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terça-feira, 22 de novembro de 2016

Quando menor, melhor - Nanotecnologia


Quando menor, melhor - Nanotecnologia


Que tudo é feito de átomos você já deve saber. Agora você vai conhecer como os cientistas manipulam essas partículas e constroem objetos a partir delas. 


Se derem certo as previsões do cientista americano Eric Drexler, no ano 2010 já existirão as ferramentas para erradicar a fome, retardar o envelhecimento, curar doenças e resolver o problema da pobreza no mundo. Tudo isso por meio de técnicas microscópicas que permitirão mover os átomos de um lugar para outro como se fossem tijolos num canteiro de obras. Ele estima que em menos de quinze anos será possível construir minúsculos robozinhos capazes de brincar com as moléculas. Essa tecnologia vai permitir que tudo seja matéria-prima para qualquer coisa.  

Em 1959, o prêmio Nobel de Física Richard Feynman (1918-1988) já havia afirmado que manipular átomos era possível. O que então parecia uma previsão sem pé nem cabeça hoje vai ganhando consistência. Essa é a tecnologia do amanhã. Uma palavra grande para a construção das coisas ultramiúdas: nanotecnologia. 

Acima, a imagem de um anel de 48 átomos de ferro, sobre 
uma superfície de cobre. A foto maior mostra um detalhe ampliado do anel

  

Brincando de reorganizar a natureza 

01-Nesta imagem ampliada cerca de 2 milhões de vezes, 
a palavra IBM escrita em átomos de xenônio.

02- Átomos de ferro sobre superfície de cobre formam a 
palavra "átomo" em caracteres japoneses.



Em 1990, o mundo pôde ver o logotipo da IBM desenhado com 35 átomos de xenônio. Dois cientistas do Centro de Pesquisa Almaden da IBM, em San José, Califórnia, arrastaram os átomos em uma superfície de níquel. Átomo por átomo, eles foram montando cada letra. Sem nenhuma finalidade científica a não ser a de mostrar aos céticos que manipular átomos era viável, as três letras iniciaram uma cadeia de experimentos parecidos (veja fotos nesta página). Uma profecia começava a dar certo. 
Kim Eric Drexler, engenheiro formado no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT, na sigla em inglês), pensava com mais ousadia. Para ele, principal defensor atual da nanotecnologia, é possível produzir objetos a partir das moléculas. Como seriam feitos esses objetos? Reorganizando os átomos um a um, de forma exata, nos lugares certos, até formar coisas de grande escala. O trabalho seria feito por máquinas minúsculas, pequenos robôs batizados de "montadores".  
Brincando de recriar a natureza, Drexler prevê, entre outras coisas mirabolantes,  a invenção de uma máquina de fabricar carne. Graças à nanotecnologia, qualquer objeto pode servir como matéria-prima para um bife suculento: basta reorganizar os átomos na seqüência certa. Também será possível construir um avião que pese cinqüenta vezes menos que os aviões que conhecemos hoje, sem perder resistência. A primeira conseqüência do mundo da nanotecnologia, diz Drexler, é que não haverá poluição do ambiente, porque todo lixo industrial ou material abandonado será reciclado.  


Os robôs que circularão no seu sangue
Imagine um exército de mi-núsculos robôs percorrendo o seu corpo, o seu sangue e o seu cérebro, fazendo reparos de todo tipo. É esse o objetivo mais ambicioso da nanotecnologia: revolucionar o conceito de Me-dicina. "A Medicina irá se transformar em uma questão de software", garante Drexler.  

Segundo suas previsões, um tumor canceroso poderá ser detectado e eliminado logo no início. A anemia falciforme, doença pavorosa resultante de um único aminoácido fora de lugar, poderá ser curada recolocando as moléculas nas suas devidas posições. O envelhecimento, causado pela perda e má localização das moléculas, poderá ser retardado. Isso tudo operando na escala do átomo, que possui um décimo de na-nômetro de comprimento. O nanômetro - unidade de medida que dá nome à nanotecnologia - equivale a 1 milionésimo de milímetro.  

O primeiro instrumento fei-to para manipular átomos foi o microscópio de varredura por tunelamento, o STM (Scanning Tunneling Microscope). A primeira versão desse microscópio surgiu em 1982, na IBM de Zurique, e rendeu aos físicos Heinrich Rohrer e Gerd Binning o prêmio Nobel, em 1986.  

O STM opera com base no "efeito túnel", que é um conceito originário da mecânica quântica. Quando duas amostras de matéria são colocadas uma perto da outra, alguns elétrons atravessam a separação entre elas. Os elétrons desgarrados enviam mensagens a partir das quais é possível construir uma imagem do objeto. É isso o que o STM faz, graças a uma agulha extremamente fina que percorre uma superfície e monitora os elétrons que passam entre a superfície e a agulha.  A partir dessa invenção, surgiram outras que também permitem a projeção da imagem do átomo. Esses aparelhos não conseguem, de fato, "enxergá-lo". Chamam-se microscópios porque ainda não apareceu palavra melhor para designá-los. Um dos mais recentes e inovadores é o SIAM (Scanning Interferometric Apertureless Microscope), lançado em 1996 pelo cientista suíço Frédéric Zenhaussen, da IBM. O SIAM usa uma técnica que lembra a holografia. O objeto não é observado diretamente. É a analise dos raios luminosos que permite a "reconstrução" da imagem.  

No ponto final do texto que você acabou de ler, caberiam 200 000 objetos de 1 nanômetro de comprimento ou 10 bilhões de objetos de 1 nanômetro de diâmetro. Um nanômetro equivale a 1 milionésimo de milímetro. 



Menor que um amendoim

O minihelicóptero e o motor (na ponta do dedo) que o faz voar


Cientistas alemães constroem um helicóptero de 2,4 cm.
O casal de cientistas alemães Wolfgang e Ursula Ehrfeld, do Instituto de Microtecnologia de Mainz, projetou e construiu recentemente um helicóptero menor do que um amendoim. Ele mede 2,4 cm de comprimento por 0,8 cm de altura, pesa meio grama e voa de verdade, até um palmo acima do chão. "É a prova de que é possível construir micromotores de alto desempenho", afirmou Wolfgang. O micromotor aciona hélices de papel que funcionam a 1 600 rotações por segundo. Ele é grande demais para a escala infinitamente pequena da  nanotecnologia, mas mostra o grau avançado das pesquisas. 



A ciranda dos átomos

Este motor será usado em nanohélices e nanomotores.
  

A engrenagem composta por 3 557 átomos individuais funciona como um pequeno motorzinho. Foi a primeiro aparelho construído átomo por átomo. 

A engrenagem pronta e as as partes separadas no desenho acima.


A MANDALA da Nanotecnologia - Química - Física - Engenharia 
- Informática - Biologia - Medicina



C=461.184


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