robotica_cap10

Robtica J. A. M. Felippe de Souza

10. - Nanorobtica

Nanotecnologia. Nanorobtica. Nanomedicina.

(incompleto)

J. A. M. Felippe de Souza 10. - Nano robtica

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Nanorobtica Nanotecnologia. O termo nanotecnologia, formado pelo prefixo nano (do grego ano) que equivale a um bilionsimo (10-9) de alguma coisa, mais a palavra tec-nologia, indica a utilizao da tecnologia em escala nanomtrica, ou a nanoescala. Um nanmetro equivale a um bilionsimo do metro

1nm = 0,000000001m = 10-9 m, e corresponde a um ponto especial na escala natural de comprimentos, pois nessa dimenso que os menores dispositivos construdos pelo homem comeam a se comparar com o tamanho de tomos e molculas criados pela natureza. Para se ter uma ideia da ordem de grandeza dessas estruturas, um nan-metro igual a 10-9 metros; os tomos so cerca de 1/10.000 do tamanho de uma bactria, e uma bactria 1/10.000 do tamanho de um mosquito! Nessa escala a matria pode mudar as suas propriedades fsicas e qumi-cas, como por exemplo a cor, a condutividade elctrica e a resistncia. Nesta perspectiva se mistura o limite entre o vivo e o no-vivo: tudo feito de tomos. a desapario do intervalo, da distncia entre o inanimado e o animal, entre o vivo e o no-vivo. Seria, vamos dizer assim, o trmino do vitalismo, pois at certo tempo atrs se acreditava que havia uma diferena de essncia, de natureza, entre o ser vivo e o no-vivo. Como se o primeiro tivesse algo a mais, uma anima, alma, substncia, fora vital que o distinguia dos demais seres inanimados. Tal distino teve variadas inflexes ao longo da histria. Os seres vivos no se distinguem substancialmente, ou seja, por sua constituio, por aquilo de que so feitos, dos seres no-vivos. No h nos primeiros nenhuma matria a mais, nenhuma matria distinta daquela que constitui os no-vivos. Na verdade, tudo o que existe aqui poeira de estrelas.


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O Prof. Feynman estabeleceu uma das pedras fundamentais para o advento da nanotecnologia.

Fig. 1 - Prof. Richard Feynman (1918 - 1988).

O Prof. Richard Feynman (1918 - 1988) nascido em Nova Iorque foi um dos mais influentes fsicos americanos do sculo XX. Prof. Feynman ganhou muitos prmios na sua vida, entre eles: o prmio Albert Einstein (1954), o prmio Lawrence (1962) e o Prmio Nobel de Fsica de 1965 pelo seu trabalho em electrodinmica quntica. O Prof. Feynman estudou no MIT (Massachusetts Institute of Technology) e depois se doutorou na Universidade de Princeton. Como professor trabalhou nas Universidades de Princeton, de Cornell e no Instituto de Tecnologia da Califrnia (California Institute of Technology).

Fig. 2 - Alguns livros do Prof. Feynman.


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Ele escreveu vrios livros e fez muitas palestras e seminrios que popula-rizaram a cincia da Fsica. Em 1959, o Prof. Feynman disse, atravs de palestras e do texto There's Plenty of Room at the Bottom: "Os princpios da Fsica, como eu os entendo, no negam a possibilidade de manipular as coisas tomo por tomo. Os problemas da qumica e da biologia poderiam evitar-se se desenvol-vermos a nossa habilidade para ver o que estamos fazendo, para ento fazermos coisas ao nvel atmico".

De facto, para dar uma imagem mais concreta, Feynman apresentou o seguinte exemplo: utilizando-se um crculo de uma superfcie de 1000 tomos por ponto de impresso, seria possvel imprimir todas as pginas da Enciclopdia Britnica sobre a cabea de um alfinete.

H He Li Be C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Ti Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Th Pa U

Fig. 3 - A tabela peridica dos elementos qumicos foi criada pelo qumico russo Dmitri Ivanovich Mendeleyev e publicada em 1869 em seu livro Princpios da Qu-mica.

Os tomos cujos smbolos esto em vermelho na tabela peridica da Fig. 3 so aqueles cuja importncia prevista para as concepes em nanotecno-logia maior: Hidrognio (H), Carbono (C), Azoto ou Nitrognio (N), Oxi-gnio (O), Flor (F), Silcio (Si), Fsforo (P), Enxofre (S) e Cloro (Cl). Os outros elementos podem tambm vir a ser utilizados mas com menor frequncia.


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Nanorobtica. Em 1986 um estudante do MIT (Massachusetts Institute of Technology), Eric Drexler (1955 - ), insinuou a possibilidade de criar sistemas de enge-nharia a nvel molecular. Eric Drexler publicou em um livro com o ttulo de "Os motores da criao" (Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology), considerado como um clssico de este novo mundo.

Fig. 4 - Eric Drexler e seu livro Engines of Creation.

A nanotecnologia fala de mquinas pequenas ao extremo do invisvel, nanorobs, capazes de construir edifcios, deter enfermidades, produzir alimentos e a combater nas guerras. Drexler diz: Tudo tem a ver, com a forma como esto ordenados os to-mos. Carbono e diamantes, areia e os processadores de computadores, cancro e tecido so: atravs da histria, as variaes na ordem dos tomos tm diferenciado o barato do caro, o sadio do enfermo. Em outro livro intitulado Nanosystems (Nanosistemas), Drexler analisa, entre outros, os problemas ligados agitao trmica dos tomos. O calor no outra coisa seno a vibrao mais ou menos forte dos to-mos. Quanto maior o calor, mais intensamente vibram os tomos. Podemos, portanto, acreditar que um aparelho feito de alguns tomos liga-dos entre si, como o eixo mencionado anteriormente, no quebra, ou fun-ciona mal, temperatura ambiente. Drexler, seguido por outros pesquisadores, calculou, portanto, as foras que se exercem em tais sistemas.


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De facto, os programas computacionais para criao de molculas foram muito melhorados com esse objectivo, e permitem simular as interaces entre os tomos, a estabilidade da estrutura, etc. Seria possvel se fabricar assim auto estradas ou televisores. Tambm seria possvel eliminar a contaminao do ambiente com micro-mquinas projectadas para absorv-las, e criar alimento, carros que podem mudar de forma, processos automticos de limpeza de corporal, drogas artificiais, livros, etc. Os nanorobs seria capaz de reparar tubulaes e, naturalmente, gerar uma nova fronteira de aplicaes mdicas, incluindo a regenerao de tecidos do corpo humano. Uma equipa de investigadores da Universidade de Nova Iorque deu um passo importante para a construo de uma mquina controlvel mais robusta de ADN, o material gentico de todos organismos vivos. Construdo de molculas sintticas de ADN, o dispositivo melhora outros previamente desenvolvidos de ADN em nano escala porque permite um movimento melhor controlado dentro de molculas maiores de ADN. Os investigadores dizem que esse novo artifcio pode ajudar construir a fundao para o desenvolvimento de mquinas sofisticadas numa escala molecular, finalmente desenvolvendo-se ao desenvolvimento de nanoau-tmatos que pode algum dia construir novas molculas, circuitos de com-putador ou lutar contra doenas infecciosas. Muitas empresas j entraram neste mercado da nanotecnologia, como por exemplo: a Dupont, IBM, Hewlett-Packard, Toyota, Mitsubishi, L'Oral, BASF, etc. Os nanorobs a serem criados por estas companhias sero mquinas pequenas ao extremo do invisvel. Pela Fig. 5 podemos imaginar como seria uma mquina muito menor que o nosso dedo. Mas estas ainda so grandes para o que a Nanorobtica pretende atingir.

Fig. 5 - Mquinas pequenas ao extremo do invisvel.


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O objectivo que o tamanho dos nanorobs devero se comparar com o tamanho de tomos e molculas, ou seja da ordem de grandeza de 10-9 metros. Da se origina o nome de nano, conforme explicado no incio do captulo. Nanomedicina. A nanomedicina e os nanorobs so uma alternativa de tratamento e diag-nstico que ser realidade dentro de 10 a 15 anos. Considere inicialmente o seguinte exemplo: imagine dispositivos minscu-los (Fig. 6), que sero na realidade nanosensores, para o controlo do estado da sade pela tele transmisso.

Fig. 6 - Dispositivo para a proteco da sade de uma pessoa. Controlo do estado da

sade pela tele transmisso. Esses dispositivos podero estar localizados nos culos, numa pulseira, nos brincos ou num colar. Eles captaro os sinais de interesse fisio-patolgicos da pessoa e transmi-tiro telematicamente para um Centro Mdico. Com a observao do comportamento destes dados o computador do Centro Mdico analisar continuamente o estado de sade da pessoa emitindo um diagnstico permanente no invasivo e em tempo real. Outro exemplo: nanorobs hipotticos que examinaro e limparo a superfcie de um dente (Fig. 7).


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Fig. 7 - Trs nanorobs hipotticos examinam e limpam a superfcie de um dente.

Mas estes exemplos so de mquinas (robs) que embora pequenos comparados com os robs o que temos hoje em dia, so ainda grandes para o que a Nanorobtica pretende atingir. Os exemplos acima nem deveriam ser chamados de nanorobs pois no tm ainda a ordem de grandeza de 10-9 metros. Um nanorob ter propores microscpicas, com tamanho seis vezes menor que um glbulo vermelho, isto , robs de dimenses comparveis a de bactrias. Acredita-se que Nanorobtica ser em breve possvel devido aos avanos em nanotecnologia e nanosistemas, ou seja, de reas como:


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o a electrnica em escala molecular que permite o desenvolvimento de sensores e motores accionadores em nanoescala;

o os nanoprocessadores; o a computao bio-molecular que permite o processamento de tare-

fas lgicas por bio-computadores; o os bio-sensores; e o os nano dispositivos cinticos que permitiro locomoo dos

nanorobs.

Fig. 8 - Nanorob hipottico acelerador de neurnios para tratamento de Mongolismo.

Fig. 9 - Nanorob na corrente sangunea.


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Alguns exemplos de uso de nanorobs:

o nanorobs capazes de penetrar no corpo humano para combater infeces;

o nanorobs capazes de destruir vrus e bactrias; o nanorobs capazes de desobstruir artrias; o nanorobs capazes de destruir clulas cancergenas; o nanorobs capazes de libertar medicamentos onde eles so necess-

rios, ou seja, disponibilizar drogas e frmacos ao nvel de clulas; o nanorobs capazes de alterar o cdigo gentico para impedir doenas

genticas. A associao da nanotecnologia com o mapeamento do genoma humano (cdigo gentico) dever resultar em enormes progressos na rea. Mas a Nanorobtica tambm permitir a criao de organismos (nano robs) capazes de combater a poluio de maneira mais eficaz. Mas acima de tudo os nanorobs tero mltiplas aplicaes realizando cirurgias minimamente invasivas.

Fig. 10 - Nanorobs mdicos navegando na corrente sangunea.


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Por exemplo: a Universidade de Telavive, em Israel, desenvolve nanoro-bs para a resoluo de problemas cardiovasculares. Os nanorobs actuaro dentro dos vasos sanguneos que circundam o corao fazendo o desentupimento de artrias, substituindo processos cirrgicos. Esses nanorobs sero injectados na corrente sangunea atravs de uma agulha. Estes nanorobs cirurgies podero operar de forma autnoma, pr-pro-gramados para a tarefa ou ento tele operados por um mdico cirurgio. Um outro exemplo: o Instituto de Produo Molecular, da Califrnia, nos EUA trabalha na construo de nanorobs aplicados ao combate de dia-betes. Esses nanorobs sero guiados at a medula ssea, capturaro clulas tronco e as levaro at o pncreas, rgo responsvel pela produo de insulina no corpo humano.

Fig. 11 - Nanorob cirurgio cuidadosamente remove um cogulo de sangue de uma

veia obstruda.


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Fig. 12 - Nanorobs com a misso de caar vrus.

Fig. 13 - Nanorobs numa delicada cirurgia para remover um tumor canceroso.

Enquanto um nanorob injecta toxina, outro nanorob corta fundo o tumor e um terceiro nanorob com uma cmara manda as imagens de vdeo da cena para o cirurgio e toda equipa mdica.


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Fig. 14 - Nanorob aproxima-se de uma

clula doente cancerosa e eli-mina-a.

Fig. 15 - Nanorob operando em uma

cirurgia a nvel de clula.

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