Nanosistemas productivos

En 2007, los nanosistemas productivos se definieron como sistemas funcionales a nanoescala que fabrican estructuras y dispositivos con especificaciones atómicas bajo control programático , es decir, mediante fabricación con precisión atómica. ^{[ 1 ]} En 2015, dichos dispositivos eran solo hipotéticos, y los nanosistemas productivos representaban un enfoque más avanzado entre varios para realizar la fabricación con precisión atómica. El Departamento de Energía organizó un taller sobre nanosistemas integrados para la fabricación con precisión atómica en 2015. ^{[ 2 ]}

Las tecnologías actuales presentan varias limitaciones. No existen estructuras atómicamente precisas de gran tamaño (es decir, prácticamente libres de defectos). Existen estructuras complejas tridimensionales a nanoescala en forma de moléculas lineales plegadas, como el ADN origami y las proteínas . En 2026, también fue posible construir estructuras atómicamente precisas muy pequeñas mediante microscopía de sonda de barrido para crear moléculas como FeCO ^{[ 3 ]} y poliino ^{[ 4 ]} , o realizar litografía de despasivación de hidrógeno ^{[ 5 ]} . Sin embargo, aún no es posible combinar componentes de forma sistemática para construir sistemas más grandes y complejos.

Los principios de la física y los ejemplos de la naturaleza sugieren que será posible extender la fabricación con precisión atómica a productos más complejos y de mayor tamaño, que involucren una gama más amplia de materiales. Un ejemplo de progreso en esta dirección sería el trabajo de Christian Schafmeister sobre bispéptidos . ^{[ 6 ]}

En 2005, Mihail Roco , uno de los arquitectos de la Iniciativa Nacional de Nanotecnología de EE. UU., propuso cuatro estados de la nanotecnología que parecen ser paralelos al progreso técnico de la Revolución Industrial, de los cuales los nanosistemas productivos son el más avanzado. ^{[ 7 ]}

1. Nanoestructuras pasivas: nanopartículas y nanotubos que proporcionan mayor resistencia, conductividad eléctrica y térmica, tenacidad, propiedades hidrofílicas/fóbicas y/u otras propiedades derivadas de su estructura a nanoescala.

2. Nanodispositivos activos : nanoestructuras que cambian de estado para transformar energía, información o realizar funciones útiles. Existe cierto debate sobre si los circuitos integrados de última generación se ajustan a esta categoría, ya que operan a pesar de las propiedades emergentes a nanoescala, no gracias a ellas. Por lo tanto, se argumenta que no se consideran propiedades a nanoescala "novedosas", aunque los dispositivos en sí tengan un tamaño de entre uno y cien nanómetros.

3. Nanomáquinas complejas : el ensamblaje de diferentes nanodispositivos en un nanosistema para realizar una función compleja. Algunos argumentan que las máquinas de Zettl encajan en esta categoría; otros sostienen que los microprocesadores y las FPGA modernas también.

4. Sistemas de nanosistemas/Nanosistemas productivos: se trata de nanosistemas complejos que producen piezas con precisión atómica para otros nanosistemas, no necesariamente utilizando propiedades novedosas emergentes a nanoescala, sino fundamentos bien conocidos de la fabricación. Debido a la naturaleza discreta (es decir, atómica) de la materia y la posibilidad de un crecimiento exponencial, esta etapa se considera la base de otra revolución industrial. Actualmente existen muchos enfoques diferentes para construir nanosistemas productivos: incluyendo enfoques descendentes como la epitaxia de capas atómicas con patrones ^{[ 8 ]} y la mecanosíntesis de diamantoides ^{[ 9 ]} . También existen enfoques ascendentes como el origami de ADN y la síntesis de bispéptidos ^{[ 10 ]} .

Posteriormente, Roco introdujo un quinto paso: la convergencia info/bio/nano, que, según él, representaba la convergencia de las tres tecnologías más revolucionarias.

• Replicador ruidoso
• Ribosoma
• Biología sintética