Concepção artística de um bio-nanorobô. Crédito de imagem: NASA. Clique para ampliar
Quando se trata de dar o próximo "salto gigante" na exploração espacial, a NASA está pensando pequena - muito pequena.
Em laboratórios em todo o país, a NASA está apoiando a crescente ciência da nanotecnologia. A idéia básica é aprender a lidar com a matéria na escala atômica - para poder controlar átomos e moléculas individuais suficientemente bem para projetar máquinas de tamanho de molécula, eletrônica avançada e materiais "inteligentes".
Se os visionários estiverem certos, a nanotecnologia pode levar a robôs que você pode segurar na ponta dos dedos, trajes espaciais auto-reparáveis, elevadores espaciais e outros dispositivos fantásticos. Algumas dessas coisas podem levar mais de 20 anos para se desenvolver completamente; outros estão tomando forma no laboratório hoje.
Simplesmente diminuir as coisas tem suas vantagens. Imagine, por exemplo, se o veículo espacial Mars e Spirit and Opportunity pudesse ter sido tão pequeno quanto um besouro, e pudesse correr sobre rochas e cascalho como um besouro, amostrando minerais e procurando pistas da história da água em Marte. Centenas ou milhares desses robôs diminutos poderiam ter sido enviados nas mesmas cápsulas que transportavam os dois veículos espaciais, permitindo que os cientistas explorassem muito mais a superfície do planeta - e aumentando as chances de tropeçar em uma bactéria marciana fossilizada!
Mas a nanotecnologia é mais do que apenas diminuir as coisas. Quando os cientistas podem deliberadamente ordenar e estruturar a matéria no nível molecular, às vezes surgem novas propriedades surpreendentes.
Um excelente exemplo é o queridinho do mundo das nanotecnologias, o nanotubo de carbono. O carbono ocorre naturalmente como grafite - o material macio e preto usado frequentemente em lápis - e como diamante. A única diferença entre os dois é o arranjo dos átomos de carbono. Quando os cientistas organizam os mesmos átomos de carbono em um padrão de "fio de galinha" e os enrolam em tubos minúsculos com apenas 10 átomos de diâmetro, os "nanotubos" resultantes adquirem algumas características bastante extraordinárias. Nanotubos:
- tenham 100 vezes a resistência à tração do aço, mas apenas 1/6 do peso;
- são 40 vezes mais fortes que as fibras de grafite;
- conduza eletricidade melhor que o cobre;
- podem ser condutores ou semicondutores (como chips de computador), dependendo da disposição dos átomos;
- e são excelentes condutores de calor.
Grande parte das pesquisas atuais em nanotecnologia em todo o mundo se concentra nesses nanotubos. Os cientistas propuseram usá-los para uma ampla gama de aplicações: no cabo de alta resistência e baixo peso necessário para um elevador espacial; como fios moleculares para eletrônicos em nanoescala; incorporado em microprocessadores para ajudar a absorver o calor; e como minúsculos bastões e engrenagens em máquinas em escala nanométrica, só para citar alguns.
Os nanotubos figuram com destaque nas pesquisas realizadas no Centro Ames de Nanotecnologia da NASA (CNT). O centro foi criado em 1997 e agora emprega cerca de 50 pesquisadores em período integral.
"[Tentamos] focar em tecnologias que possam produzir produtos utilizáveis dentro de alguns anos a uma década", diz a diretora da CNT Meyya Meyyappan. "Por exemplo, estamos analisando como os nanomateriais podem ser usados para suporte avançado de vida, seqüenciadores de DNA, computadores ultra poderosos e pequenos sensores para produtos químicos ou até sensores para câncer".
Um sensor químico desenvolvido por nanotubos está programado para levar uma missão de demonstração ao espaço a bordo de um foguete da Marinha no próximo ano. Esse minúsculo sensor pode detectar apenas algumas partes por bilhão de produtos químicos específicos, como gases tóxicos, tornando-o útil para a exploração espacial e a defesa da pátria. A CNT também desenvolveu uma maneira de usar nanotubos para resfriar os microprocessadores em computadores pessoais, um grande desafio à medida que as CPUs ficam cada vez mais poderosas. Essa tecnologia de refrigeração foi licenciada para uma start-up de Santa Clara, Califórnia, chamada Nanoconduction, e a Intel até manifestou interesse, diz Meyyappan.
Se esses usos a curto prazo da nanotecnologia parecem impressionantes, as possibilidades a longo prazo são realmente impressionantes.
O Instituto para Conceitos Avançados da NASA (NIAC), uma organização independente, financiada pela NASA, localizada em Atlanta, Geórgia, foi criada para promover pesquisas prospectivas sobre tecnologias espaciais radicais que levarão de 10 a 40 anos para serem concretizadas.
Por exemplo, uma concessão recente do NIAC financiou um estudo de viabilidade de fabricação em nanoescala - em outras palavras, usando um grande número de máquinas moleculares microscópicas para produzir qualquer objeto desejado, montando átomo por átomo!
A concessão do NIAC foi concedida a Chris Phoenix, do Centro de Nanotecnologia Responsável.
Em seu relatório de 112 páginas, Phoenix explica que uma “nanofábrica” poderia produzir, por exemplo, peças de naves espaciais com precisão atômica, o que significa que cada átomo dentro do objeto é colocado exatamente onde ele pertence. A parte resultante seria extremamente forte e sua forma poderia estar dentro da largura de um único átomo do design ideal. Superfícies ultra-lisas não precisariam de polimento ou lubrificação e não sofreriam virtualmente nenhum "desgaste" ao longo do tempo. Essa alta precisão e confiabilidade das peças da espaçonave são primordiais quando a vida dos astronautas está em risco.
Embora Phoenix tenha esboçado algumas idéias de design para uma nanofábrica de desktop em seu relatório, ele reconhece que - com a falta de um grande projeto Nanhatten, como ele o chama - uma nanofábrica em funcionamento está a pelo menos uma década e, possivelmente, por muito mais tempo.
Tomando uma dica da biologia, Constantinos Mavroidis, diretor do Laboratório de Bionanorobótica Computacional da Northeastern University, em Boston, está explorando uma abordagem alternativa à nanotecnologia:
Em vez de começar do zero, os conceitos do estudo financiado pelo NIAC de Mavroidis empregam "máquinas" moleculares funcionais pré-existentes que podem ser encontradas em todas as células vivas: moléculas de DNA, proteínas, enzimas, etc.
Moldadas pela evolução ao longo de milhões de anos, essas moléculas biológicas já são muito hábeis em manipular matéria em escala molecular - e é por isso que uma planta pode combinar ar, água e sujeira e produzir um suculento morango vermelho, e o corpo de uma pessoa pode se converter por último. jantar de batata da noite nos novos glóbulos vermelhos de hoje. A reorganização dos átomos que possibilita esses feitos é realizada por centenas de enzimas e proteínas especializadas, e o DNA armazena o código para produzi-los.
Usar essas máquinas moleculares "pré-fabricadas" - ou usá-las como ponto de partida para novos projetos - é uma abordagem popular à nanotecnologia chamada "bio-nanotecnologia".
"Por que reinventar a roda?" Diz Mavroidis. "A natureza nos deu toda essa nanotecnologia excelente e altamente refinada dentro dos seres vivos, então por que não usá-la - e tentar aprender algo com isso?"
Os usos específicos da bio-nanotecnologia que Mavroidis propõe em seu estudo são muito futuristas. Uma idéia envolve colocar uma espécie de "teia de aranha" de tubos finos, cheios de sensores de bio-nanotecnologia por dezenas de quilômetros de terreno, como uma maneira de mapear o ambiente de algum planeta alienígena em grande detalhe. Outro conceito que ele propõe é uma “segunda pele” para os astronautas usarem sob seus trajes espaciais que usariam a bio-nanotecnologia para detectar e responder à radiação que penetra no traje, e para selar rapidamente quaisquer cortes ou perfurações.
Futurista? Certamente. Possível? Talvez. Mavroidis admite que essas tecnologias provavelmente estão a décadas de distância, e que a tecnologia até agora no futuro provavelmente será muito diferente do que imaginamos agora. Mesmo assim, ele acredita que é importante começar a pensar agora sobre o que a nanotecnologia pode tornar possível muitos anos depois.
Considerando que a própria vida é, em certo sentido, o exemplo final da nanotecnologia, as possibilidades são realmente empolgantes.
Fonte original: Comunicado de imprensa da NASA
