Conseguir discos duros con una capacidad de almacenamiento 100.000 veces superior a la actual, o desarrollar fachadas que generen energía son dos de las direcciones en las que camina la investigación a escala nanométrica que se desarrolla en Asturias. Las palabras “Nanotecnología” y “nanociencia” intentan atravesar los muros de los laboratorios y, cada vez con más frecuencia, llegan a los medios de comunicación. Pero, ¿en qué consiste y qué aplicaciones tiene una disciplina tan poco conocida como fascinante?
La siderurgia en Asturias busca nuevos horizontes en lo diminuto, y las gafas para ver de cerca las tiene la fundación ITMA (Instituto Tecnológico de Materiales). En la sede de la fundación en Avilés, se trabaja para lograr que el acero ordinario se convierta en acero fotovoltaico, capaz de generar electricidad. Y es que cambiar a nivel molecular las propiedades de este metal es el paso previo a que las fachadas de los edificios puedan funcionar como paneles solares. Esta tecnología consiste en depositar películas delgadas de semiconductores sobre el acero a escala industrial, y constituye la segunda generación de dispositivos fotovoltaicos denominada TFSC (Thin Film Solar Cells).
La aplicación del acero fotovoltaico en fachadas reúne ventajas como la obtención de energía en superficies que hoy en día no la generan; el ahorro de espacio; o que “esta técnica permite utilizar una menor cantidad de silicio, lo que significa un menor coste respecto a las placas convencionales”, como explica David Gómez, responsable del departamento de nanotecnología del ITMA. El silicio se aplica a niveles nanométricos, en capas de espesor inferior a la micra (que equivale a una millonésima de metro o, lo que es lo mismo, 0.0001 cm).
Y si bien este nuevo material presenta algunas ventajas sobre las placas solares tradicionales, no parece probable que vaya a iniciarse una dura competencia entre ambos. El acero fotovoltaico aún tiene retos que superar, como aumentar su eficiencia energética: “si la eficiencia de las placas fotovoltaicas normales es de entre un 15 y un 20% aproximadamente, el acero fotovoltaico se sitúa en torno al 8 o 10%”, aclara Gómez. No obstante, el Presidente del ITMA, Faustino Obeso, resalta que en términos económicos de €/kW, este tipo de acero es ventajoso.
Este trabajo se enmarca en el proyecto nacional Cetica (“Ciudad Eco-tecno-lógica”), que lidera Arcelor Mittal y que cuenta con un presupuesto de más de 24 millones de euros de fondos públicos para desarrollar edificios de acero con miras a que sean cómodos, inteligentes y eficientes energéticamente.
Discos duros 100.000 veces más eficientes
En la Universidad de Oviedo, el grupo de investigación de Láminas Delgadas y Nanoestructuras Magnéticas Ordenadas que coordina José María Alameda trabaja a caballo entre la litografía, la electricidad y el magnetismo, que confluyen al investigar “el material que se utilizará dentro de unos diez años para fabricar dispositivos de almacenamiento informático como discos duros”, explica Alameda.
La aplicación tecnológica del trabajo de investigación que está llevando a cabo este grupo dentro del departamento de Física es clara: “La capacidad de almacenamiento de los discos duros que se fabriquen utilizando estos materiales será, para la misma superficie, entre 100.000 y 1.000.000 de veces superior a la de los actuales discos duros”. Pero ¿Cuáles son estos materiales y qué procesos a escala nanométrica les dotan de esta potencialidad?
Como si de una sierra diminuta se tratase, el resultado del proceso que investiga Alameda y su equipo está formado por pequeños “dientes” o “puntos” magnéticos que codificarán la información. Para lograrlo, recurren a la litografía, y el particular lienzo sobre el que “dibujan” es una lámina de una aleación magnética basada en metales de transición y tierras raras. Uno de los posibles métodos que utilizan comienza con la lámina magnética cubierta por una resina. Si la resina es fotosensible, se bombardea con fotones (litografía óptica); y si es sensible a los electrones, se trabaja con haz de electrones (litografía electrónica). Debido a esta radiación (y al posterior “revelado”), las partes de la lámina expuestas a ella pierden la resina, y entonces comienza la radiación selectiva de iones, que “talla” la lámina hasta que desaparece en las zonas no protegidas. Así es como surge la forma de sierra, con “pozos” nanométricos excavados en la lámina magnética y “puntos” magnéticos nanométricos aislados. Según se imane cada “punto” en un sentido u otro (es decir: hacia la parte superior o inferior de la lámina) se le otorgará el valor de 0 o de 1, y ¡eureka! ya están presentes todos los elementos del código binario: el lenguaje informático no necesita más.
¿Qué falta, entonces, para la generalización de este procedimiento? “El problema no está en fabricarlo, sino en leerlo y escribirlo. El reto de separar los puntos de grabación magnética, para que no interfieran entre sí y se desimanen, se consigue con la nanoestructuración, pero además hay que desarrollar cabezas lectoras lo suficientemente pequeñas como para leer y grabar la información”, valora Alameda. Una alternativa para conseguirlo, en la que también trabaja este grupo, es la utilización de la denominada “microscopía óptica en campo cercano” (SNOM).
Otro de los escollos que necesita superar esta técnica (que también se desarrolla en otros lugares de Europa) para comercializarse es la elevada inyección de fondos económicos que requeriría. Y aunque Alameda no descarta la posibilidad de que en el proceso investigador surja una “idea feliz” para abaratar los métodos de fabricación que hiciera de Asturias el lugar más rentable para comenzar a producir los discos duros del futuro, puntualiza: “lo que estamos haciendo en estos momentos tiene su principal aplicación práctica en el desarrollo de biosensores, que no requieren una gran inversión de partida”.
Y resultado de este planteamiento es una investigación conjunta que ya está en marcha. Sus impulsores, Alameda y el también catedrático de la Universidad de Oviedo Agustín Costa, unirán sus respectivos campos de saber: la nanociencia y la química, para desarrollar biosensores químicos con usos médicos. Costa, consciente de la importancia de aplicar los resultados de la investigación a la empresa, ha impulsado Dropsens, la empresa con origen en la Universidad (spin-off) asturiana que ha recibido el último Premio Nacional a la Innovación.
Nanocompuestos de múltiples aplicaciones
La creación de polvos nanoestructurados y de nanocompuestos a partir de estos polvos es la orden del día en el área de nanotecnología del Instituto del Carbón (INCAR). Los nanocompuestos son el resultado de introducir en un material (matriz) una cantidad homogénea de nanopartículas de otro compuesto. Con esta técnica se consigue modificar de forma sustancial las propiedades del primer material o matriz, que adquiere aplicaciones biomédicas, ópticas y para condiciones extremas.
¿Y en qué se traducen estas aplicaciones? Como explica Ramón Torrecillas, investigador del CSIC en el INCAR, donde dirige el Grupo de Materiales Nanoestructurados, estas técnicas permiten crear, por ejemplo: espejos para el sector aeroespacial; materiales transparentes a la radiación infrarroja para sistemas de seguridad en aviación civil y militar; materiales cerámica-metal de alta dureza, que conducen la electricidad y que se utilizan en herramientas de corte; o nanomateriales con nanofibras de carbono para pilas de combustible y frenos de competición.
La sede común de la nanociencia asturiana
Si hasta ahora la nanociencia se ha desarrollado en Asturias a partir de diversos focos separados físicamente, el Centro de Investigación en Nanomateriales y Nanotecnología de Asturias (CINN) será el punto de encuentro entre los investigadores del ramo. “El nuevo Centro tendrá un notable efecto horizontal en distintas áreas de conocimiento, pero tendrá un gran impacto específico sobre el sector de los materiales, muy importante en Asturias en términos de empleo y producción”, valora Herminio Sastre, Viceconsejero de Ciencia y Tecnología y presidente de la FICYT.
Y para lograr sus objetivos, el CINN cuenta con una característica fundamental: “El Centro nace con personal científico muy cualificado, procedente del CSIC, la Universidad y el ITMA, lo que implica que no parte de cero”, explica Sastre. Según el Viceconsejero, “éste es el resultado de la apuesta que ha hecho este Gobierno por anticiparse con actividades de I+D+i a los desarrollos y demandas futuras”.
Investigación y aplicaciones industriales
El CINN, que se ubicará en La Corredoria (Oviedo), cerca del INCAR, se plantea apoyado en dos pilares básicos, según el catedrático José María Alameda: ser un centro impulsor de la excelencia científica en la investigación básica, y mantener un contacto muy fuerte con la industria.
Ambos pilares sostienen un planteamiento ambicioso, que apunta Rosa Menéndez, directora del INCAR y representante institucional del CSIC en Asturias: “El CINN aspira a ser competitivo desde el punto de vista científico y tecnológico. El principal reto que queremos superar es que se convierta en un centro de referencia en el campo de la nanotecnología y los nanomateriales tanto a nivel nacional como internacional”. Para, lograrlo, Menéndez destaca que el Centro contará con un activo equipo científico que presenta una elevada actividad en proyectos de investigación y que mantiene una importante conexión con la industria.
En cuanto a las aplicaciones industriales que tendrá el trabajo del CINN, Ramón Torrecillas, director del Grupo de Materiales Nanoestructurados del INCAR y socio fundador de la empresa Bioker Research, considera: “El CINN se proyecta como un espacio de demostración científico-tecnológica en el que confluyan los intereses de empresas tecnológicamente avanzadas con investigadores especializados, en un marco que potencie la transferencia de tecnología y la creación de nuevas empresas de base tecnológica”.
Las principales líneas de investigación que acometerá el Centro serán: materiales nanocompuestos y materiales híbridos; desarrollo de estructuras bioinspiradas; interacciones de superficie; y modelización de nanodispositivos electrónicos y magnéticos y caracterización a diversas escalas.
El próximo paso es la formación de una Junta Rectora que establecerá los distintos órganos de gobierno y propondrá un director en funciones para que el Centro pueda iniciar sus actividades. Además, se esta tramitando en paralelo la convocatoria de concurso para el proyecto del nuevo edificio, y se está trabajando en la elaboración del Plan Estratégico de Centro.
El CINN será el cuarto centro de estas características a nivel nacional y es el resultado de la iniciativa conjunta del Principado, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), y la Universidad de Oviedo. Cuenta con un presupuesto inicial de 18 millones de euros, de los que el CSIC aporta el suelo y 9 millones para la construcción del edificio, y el Principado aporta otros 9 millones para equipamiento. Además, el ITMA, la Universidad de Oviedo y el CSIC aportarán personal investigador.
El pájaro robótico PigeonBot II, probado con éxito en un túnel de viento y de manera autónoma al aire libre, logra volar de manera similar a estas aves, sin aleta vertical. Sus aplicaciones abren el camino para diseñar aviones más eficientes en combustible.
La Fundación BBVA ha galardonado al informático japonés, de la Universidad Carnegie Mellon (EE UU), por crear los algoritmos que permiten a las máquinas comprender las imágenes y procesar los movimientos. Sus técnicas están presentes en los coches autónomos, los drones y todos los robots con capacidad de visión, como los que se usan en cirugía.
