Nanomáquinas Promovem Nova Revolução Industrial.

A Nanociência, a despeito de suas inúmeras possibilidades, passa a ser, simplesmente, a mais fascinante e promissora dentre as áreas do conhecimento, talvez, por ser aquela área do conhecimento que nos fornecerá, apenas, a chave para o entendimento sobre a organização de todos os sistemas vivos presentes na natureza. Se em tempos atrás não era possível pensar em uma nova Revolução Industrial, hoje temos na emergente Nanotecnologia, que é uma das aplicações da Nanociência, uma Revolução que transformará a Indústria de uma forma nunca antes imaginada. Na possibilidade do entendimento e manipulação da matéria estruturada no nível nanométrico para a geração de de equipamentos e produtos temos a real condição de revolucionarmos o mundo macrométrico acelerando ainda mais o desenvolvimento para garantir o bem da humanidade.

No campo da Nanorobótica são consideradas máquinas (ou robôs) em escala nanométrica que passam a solicitar, mais intensamente, associações estreitas e diversificadas entre as Engenharias, a Química, a Física, a Matemática, a Biologia, a Computação dentre outras áreas do saber, para a produção de conhecimento ainda não apreendido mas essencial para a existência destas nanomáquinas. Cabe salientar, entretanto, que, por vezes, a Nanorobótica está associada, também, à construção de robôs que, embora macrométricos, possibilitam atuar com precisão sobre objetos dimensionados em escala nanométrica ou são de tal forma concebidos que podem manipular com desejada definição em semelhante escala. Nesta última classe de máquinas há uma forte participação, também, das tecnologias de sistemas embarcados.

A primeira geração de nanomáquinas surge em 2005 e, quatro anos mais tarde, evoluem para nanomáquinas de segunda geração mais avançadas, porém com aplicação limitada. Em 2011, entretanto, foi possível produzir nanomáquinas de terceira geração ainda mais complexas, cuja utilização é ampliada sobremaneira. Hoje as nanomáquinas, tal qual, as máquinas macroscópicas comumente conhecidas e concebidas invadem nosso cotidiano, sendo diferenciadas, basicamente, pelas suas dimensões da ordem do bilionésimo de metro. Entenda-se “máquina”, contudo, como um “dispositivo ou aparelho” que executa uma tarefa ao ser fornecida a ele energia. Embora a nanorobótica venha assumindo importância nos campos da Informática e da Eletrônica, são verificados (atualmente) maiores impactos nas áreas da Biologia e da Saúde.

De forma, categórica, o termo nanomáquina pode ser empregado para distinguir uma máquina cujo tamanho é da ordem de um nanômetro (um milionésimo de um milímetro). Como exemplo de nanomáquina tem-se um agregado de proteínas usando biomoléculas como DNA, proteínas e resinas. Assim sendo, uma nanomáquina pode ser entendida como uma “máquina molecular” que executa determinada função ao receber um estímulo externo que pode ser elétrico, luminoso, químico ou térmico, conceito algo análogo às máquinas macroscópicas (dispositivos que recebendo energia atingem objetivos pré-determinados).

Cabe salientar, entretanto, que as nanomáquinas podem ser naturais ou artificiais. As principais nanomáquinas naturais são máquinas moleculares cujo funcionamento garante os processos vitais do nosso organismo. Dentre as nanomáquinas naturais em estudo destacam-se a Proteína Miosina e a Enzima F0F1-ATP sintase.

As Proteínas Miosinas (ou Proteínas Motoras) constituem uma ATPase, isto é, formam uma família de enzimas que catalisam a hidrólise do ATP (ou trifosfato de adenosina, ou adenosina trifosfato) para originar ADP (adenosina difosfato) e fosfato inorgânico, com libertação de energia, que energiza o processo da contração muscular. Trata-se de uma enzima mecanoquímica, pois converte a energia química em mecânica (trabalho). Assim, observe que na contração e extensão muscular considera-se a Miosina como o motor (um motor linear protéico) e o ATP como o combustível.

Já Enzima ATP sintase, considerado o menor motor giratório do mundo, é um pequeno complexo de proteínas do qual a vida depende. Tal complexo de proteínas produz o ATP (adenosina trifosfato) um composto rico em energia. Cada uma das 14 trilhões de células do corpo humano conduz esta reação cerca de um milhão de vezes por minuto, sendo que mais da metade do peso corporal do ATP é feito e consumido em um mesmo dia. A ATP gera energia para a maquinaria celular. Enzima ATP sintase é reconhecidamente uma das máquinas moleculares naturais mais eficientes conhecidas dado que tem a capacidade de converter a energia oriunda da molécula ATP em movimento rotacional com quase cem por cento de eficiência. Aponha-se, em contraposição, que semelhante percentual é apenas impossível de ser atingido pela mais eficiente máquina macroscópica já construída.

Contudo, o assunto aqui referenciado sobre as nanomáquinas já deixou de ser novidade há várias décadas, tanto que existem diversos trabalhos que dão conta da produção de nanomáquinas artificiais (de laboratório) inspirados por motores proteicos naturais a partir da década de 70. A Engenharia do Mundo Molecular ou a Arquitetura do Mundo Molecular já teve a sua fundação (embora pareça novidade em dados contextos ou, mesmo, tomada como impossível em realidades pouco atualizadas).

Richard Philips Feynman (1918 - 1988) é considerado o Pai da Nanotecnologia. Norte-americano, Feynman foi o Nobel de Física de 1964 e já em 1959 profetizava uma Nanotecnologia para a produção de nanomáquinas artificiais. Mas, é por volta de 1979, que uma equipe de pesquisadores do Departamento de Química e Biologia da Universidade de Kyushu, no Japão, vem construir aquele que seria o primeiro protótipo de nanomáquina artificial. Tratava-se de uma molécula que funcionava como uma chave liga-desliga acionada pela luz.

É iniciada, então, a partir deste primeiro protótipo, uma caminhada sem fim objetivando a construção de nanomáquinas artificiais eficientes para a execução de tarefas das mais variadas e complexas onde as macromáquinas são, simplemsnete, incapazes de atuar a despeito das tecnologias existentes no mundo usual. Tais nanomáquinas são pretendidas para a execução de tarefas tais como a fabricação de nanosensores, nanofios ou nanocircuitos para o aumento de velocidade e intensidade da transmissão da informação, a inserção de nanomáquinas para avaliação clínica de doenças existentes em pontos internos do organismo humano que não podem ser acessados de forma macro sem cirurgias invasivas, a criação de nanotransmissores para a destruição de nanopartículas tóxicas presentes no ar e na água, a criação de nanomateriais para a produção de utensílios de uso diário mais duráveis e com menor risco de contaminação, dentre outros.

Atualmente, porém, são diversas as nanomáquinas já produzidas e em funcionamento que são movidas por combustíveis de natureza eletroquímica, química, térmica, fotoquímica, dentre outros. A partir daquele primeiro protótipo de 1979 já foram desenvolvidas nanomáquinas artificiais capazes de simular movimentos semelhantes aos dos músculos naturais (são os músculos moleculares artificiais), por exemplo. Outros casos são os caminhões moleculares e os nanoelevadores para transporte de medicamentos no interior do organismo humano; rotores moleculares e nanoválvulas para controle e liberação de conteúdos entre células.

Mas as possibilidades são ilimitadas e tal como os motores micrométricos, desenvolvidos no passado, já foram iniciados estudos para a aplicação da Nanotecnologia no desenvolvimento de sensores inerciais, acelerômetros, transmissores, turbinas, bombas de fluidos, sensores de pressão e de vazão, dentre outros.

Recentemente, físicos da Universidade de Viena, na Áustria, afirmam ter conseguido criar as primeiras proteínas sintéticas (proteínas biônicas) capazes de executar as principais atividades das proteínas biológicas. Realizando uma engenharia reversa concentrada nos elementos essenciais que fornecem às proteínas a capacidade de executar o programa escrito em seu código genético, tais pesquisadores afirmam ter conseguido gerar um mapa detalhado inteiramente artificial que é capaz de imitar as proteínas. O próximo passo agora será gerar, em laboratório, a partir do roteiro descoberto, as primeiras proteínas biônicas.

A Nanotecnologia, como de todo a Nanociência, constituem os caminhos que principiaram a nova Revolução Industrial que transcenderá à Era da Informação, transformando a forma de fazer Ciência e gerar Tecnologia, bem como, a concepção atualmente vigente de Inovação e suas extensões; ainda mais quando sabemos que uma Picociência já se tenha instalado há algum tempo.

Cabe salientar, todavia, que as considerações apresentadas neste artigo constituem uma compilação de palestra que proferi na última segunda-feira, quando tratei da Nanotecnologia com título idêntico ao deste artigo. Uma segunda palestra envolvendo correspondente assunto esta programada para fins de agosto de 2013 quando abordarei, em específico, centrada na Engenharia Lógica que estou desenvolvendo, as relações entre “Potência Lógica e Eficiência das Nanomáquinas”.

Carlos Magno Corrêa Dias
03/07/2013