¿Qué tan factible es la visión Drexleriana de la nanotecnología? La tecnología cambia la vida futura

Hay dos problemas con la pregunta.
“drexlerian” y “vision”: lo explicaré a medida que avance.

A la larga, nada indica la inviabilidad del objetivo a largo plazo. El objetivo de las fábricas de procesamiento de fragmentos de moléculas que consisten en metamateriales basados en moléculas de piedras preciosas. Dichas fábricas pueden tener la forma de grandes chips waver y alojarse dentro de impresoras de escritorio o dispositivos del tamaño de teléfonos inteligentes. Ellos mismos producirían productos a partir de metamateriales basados en piedras preciosas.
Nanosistemas productivos: de moléculas a superproductos: Lizard Fire Studios: descarga y transmisión gratuitas: archivo de Internet

Pero un camino específico hacia este objetivo (aún lejos) que a menudo se asocia erróneamente con Erik K. Drexler (el “camino directo”) tal vez no sea tan factible.

El problema con el término “drexleriano”, además de ser grosero, que quisiera agregar un -ian en el nombre, es que combina asociaciones correctas e incorrectas. El objetivo correcto y el camino equivocado.

No tan conocido es que Drexler desde el principio propuso usar nanomáquinas blandas al máximo para alejarse de las nanomáquinas suaves lo antes posible. Él llama a este enfoque el “camino incremental”.

Lo que Drexler llama el “camino directo”, y lo que rechaza firmemente, es la idea de construir una nanomáquina rígida desde el primer momento. Una ruta que implica la creación de un paquete auto replicativo altamente compacto seguido de la ampliación a través de la auto replicación.

Este paquete compacto autorreplicativo es la idea del “ensamblador molecular”. Alternativamente, podría ser un núcleo nanofábrica auto-replicativo compacto, que (como yo lo veo y Drexler probablemente también) es esencialmente nada diferente a un ensamblador molecular bloqueado en su lugar.

Otros expertos (Crhis Phoenix, Robert Freitas, Ralph Merkle, …) pueden interpretar el “camino directo” de manera diferente. Si bien su postura sobre los ensambladores moleculares también puede tender al lado del rechazo, ciertamente prefieren el camino directo a las nanofábricas (estado 2017), como se puede tomar de la página web de “colaboración nanofábrica”. Nota al margen: proponen el método de “ensamblaje exponencial” (no confundir con “ensamblaje convergente”) para evitar la auto replicación.

Ahora puedes preguntar:
Eric Drexler rechaza ensambladores moleculares ??
Pues sí (y no).

Si bien Drexler mencionó los ensambladores moleculares como una bioanalógica temprana en su primer libro, esta idea no fue rastreada por él. De hecho, poco después de su primer libro “Engines of Creation” y mucho antes de que comenzaran todas las críticas severas sobre su trabajo (o más bien la descalificación), cambió al concepto de nanofábrica por razones técnicas (no políticas).

Los cuatro puntos principales que encontró son, en resumen, que los ensambladores moleculares son:

ineficiente
difícil de alcanzar
indeseable (el problema pegajoso bajó a niveles realistas)
pero no fundamentalmente imposible

Mientras que su primer libro “Motores de creación” puede llamarse una visión.
Su libro técnico “Nanosistemas” tiene poco que ver con una visión.
Es más una exploración / extrapolación.
Algo así como un estudio de factibilidad serio. (Palabra clave: ingeniería exploratoria)
La metodología utilizada es: Comenzar desde una física firmemente entendida y mantener grandes márgenes de seguridad para obtener resultados confiables.

Hasta el día de hoy no se han encontrado errores fundamentales en este libro.
Por cierto: ¡ El primer capítulo es sobre leyes de escalado!
Tabla de contenido y enlaces a capítulos

“Nanosystems” deja muy claro que Drexler es muy consciente de las cosas por las que es criticado una y otra vez por no entenderlas, por ejemplo:

1) movimiento térmico
2) maquinaria de macroescala reducida a la nanoescala
3) lesodinámica

1) El objetivo de pasar de las nanomáquinas suaves a las rígidas es restringir los movimientos térmicos a niveles que permitan el control digital. Al igual que en nanoelectrónica, el movimiento térmico está restringido. Esto se trata de márgenes de error y corrección de errores.
Palabras clave: “rigidez escalada en celosía” y “concentración efectiva”

2) Cuando se verifica cuidadosamente, la maquinaria de estilo macroescala funciona mejor en la nanoescala en algunos aspectos. El problema aquí es que esto es contra-intuitivo en varios niveles.

2a) A pesar del nombre cuántico> mecánica <nanomecánica vinculada a un cristal se comporta bastante clásico a temperatura ambiente. Eso es válido igualmente para nanosistemas rígidos y blandos. Los biólogos moleculares se divierten repetidamente cuando los físicos jóvenes se acercan y sospechan ingenuamente que las moléculas están haciendo túneles a través de las membranas celulares.
(Nota al margen: las moléculas libres no unidas experimentan una dispersión cuántica bastante fuerte).

2b) Los MEMS (sistemas microelectromecánicos) presentan el temido problema de la fricción. Pero la parte de fricción de la fricción no es un problema de tamaño, sino un problema de falta de precisión atómica. La parte adhesiva de la sticción (que es un efecto del tamaño) es realmente útil. Se puede usar para mantener las cosas en su lugar. Reemplazando la gravedad que es severamente dominada por el movimiento térmico a nanoescala.

2c) Las simulaciones de maquinaria de moléculas de cristal muestran un efecto estroboscópico. Esto hizo que algunos científicos creyeran que los movimientos de la máquina (MHz … GHz) se encuentran muy cerca de los movimientos térmicos (THz medio). Si ese fuera el caso, esto conduciría a niveles ridículos de fricción.

2d) El software de dinámica molecular utilizado para estas simulaciones modela fuerzas interatomar con resortes virtuales. Dado que este método es bastante tosco en comparación con las simulaciones mecánicas cuánticas adecuadas (que requieren mucha más potencia informática), los resultados a menudo están mal vistos.
Lo que no se reconoce aquí es que, si bien el software de dinámica molecular es insuficiente para procesos delicados como, por ejemplo, catálisis y plegamiento de proteínas, puede ser suficiente para procesos más robustos. Se necesitan modelos altamente precisos para la investigación de sistemas moleculares que están a punto de desmoronarse. Delicados puntos de silla de montar en el panorama de la energía potencial pueden crear sistemas caóticos donde pequeños cambios en la entrada pueden causar grandes cambios en la salida. Para la ingeniería, uno puede salirse con la suya con modelos mucho más burdos. Las barreras de energía de alta activación hacen sistemas no caóticos y altamente predecibles. Por lo tanto, los modelos empíricos basados en muelles pueden ser lo suficientemente precisos como para dar algunas ideas sobre la viabilidad de las estructuras modeladas (refiriéndose a estos engranajes y engranajes diamondoides atómicamente precisos de solo unos pocos miles de átomos). Tomado como crítica constructiva, uno debería ser consciente de las limitaciones no importantes de la dinámica molecular. Es mejor juzgar la realismo de las simulaciones de forma individual.

Nota al margen: es necesario distinguir entre la estabilidad de las moléculas de piedras preciosas frente al ataque químico (muy agresivo), la exposición térmica (menos problemática) y la carga mecánica (menos problemática)

Un requisito de alta inercia química limita severamente las estructuras de superficies permitidas. Pero solo la superficie externa de los productos macrscópicos debe ser tan resistente. La gran mayoría de las nanomáquinas están selladas dentro del producto y pueden presentar una variedad más amplia de pasivaciones que ni siquiera pueden ser químicamente estables hacia el agua pura.
Para las piedras preciosas, la estabilidad térmica solo es realmente crítica durante la mecanosíntesis, donde se puede aplicar enfriamiento activo.
La estabilidad mecánica es usualmente tan alta que se pueden poner cepas masivas en estas moléculas de cristal mecanosintetizado.

La mecanosíntesis (el proceso de ensamblar estas moléculas como cristales) es un proceso más delicado. La mecanosíntesis de carbono ya se ha simulado con modelos de mecánica cuántica más potentes. Los resultados fueron prometedores. ¡La mecanosíntesis sobre silicio (abstracción y deposición de hidrógeno) ya se ha demostrado experimentalmente!

2 *) Para no evitar el inconveniente de reducir la mecánica de la macroescala a la nanoescala: la rigidez disminuye drásticamente con la reducción del tamaño. Pero dado que las piedras preciosas son extremadamente rígidas en la macroescala incluso en la nanoescala, permanece un nivel suficiente de rigidez. El área de superficie deslizante que crea fricción aumenta dramáticamente con el tamaño de contracción, pero la superlubricación (y las estrategias de diseño ajustadas) pueden compensar eso en parte.

3) Un punto de rechazo falso que aparece a veces es la idea errónea de que la termodinámica evitaría fundamentalmente que uno tenga todos los átomos en el lugar que queremos.
Si solo se observan los desplazamientos del átomo del movimiento térmico a temperatura ambiente solo, entonces una gran losa macroscópica de material de gema impecable y rígido se mantendría atómicamente precisa durante largos períodos de tiempo. La difusión ocurre en los límites del grano o en superficies con bajas energías de activación para el lúpulo. Si no hay límites de grano y superficies inestables, a todos los efectos prácticos no hay difusión. Más graves son los efectos de la radiación ionizante dura. Uno no puede proteger productos pequeños de manera efectiva contra eso. Sin embargo, se puede determinar que los niveles de radiación natural son lo suficientemente bajos como para que la tolerancia al daño y la redundancia hagan que las cosas funcionen a pesar de esta lenta degradación. Con capacidades adicionales de reparación automática, la vida útil de los sistemas de metamateriales de piedras preciosas debería extenderse a rangos aún incalculables.

Más aquí:
Conceptos erróneos comunes sobre la fabricación atómicamente precisa

Para el camino que Drexler realmente defiende (el “camino incremental”), recomendaría buscar en I + D de foldamer (nanotecnología estructural de ADN, plegamiento de proteínas de novo, …). Y en lugar de los viejos “motores de la creación”, recomiendo leer su nuevo libro “Radical Abundance”.