La
fabricación molecular debería ser capaz de desarrollar sistemas
mecánicos a nanoescala con un rendimiento increíble. Este libro
explica cómo, utilizando como base la física y la química.
Estos nanosistemas pueden construir de forma eficaz productos que son grandes,
tienen precisión atómica y fuerza de diamante, incluyen ordenadores
muy potentes (10 millones MIPS por milivatio) así como motores muy potentes
(un megavatio por milimetro cúbico).
Primera
Parte:
Principios Físicos
Capítulo
2: Magnitudes clásicas y Leyes de escala |
| Se
pueden predecir muchas propiedades a nanoescala a través de la Física.
El electromagnetismo no funciona, pero la electroestadística funciona muy
bien. Causa mayor flojedad, pero no demasiado. Enfriar sistemas pequeños
es sencillo. Las cosas muy pequeñas se mueven de forma mucho más
rápida. |
| Se
pueden predecir muchas propiedades a nanoescala a través de la Física.
El electromagnetismo no funciona, pero la electroestadística funciona muy
bien. Causa mayor flojedad, pero no demasiado. Enfriar sistemas pequeños
es sencillo. Las cosas muy pequeñas se mueven de forma mucho más
rápida. |
| Capítulo
3: Superficies de energía potenciales |
| Las
reacciones químicas son más o menos predecibles. Las propiedades
mecánicas se pueden derivar de las propiedades de la unión química.
Las superficies son pegajosas y blandas. |
| Capítulo
4: Dinámica Molecular |
| Sistemas
atómicos se mueven y se desplazan. Las distintas configuraciones/posturas
de los sistemas tienen distintas energías. Una configuración que
requiere mucha energía (en relación con al ruido termal) puede formar
una barrera entre estados; entre las barreras (en pozos potenciales), el sistema
puede asumir cualquier configuración, y se puede calcular la probabilidad
de cada una. |
| Capítulo
5: Incertidumbre Posicional |
| Se
pueden hacer estimaciones sobre cosas como barras, muelles y pistones de gas a
nanoescala, teniendo en cuenta los efectos combinados de química cuántica
y ruido termal. Para la mayoría de propósitos, la incertidumbre
posicional es una sencilla función de temperatura y rigidez. |
| Capítulo
6: Transiciones, Errores y Daños |
| Si
se sabe la altura de las barreras entre pozos potenciales, se puede calcular la
probabilidad de cruzarlas (es decir, de provocar una reacción o cometer
un error) mediante una función de temperatura y tiempo. Se pueden calcular
los errores de posicionamiento. Fuertes uniones covalentes no suelen romperse
a temperatura ambiental durante la noche. En un sistema bien diseñado,
los daños más significativos serán aquellos causados por
la radiación de fondo - algunos porcentajes al años por micrón
cúbico. |
| Capítulo
7: Disipación de Energía |
| Existen
muchas formas de termalizar la energía. Estas se pueden calcular. Causan
un retraso en los cojinetes y en los otros componentes móviles, y la energía
disipada suele ser proporcional a la velocidad del sistema. |
| Capítulo
8: Mecanosíntesis |
| La
mecanosíntesis tiene muchas ventajas sobre otro sínstesis de las
fases de solución, y debería tener la misma variedad de productos.
Puede aplicar control posicional para seleccionar entre sitios de reacción
similar y mantener aisladas moléculas reactivas. Existen bastantes moléculas
reactivas rígidas que sirven para la mecanoquímica de la fase por
vació. Se proponen diversas reacciones que forman diamantes. |
| Segunda
Parte: Componentes y Sistemas |
| Capítulo
9: Componentes estructurales a nanoescala |
| Hasta
las pequeñas barras de diamantoide y housings pueden demostrar una rigidez
útil y una superficie bien definida. La forma y el tamaño pueden
ser controlados con un alto grado de precisión al sustituir los átomos.
Y esto nos ofrece una enorme cantidad de posibilidades para diseño por
partes. |
| Capítulo
10: Interfaces móviles y Partes móviles |
| Las
partes móviles en la escala atómica tienen bultos, pero el ruido
termal puede pasar por estos bultos (barreras de baja energía), implicando
cero fricción estática a una temperatura normal. La fricción
dinámica sigue siendo un tema que se debate (capítulo 7). Los átomos
pueden actuar como buenos dientes de marcha. Los modelos moleculares son demostrados
para mecanismos incluyendo una marcha planetaria. Se plantean temas como trinquetes,
superficies deslizantes irregulares, interfaces adhesivos y otras estructuras
útiles. |
| Las
partes móviles en la escala atómica tienen bultos, pero el ruido
termal puede pasar por estos bultos (barreras de baja energía), implicando
cero fricción estática a una temperatura normal. La fricción
dinámica sigue siendo un tema que se debate (capítulo 7). Los átomos
pueden actuar como buenos dientes de marcha. Los modelos moleculares son demostrados
para mecanismos incluyendo una marcha planetaria. Se plantean temas como trinquetes,
superficies deslizantes irregulares, interfaces adhesivos y otras estructuras
útiles. |
| Las
partes móviles en la escala atómica tienen bultos, pero el ruido
termal puede pasar por estos bultos (barreras de baja energía), implicando
cero fricción estática a una temperatura normal. La fricción
dinámica sigue siendo un tema que se debate (capítulo 7). Los átomos
pueden actuar como buenos dientes de marcha. Los modelos moleculares son demostrados
para mecanismos incluyendo una marcha planetaria. Se plantean temas como trinquetes,
superficies deslizantes irregulares, interfaces adhesivos y otras estructuras
útiles. |
| El
capítulo trata los aparatos para medir, los sistemas armónicos y
toroidales, fluidos, cierres, bombas, enfriamiento fractal (extrayendo 105 W de
1 cm3), y las electroestáticas (1017 W/m3 densidad de potencia a >99%
eficiencia). |
| Capítulo
12: Sistemas nanomecánicos de computación |
| Trata
las puertas lógicas mecánicas, registros, aleatorias lógicas,
lógica reversible y la transmisión de largo alcance de datos. Los
cálculos implican una viabilidad de 106-interlock 1-GHz CPUs (comparable
con 2000 microprocesadores) que ocupan <1 micrón cubico y utilizan 60
nW. (Esto es un límite inferior y presumiblemente podrá ser mejorado) |
| Capitulo
13: La clasificación, el procesamiento y el asemblaje (o ensambladores)
de moléculas |
| Describe
la clasificación de rotores para importar moléculas y purificar
el flujo de input; transportadores; sitios enlazantes; molinos moleculares para
mecanoquímica repetida (y generación de potencia); mecanismos de
encuentro condicional; un brazo de robot lo suficientemente tieso como para desarrollar
la mecanoquímica a temperatura ambiental con un alance de 100-nm. |
| Capítulo
14: Sistemas de Fabricación Molecular |
| Trata
temas relacionados con las cuestiones de diseño de fábrica sobre
la mesa: la unión de bloques a escala intermedia; el sistema de diseño
de la fábrica; el sistema de cáscara (shell) y reparto del
producto de las fábricas; la redundancia; cálculos sobre la productividad
(capaz de llegar a su peso en una hora). Esto será mucho mejor en muchos
sentidos que la fabricación convencional.También trata los conceptos
de lenguajes que describen formas y recopiladores de diseño. |
| Tercera
Parte: Estrategias de Implementación |
| Capítulo
15: Ingeniería macromolecular |
| Las
células implementan muchos mecanismos: struts, puntales, cojinetes, actuadores/motores
etc. El diseño biopolímero resulta más fácil que el
problema de doblar proteínas. La síntesis de soluciones podría
suponer el arranque de sistemas secos de nanotecnología molecular. El uso
de los microscopios de barrido por sonda (SPM) para la fabricación
y proyección de imagenes. |
| Capítulo
16: Vías hacia la Fabricación Molecular |
| Existen
muchas vías; se podría utilizar las cadenas al revés para
encontrar una vía viable. Se describen actuadores y manipuladores sencillos,
además de la manipulación molecular, sistemas intermedios de fase
de solución, y formas para reducir el tiempo de desarrollo. |
| Apéndice
A: Cuestiones de metodología en la Ciencia Teórica Aplicada |
| Incluso
con datos no completos se puede obtener números fiables y útiles
para hacer predicciones fiables. |
| Apéndice
B: Investigación relacionada |
| Muchos
campos alimentan el campo de nanotecnología molecular, pero hasta ahora
se han realizados pocos trabajos específicos. |
Nanosistemas
de Eric Drexler
