O que é nanotecnologia - exemplos, aplicações e riscos futuros

Tudo de natureza física - seres humanos, plantas, minerais, ar - é composto de combinações de átomos e moléculas unidas por forma ou carga eletrônica. A manipulação de átomos em escala nanométrica permitiria teoricamente que os humanos reproduzissem de tudo, de diamantes a alimentos.

Embora os benefícios de tal tecnologia sejam praticamente incontáveis, criou uma preocupação considerável entre alguns que a manipulação molecular pode trazer inconscientemente mais problemas do que soluções - até e incluindo a extinção humana. Organizações como os Amigos da Terra da Austrália, os indivíduos que cuidam da selvageria no México e a Associação de consumidores orgânicos nos Estados Unidos se opõem ativamente a qualquer desenvolvimento adicional de projetos em escala nanométrica.

O que é "Escala" e Por que é Importante?

Nanotecnologia é a ciência que lida com a manipulação da matéria em escala atômica, molecular e supramolecular - em outras palavras, muito menor do que o que o olho nu pode ver. Cada nanômetro é um bilionésimo de metro - aproximadamente o comprimento que uma unha cresce em um segundo. Para colocar isso em perspectiva, um cabelo humano tem aproximadamente 80.000 a 100.000 nanômetros de largura, um glóbulo vermelho tem 2.500 nanômetros e uma fita de DNA humano tem 2,5 nanômetros de diâmetro..

Somente através do desenvolvimento de instrumentos de precisão extraordinários, como o microscópio de tunelamento de varredura e o microscópio de força atômica, é que a nanotecnologia se tornou possível. Sua promessa e risco surgem de nossa crescente compreensão da física quântica, que lida com objetos ultra-pequenos. Surpreendentemente, o comportamento de substâncias em nanoescala é frequentemente contrário a suas propriedades em uma escala maior.

Por exemplo, substâncias a granel que não podem carregar carga elétrica - isoladores - podem se tornar semicondutores em um nível nano, assim como os pontos de fusão e outras propriedades físicas podem mudar. Uma Coca-Cola de alumínio pode se transformar em pó de 20 a 30 nanômetros e pode inflamar-se espontaneamente no ar - uma propriedade que a torna um catalisador de combustível de foguete. Da mesma forma, um diamante e a grafite em um lápis são feitos de carbono, mas eles têm propriedades muito diferentes devido à maneira como os átomos de carbono se ligam.

Nano-Terminologia

À medida que a ciência se expandiu no campo "nano", o mesmo ocorreu com a terminologia. Aqui estão algumas definições básicas:

Nanotecnologia: Qualquer tecnologia, incluindo processos industriais e químicos tradicionais, que envolva estruturas entre cem e cem nanômetros, com novas propriedades. Revestimentos de nanotecnologia já estão sendo usados para fazer roupas com fibras resistentes a manchas e loções de protetor solar de alto desempenho, por exemplo.
Nanofábricas: Em nanoescala, todo método de fabricação é simplesmente um método para organizar átomos. Também chamadas de "montadores moleculares", as nanofábricas são pequenas unidades de fabricação de sistemas fechados que manobram, combinam e manipulam moléculas reativas para construir estruturas físicas e biológicas complexas - de minerais a órgãos e ossos humanos. Uma única célula humana é o exemplo perfeito de uma unidade de fabricação molecular biológica, ou nanofábrica, que lê material genético digital (DNA) para orientar o processo de combinação. John Burch, do Foresight Institute, prevê que as aplicações de engenharia e fabricação molecular biológica devem expandir e evoluir rapidamente em meados do século XXI.
Nanobots: Estes são produtos de nanofábricas, mas não se espera que sejam auto-replicantes ou direcionados. Nanobots caem na interseção de nanotecnologia e robótica e são mais ficção científica do que ciência, neste momento. No entanto, existem certamente possibilidades intrigantes para seu uso, especialmente dentro dos corpos humanos. Alguns futuristas projetam que os nanobots podem um dia ser capazes de viajar pela corrente sanguínea em busca e tratamento de células doentes específicas. Um exemplo pode ser um nanobot que apenas ataca e destrói cânceres de um tipo específico.

Usos atuais e futuros da nanotecnologia

Segundo a Sociedade de Toxicologia, os avanços na nanotecnologia já estão produzindo uma variedade de novos materiais. Eles também estão adaptando materiais antigos, como o carbono, dando a eles "grande potencial para melhorar produtos industriais e de consumo, atender necessidades críticas de energia, aprimorar sistemas de segurança e melhorar o campo médico".

Nanotubos de carbono - imagine uma folha de átomos de carbono enrolados - agora aparecem em produtos de consumo, como raquetes de tênis e tacos de golfe. Eles exibem 200 vezes a resistência e cinco vezes a elasticidade do aço, cinco vezes a condutividade elétrica do cobre e metade da densidade do alumínio. Além disso, eles não enferrujam, degradam da radiação ou expandem ou contraem com a mudança de temperatura. Nesse sentido, o apelo de sua aplicação em produtos como automóveis e aviões se torna bastante óbvio.

O Projeto de Nanotecnologias Emergentes da Virginia Tech lista mais de 1.790 produtos de consumo existentes que são nano-habilitados, incluindo lençóis de algodão, desengordurantes, tacos de golfe, tintas e cosméticos. Alguns cientistas até previram que as células solares podem eventualmente ser desenvolvidas com tanta durabilidade e com um custo tão baixo que permita seu uso em coberturas, calçadas e estradas - abrindo caminho para um fornecimento de energia não poluente, abundante e barato.

Exemplos específicos de produtos existentes usando nanotecnologia incluem o seguinte:

O sistema MineralWater da Seldon Technologies é um dispositivo de filtragem de nanotubos de carbono que remove patógenos e contaminantes como vírus, bactérias, cistos e esporos para fornecer água potável que excede o padrão de água potável da USEPA.
A tinta de nanotubo de carbono da Linde Electronics é para monitores, sensores e dispositivos eletrônicos, como um smartphone com uma tela de enrolar ou um dispositivo GPS transparente embutido no pára-brisa de um carro.
Os produtos de filtro solar que incluem nanopartículas de dióxido de titânio ou óxido de zinco refletem ou absorvem a luz ultravioleta que causa câncer. Estes produtos são invisíveis e duradouros, e têm menos irritantes e alérgenos do que os protetores solares tradicionais.
Muitas ataduras sem receita agora contêm nanopartículas de prata que evitam infecções em torno de cortes e abrasões, misturando efetivamente a pomada antibiótica com a atadura.
Líquidos antibacterianos para piscinas. Eles são mais eficazes no combate a bactérias nocivas e, ao mesmo tempo, reduzem a exposição dos nadadores aos produtos químicos agressivos de produtos anteriores.

Conforme projetado pelo Foresight Institute, os benefícios diários de uma maior disponibilidade de nanofábricas incluiriam o seguinte:

Nanorobôs médicos que curam doenças e envelhecimento reverso. Robert Freitas, pesquisador sênior do Institute for Molecular Manufacturing, projeta em sua Nanomedicine Book Series um futuro em que nanorrobôs médicos são introduzidos no corpo humano para realizar cirurgias celulares e microscópicas, reparar lesões específicas e patrulhar o corpo para identificar e resistir a doenças . No site do Instituto de Ética e Tecnologias Emergentes, Burch descreveu um cenário em que uma pílula ingerida forneceria materiais moleculares com instruções para os nanobots formarem novos neurônios para substituir células cerebrais danificadas ou moribundas. Essas novas células cerebrais processariam informações muito mais rapidamente que um cérebro biológico, assim como um membro artificial pode ser mais forte que um braço ou perna humana.
Custo reduzido de produtos manufaturados. Os custos básicos cairão para o valor de matérias-primas como carbono, nitrogênio e oxigênio e a energia necessária para operar as nanofábricas. Imagine um automóvel construído com fibras de carbono e criado em nanofábricas - ao invés de materiais que exigem mineração, processamento e configuração. Teoricamente, praticamente qualquer material ou objeto pode ser montado de baixo para cima por uma combinação de nanofábricas. Resultados em larga escala ocorrem quando processos simultâneos e sinérgicos em nanoescala são combinados. Eric Drexler, um engenheiro americano conhecido por popularizar a nanotecnologia, prevê um futuro de fábricas de mesa que fabricam produtos grandes e úteis, semelhantes ao “replicador” da fama de “Star Trek”. De fato, em junho de 2014, o Instituto de Ciências da Saúde da Nestlé anunciou um novo projeto que pode eventualmente levar a uma "máquina de cozinha que pode criar suplementos personalizados - ou até alimentos".
Desenvolvimento de Inteligência Geral Artificial (AGI). Segundo o Foresight Institute, as nanofábricas incluirão sistemas de máquinas para trabalhos técnicos e de engenharia que, por sua vez, fabricarão computadores milhares de vezes mais potentes e baratos do que os atuais. À medida que as máquinas aprendem e transferem conhecimento de um aplicativo ou ambiente para outro, rápidos avanços se tornam prováveis. No entanto, há algumas dúvidas sobre a rapidez com que a AGI pode ser alcançada. Desde 1990, um prêmio de US $ 100.000 está disponível para qualquer pessoa cuja máquina possa enganar juízes independentes, achando que ela é humana enquanto se envolve em conversas de forma livre. O prêmio ainda não foi concedido.
Eliminação da poluição química industrial. Como todos os átomos do estoque de alimentos orgânicos são usados no produto final ou direcionados para o lixo adequadamente embalado, nenhum átomo poluidor é liberado no ambiente. Por exemplo, o carvão natural produz poluentes como dióxido de enxofre, óxidos de nitrogênio, partículas físicas transportadas pelo ar e mercúrio quando queimado. Construir um combustível artificial que elimine subprodutos ou os converta em formas não prejudiciais seria mais saudável e menos dispendioso.

Os perigos e riscos da nanotecnologia

Até mesmo os defensores da nanotecnologia, como Burch e Drexler, reconhecem seu potencial de prejudicar e possivelmente aniquilar a raça humana se a tecnologia for descontrolada ou mal direcionada. Esses efeitos potencialmente prejudiciais incluem o seguinte:

Superpopulação. A taxa de mortalidade em humanos acima de 80 anos diminuiu cerca de 1,5% ao ano desde os anos 1960. Robert Freitas Jr. sugere que os avanços na nanotecnologia eliminarão todas as doenças genéticas e retardarão o envelhecimento, "aumentando a saúde humana em pelo menos dez vezes". Se o aumento da longevidade não reduzir o nascimento, a raça humana se expandirá exponencialmente, exacerbando as tensões sociais e potencialmente esgotando os recursos..
Aumento do crime e do terrorismo. As armas químicas e biológicas podem se tornar mais mortais e mais fáceis de ocultar ou rastrear, principalmente se estiverem disponíveis no mercado negro ou se puderem ser construídas em uma fábrica doméstica. Nanofábricas teoricamente poderiam produzir uma arma antipessoal inteligente do tamanho de um inseto capaz de transportar uma dose letal de botulismo. O número dessas armas capazes de matar todos os seres humanos do planeta poderia ser empacotado em uma única mala.
Disparidade entre Haves e quem não tem. É provável que os desenvolvimentos da nanotecnologia sejam inicialmente caros e, consequentemente, protegidos por camadas de patentes, leis e barreiras anticoncorrenciais. Consequentemente, é provável que os benefícios de custos mais baixos sejam limitados aos proprietários da tecnologia. A disparidade da pobreza e da renda poderia se tornar mais exagerada, gerando agitação social.
Conflitos sobre crenças religiosas e estilos de vida. Em todo o mundo, os produtos são proibidos ou restritos com base em princípios religiosos ou morais não necessariamente compartilhados pela maioria. Exemplos incluem armas na Grã-Bretanha, álcool em sociedades muçulmanas e drogas recreativas em vários países. A capacidade de produzir produtos proibidos em nanofábricas pessoais pode causar perturbações nessas sociedades.
Aparência de “Grey Goo." Alguns cientistas estão preocupados com o fato de as nanofábricas auto-replicantes ficarem descontroladas, consumindo a biosfera em um esforço frenético para fazer cópias ilimitadas de si mesmas. Assim como o comportamento anti-social é irresistível para uma certa porcentagem da população - como evidenciado pelo número de vírus de computador existentes - pessoas e grupos irresponsáveis provavelmente produzem nanofábricas auto-replicantes, aumentando assim a possibilidade de desastres.

Palavra final

Steve Jurvetson, diretor-gerente da empresa de capital de risco Draper Fisher Jurvetson, afirma que o futuro da nanotecnologia não é uma questão de "se", mas "quando". Josh Wolfe, co-fundador da Lux Capital e editor do Forbes / Wolfe Nanotech Report concorda, dizendo que tudo - roupas, alimentos, carros, moradia, remédios, dispositivos de comunicação, o ar que respiramos e a água que bebemos - sofrerá " mudança profunda e fundamental. E, como resultado, o mesmo acontecerá com a estrutura socioeconômica do mundo. ”

A nanotecnologia será a "pedra filosofal" capaz de realizar todos os desejos, ou a abertura da caixa de Pandora, provocando dificuldades e horrores inimagináveis na vida humana como a conhecemos??