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Journal of Materials Education University of North Texas vsm@.uaemex.mx ISSN (Versión impresa): 0738-7989 MÉXICO 2004 Maw-Kuen Wu / Jyh-Chang Yang EL PROGRAMA NACIONAL DE NANOTECNOLOGÍA EN TAIWÁN Journal of Materials Education, año/vol. 26, número 1-2 Universidad Autónoma del Estado de México: University of North Texas Toluca, México pp. 165-170 mailto:vsm@.uaemex.mx http://www.redalyc.org/ Journal of Materials Education Vol. 26 (1-2): 165-170 (2004) EL PROGRAMA NACIONAL DE NANOTECNOLOGÍA EN TAIWÁN Maw-Kuen Wu1,2 y Jyh-Chang Yang 2,3 1Institute of Physics, Academia Sinica, 128 Academia Road, Sec. 2, Nankang, Taipei, Taiwan 2National Nanoscience and Nanotechnology Program, 106 Hoping East Road, Taipei, Taiwan 3Industrial Technology Research Institute, Chung-Hsin Road, Hsinchu, Taiwan RESUMEN La escala completa de seis años del Programa Nacional de Nanotecnología en Taiwán (NPNT) inició oficialmente el 1o de enero de 2003 con un presupuesto total de $ 680 millones de dólares para los siguientes seis años. Es claro que el programa nacional traerá común acuerdo del Ministerio de Educación, Ministerio de Asuntos Económicos, Consejo Nacional de Ciencias, Academia Sinica, y universidades, para diseñar la infraestructura para la nanotecnología y estimular el rápido crecimiento tecnológico. El programa NPNT de Taiwán ha tenido ya importantes impactos en muchos aspectos en Taiwán que abarcan a la educación, utilización industrial, investigación y desarrollo. La fuerza que mueve a la industria de Taiwán desde la orientación manufacturera hacia una perspectiva mas balanceada basada en investigación y desarrollo ciertamente tendrá un último impacto en Taiwán. Es indudable que la nanotecnología se ha convertido en la fuerza directriz más importante y crítica hacia la nueva ciencia y desarrollo tecnológico del siglo XXI. Los nuevos materiales, nuevos dispositivos, nuevas aplicaciones y nuevas herramientas de alta precisión desarrolladas con base en nanotecnología cubrirán un espectro total de las industrias de alta tecnología incluyendo maquinaria de precisión, médica, ingeniería genética, medioambiente, nuevas tecnologías energéticas, etc. Esta es la razón por la que tomamos la acción de implementar esta nueva iniciativa de C&T. Palabras clave: nanotecnología, Taiwán. ANTECEDENTES Taiwán, con su tecnología micro-electrónica avanzada, también ha iniciado un programa nacional de C&T ambicioso en nanotecnología. El programa nacional de seis años en nanotecnología de Taiwán (NPNT)1, con un presupuesto de $ 680 millones de dólares (usando para 34 NTD un dólar como cambio de tasa) se inauguró oficialmente el 1º de enero de 2003. La planeación de la organización completa se muestra en la Figura 1. Este programa nacional traerá común acuerdo del Ministerio de Educación, Ministerio de Asuntos Maw-Kuen Wu y Jyh-Chang Yang Journal of Materials Education Vol. 26 (1-2) 166 Económicos, Consejo Nacional de Ciencias, Academia Sinica, y universidades, para diseñar la infraestructura para nanotecnología con el fin de estimular el rápido crecimiento tecnológico, con la esperanza de mover a Taiwán de la tendencia manufacturera. Figura1. Concepto de Diseño del Programa Nacional de Nanotecnología en Taiwán Además, hay tres objetivos económicos que impulsan esta iniciativa de nanotecnología. Hay que (1) enriquecer la competitividad de las industrias nacionales, (2) mantener la posición de liderazgo en las industrias de alta tecnología, y (3) crear el sueño industrial del mañana. PROGRAMA NACIONAL DE NANOTECNOLOGÍA DE TAIWÁN Los principios organizados de la NPNT son (1) lograr la excelencia en investigación académica e incrementar las colaboraciones internacionales, y (2) integrar investigación académica de excelencia y “capacidad de comercialización rápida” de los institutos de investigación para crear un nuevo conocimiento basado en economía a través del único fenómeno del “Mundo Mesoscópico que genera oportunidades de mercado”. El fuerte respaldo para lograr los objetivos anteriores se ve en el establecimiento de programas de incubación de personal innovador y la fundación de una política de compartir la construcción de instalaciones centrales. Se identificó claramente en nuestras reuniones de planeación que la incubación de los recursos humanos sería el factor más importante que determine el éxito del programa de nanotecnología de Taiwán. El programa de excelencia académica hace énfasis en la integración disciplinaria en las áreas de nanomateriales, nanodetección y manipulación, dispositivos funcionales y nanobiotecnología. El alcance del programa se describe en la Figura 2. El énfasis en remover los límites disciplinarios es el principal objetivo del programa. Éste provee oportunidades para fomentar la integración de temas de investigación con las universidades, institutos de investigación y compañías de Taiwán. Estamos seguros que esta iniciativa pavimentará el camino para poner a los investigadores de Taiwán al frente de la investigación global de nanotecnología. El sub programa de utilización industrial dentro del programa de nanotecnología está diseñado para integrar a las industrias líderes e investigación académica relacionada, así como perseguir el objetivo de hacer a Taiwán uno de los líderes en aplicaciones industriales de nanotecnología mundial. Su alcance se muestra en la Figura 3. Para dar seguimiento a este objetivo, el financiamiento relacionado con este sub programa de utilización industrial es distribuido de acuerdo con la regla 20+/60/20-, la cual establece esencialmente que (1) 20% más de financiamiento apuntará hacia la nanotecnología con potencial de aplicación Excelencia académica Industrialización de Nanotecnología Establecimiento de Instalaciones Centrales Programas educativos El Programa Nacional de Nanotecnología en Taiwán Journal of Materials Education Vol. 26 (1-2) 167 Síntesis, simulación y predicciones de nanomateriales Manipulación y pruebas a nanoescala Funciones especiales de nanodispositivos, cableado, interface, diseño de sistema y manufactura MEMS/MEMS Nano-biotecnología •Material de área superficial alta •Nanopartícula, tubo, fibras, películas, ultrafinas y estructura super entramada •Materiales nanoestructurales y compositos •Volumen de nanomateriales Interfase de bio y no bio materiales •Autoensamblaje colaborativo de bio moléculas •Autoensamblaje de biomoléculas •Técnicas de exploración individuales y múltiplos •Exploración cerca de la manipulación y prueba de campo •Microscopio de alta resolución (<10nm) •Bases teóricas de prueba y manipulación •Electrón simple o pocos dispositivos electrónicos •Spintronics •Puntos quantum y alambres •Detección molecular •Nanoalambre y guía de onda Interfaces bio y no bio •Arreglo de ultra alta densidad (>1012 dispositivos/cm2) •Microdensores: presión, volumen de fluido, fuerza, temperatura, aceleración •Microactivadores: válvula, bomba, motor, revelador, PZT, etc. •Sistema de micro posicionamiento: plataforma de precisión PZT •Sistema de micro lubricación: compostura acrea, compostura Mag •Sistema de micro ensamble; micro robots, agarraderas, manipuladores •Microtribiología •Microlitografía Nano enmascarado, Lito campo •Sistema de manipulación y detección micro bio- molecular •Dispositivos y materiales bio y no bio. •Dispositivos de distribución de medicamentos Análisis teórico y simulaciones Física y química mesoscópica Figura 2. Alcance del Programa Académico de Excelencia Figura3. Alcance del programa de industrialización de nanotecnología.Tem as de Investigación Integración Interdisciplinaria Nano- material Nano-Detección y manipulación Dispositivos funcionales MEMS/NEMS Nano-Bio Investigación básica en estructuras y características de Nanofísica, química, biología Fundam entación •IC •Desplegar •Almacén de información •Comunicaciones •Paquetes electrónicos •Aplicaciones de energía •Fibra artificial •Plástico/caucho •Tinta/materiales de recubrimiento •Materiales de construcción •Catálisis li i d •Bio medicina •Bio Censores •Distribución de medicinas Nano Características Conocimiento dominante Materiales Electrónicos Maquinaria Nanobiotecnología Plataforma de Tecnologías (caracterización, modelado, manufactura) C am pos de aplicación innovadores T ecnología Maw-Kuen Wu y Jyh-Chang Yang Journal of Materials Education Vol. 26 (1-2) 168 comercial a corto plazo y las industrias tradicionales serán la atención principal de esta parte del financiamiento, (2) 60% de los recursos de C&T es para invertirlo en los campos tecnológicos que impactarán estratégicamente la futura competitividad de las industrias de Taiwán, y se ha establecido la guía básica para lograr “un orden de magnitud en la tasa de costo de desempeño” dentro de un margen de tiempo de cinco años, y (3) 20% de los recursos se concentrarán en estudios exploratorios para potenciales aplicaciones que estén fuera de diez años, para fomentar la colaboración entre los institutos de investigación académicos con la industria, así como dirigir grupos internacionales para fortalecer la fundación de la C&T en Taiwán. Hay crecientes demandas para más ingenieros, no sólo con experiencia en el entorno tradicional interdisciplinario, sino también en otras especialidades relacionadas. Este requerimiento de cruce disciplinario ha dejado una fuerte influencia en nuestro programa de formación de recursos humanos. Por consiguiente diseñamos un sub programa –establecimiento de Centros de instalaciones centrales– para fortalecer el programa educativo de los institutos académicos de Taiwán. Hay cinco Centros de Investigación de la NSC regionales establecidos bajo el programa nacional en un intento de generar una fuerte atracción a los académicos y estudiantes para participar en investigación y desarrollo en nanotecnología. El programa nacional ha otorgado a cada centro cerca de $1.5 millones de dólares anuales por tres años mínimo para instalar su propia infraestructura. Estos centros establecerán políticas que permitan a los usuarios operar el equipamiento por ellos mismos después de pasar el entrenamiento regular y los procesos de evaluación. También proveerán oportunidades para gente inexperta como profesores de ciencias y estudiantes de preparatoria para intentar tener experiencia en el uso de técnicas avanzadas necesarias en nanotecnología. Además de servir como centros principales de educación, estos centros también están establecidos para ser los puntos focales para facilitar la colaboración universidad industria. Es indudable que el éxito de este programa de instalaciones central será la base K-12 • Establecimiento de reuniones de estudio de Nanotecnología para maestros • Desarrollo del boletín electrónico K-12 en Nanotecnología • Mantener conferencias en Nanotecnología abiertas al público • Establecimiento de un sitio web de intercambio de información interna para el comité K-12 de Nanotecnología http://k12.nbm.ntu.edu.tw • Desarrollo de cinco antros k-12 de reclutamiento de personal Nanotecnología Regional Centro de Desarrollo de Personal • Establecimiento de cinco Centros Regionales de Desarrollo de Personal de Nanotecnología − Amplio aspecto de cursos de incubación de personal, enfocado a universidades y programas de posgrado − Asistencia industrial en Nanotecnología a las necesidades del personal a través de la formación con el trabajo (OJT) − Ayuda a proyectos K-12 − Publicación de libros Figura 4. Alcance del programa de formación de recursos humanos Establecimiento y apoyo al conjunto de Talento en Nanotecnología El Programa Nacional de Nanotecnología en Taiwán Journal of Materials Education Vol. 26 (1-2) 169 para un mejor programa educativo, y subsecuentemente una mayor garantía de éxito de la iniciativa de nanotecnología. Está bien reconocido que existen muchas nuevas y únicas características en materiales nano dimensionales. Los nanomateriales están generalmente densamente interconectados (sugiriendo el posible control simultáneo de muchos procesos diferentes); están distribuidos (el significado puede estar dondequiera), así se permite el control del proceso local. Los censores hechos de nanomateriales serán más sensibles (ya que usan moléculas para reconocer moléculas), y exhibirán nuevas propiedades debido a los efectos cuánticos; más interesante, la nanotecnología nos traerá nuevas estrategias que nos permitan aprender de manera natural. Hay diferencias básicas entre los desarrollos de nanotecnología de los de micro tecnología. El éxito de la micro tecnología está muy garantizado porque los materiales no exhiben ningún cambio de propiedad inquietante de macro escala a micro escala. Por otra parte, los cambios inquietantes en las propiedades se vuelven inevitables cuando el tamaño del material se reduce a nano dimensiones. No podremos seguir por mucho la estrategia convencional usada en el desarrollo de la micro tecnología para el desarrollo de la nanotecnología. Los temas críticos relacionados a los cambios inquietantes de las propiedades del material, los efectos interfaciales entre nanoestructuras, y el cambio de estado condensado a comportamiento molecular son retos que tenemos que abordar al entrar al mundo nano. Otros retos que tenemos que enfrentar incluye cómo hacer interconexiones entre nanoestructuras, la interfase de nanoestructura a microestructura, etc. Además, más excitante e importante, hay oportunidades tanto científicas como tecnológicas creadas por la nanotecnología. Nos estamos adentrando a un Nuevo reino del mundo físico, que es generalmente complejo, y que no por mucho puede ser descrito por descripciones teóricas existentes, que normalmente aplica a sistemas en equilibrio termodinámico. Por consiguiente, necesitamos nuevas ideas, nuevas herramientas y nuevas metodologías para entender completamente el nano mundo. Esto significa que el éxito de la nanotecnología se basará fuertemente en métodos innovativos y nuevos conceptos. Consecuentemente, tenemos que rediseñar nuestro sistema educativo, incluyendo el currículo, y nuevos materiales de enseñanza para hacer frente a los nuevos retos. NOTAS CONCLUYENTES Esta es la razón de que hayamos diseñado un muy ambicioso y de largo plazo programa de incubación de recursos humanos dentro del NPNT. Este programa tiene como fin la implementación de un programa de formación de amplio espectro de nanotecnología que incluye un rango en edades de grupos desde pre-escolar hasta adultos. El pensamiento fundamental es que no se espera que muchas de las aplicaciones de la nanotecnología estén listas por al menos diez años. Es entonces esencial asegurar que el entendimiento básico de la nanotecnología esté bien plantado desde el inicio. También hemos implementado programas para hacer conciencia de la nanotecnología en el público en general. El nuevo programa, ciertamente, tendrá un fuerte impacto en el currículo que se está estableciendo a lo largo de todos los niveles educativos de Taiwán. Es claro que la fuerza impelente detrás de nuestra iniciativa nacional en nanotecnología es desarrollar el conocimiento necesario para convertir exitosamente el único rasgo de nanomateriales a tecnologías aplicables y provechosas. Al tiempo en que la industrialización de nanotecnología esté en la era germinal, el enfoque más importante para nosotros es establecer lainfraestructura necesaria tanto para el desarrollo de tecnologías avanzadas como para la tecnología para la producción a gran escala, y demostrar el potencial de las aplicaciones de la nanotecnología. Así, nuestro programa nacional particularmente se enfatiza en actividades de innovación, así que realzaremos sustancialmente nuestro valor intangible, incluyendo la formación de talentos humanos, y Maw-Kuen Wu y Jyh-Chang Yang Journal of Materials Education Vol. 26 (1-2) 170 los derechos de propiedad intelectual. Estos valores son la convicción para que nosotros seamos más competitivos en la futura competencia internacional basada en la nanotecnología. Nos desenvolvemos gradualmente de una manera natural por los avances de la nanotecnología. Ciertamente deseamos usar esto como una base para explorar más las nuevas y excitantes características del nano mundo. Entretanto, podemos acelerar nuestra integración de la investigación básica con investigación aplicada, y luego combinar esfuerzos de las industrias para crear nuevas oportunidades emprendedoras. Estamos ciertos de que todos estos esfuerzos, el completo florecimiento de la nanotecnología, Taiwán se convertirá no sólo en el principal productor de nano productos, sino en el propietario (y creador) de nano productos innovadores. RECONOCIMIENTOS El autor agradece a muchos colegas de la oficina del Programa Nacional de Nanotecnología por la preparación de este ensayo, y se reconoce el apoyo financiero del Consejo Nacional de Ciencias de Taiwán. REFERENCIAS 1. Programa Nacional de Nanotecnología, Taiwán, ROC (en Chino) (2002), Consejo Nacional de Ciencias, Taipei, Taiwán, ROC; también el sitio web http://nano- taiwan.sinica.edu.tw
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