giro rápido
www.unibas.ch/phys-meso/Pictures/
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ)
MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO (SEM) ENNANOTUBOS DE CARBONO (SWCNS)
Nanotubo de carbono cayendo sobre la superficie de cuatro contactos de oro
www.unibas.ch/phys-meso/Pictures/
Nanotubo de Carbono adherido a la punta de un cantilever de AFM
nano1server.ifi.uniba.ch/nccr/media
Puntas de Silicio convencional o tungsteno se inclinan rápidamente hacia afuera. La punta del cantilever (CNT) es robusta, y de resolución asombrosa.
La Microscopía de Fuerza Atómica (AFP) es una técnica poderosa para imágenes, nanomanipulación, como plataforma para sensores de trabajo, nanolitografía...
CANTILEVER EN MICROSCOPÍA
EXPLORANDO EL NANOMUNDO CON LEGO®
Microscopio de Sonda de Barrido (SPM):
mrsec.wisc.edu/edtcLEGO/PDF files/2-1app.PDF
Detalles de la plataforma de construcción
PRINCIPIO GENERAL DE LA MICROSCOPÍA DE FUERZA: Las fuerzas entre la superficie y la punta del cantilever lo inclinan causando que la punta sea desviada hacia arriba y hacia abajo. La desviación del cantilever cambia la posición de haz de láser que se refleja fuera de la punta del cantilever hacia una serie de fototodiodos. El movimiento del haz se rastrea por los fotodiodos y se usa para calcular la desviación del cantilever.
Interacción entre la punta y la superficie
Fuente del laserSerie de Fotodiodos
superficie
EXPLORANDO EL NANOMUNDO CON LEGO®
Microscopio de Fuerza Atómica (AFM):Construcción de un cantilever
mrsec.wisc.edu/edtcLEGO/PDF files/2-1app.PDF
Detalles de la plataforma de construcción
Modelo completadoMontaje de la fuente de luz
Dr. James Tour, Professor of Chemistry en Rice University.
El concepto visual de los “NanoKids” usa formas universalmente reconocidas que exhiben características humanas para incrementar el conocimiento del público acerca del mundo nanométrico, de las investigaciones y tecnologías moleculares que se expanden rápidamente en el mundo, busca:
• Instruir, motivar y entretener;• Incrementar comprensión de la materia al nivel molecular del estudiante de Química, Física, Biología y de ciencia;• Proveer a los maestros con material didáctico para la enseñanza-aprendizaje sobre la nanotecnología;• Demostrar que el arte y la ciencia se pueden combinar para facilitar el aprendizaje de los estudiantes con distintos estilos e intereses; • Generar interés en la nanotecnología para promover la participación y financiamiento de investigaciones en esta área.
Proyecto educativo “NanoKids”
http://cohesion.rice.edu/naturalsciences/nanokids/mission.cfm?doc_id=3738
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ)
Universidad de . EMPA CSEM PSI Geneva Fribourg Basel Neuchâtel EPFL ETHZ
SistemasNano
orgánicos
Nano Partículas de
Cerámica
Nano Compuestos derecubrimiento
Nano partícula
s
Nano materiales
Nano partícula
s
Puntas y herramientas
Nano replicación
Nano replicación Superficies
Nanotubos
Nano materiales
Nano partícula
s
Nano partícula
s
Superficies
Nano fabricación
Nano óptica
Nano Analítica
Nano sensores
Biosensores
Sondas
Dispositivos Dispositivos electrónicos
Sistemas de Nano
estructurass
Nanoestructuras/Nanoreplicación
Nanofábricasnano-
manipulación
Puntas y herramientasPuntas y
Sondas
Biosensores
Nano partículas
Nanofábricas
Puntas y Sondas
Nanocompuestos derecubrimiento
SensoresArtificiales
Biosensores
NMR/NMI/Campos magnéticos
Nanoestructuras
Cluster competitivos de Nanotecnología en Suiza
Programa Top Nano 21
En conjunto con la Universidad de Pennsylvania, un Associate Degree in Nanotechnology es ahora ofrecido en la comunidad de colegios en Pennsylvania.
Dakota County Technical College (Rosemount, Minn.) en conjunto con la Universidad de Minnesota, Asociadas en Grado de Ciencia Aplicada en Nanociencia y Tecnología.
Rice University ofrece la Maestría Profesional de Ciencia en Física de la Nanoescala.
University of Albany, la Escuela de Nanociencia y de Nanoingeniería, ofrecen Ph.D. and M.S.
University of Washington, ofrece Ph.D. en Nanotecnología.
GRADOS EN NANOTECNOLOGÍA
http://www.nano.gov/html/edu/eduunder.html
• Clemson University, Scanning Probes and Nanostructure Characterization and Nano-scale Physics (D. Correll)• Clarkson University,Colloid Chemical Approach to Construction of Nanoparticles and Nanostructured Materials (J.N. Fendler)• Kansas State University, Visual Quantum Mechanics • Penn State University, Nanofabrication Facility, Capstone Course on Nanotechnology", for two-year colleges (S.J. Fonash) • Purdue University, Nanoscale Science and Engineering ( R. Reinfenberger) • Rensselaer Polytechnic Institute, Nanostructured Materials, (R. Siegel) • Rice University, Introduction to Nanoscience, (V. Colvin) • University of Arkansas in partnership with the Universities of Oklahoma and Nebraska, Nanomanufacturing Processes, (A.P. Malshe)• University of California-Berkeley, Introduction to Micro and Nanobiotechnology: BioMEMS -- Bioengineering and Solution Processing of Materials, Devices, and Nanostructures -- Materials Science • Univerisity of California-LA , Mathematics in Nanoscale Science and Engineering, Institute of Pure and Applied Mathematics• University of Delaware, Nanotechnology (J. Kolodzey) • University of Florida, Nanocomputing (J. Fortes) • University of Notre Dame, Advanced Quantum Devices, (EE 666) • Univeristy of Southern California, Nanorobotics (A. Requicha)• University of Washington, and Pacific Northwest National Laboratory, the Joint Institute for Nanoscience and Nanotechnology, Intensive Courses in Nanoscience and Nanotechnology• University of Wisconsin, Madison, New Technologies, (R. Hamers) • Virginia Commonwealth University, Nanotechnology, (M. El-Shall) • Yale University, Nanoparticles Processes, (D. Rosner)
EJEMPLOS DE PROGRAMAS Y CURSOS
http://www.nano.gov/html/edu/eduunder.html
En la historia, cada vez que se produjeron cambios drásticos de paradigmas, los modos antiguos de producción se volvieron obsoletos.
La Nanotecnología puede constituir una gran oportunidad de los Países en vías de Desarrollo para encontrarsus nichos productivos.
OPORTUNIDAD PARA EL DESARROLLO
“Hay que tener siempre presente, que el recurso humano calificado en el conocimiento del estado del
arte, no se crea con buenas intenciones, sino que mediante el
establecimiento de un entorno apropiado de investigación y desarrollo, que aproveche los conocimientos y la creatividad
individual”.
Pensando en la NANOTECNOLOGÍA
De acuerdo con la percepción particular de la realidad y de la visión de fúturo:
• ¿Sería consecuente revisar el Sistema Educativo Nacional y hacer cambios profundos para promover el salvadoreño, CREATIVO y CRÍTICO de su entorno, con la capacidad de utilizar la ciencia y la tecnología en la resolución de la problemática del desarrollo nacional?
• ¿Puede ser factible que se empiece hacer nanotecnología habiendo interés, facilidades y una visión de proceso?
• ¿Qué decisiones se deberían tomar en el país, para prepararnos a enfrentar este siglo XXI y sacarle provecho a la nanoescala?
PENSANDO CON VISIÓN DE FÚTURO
¡MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN!
¿PREGUNTAS, APORTES, COMENTARIOS,
REFLEXIÓN?
AtentamenteJOSÉ ROBERTO ALEGRÍA [email protected]