Colégio Salesiano do SalvadorDepartamento de ciências exatas2ª Serie do Ensino médioTurma C

Tendências da nanotecnologia

Salvador2013

Colégio Salesiano do SalvadorDepartamento de ciências exatas2ª Serie do Ensino médioTurma C

Tendências da nanotecnologia

Trabalho em equipe, realizado na instituição Salesiano de Nazaré, apresentado a disciplina de física do professor José Ruy para obtenção da nota do 3

Trimestre.

Salvador

2013

Índice:

• Introdução• O que é nanotecnologia?• O que é um nanômetro• Evolução • Historia da nanotecnologia• K.Eric Drexler• Onde ela é aplicada• Computadores quânticos • O replicador• Nanotecnologia em nosso corpo - O futuro da medicina• Era pos sílicio - nanoturbos de carbono• Vantagens e Desvantagens• Gosma cinzenta? Perigos da nanotecnologia• Participação do governo brasileiro na nanotecnologia• Em quais outras áreas essa tecnologia pode ser util• Curso de nanotecnologia e mercado de trabalho• Conclusão• Anexos• Bibliografia

• Introdução

Esse trabalho foi feito com o propósito de nos ajudar a entender um pouco mais sobre a nanotecnologia nos mostrando vantagens e desvantagens, o seu conceito, e como o governo se posiciona em relação a esse assunto.

O trabalho foi subdividido em partes que facilitam a leitura para um bom entendimento.

• O que é nanotecnologia?

A nanotecnologia é o estudo de manipulação da matéria numa escala atômica molecular. Geralmente lida cm estruturas,com medidas em nanômetros,que equivale á bilionésima parte de um metro e é invisível a olho nu.O principal objetivo da nanotecnologia é a criação de novos materiais,produtos e processos por meio da manipulação de átomos e molécula.Somente em 2000 que começou a ser desenvolvida e testada em laboratórios.As possibilidades de aplicação são amplas,principalmente na área da medicina,onde será possível levar os remédios diretamente aonde é necessário,diminuindo a toxidade da droga no corpo.No tratamento do câncer ,a partir desse processo,apenas as células defeituosas

• O que é um nanômetro

Um nanômetro é uma medida como outra qualquer como o centímetro, o metro e o quilômetro. Explicar com palavras o que é um nanômetro é simples, basta dizer que ele equivale a um bilionésimo de metro.

Em uma proporção, ao aumentar o nanômetro ele deveria ficar com o tamanho de uma bola de futebol. Em compensação, uma moeda de 1 centavo (que mede aproximadamente 1,7cm) seria maior do que a Lua. Ou seja, a relação entre um nanômetro e uma moeda de 1,2 cm, seria o mesmo que comparar uma bola de futebol com a Lua. Através desta comparação, fica bem claro o porquê da alta complexidade ao se trabalhar na escala de nanômetros. Essa tecnologia só existe em laboratórios e indústrias com equipamentos de alta precisão, afinal, são necessárias máquinas muito precisas para trabalhar com componentes tão pequenos, os quais são invisíveis aos nossos olhos.

• Evolução

Sem duvida a nanotecnologia não irá desaparecer com facilidade, aliás, ela ainda nem foi totalmente explorada. O Baixaki já divulgou inclusive dois artigos sobre futuros componentes que serão criados com nanotecnologia e que devem revolucionar a informática e a eletrônica.

Um dos artigos falava sobre o Memristor, o novo componente da eletrônica que deve utilizar a tecnologia para modificar totalmente o sistema de armazenamento e de memória dos computadores.

O segundo artigo mostrou o novo processador que a Intel está desenvolvendo, o qual deve trabalhar na escala de 22nm. Este novo processador ainda é apenas um projeto e está sendo desenvolvido aos poucos nos laboratórios da maior empresa de processadores do mundo. O novo CPU deve trazer 32 núcleos, um exagero no momento, mas certamente algo que será muito útil no futuro.

• Historia da nanotecnologia

A primeira vez em que se falou em nanotecnologia já faz muito tempo. Um físico chamado Richard Feynman comentou em Dezembro de 1959 sobre um breve conceito desta tecnologia. Ele comentou a respeito do poder de manipulação de átomos e moléculas, algo que resultaria em componentes tão pequenos, que o homem nem poderia ver.

O termo “nanotecnologia” foi criado e definido pela Universidade Científica de Tóquio, no ano de 1974. Entre 1980 e 1990 muitas outras teorias foram elaboradas em cima da definição básica criada por um professor da Universidade de Tóquio. Finalmente, no ano de 2000 a nanotecnologia começou a ser desenvolvida em laboratórios e as pesquisas em cima desta tecnologia aumentaram significativamente, tanto que hoje ela é o centro das atenções em várias áreas da Ciência.

Embora a nanotecnologia seja um desenvolvimento recente na pesquisa científica, o desenvolvimento de seus conceitos centrais, vem acontecendo através de um longo período de tempo. A emergência da nanotecnologia na década de 1980 ocorreu-se devido a convergência de avanços experimentais como a invenção do microscópio de varredura de tunelamento em 1981 e na descoberta dos fullerenos em 1985, com o esclarecimento e popularização de um modelo de trabalho para os objetivos da nanotecnologia iniciando com a publicação em 1986 do livro Motores da Criação.

O microscópio de varredura de tunelamento, é um instrumento para visualização de superfícies no nível atômico, foi desenvolvido em 1981 por Gerd Binnig e Heinrich Rohrer no IBM Zurich Research Laboratory, pelo qual eles receberam o prêmio nobel em física em 1986.2 3 .

Ao mesmo tempo nos anos 80, o conceito de Nanotecnologia foi popularizado por Eric Drexler por meio do livro "Engines of Creation" (Motores da Criação). Este livro, embora contenha algumas especulações próximas da ficção científica baseou-se no trabalho sério desenvolvido por Drexler enquanto cientista.

• K.Eric Drexler

Eric Drexler

Kim Eric Drexler (Oakland, Califórnia, 25 de abril de 1955) é um cientista, engenheiro e nanotecnólogo estado-unidense. Foi aluno do Massachusetts Institute of Technology, onde obteve o título de primeiro PhD em nanotecnologia do mundo em 1991.

Em 1986 escreve o seu primeiro livro "Engines of Creation" ("Máquinas da Criação", numa tradução livre) onde introduz o termo "nanotecnologia" (derivado de nano, a bilionésima parte do metro) para expressar a nova tecnologia em que máquinas de tamanho nanométrico manipulariam os átomos. Desde então, o significado da palavra passou a ser usado para abranger tipos mais simples de nanotecnologia. Especialista em tecnologias emergentes e suas conseqüências para o futuro, Eric Drexler apresentou a suas teorias ao subcomitê de Ciência, Tecnologia e Espaço do Senado dos Estados Unidos em 1992. No mesmo ano publicou o livro de 550 páginas sobre sistema de produção molecular intitulado "Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation".

Alguns consideram que a palestra que físico Richard Feynman fez em 1959 na reunião anual da "Sociedade Americana de Física" no "California Institute of Technology" (Caltech) foi a primeira explanação técnica da nanotecnologia, mas Drexler definiu as possibilidades com maior abrangência e definição de detalhes em suas obras. Compreendeu as implicações da nanotecnologia e buscou informar o público sobre seus desafios. A princípio, com tecnologias que ameaçavam a ordem científica estabelecida, suas idéias encontraram resistências, mas a credibilidade de seu trabalho se fortaleceu e seu livro "Nanosystems" de 1992 ganhou o prêmio de melhor livro de informática do ano.

• Onde ela é aplicada

A nanotecnologia é aplicada em mais de 800 produtos atualmente. O componente principal onde a nanotecnologia é utilizada são os computadores. Os processadores de computador são, provavelmente, os componentes eletrônicos que mais se utilizam da nanotecnologia. No atual mercado encontram-se processadores de 45nm, os quais possuem uma tecnologia muito avançada para poder trabalhar em alta velocidade. Evidentemente, o processador não tem dimensões em nanômetros, mas as peças dentro dele são desta escala minúscula.

Processador do playstation 3

Os vídeos games possuem tantos componentes internos, e tudo cabe em um espaço tão pequeno, que provavelmente se não fosse utilizada a nanotecnologia em vários desses componentes, eles seriam caixas enormes e pesadas. Graças aos componentes nanotecnológicos, os vídeo games tornaram-se incríveis e são verdadeiras plataformas de entretenimento.

• Computadores Quânticos

Um computador quântico é um dispositivo que executa cálculos fazendo uso direto de propriedades da mecânica quântica, tais como sobreposição e interferência. Teoricamente, computadores quânticos podem ser implementados e o mais desenvolvido atualmente trabalha com poucos qubits de informação. O principal ganho desses computadores é a possibilidade de resolver em tempo eficiente, alguns problemas que na computação clássica levariam tempo impraticável (exponencial no tamanho da entrada), como por exemplo, a fatoração em primos de números naturais. A redução do tempo de resolução deste problema possibilitaria a quebra da maioria dos sistemas de criptografia usados atualmente. Contudo, o computador quântico ofereceria um novo esquema de canal mais seguro.

-COMPUTAÇÃO QUANTICA

A computação quântica é a ciência que estuda as aplicações das teorias e propriedades da mecânica quântica na Ciência da Computação. Dessa forma seu principal foco é o desenvolvimento do computador quântico.

Na computação clássica o computador é baseado na arquitetura de Von Neumann que faz uma distinção clara entre elementos de processamento e armazenamento de dados, isto é, possui processador e memória destacados por um barramento de comunicação, sendo seu processamento sequencial.

Entretanto os computadores atuais possuem limitações, como por exemplo na área de Inteligência Artificial(IA) onde não existem computadores com potência ou velocidade de processamento suficiente para suportar uma IA avançada. Dessa forma surgiu a necessidade da criação de um computador diferente dos usuais que resolvesse problemas de IA, ou outros como a fatoração de números primos muito grandes, logaritmos discretos e simulação de problemas da Física Quântica.

A Lei de Moore afirma que a velocidade de um computador é dobrada a cada 18 meses. Assim sempre houve um crescimento constante na velocidade de processamento dos computadores. Entretanto essa evolução pode atingir um certo limite, um ponto onde não será possível aumentar essa velocidade e então se fez necessário uma revolução significativa na computação para que este obstáculo fosse quebrado. E assim os estudos em Computação Quântica se tornaram muito importantes e a necessidade do desenvolvimento de uma máquina extremamente eficiente se torna maior a cada dia.

• Os Replicadores

No mundo de "Jornada nas Estrelas", máquinas chamadas de replicadores podem produzir praticamente qualquer objeto físico, de armas a copos fumegantes com chá Earl Grey. Considerado para ser exclusivamente um produtos de ficção científica, os replicadores são uma possibilidade bem real para algumas pessoas. Elas chamam isso de fabricação molecular, e se algum dia ela se tornar uma realidade, vai mudar o mundo drasticamente.

Este conceito foi avançado e examinado por Homer Jacobsen, Edward F. Moore, Freeman Dyson, John von Neumann e recentemente por K. Eric Drexler, em seu livro sobre nanotecnologia, Engines of Creation, e por Robert Freitas e Ralph Merkle, no artigo Kinematic Self-Replicating Machines,1 que apresentaram a primeira análise compreensiva de um completo projeto de um replicador.

O primeiro passo seria desenvolver máquinas nanoscópicas, chamadas montadoras, que os cientistas podem programar para manipular átomos e moléculas à vontade. O professora Richard Smalley, da Universidade Rice, frisa que só uma máquina nanoscópica levaria milhões de anos para montar uma quantidade significativa de material. Para que a manufatura molecular seja prática, seria preciso trilhões de montadores trabalhando juntos simultaneamente. Eric Drexler acredita que os montadores poderiam, primeiro, autorreplicar-se, construindo outros montadores. Cada geração construiria outra, resultando num crescimento exponencial até que houvesse montadores suficientes para produzir objetos

Trilhões de montadores e replicadores poderiam caber em uma área menor que um milímetro cúbico, e ainda seriam muito pequenos para serem visto a olho nu. Montadores e replicadores poderiam trabalhar juntos para construir produtos automaticamente, e poderiam, eventualmente, substituir todos os métodos tradicionais de trabalho. Isso poderia diminuir amplamente os custos de manufatura, fazendo com isso mercadorias de consumo abundantes, mais baratas e mais fortes. Finalmente, seríamos capazes de replicar qualquer coisa, inclusive diamantes, água e comida. A escassez de comida poderia ser erradicada pelas nanomáquinas, que fabricariam alimentos para alimentar a fome.

• Nanomáquinas em nosso corpo - O futuro da medicina

A nanotecnologia deve ter seu maior impacto na indústria médica. Pacientes beberão líquidos contendo nanorrobôs programados para atacar e reconstruir a estrutura molecular das células do câncer e dos vírus. Há até uma especulação de que os nanorrobôs poderiam atrasar ou reverter o processo de envelhecimento, e a expectativa de vida poderia aumentar significativamente. Os nanorrobôs também poderiam ser programados para realizar cirurgias delicadas - como nanocirurgiões, eles trabalhariam num nível milhares de vezes mais preciso que o mais afiado dos bisturis [fonte: International Journal of Surgery]. Ao trabalhar em uma escala tão pequena, um nanorrobô poderia operar sem deixar as cicatrizes que uma cirurgia convencional deixa. Além disso, os nanorrobôs poderiam mudar sua aparência física. Eles poderiam ser programados para realizar cirurgias cosméticas, rearranjando seus átomos para mudar suas orelhas, seu nariz, sua cor de olho ou qualquer outra característica física que você desejasse alterar.

Na medicina, nanorrobôs podem ser programados para atacar e reconstruir a estrutura molecular das células da câncer

• Nanoturbos de carbono - Era pos silício

tecnologia do silício para a construção de eletrônicos ainda está longe de ser substituída. Passados vinte anos, o silício ainda responde por mais de 95% dos circuitos integrados fabricados. Entretanto, cientistas tem chamado a atenção para outros materiais como os nanotubos de carbono

Atualmente, os cientistas descobriram duas estruturas de tamanho nanométrico de especial interesse: nanofios e nanotubos de carbono. Os nanofios são fios com um diâmetro muito pequeno, às vezes de 1 nanômetro. Os cientistas esperam usá-los para construir transistores minúsculos para chips de computador e outros dispositivos eletrônicos. Nos últimos dois anos, os nanotubos de carbono têm ofuscado os nanofios. Nós ainda estamos aprendendo sobre essas estruturas, mas o que sabemos até agora é muito excitante.

Um nanotubo de carbono é um cilindro de átomos de carbono de tamanho nanométrico. Imagine uma folha de átomos de carbono, que se pareceria com uma folha de hexágonos. Se você enrolasse essa folha formando um tubo, você teria um nanotubo de carbono. As propriedades de um nanotubo de carbono dependem de como você enrola a folha. Em outras palavras, embora todos os nanotubos de carbono sejam feitos de carbono, eles podem ser muito diferentes de uns dos outros, dependendo de como você os alinha os átomos individuais.

• Vantagens e desvantagens

Vantagens

Pode resolver problemas relacionados com a água,setor agrícola,energia solar,solução para o fosso digital,medicina,melhora da vida humana,meio ambiente,fontes de problemas sociais e resolver problemas materiais.

Roupas inteligentes que poderão salvar um soldado de um ataque biológico.

As maquinas mais evoluídas vão se tornar tão pequenas quanto as moléculas e a eletrônica serão transportadas para uma dimensão mil vezes menor que a atual.

Revolução da eletrônica com a redução de chips em até mil vezes e o auxilio a engenharia com materiais altamente resistentes e leves

Desvantagens

Distorção econômica devido a proliferação de produtos baratos.

Opressão econômica gerada por uma escala artificial dos preços.

Riscos de terroristas chegarem a usar a nanotecnologia molecular.

Corrida ao armamento.

Criação de armas biológicas.

Danos coletivos ao meio ambiente.

Concorrência entre diferentes programas de nanotecnologia molecular.

Mercado negro da nanotecnologia que aumenta outros riscos.

• Gosma Cinzenta? Perigos da nanotecnologia

quando surgiu a proposta de uma fabricação baseada na nanotecnologia molecular, algumas pessoas mostraram a sua preocupação pela possibilidade de perder o controlo dos sistemas de produção que acabariam por "comer " a biosfera, reduzindo-a a réplicas de sim próprios. Em 1986 Eric Drexler escreveu "Não poderiamos aceitar certos tipos de acidentes com sistemas de montagem auto-replicadores".

• Participação do governo brasileiro na nanotecnologia

O governo federal brasileiro vai investir $440 milhões para fortalecer as ações na área de nanotecnologia até 2014.O ministério da ciência,Tecnologia e Inovação (MCTI) lançou a Iniciativa Brasileira de Nanotecnologia (IBN),um conjunto de medidas para criar,integrar e fortalecer as atividades do setor,com foco na inovação.A iniciativa pretende aproximar a infraestrutura acadêmica e as empresas,fortalecendo as relações entre pesquisa,conhecimento e setor privado.Entre as ações da INB está a reestruturação do Sistema de Laboratórios em Nanotecnologia que terão prioridade nas políticas públicas de apoio a infraestrutura e formação de recursos humanos

Atualmente alguns produtos já existem que são resultados da nanotecnologia ,dentre esses estão em destaque os microprocessadores.Além destes,já está presente em alguns tecidos cm características especiais de equipamentos médicos.Na pratica,a nanotecnologia hoje abrange várias áreas com suas diversas aplicações

• Em quais outras áreas essa tecnologia pode ser útil

Evidentemente, esta tecnologia não foi criada somente para ajudar na informática, mas para revolucionar de maneira geral em qualquer área onde fosse necessário. Atualmente, pode-se relatar a aplicação da nanotecnologia na Medicina, na Química, na Física quântica, nas indústrias que criam protótipos aeroespaciais, refinarias e muitas tantas outras áreas.Na medicina, por exemplo, temos como exemplo aparelhos para diagnosticar determinadas doenças, as quais não podem ser detectadas apenas com base em sintomas e exames comuns. Além disso, a nanotecnologia é muito utilizada para criar remédios, pois trabalhar com componentes químicos de tamanho tão pequeno, exige uma tecnologia minúscula o suficiente.

• Curso de nanotecnologia - Mercado de Trabalho

Esse profissional ainda é inédito no mercado. Por enquanto, só a UFRJ e a PUC-Rio oferecem o curso, que forma sua primeira turma em 2013. Mas as primeiras turmas já saem da escola com ótimas perspectivas de trabalho. Estima-se que, até 2015, o setor de nanotecnologia receba investimentos de 3 trilhões de dólares em todo o mundo. "No Brasil, o mercado também está aquecido, ainda que numa proporção bem menor", diz Marco Aurélio Pacheco, da PUC-Rio. A grade curricular possui forte base em física, matemática, química e biologia nos dois anos iniciais. Depois, as disciplinas são direcionadas para a ênfase escolhida pelo aluno. Em física, estudam-se eletromagnetismo, mecânica quântica e medicina molecular. Em materiais, o conteúdo é voltado para matérias como tecnologia de materiais. E, em bionanotecnologia, fisiologia celular.

Duração média: quatro anos.

Outro nome: Eng. em Nanotecnologia.

• Conclusão

Enfim, a nanotecnologia está presente ainda em escala de crescimento e isso fará que em tempos vindouros será aplicada fortemente em diversas áreas criando uma grande inovação em diversos setores, como medicina, eletrônica .

• Anexos

• Bibliografia

http://www.tecmundo.com.br/amd/2539-o-que-e-nanotecnologia-.htmhttp://www.techtudo.com.br/artigos/noticia/2013/03/saiba-o-que-e-nanotecnologia-e-como-ela-pode-mudar-o-futuro.htmlhttp://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia_responsavel/riscos_nanotecnologia_gosma_cinza.htmhttp://revistagalileu.globo.com/http://ciencia.hsw.uol.com.br/nanotecnologia4.htm