Un panorama de la nanociencia en el Tec de Monterrey
Por David Güemes, Dulce Viridiana Melo y Luis Marcelo Lozano
Artículo de opinión
La nanotecnología es el estudio de estructuras funcionales con dimensiones menores a 100 nanómetros, mismo que da origen al diseño y creación de materiales compuestos que tienen impacto en la vida cotidiana y cubren diversas necesidades industriales, como los nanotubos de carbono, que se utilizarán en aeroplanos por su ligereza y propiedades mecánicas excepcionales.
En el Tec de Monterrey se ha buscado contribuir al desarrollo de la nanotecnología a través de la actividad que realizan los Grupos de Investigación con Enfoque Estratégico que involucran a investigadores de todos los niveles entre los que se encuentran alumnos de diversos programas académicos -principalmente de ingeniería-, de maestría y doctorado en nanotecnología, quienes con creatividad, motivación y talento realizan trabajos que enriquecen la ciencia y la tecnología.
En 2008 se realizó un estudio de identificación de oportunidades estratégicas de desarrollo (IOED) de los estados en México, que dio origen al Observatorio Estratégico Tecnológico que tenía como finalidad detectar oportunidades de emprendimiento. El Observatorio destacaba la importancia de la nanotecnología, por lo que a partir de ese momento se consideró una área estratégica para el Tecnológico de Monterrey.
En el 2014 se firmó un convenio estratégico de colaboración con el Massachusetts Institute of Technology (MIT), que promueve la mejora de las capacidades de investigación colaborativa en nanotecnología. Al menos 80 alumnos de licenciatura, 7 de posgrado, 15 investigadores posdoctorales y 36 profesores, han participado en convocatorias abiertas para llevar a cabo cursos y estancias de investigación.
A continuación algunas de las experiencias de investigadores del Tec en el tema de nanotecnología, y sus trabajos en dicha área.
Nanotecnología y su ecosistema de innovación
El estudio del ecosistema de innovación de la nanotecnología, proyecto desarrollado por del Dr. David Güemes, en la Innovation Initiatives de SLOAN School of Management. El modelo que está empleando a cinco actores (gobierno, universidades, empresas, emprendedores y el capital de riesgo) y dos capacidades (innovación y emprendimiento), estudia las interrelaciones entre actores y capacidades y encuentra áreas de oportunidad.
Monterrey cuenta con las siguientes capacidades: el Tec.Nano, el nano-cluster, la Incubadora de Negocios de Nanotecnología y el Instituto de Emprendimiento Eugenio Garza Lagüera, que desarrolla el espíritu y habilidades emprendedoras. Para generar conocimiento, los investigadores del Tec desarrollan investigación de alto impacto con colaboradores de primer nivel, como el Dr. Luis Fernando Velasquez-García del Microsystems Technology Laboratories, y la Dra. Fiona Murray, de la Sloan School of Management. Sin embargo, identificar las áreas de oportunidad es un reto mayúsculo, pues el Tec es solo uno de muchos competidores en esta carrera. Uno de los resultados preliminares del estudio es la atracción de los mejores alumnos y profesores al Tec de Monterrey, ya que éstos son los impulsores más importantes que elevan la competitividad de este complejo sistema. Otro resultado es la mayor colaboración con empresas en proyectos de investigación básica y de desarrollo tecnológico, para que el resultado de la investigación se aplique en productos comercializables. A este respecto y a modo de ejemplo, en el MIT, los laboratorios tienen alianzas con la industria (IBM, Foxconn, Texas Instruments, Analog Devices) para desarrollar el hardware que soportará el software necesario para la manufactura 4.0, tendencia que se estará consolidando en los próximos años.
Ingeniería de superficies y recubrimientos nanoestructurados
La Dra. Dulce Viridiana Melo Máximo trabaja en el Laboratorio de Ingeniería de Superficies del Tec de Monterrey, en el Campus Estado de México, donde se han desarrollado recubrimientos micro y nanoestructurados para diversas aplicaciones.
Dentro del Grupo de Enfoque de Nanomateriales, encabezado por el Dr. Joaquin Oseguera, se han construido prototipos asistidos por plasma para el tratamiento de superficies, además se han generado prototipos para el tratamiento de nitruración iónica y para el revestimiento por el proceso de depósito físico de vapores, en ambos casos se utiliza un plasma como fuente.
Un ejemplo de ello son las películas de óxidos resistentes a la corrosión por presencia de carbono a altas temperaturas, los recubrimientos de nitruros para aplicaciones resistentes al desgaste como moldes de plástico o engranes, y el desarrollo de películas delgadas con características piezoeléctricas que permiten su aplicación en sensores para detección de enfermedades. Dentro de las aplicaciones médicas se han desarrollado películas delgadas que buscan mejorar la superficie de sensores para la detección temprana de cáncer de mama. Siguiendo la relación proceso-estructura-propiedades se pueden encontrar nuevos retos en la aplicación de este tipo de materiales, por ejemplo el uso de recubrimientos menores a un micrómetro la realización de estos procesos a baja temperatura.
Durante los últimos años, alumnos de licenciatura han cursado tópicos de investigación en el laboratorio, lo cual les ha permitido tener una noción clara de cuán importante es el desarrollo y análisis de propiedades de materiales para su aplicación. El estudio de materiales en la micro y nanoescala requieren equipos especializados. En el campus Estado de México se cuenta con el microscopio electrónico de barrido para la caracterización de los recubrimientos; este tipo de herramientas nos permiten ver características de los materiales que no se pueden ver a simple vista.
Polímeros nanoestructurados para textiles avanzados
El alto consumo de energía que demandan los edificios para climatizar su interior contribuye mundialmente con hasta 33.5% del total de emisiones de gases de efecto invernadero, lo que altera gravemente el equilibrio climático. Una forma rentable de resolver este problema es a través de la construcción de edificios energéticamente más eficientes basados en la mejora de su aislamiento y diseño. Sin embargo, gran parte de la energía empleada se continúa desperdiciando en mantener la temperatura del espacio vacío y objetos dentro del edificio, en lugar de centrarse en las personas. Si la climatización se pudiera administrar directamente en las personas, se podría ahorrar una gran cantidad de energía.
El desarrollo de textiles avanzados es un área de investigación que busca contribuir a este enfoque óptimo de ahorro de energía en edificios, pues se ha demostrado que es posible regular la temperatura de las personas a través de un manejo inteligente de la radiación infrarroja emitida por el cuerpo humano, lo cual depende en gran medida de la nanoestructura de las fibras que conforman la ropa. Por un lado, si esta radiación es reflejada por la ropa, la temperatura del cuerpo puede conservarse incluso en un clima frío. Por el contrario, si la ropa tiene la propiedad de ser transparente a la radiación del cuerpo, ésta pasaría a través de la prenda, manteniendo una sensación de frescura en un clima cálido. El problema de los textiles convencionales es que absorben gran parte de la radiación emitida por el cuerpo humano, obstaculizando así este manejo inteligente. Parte de la investigación que realiza el Dr. Marcelo Lozano en el MIT busca desarrollar textiles avanzados, a partir de polímeros nanoestructurados con propiedades ópticas y térmicas ajustables, que contribuyan a la reducción del consumo de energía en edificios.
Hay muchas áreas por explorar y muchos retos por resolver. La aplicación de nanomateriales puede ayudarnos a resolverlos de una manera que hace años no se imaginaba. Cada vez surgen nuevas preguntas en el área de la nanotecnología y se requieren personas capacitadas para resolverlas.
Esta es una invitación a los alumnos para seguir construyendo el futuro de la nanotecnología. Te invitamos a unirte a alguno de los proyectos descritos (si estás interesado, por favor contacta directamente a los líderes de los proyectos) y a participar en sus proyectos en el Tec de Monterrey o con sus colaboradores en el MIT y en la industria.
Autores
El Dr. David Güemes Castorena (guemes@tec.mx) es profesor titular de la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tec de Monterrey. Su área de interés es la planeación prospectiva de la innovación tecnológica. Actualmente se encuentra en una estancia de investigación en el MIT Sloan School of Management, en la Iniciativa de Innovación.
Dr. Dulce Viridiana Melo Máximo (virimelo@tec.mx) es profesora de cátedra en el Campus Estado de México del Tec de Monterrey, en el departamento de Mecánica y Materiales Avanzados. Actualmente se encuentra en Microsystems Technology Laboratories del MIT en el grupo investigación del Dr. Luis Fernando Velasquez-Garcia dentro del programa Tec.nano. Su investigación se centra en la aplicación de materiales nanoestructurados.
Dr. Luis Marcelo Lozano Sánchez (marcelo.lozano@tec.mx) es investigador posdoctoral en el Grupo de Nanotecnología para el Diseño de Dispositivos, del Tec de Monterey en el campus Monterrey. Actualmente realiza una estancia posdoctoral en el Nanoengineering Group del MIT. Sus áreas de interés son la síntesis y caracterización de nanomateriales, el desarrollo de polímeros nanoestructurados y la aplicación de estos materiales en energía, medio ambiente y medicina.