09 Janeiro 2024
Gianfranco Pacchioni, professor de química de materiais na Universidade de Milão-Bicocca, é o autor do volume Materiais fantásticos e como criá-los: do grafeno aos computadores quânticos, nanotecnologias que mudam nossas vidas (Zanichelli). Fizemos-lhe algumas perguntas para tentar perceber como e em que medida as novas aquisições químico-físicas estão transformando as nossas vidas individuais e coletivas, e com que perspectivas para o nosso futuro.
A entrevista é editada por Giordano Cavallari, publicada por Settimana News, 07-01-2024.
Capa de Materiali fantastici e come crearli: dal grafene al computer quantistico, le nanotecnologie che ci cambiano la vita.
Professor, o que devemos entender por nanotecnologias?
Somos feitos e funcionamos graças a “coisas” muito, muito pequenas. Nossas células são invisíveis a olho nu porque normalmente medem um décimo de milímetro e contêm organelas ainda menores que regulam seu funcionamento. Em cada centímetro quadrado da nossa pele vive agradavelmente um milhão de bactérias invisíveis aos nossos olhos, ainda menores que as nossas células e completamente saudáveis.
Por nanotecnologias entendemos, portanto, o conjunto de tecnologias destinadas a criar, controlar e utilizar objetos de dimensões semelhantes e ainda menores que as de células, bactérias e outros microrganismos: objetos cujas dimensões são da ordem de um nanômetro, ou seja, um bilionésimo de metro.
Como podemos ter uma ideia das dimensões nanométricas?
Não é fácil mas tentamos. Uma bactéria, invisível aos nossos olhos, tem um tamanho típico de 1.000 nanômetros, um milésimo de milímetro, e é, portanto, enorme em comparação com muitas estruturas nanométricas. Uma folha de papel flexível, que nos parece muito fina, mede aproximadamente 100 mil nanômetros. Até um fio de cabelo tem um diâmetro enorme em comparação com as estruturas nanométricas, ou seja, 50.000 nanômetros. Em suma, por mais que tentemos definir este mundo invisível, é difícil imaginar dimensões tão pequenas, que são as dimensões das moléculas, das quais é feita toda a matéria.
Os químicos podem ver átomos? E o que eles fazem com isso?
Desde que John Dalton (1766-1844) formulou sua teoria atômica – segundo a qual os elementos são compostos por átomos indivisíveis e idênticos entre si, portanto as reações químicas nada mais são do que combinação ou separação de átomos – não houve mais dúvidas sobre a existência de átomos e moléculas. Mas até recentemente, ninguém tinha sido capaz de “ver” dimensões tão pequenas, mesmo em comparação com as capacidades de observação dos mais poderosos microscópios ópticos. Foi por volta da década de 1980 que foram desenvolvidos microscópios muito particulares, graças aos quais átomos individuais foram observados e, portanto, até "manipulados": estou falando do microscópio de tunelamento de varredura e do microscópio de força atômico, baseado em princípios completamente diferentes dos microscópios ópticos ou eletrônicos. Estas são descobertas fundamentais para o desenvolvimento de nanotecnologias.
Por que estamos construindo coisas cada vez menores? Tendo em vista que objetivos?
O potencial da nanotecnologia é enorme e já notamos múltiplas aplicações. Basta pegar nosso smartphone: este é um concentrado de nanotecnologia. Ele contém um microprocessador de apenas alguns milímetros de largura com 40 bilhões de transistores que fornecem um poder de processamento milhares de vezes maior que o dos computadores que colocaram o primeiro homem na Lua.
A miniaturização, de fato, permite alojar potentes câmeras, microfones, suportes para gravação de dados, baterias, antenas, etc., tudo num volume extremamente pequeno, pesando 150-180 gramas. A revolução da informação começou na década de 1950 e continuou ao longo do século XX e levou a resultados disruptivos que hoje são chamados de internet, redes sociais, inteligência artificial.
Tudo se baseia naquele dispositivo nanométrico que é o transistor. Os transistores de última geração atingem dimensões de três nanômetros. Sem o transistor, a civilização contemporânea, tal como a conhecemos, não existiria. As nanotecnologias já produziram, portanto, uma revolução, uma transformação verdadeiramente profunda e radical.
Dê-nos outros exemplos de nanotecnologia.
Obviamente, na história das nanotecnologias não existem apenas transistores. Existem muitos nanomateriais que foram descobertos recentemente. Fulerenos, nanotubos e grafeno são todos materiais feitos de carbono, o mesmo elemento de que são feitos o diamante e um pedaço de carvão, mas com características e propriedades muito diferentes.
Eles foram descobertos entre meados da década de 1980 e os primeiros anos deste século e possuem características não encontradas em materiais tradicionais também feitos de carbono. Eles têm um tamanho da ordem de um nanômetro. Os fulerenos são pequenas esferas, os nanotubos são fios ocos muito finos em seu interior, enquanto o grafeno é uma única camada de átomos de carbono.
Têm aplicações muito vastas, desde a produção de materiais leves e muito resistentes, ao transporte de medicamentos, desde utilizações na indústria eletrônica até as de baterias. Procuramos dispositivos cada vez mais leves, com melhor desempenho, bateria cada vez mais duradoura, etc. Aqui: para ter esses objetos são necessários novos materiais, como os fulerenos, os nanotubos e o grafeno.
Para que servem as nanotecnologias em termos de energia, ambiente, farmacologia, medicina... inteligência artificial?
Já mencionei a revolução na microeletrônica, mas darei outro exemplo. Hoje se fala muito em inteligência artificial. Isto é inteiramente baseado no uso de grandes quantidades de dados. Mas onde estão esses dados? São “escritos” em suportes específicos – discos magnéticos ou memórias semicondutoras – onde a redução do tamanho das áreas individuais em que a informação é armazenada permite a preservação de imensas quantidades de dados. Sem essas tecnologias, o aprendizado de máquina ou a ciência de dados, dois pilares nos quais se baseia a inteligência artificial, não existiriam. Mas não para aqui.
As nanotecnologias também poderão revolucionar a medicina tradicional, permitindo que os medicamentos sejam transportados apenas para tecidos e células doentes, sem afetar os saudáveis, ou permitir a inserção no organismo de nanossensores capazes de monitorizar continuamente a evolução de patologias ou sinalizar.
Mas mesmo a produção de energia sustentável ou a utilização de combustíveis de nova geração, como o hidrogênio verde, são em grande parte confiadas ao desenvolvimento de nanotecnologias e ao desenvolvimento de novos nanomateriais. Estas tecnologias serão fundamentais para a chamada transição energética.
Onde estamos na Itália e na Europa em nanotecnologias: somos competitivos ou dependentes de outros países e continentes?
Nem mais nem menos do que em muitos outros campos. Em termos de investigação contamos com vários centros de excelência internacional, tanto em Itália como na Europa.
Mesmo na indústria temos diversas empresas que baseiam suas atividades em produtos e processos nanotecnológicos: são empresas que lidam com sensores, microeletrônica, materiais de alto desempenho; até algumas empresas farmacêuticas estão trabalhando nisso.
Mas agora o mundo está todo interligado: as tecnologias são desenvolvidas em todo o lado e a dependência de tecnologias e materiais desenvolvidos noutros lugares é um fato.
Quais os limites da nanotecnologia?
Em alguns campos atingimos os limites físicos da miniaturização. É o caso dos transitores: torná-los ainda menores é praticamente impossível. Quanto ao restante, os limites ainda não foram alcançados. Para que uma tecnologia se torne interessante para uso em larga escala, ela deve trazer produtos com claro valor agregado e com custo de produção sustentável em relação ao desempenho oferecido.
Vou dar mais alguns exemplos: há quarenta anos que nos untamos com cremes de proteção solar que contêm nanopartículas de óxido de titânio para nos proteger dos raios ultravioleta, e cada um de nós utiliza dispositivos eletrônicos de todos os tipos (tablets, computadores, televisores com LED) baseados em pontos quânticos que nada mais são do que nanopartículas de materiais semicondutores.
O Prêmio Nobel de Química deste ano (2023) foi concedido justamente pela descoberta dos pontos quânticos. As nanotecnologias estão conosco… e estarão cada vez mais.
Existem riscos éticos em seu uso? Quais?
Como todas as tecnologias, as nanotecnologias não estão isentas de riscos. Existem tecnologias que são completamente inofensivas do ponto de vista orgânico: o uso de transistores nunca fez mal a ninguém. Mas outras são potencialmente perigosas para o corpo, como as nanopartículas utilizadas em certas aplicações industriais, uma vez que as nanopartículas podem penetrar na membrana celular e causar danos celulares.
As nanotecnologias são muitas e muito diferentes entre si, pelo que não é possível uma discussão generalizada sobre os riscos.
É claro que podem surgir outras questões, na verdade éticas, embora, por enquanto, seja difícil defini-las. Um dos objetivos da nanotecnologia é, por exemplo, criar máquinas moleculares artificiais, imitando a natureza que, ao longo de milhares de milhões de anos de evolução, desenvolveu máquinas moleculares naturais eficientes, para as quais nós próprios existimos: são chamadas ribossomas, mitocôndrias, cinesinas ou realidade com outros nomes estranhos; são máquinas moleculares que possuem funções específicas, capazes de montar e transportar moléculas, portanto substâncias, para dentro e para fora de nossas células.
Se um dia conseguíssemos criar máquinas artificiais capazes de simular os processos dos organismos vivos, abrir-se-iam cenários extraordinários, mas também muito delicados e perturbadores. Neste momento é um pouco cedo para dizer se o progresso será suficiente para levantar questões éticas importantes deste tipo. O que não há dúvida é que todas as novas tecnologias, em geral, colocaram e colocam questões relevantes quanto ao uso e às finalidades.
Cada capítulo de seu livro é introduzido por citações de Primo Levi. Quão importante é para você combinar ciência, literatura e filosofia?
Costumo me referir a Primo Levi em meus livros porque ele é um autor, químico de profissão, que sempre demonstrou grande atenção ao impacto que a ciência teria na humanidade e em seu destino. Hoje caminhamos em direções nas quais as questões fundamentais sobre o porquê, sobre os benefícios, mas também sobre os problemas gerados pelas tecnologias, tornam-se cada vez mais prementes.
Falei acima sobre o smartphone: introduzido há 15 anos, ele produziu uma revolução social sem precedentes, fazendo com que muitos, especialmente os jovens, vivam hoje em mundos virtuais em vez de em mundos reais. As tecnologias podem, portanto, trazer bem-estar e uma vida agradável, mas implicam mudanças sociais muito profundas e rápidas, que precisam sempre ser avaliadas.
De vez em quando falo desses temas com colegas da área de humanidades, mas muito menos do que gostaria e muito pouco em comparação com o que considero necessário. Precisamos realmente pensar sobre aonde queremos ir e de que maneira.
Devo dizer que a ideia que tenho da inteligência artificial leva-me a antever impactos muito significativos no nosso futuro. Sabemos que existem organizações internacionais que questionam o controle destes processos, para não serem sobrecarregadas por eles. E isso é um bom sinal. Mas cada um de nós deve ser capaz de compreender o que está acontecendo para decidir, de alguma forma, o nosso futuro: o futuro da humanidade.
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