Spanish (pdf)
Article in xml format
Article references
Automatic translation
Send this article by e-mail
Cited by SciELO 
Cited by Google 
Similars in
SciELO 
Similars in Google 
Permalink
El siglo XX irrumpió con la panacea de las nanotecnologías. Desde que los Estados Unidos lanzaron su Iniciativa Nacional de Nanotecnología en el año 2000, este tipo de tecnologías se convirtió en la esperanza para curar todos los males imaginables. Filtros para agua potable y para desalinizar; fármacos dirigidos a las células que debían tratarse; energías limpias con costos menores a los tradicionales hidrocarburos; alimentos que integran suplementos; tejidos autolimpiadores; vidrios inteligentes para captar energía y evitar la suciedad, son algunos ejemplos de la multiplicidad de productos que propiciaron el surgimiento de cientos de start-ups en los más variados campos científicos, los cuales obtenían financiamiento de capitales de riesgo incentivados por la posibilidad de una inversión que pudiera dejar atrás la caída estrepitosa de las acciones de las compañías punto com del 2001. Esta alza del financiamiento fue acompañada por el incremento de artículos científicos sobre el tema y la presencia en medios del término nanotecnología.
Lo primero que desapareció con la crisis del 2008 fueron los capitales de riesgo y los inversionistas ángeles de nanotecnologías. El capital financiero mostró el rumbo: la mayoría de las startups se vendieron, quebraron o se asociaron a grandes corporaciones. Para el 2015 Kelleher resume lo ocurrido en la revista Time:
Of all the investment fads and manias over the past few decades, none have been as big of a fizzle as the craze for nanotech stocks. Ten years ago, venture capitalists were scrambling for investments, startups with "nano" in their names flourished and even a few nanotech funds launched hoping to track a rising industry.
And today? Nobody in the stock market gets excited about the phrase "nanotech" anymore. Which is strange, because nanotechnology itself - that is, the science and engineering conducted on a molecular scale, measuring less than 100 nanometers - is yielding applications and products in a number of industries, just as its more sensible supporters have long predicted (Kelleher, 2015)1.
Los medios de comunicación también disminuyeron la presencia relativa del término nanotecnologías durante la segunda década (véase figura 1) y los artículos científicos vieron enlentecer las investigaciones sobre nano en general, mientras iban despuntando aquellas que conectaban directamente nanodispositivos con la industria 4.0 (Ind. 4.0) y el internet de las cosas (IoT, por sus siglas en inglés). La figura 1 muestra la caída relativa de la presencia mediática de las nano-tecnologías desde la segunda década del siglo XXI.
Fuente: elaboración propia a partir del software Media Cloud. Búsqueda: (title: nano*) NOT (banano OR iPod). Noticias del Global English Language Sources. Periodo: 01/01/2000 al 11/02/2021.
Figura 1 Porcentaje de noticias con el término nan* en relación con el total de noticias. Principales medios de comunicación con noticias impresas en la web
En contraste con la retracción de las finanzas y las noticias, y parcialmente de las publicaciones científicas, la producción de mercancías que utilizan componentes nanotecnológicos continuó creciendo con más de 5.000 para comienzos del 2021, cuando en el 2015 había 1.400, de acuerdo con datos de la Universidad Tecnológica de Dinamarca (DTU Environment et al., n. d.).
La explicación de la disminución relativa en el ámbito de las finanzas y los medios de comunicación, a la par de los artículos científicos sobre el término nano en su acepción general, frente al incremento permanente en los artículos de investigación en nano ligados a la Ind. 4.0 y a la IoT, y en la producción de mercancías, radica en el diferente ámbito al cual responden los agentes de los dos grupos. Mientras las finanzas y los medios de comunicación están vinculados al mercado y al comercio, las publicaciones científicas están más ligadas al devenir de la industria y la producción. Esta interrelación muestra una dialéctica entre fuerzas de forma y de contenido, es decir, un cambio superficial en el mundo académico-científico y de noticias y publicitario, pero no en el mundo material.
Durante la segunda década del siglo XXI, que es cuando ocurre el cambio mencionado, el término nanotecnologías se subsumió al de Ind. 4.0, IoT y otros términos relacionados con las tecnologías disruptivas, correspondientes a la llamada cuarta revolución industrial. Por su parte, el de nanomateriales hizo lo propio con el de materiales inteligentes. En lo que sigue explicamos esta evolución y la jerarquía que han logrado los nanosensores y los nanoactuadores dentro del desarrollo nanotecnológico.
Además de esta introducción, el presente texto se divide en tres apartados. Primero, se trata el tema del surgimiento y desarrollo de las nanotecnologías como revolución tecnológica y su aparición en el espectro público. Posteriormente, se establecen las características que definen a la Ind. 4.0 y cómo estas subsumen el término nano. Por último, el trabajo expone las principales conclusiones. Por no ser su objetivo, el presente texto no ahonda en las definiciones de Ind. 4.0 y cuarta revolución industrial, término con el que se le suele asociar.
Nanotecnologías: convergentes y de amplio espectro
En las últimas seis décadas, las revoluciones tecnológicas han sido de aplicación más extendida que las antiguas. Las primeras revoluciones tecnológicas del capitalismo tuvieron su impulso en cambios energéticos (carbón/vapor, hidrocarburos/electricidad, motor de combustión interna). A partir de la década de 1970, surgieron tecnologías de mayor espectro de aplicación como lo es el procesamiento y la transmisión de información (tecnologías de la información y la comunicación (TIC)), o de manipulación de seres vivos (biotecnología). Fue a principios del siglo XXI que las nanotecnologías irrumpieron en el mercado. Estas tienen como centro de impulso la materia, en un sentido amplio, ya que su potencial está en la posibilidad de utilizar las nuevas propiedades que la materia manifiesta en tamaño nanométrico (RS y RAE, 2004). Esta una revolución industrial que penetra todos los sectores económicos de manera más o menos simultánea, porque todos los sectores utilizan algún tipo de material y estos pueden ser manipulados en tamaño nano desenvolviendo novedosas funcionalidades.
A medida que las revoluciones tecnológicas avanzan en el tiempo, se hacen cada vez más multipropósito o facilitadoras de muchas otras (Bresnahan y Trajtenberg, 1995; Shea et al., 2011). Además, puede distinguirse una estratificación de tecnologías, ya que la mayoría de las que resultan en un producto concreto se basan en otras tecnologías sobre las que se superponen. Cuanto más en la base de la pirámide, más facilitadoras son las tecnologías: las nanotecnologías están en la base de prácticamente todas las otras. Así, tecnologías que hoy se consideran de vanguardia como la inteligencia artificial, el IoT, big data, el blockchain, la 5G, la impresión 3D, la robótica, los drones, el proceso de edición genética y la energía solar fotovoltaica ( Conferencia de las Naciones Unidas sobre Comercio y Desarrollo (UNCTAD), 2021, p. XVI), tienen en su base aquellas que permiten digitalizar, almacenar, establecer interfases de actividad entre datos y materia, transmitir y conectar usuarios, y ellas derivan de los sistemas micro y nanoelectromecánicos, ópticos y satelitales. En la base están los chips actuadores y otros dispositivos que reúnen e ilustran por sí mismos las tendencias surgidas de la revolución de las TIC: digitalización, miniaturización, conectividad y automatización. Las nanotecnologías, por sus características, están en la base de esas pirámides y representan más fielmente aquellas tendencias; por ello, los MEMS (sistemas mi-croelectromecánicos) tienden a convertirse en NEMS (sistemas nanoelectromecánicos).
Las nanotecnologías son una revolución tecnológica reciente puesto que se requirió el desarrollo de los microscopios atómicos a finales de los años ochenta y durante los noventa para que las nuevas manifestaciones de la materia -que en muchos casos ya se conocían- pudieran ser medidas con precisión. Además, el lanzamiento de la Iniciativa Nacional de Nanotecnología en Estados Unidos en el año 2000 llevó a que muchos otros países invirtieran en investigación y desarrollo (I+D) de nanotecnologías para no quedar rezagados. La manipulación de la materia en tamaño nano tanto para investigación como para las aplicaciones productivas requiere la expertise química, física, ingeniera y, según el ámbito, también biológica y médica. Por ello, los primeros documentos sobre nanotecnologías siempre hacen alusión a la convergencia tecnológica, situación que va ligada a que las fuerzas físico-químicas y de la vida a nivel atómico y molecular borran las barreras disciplinarias creadas por la división científica del trabajo (M. Roco y Bainbridge, 2003; M. C. Roco, 2003).
La invasión de las nanotecnologías en los diferentes sectores productivos no se hizo esperar y sus productos continúan ingresando al mercado sin normatividades o reglamentaciones adecuadas (DTU Environment et al., n. d.), ya que a pesar de incorporar materiales cuyo desempeño químico-físico es semejante a un elemento desconocido, la legislación los trata como materiales conocidos, evitando así las limitaciones mercantiles de una regulación ad hoc de tóxicos.
Uno de los primeros y principales sectores de desarrollo de las nanotecnologías ha sido la electrónica, área que, siguiendo la tendencia a la miniaturización de los dispositivos, impulsó un salto significativo en los tamaños y en la promisoria potencialidad de tránsito hacia la computación cuántica. La confluencia del tamaño y las nuevas funcionalidades han hecho de los nanosensores y los nanoactuadores el aspecto crucial de la Ind. 4, la cual no puede considerarse una revolución tecnológica en el sentido de modificar una fuente energética, generar una tecnología específica o alterar la forma de manipulación de la materia, sino que es una confluencia de tecnologías en la cual las nanotecnologías desempeñan uno de los papeles centrales a la par de las TIC y el internet industrial. Tal como mencionan Schütze et al. (2018, p. 359), "la Ind.4.0, calificada como la cuarta revolución industrial, es más una visión política que un nuevo paradigma técnico", basta decir que el propio término surge como una serie de recomendaciones de la Academia Alemana de Ciencia e Ingeniería (Acatech, por sus siglas en alemán) a fin de generar una estrategia de política industrial basada en la alta tecnología (Acatech, 2013). El término Ind. 4.0 como paradigma político reaparece en los medios de comunicación, en los proyectos de investigación y en los programas de gobierno, subsumiendo el de nanotecnologías; pero ello no significa que estas últimas no continúen en la base de la Ind. 4.0, basta para ello ver un indicador más ligado a la producción material como es la evolución de las patentes que incorporan el término nanotecnologías en su descripción, como se muestra en la figura 2.
Fuente: elaboración propia a partir de Espacenet (Agencia Europea de Patentes). Búsqueda: nanotechnology. Línea roja: casos por año. Línea negra: casos acumulados. Fecha de la búsqueda: 25-08-2021. Datos para todas las bases de datos de patentes que Espacenet registra. Dado que el proceso de registro y adjudicación de patentes es demorado, debe considerarse el 2018 como la última fecha significativa.
Figura 2 Evolución de las patentes en nanotecnología 2000-2018
La curva de los casos anuales no muestra ninguna caída para la segunda década del siglo XXI, contra lo que podría pensarse de la información pública de noticias y otras fuentes más atadas al comercio, la propaganda y la política; por el contrario, es probable que algunas ramas de las nanotecnologías adquieran una relevancia aún mayor, como es el caso de los nanosensores, que se verá a continuación.
La industria 4.0 y las nanotecnologías
Una buena parte de los artículos que tratan sobre Ind. 4.0 se refiere a ella como la confluencia de una serie de tecnologías: big data, IoT, cómputo en la nube, machine to machine (M2M), 5G, aprendizaje automático, robótica, impresión 3D y sistemas ciberfísicos (Oztemel y Gursev, 2020). A grandes rasgos, las aplicaciones de conectividad para dispositivos individuales se han transformado en sistemas integrados con distintos niveles de interconexión (Li Da et al., 2014); los gráficos y los diseños que ilustran sobre el alcance de la Ind. 4.0 dan a entender la posibilidad de una total integración de las personas con los objetos, los equipos, la maquinaria, la construcción e incluso con el medio ambiente (figura 3).
Muchas de las tecnologías listadas son preexistentes al término Ind. 4.0, además, las diferentes definiciones que la caracterizan incluyen ejemplos de variable cantidad y tipo de tecnología, lo que ocasiona una falta de claridad con respecto a cuál es el centro de esta supuesta revolución tecnológica, o qué es lo que provoca la interconexión de estas tecnologías (Oztemel y Gursev, 2020). En lo que sigue planteamos que una conectividad inalámbrica con velocidad de transmisión en tiempo real, simultaneidad de envío-recepción de información y capacidad de operación prácticamente ilimitada debe ser el punto de partida que caracterice a la Ind. 4.0, todo lo cual trae consigo la aplicación de nanomateriales.
Para que sea posible una conectividad con las características mencionadas, la presencia de MEMS y NEMS es indispensable en sus tres fases: la física, la de redes y la de aplicaciones inteligentes. Mientras que la fase física identifica los elementos utilizando sensores, actuadores y dispositivos terminales, la fase de redes los conecta a través de la nube o un medio físico, ya sea de manera abierta o privada. Por su parte, la fase de aplicaciones inteligentes utiliza diversos tipos de conectividad para generar procesamiento y retroalimentación a toda la estructura y su automatización (Basir et al., 2019, p. 2). Puesto que los MEMS/ NEMS apropiados captan movimientos físicos, cambios químicos y biológicos, los codifican, los almacenan, los envían y reciben retroalimentación, la gama de estos dispositivos está en la base de la Ind. 4.0.
Ciertamente, la Ind. 4.0 tiene como centro a la conectividad, la cual depende de la industria opto-micro/nano-electrónica (y otras asociadas como la de satélites), y esta a su vez del uso de dispositivos que exigen la manipulación de la materia en tamaño atómico y molecular, es decir, nanotecnologías. Más aun, el primer segmento de la cadena de valor del IoT corresponde a la fabricación de dispositivos con sensores especializados en la captura de datos (Castillo, 2017).
Cabe señalar que no todos los NEMS/MEMS tienen el mismo nivel de jerarquía. Así, los nanosensores, sean biológicos o electromecánicos, son los que permiten codificar digitalmente señales fisicoquímicas provenientes de la naturaleza de la materia incorporada (Cano Olivera y Pérez Castillo, 2008). Otros MEMS/ NEMS reciben señales ya codificadas y las almacenan, transforman o modifican. De no ser por los sensores, no habría conectividad entre la materia y el procesamiento de la información.
El término sistemas ciberfísicos encierra la dependencia de nano y microsensores que miden diversas condiciones. Estos sensores constituyen el primer nodo de información: nanonodos. A partir de ellos se escalan nanorouters, con mayor capacidad de almacenamiento y procesamiento de información, para así llegar a las interfases; nodos más complejos que actúan como gateway de las redes de nanosensores y que permiten conectarse con el resto del mundo (Piro et al., 2013). En los tres niveles se encuentran los nano-sensores, es decir, son el núcleo central de la Ind. 4.0 y las tecnologías disruptivas que acompañan (Critchley, 2019).
Los sensores tienen una larga historia, pero la aplicación de los sensores inteligentes (smart sensors) corresponde a los requerimientos de interconectividad y automatización de la Ind. 4.0, como se puede observar en la figura 4.
Como resultado de la pandemia mundial de covid-19, es previsible que se profundice la automatización de todos los sectores económicos (Foladori y Delgado Wise, 2020; McKinsey & Company, 2021) y, con ello, un nuevo auge para el desarrollo y la expansión de los nanosensores y los nanoactuadores, como pronostican los seguidores de las finanzas internacionales:
The covid-19 outbreak is speeding up the adoption of Industry 4.0, leading enterprises across industries into a more sophisticated state of the IoT technology and workflow using sensors that influence production, maintenance with modified service intervals, human resources with newjob requirements, and marketing with new and detailed knowledge of customers' individual use cases (Mordon Intelligence, n. d.)2
El auge de las nanotecnologías fue un proceso mayoritariamente top-down. Fuertes financiamientos estatales en los países desarrollados condujeron a incentivar la I+D y, consecuentemente, la producción y el mercado de productos con nanotecnología. La política comandó la revolución tecnológica, aunque las investigaciones de las propiedades de la materia en tamaño nano daten de los años cincuenta, y simultáneamente las finanzas y la propaganda apoyaron las nanotecnologías. La Ind. 4.0, por el contrario, es un proceso "natural" de la confluencia tecnológica y del alto grado de concentración del capital a nivel mundial, ya que es imposible que penetre en pequeñas, medianas y hasta grandes empresas que no tengan diversificado su ciclo productivo por el mundo y que estén explotando el big data generado por el IoT. Sin embargo, el auge de la automatización y de la Ind. 4.0, que previsiblemente ocurrirá desde el inicio de la tercera década de este siglo, esta vinculado a la destrucción ambiental provocada por el sistema económico imperante, expresada en su fatídico exponente: el SARS-CoV-2. Esto enseña que las revoluciones tecnológicas deben ser abordadas de forma interdisciplinaria y teniendo en cuenta muchos más factores que las meras relaciones técnicas consideradas por los voceros de la innovación para el desarrollo.
Uno de los ejemplos más palpables de que los nanosensores están en el corazón de la Ind. 4.0 son los teléfonos inteligentes. Muchas industrias utilizan smartphones para hacer seguimiento al ciclo de vida del proceso productivo en sentido amplio. Sofisticados teléfonos pueden incluir cerca de 15 diferentes tipos de sensores, incorporando acelerómetros, giroscopios, magnetómetros o sensores de presión, o bien monitoreando el clima o la temperatura (Schütze et al., 2018, p. 360). Cada vez más, la tendencia de las grandes empresas es transformar los dispositivos de sus productos a fin de hacerlos más inteligentes, es decir, conectados, autónomos e interactivos (Castillo, 2017).
Los nanosensores han tomado la delantera en las investigaciones de nanotecnología, arropados por la demanda de los diferentes sectores de la Ind. 4.0. A fin de corroborar este aserto, se hizo un seguimiento de los artículos publicados en la Web of Science sobre nanotecnología y nanosensores e Ind. 4.0, con la intención de analizar el incremento y el declive de los términos mencionados en el periodo que va del año 2000 a la fecha y que se vinculan con el avance tecnológico actual. La evolución de los artículos científicos sobre nanotecnología en general y sobre nanosensores en particular se ilustra en la figura 5.
Fuente: elaboración propia con base en la Web of Science.
Figura 5 Artículos científicos con nano* vs. nanosensores en el título
Nótese cómo se enlentece la producción total de artículos que incluyen el prefijo nano* en el título, mientras que los que llevan la palabra nanosensores despuntan a partir de una fecha coincidente con el arranque mediático de los términos Ind. 4.0 e IoT. Lo anterior denota la reducción en la investigación referente a otras nanotecnologías distintas a los sensores y la alta concentración de la investigación en lo que toca a los instrumentos clave que sostienen la cadena de producción de la Ind. 4.0 y el IoT.
En esta misma línea, el caso de México ilustra cómo el cambio de términos se aprecia también a nivel institucional. Para ejemplificar este punto, se encuentra que la mayoría de los proyectos auspiciados por los llamados fondos mixtos (Fomix), instrumentos presupuestales cuyo objetivo era apoyar el desarrollo científico y tecnológico de los gobiernos subnacionales en México, se postularon en el periodo 2008-2010 y alcanzaron un monto aproximado de 140 millones de pesos. Posteriormente a esa fecha, los proyectos de nano parecen desaparecer, sin embargo, los lineamientos de política industrial de la Secretaría de Economía, la cual absorbió algunos de los programas extintos con la reciente desaparición de los fideicomisos públicos en México, hacen mención del impulso a la Ind. 4.0 y la necesidad de capacitación a este respecto (Ortiz Espinoza et al., 2021).
Conclusiones
El propósito de este artículo ha sido resaltar el lugar destacado que tienen las nanotecnologías en el desarrollo de la llamada Ind. 4.0 y el IoT. El texto muestra cómo a partir de las dos primeras décadas de este siglo ocurrió un cambio en la terminología referida al desarrollo tecnológico. Del 2001, cuando se lanzó la National Nanotechnology Initiative en los Estados Unidos, hasta poco antes del 2010, las nanotecnologías estaban en las noticias diarias de los periódicos, en tanto que la cantidad de artículos científicos sobre el tema crecía exponencialmente. Al pasar esa fecha, el término perdió fuerza mediática y los conceptos de IoT e Ind. 4.0 ocuparon su lugar en el discurso público.
El rápido desarrollo científico-tecnológico se caracteriza por integrar las diferentes tecnologías, potenciarlas y abarcar cada vez más sectores económicos. Términos de moda como IoT o Ind. 4.0 son ejemplos elocuentes; se trata de términos que engloban viejas y nuevas tecnologías como la electrónica y el satélite, el láser, los diversos y novedosos procesos químicos, las ondas electromagnéticas y el mismo internet.
Con anterioridad, las revoluciones tecnológicas se identificaban por su fuente de energía (vapor, electricidad), hoy las tecnologías que se integran son tan variadas que los términos de identificación pasan a ser sustantivos comunes que adjetivan los conceptos sin que esto implique un mayor contenido analítico. Sin embargo, el hecho de que su nombre no identifique la característica sustantiva del cambio tecnológico no significa que este no exista.
Este artículo muestra que las nanotecnologías, que irrumpieron en la escena técnica y en el mercado durante la primera década de este siglo, acaparando los titulares y las referencias en la prensa y los artículos científicos, fueron poco a poco desapareciendo del discurso público. Empero, ello no implica su abandono en términos de investigación y desarrollo tecnológico, por el contrario, una de sus aplicaciones cobró muchísima fuerza, el IoT en la Ind. 4.0, siendo las nanotecnologías el punto de partida de su ciclo de funcionamiento en la forma de nanosensores y nanoactuadores, que juntos conectan el mundo físico con el orgánico en general y con el humano en particular.
De acuerdo con la revisión de la literatura y su ordenamiento analítico, en el artículo afirmamos que el cambio material sustancial que dio origen a la Ind. 4.0 son las nanotecnologías, aun cuando el término perdió su auge mediático en años recientes debido a la complejización de los productos derivados de lo nano. El concepto de Ind. 4.0 encierra diversas acepciones y definiciones, pero todas las características de fondo que la definen se relacionan con la conectividad, los nanosensores y los nanoactuadores que integran cada una de las tecnologías disruptivas que intervienen en el proceso.
