Capítulo 1 : Nanorobótica
A robótica nanoide, ou forma abreviada, nanorobótica, também conhecida como nanobots, é um campo tecnológico emergente que cria máquinas ou robôs cujos componentes estão na escala de um nanômetro ou perto dela (10 a 9 metros).
As nanomáquinas encontram-se, na sua maioria, ainda em fase de investigação e desenvolvimento. Uma possível utilização das nanomáquinas é a deteção e monitorização de concentrações químicas nocivas no ambiente. Um veículo de molécula única que usa Buckminsterfullerenes (também conhecido como buckyballs) para suas rodas foi mostrado por pesquisadores da Universidade Rice. O veículo foi criado através de uma técnica química. É ativado regulando a temperatura do ambiente circundante e ajustando a localização da ponta de um microscópio de tunelamento de varredura.
Uma definição adicional de nanorrobô é um robô que é capaz de manipular com precisão itens em nanoescala ou que pode interagir com coisas a nível nanoescala. Estes tipos de instrumentos estão mais intimamente associados à microscopia ou à microscopia por sonda de varredura do que ao conceito de nanorrobôs como máquinas moleculares. Ao usar a definição de microscopia, até mesmo um enorme equipamento como um microscópio de força atômica pode ser considerado um instrumento nanorobótico se for configurado para fazer nanomanipulação. De acordo com este ponto de vista, robôs de maior dimensão, como microrrobôs ou macrorrobôs, que são capazes de se mover com precisão em nanoescala também podem ser considerados nanorrobôs.
De acordo com Richard Feynman, seu ex-aluno de pós-graduação e colega Albert Hibbs foi quem propôs pela primeira vez (por volta de 1959) a noção de colocar as micromáquinas teóricas de Feynman para uso no campo médico. Hibbs foi colaborador de Richard Feynman (ver máquina biológica). Hibbs propôs que alguns dispositivos de reparo poderiam um dia ser reduzidos a ponto de ser viável, em princípio, "engolir o cirurgião". Feynman usou uma frase semelhante para descrever este cenário hipotético. O conceito foi incluído no artigo de Feynman intitulado "There's Plenty of Room at the Bottom" que foi escrito em 1959.
Devido ao fato de que os nano-robôs seriam de um tamanho minúsculo, é provável que um grande número deles precisaria colaborar para completar tarefas que são microscópicas ou macroscópicas em escala. Em inúmeras obras de ficção científica, enxames de nano-robôs aparecem. Estes enxames de nano-robôs podem ser incapazes de se replicar, como no caso do nevoeiro utilitário, ou podem replicar-se sem restrições no seu ambiente natural, como no caso da gosma cinzenta e da biologia sintética. Exemplos destes enxames de nano-robôs incluem as nano-sondas Borg de Star Trek e "The New Breed" do episódio de The Outer Limits. Em resposta aos cenários de gosma cinzenta que anteriormente tinham ajudado a propagar, alguns defensores da nanorobótica defendem agora a opinião de que os nano-robôs que são capazes de se replicar fora de um ambiente fabril restrito não são um componente necessário de uma nanotecnologia supostamente produtiva e que o processo de autorreplicação, caso venha a ser desenvolvido, podem ser tornados intrinsecamente seguros. Esta visão surge como uma reação aos cenários de gosma cinzenta que anteriormente tinham ajudado a propagar. Alegam também que os seus atuais planos de construção e utilização do fabrico molecular não implicam, na realidade, replicadores de procura livre. Isso é algo que eles afirmam. Algumas dessas conversas ficam no nível de generalização ampla que não pode ser construída e não chegam ao nível da engenharia técnica.
Um documento que inclui uma proposta sobre o desenvolvimento de nanobiotecnologia utilizando abordagens de tecnologia de design aberto, como hardware de código aberto e software de código aberto, foi enviado à Assembleia Geral das Nações Unidas. O documento contém a proposta. De acordo com o documento que foi submetido às Nações Unidas, da mesma forma que o código aberto avançou no desenvolvimento de sistemas computacionais nos últimos anos, uma abordagem semelhante deve beneficiar a sociedade em geral e acelerar o desenvolvimento da nanorobótica. O uso da nanobiotecnologia deve ser codificado como parte do legado humano a ser transmitido às gerações futuras, e deve ser desenvolvido como uma tecnologia aberta com princípios éticos que sirvam de base para uso em empreendimentos pacíficos. Tem sido sugerido que a tecnologia aberta é um componente crítico para alcançar tal objetivo.
Está agora em curso uma corrida aos nanorrobôs, que está a ser impulsionada pela investigação e desenvolvimento tecnológicos, tal como aconteceu com a corrida espacial e a corrida às armas nucleares.
É uma tarefa muito difícil fabricar nanomáquinas que são feitas de componentes moleculares. Devido ao grau de complexidade, um grande número de cientistas e engenheiros continuam a colaborar em outros campos de estudo, a fim de realizar avanços nesta área emergente de desenvolvimento. Portanto, é muito fácil compreender o significado dos vários processos de fabricação que estão sendo usados agora na produção de nanorrobôs:
Uma abordagem para a fabricação de nanorobôs para tarefas médicas comuns, como instrumentos cirúrgicos, diagnósticos e administração de medicamentos, pode ser concebível através do uso combinado de nanoeletrônica, fotolitografia e novos biomateriais. [Carece de fontes?] [Citação necessária].
Um robô de ácido nucleico, muitas vezes conhecido como nubot, é uma máquina molecular feita de material orgânico que opera em nanoescala. apesar do fato de que não fornece teleoperação precisa de protótipos projetados enquanto eles estão in vivo.
Existem muitos trabalhos que indicam como motores moleculares sintéticos podem ser ligados a superfícies. Foi demonstrado que estas nanomáquinas fundamentais, quando limitadas à superfície de um material macroscópico, comportam-se de forma semelhante à das máquinas. Os motores ancorados à superfície têm potencial para serem utilizados de forma semelhante à de uma correia transportadora com a finalidade de mover e posicionar materiais à nanoescala numa superfície.
Colaboração Nanofactory, com o objetivo particular de estabelecer mecanosíntese de diamante controlada posicionalmente, bem como uma nanofábrica diamantóide que teria o potencial de fabricar nanorobôs médicos diamantóides.
No tema em rápido desenvolvimento dos sistemas bio-híbridos, os componentes estruturais biológicos e sintéticos são reunidos para utilização em aplicações biomédicas ou robóticas. Os componentes que compõem os sistemas bio-nanoeletromecânicos (BioNEMS), como DNA, proteínas e peças mecânicas nanoestruturadas, têm todos um tamanho em escala nanométrica. A escrita direta de características em nanoescala é possibilitada pela resistência de feixes de tiol-eno, que é seguida pela funcionalização da superfície de resistência naturalmente reativa com biomoléculas.
O uso de microrganismos biológicos, como a bactéria Escherichia coli, é sugerido por este método. Portanto, um flagelo é usado para fins de propulsão do modelo. Os campos eletromagnéticos são frequentemente responsáveis pelo controlo dos movimentos dos dispositivos biológicos integrados deste tipo. Um medidor de umidade foi desenvolvido por químicos da Universidade de Nebraska, que fundiram uma bactéria a um chip de computador de silício para produzir o dispositivo.
É possível retreinar retrovírus para se ligarem às células e substituírem o DNA. Para transmitir material genético embalado em um vetor, eles se envolvem em um procedimento que é conhecido como transcrição reversa. Os gatos têm sido usados para testar a eficácia destes vetores de terapia genética, que entregam genes no organismo geneticamente modificado (OGM), levando-o a expressar a característica em questão.
A impressão em três dimensões, ou impressão 3D, refere-se à prática de construir objetos tridimensionais combinando uma série de técnicas de fabricação aditiva.
A impressão 3D de objetos em nanoescala utiliza muitos dos mesmos processos, integrados em um tamanho um pouco mais gerenciável.
Para imprimir uma estrutura na escala de 5-400 µm, há um requisito significativo para que a precisão da máquina de impressão 3D seja significativamente aumentada.
Uma técnica de impressão 3D que ocorre em duas etapas, Como forma de fazer melhorias, foi introduzido o uso de impressão 3D e chapas gravadas a laser.
Quando se trata do planeamento e construção de máquinas à nanoescala com elementos móveis, há uma série de obstáculos e obstáculos que têm de ser ultrapassados. A necessidade do desenvolvimento de ferramentas e métodos de manipulação extremamente precisos que sejam capazes de montar nanoestruturas individuais com grande precisão num dispositivo funcional é talvez o mais evidente destes desafios. Uma questão menos óbvia está associada às idiossincrasias de adesão e atrito à nanoescala. Não é viável simplesmente reduzir um design existente para um dispositivo macroscópico que tenha elementos móveis à nanoescala. Devido à elevada energia superficial das nanoestruturas, tal abordagem não será bem sucedida. Esta elevada energia superficial implica que todos os componentes que tocam se unirão de acordo com o princípio de minimização de energia. Como a aderência e o atrito estático entre os componentes podem ultrapassar rapidamente a resistência dos materiais, é provável que as peças se estilhacem antes de começarem a se mover umas...
