APRESENTAÇÃO DO TEMA
_____Basicamente, a nanotecnologia é a capacidade potencial de criar coisas a partir do mais pequeno. Ao longo da história, o progresso tecnológico se deu graças às mentes que “pensavam grande”. As pirâmides do Egito, a torre de Pisa na Itália, o Coliseu em Roma, são obras em grande escala. Contudo, recentemente, cientistas e engenheiros têm “pensado menor”. Desde os transistores que substituíram os tubos à vácuo para nos dar rádios que cabem na palma da mão aos microchips que possibilitaram a criação de computadores que também cabem na palma e que antigamente ocupavam uma sala inteira, nós temos pensado menor, e, naturalmente, a próxima grande coisa ser feita é a próxima coisa menor a ser fabricada, e a próxima coisa menor é a nanotecnologia.
_____Tratando-se de escala atômica, é necessário ter em mente o que representa um nanômetro. Em comparação, se um metro fosse a Terra, um nanômetro seria uma bola de gude, ou seja, essas máquinas são extremamente pequenas. Um nanômetro corresponde a um bilionésimo de um metro. Em tal escala, a mecânica quântica se torna um trunfo para observar os comportamentos dos átomos isolados.
_____Mas a pergunta que surge é se é possível isolar um átomo e poder trabalhar com ele. Ainda há investigação se seremos ou não capazes de controlar a matéria em escala atômica.
_____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.
_____"Os princípios da física, pelo que eu posso perceber, não falam contra a possibilidade de manipular as coisas átomo por átomo. Não seria uma violação da lei; é algo que, teoricamente, pode ser feito, mas que, na prática, nunca foi levado a cabo porque somos grandes de mais" - Richard Feynman.
_____Esta tecnologia tem as bases para nós sermos capazes de produzir novos materiais na escala nanométrica, permitindo a manipulação dos mínimos detalhes dentro de uma molécula.
_____O pesquisador K. Eric Drexler foi a primeira pessoa a popularizar essa técnica, no início da década de 80. Hoje em dia, além de construir motores e computadores microscópicos, os pesquisadores estão interessados em construir máquinas molécula a molécula. Isso significa que cada molécula de uma máquina é uma estrutura de funcionamento por si próprio, mas que quando combinado com outras moléculas elas trabalham juntas para cumprir um propósito maior.
_____Essa tecnologia possui diversas aplicações, incluindo medicina, energia solar, computação, biologia, química, engenharia mecânica e diversos outros campos científicos. Imaginem um novo ônibus espacial que pesa a metade do antigo, ou seja, uma fração do combustível anteriormente utilizado para colocá-lo em órbita agora será usado. Policiais poderão usar coletes à prova de bala que pesam o mesmo que uma camiseta normal. Construções poderão se tornar bem mais resistentes. Esses exemplos são apenas algumas das muitas aplicações que a nanotecnologia poderá proporcionar.
_____À medida que a nanotecnologia for evoluindo, os consumidores verão seus diferentes propósitos e aplicações.
COMO ESTAMOS HOJE?
_____Atualmente existem as três seguintes abordagens distintas para a nanotecnologia:
_____Basicamente, a nanotecnologia é a capacidade potencial de criar coisas a partir do mais pequeno. Ao longo da história, o progresso tecnológico se deu graças às mentes que “pensavam grande”. As pirâmides do Egito, a torre de Pisa na Itália, o Coliseu em Roma, são obras em grande escala. Contudo, recentemente, cientistas e engenheiros têm “pensado menor”. Desde os transistores que substituíram os tubos à vácuo para nos dar rádios que cabem na palma da mão aos microchips que possibilitaram a criação de computadores que também cabem na palma e que antigamente ocupavam uma sala inteira, nós temos pensado menor, e, naturalmente, a próxima grande coisa ser feita é a próxima coisa menor a ser fabricada, e a próxima coisa menor é a nanotecnologia.
_____Tratando-se de escala atômica, é necessário ter em mente o que representa um nanômetro. Em comparação, se um metro fosse a Terra, um nanômetro seria uma bola de gude, ou seja, essas máquinas são extremamente pequenas. Um nanômetro corresponde a um bilionésimo de um metro. Em tal escala, a mecânica quântica se torna um trunfo para observar os comportamentos dos átomos isolados.
_____Mas a pergunta que surge é se é possível isolar um átomo e poder trabalhar com ele. Ainda há investigação se seremos ou não capazes de controlar a matéria em escala atômica.
_____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.
_____"Os princípios da física, pelo que eu posso perceber, não falam contra a possibilidade de manipular as coisas átomo por átomo. Não seria uma violação da lei; é algo que, teoricamente, pode ser feito, mas que, na prática, nunca foi levado a cabo porque somos grandes de mais" - Richard Feynman.
_____Esta tecnologia tem as bases para nós sermos capazes de produzir novos materiais na escala nanométrica, permitindo a manipulação dos mínimos detalhes dentro de uma molécula.
_____O pesquisador K. Eric Drexler foi a primeira pessoa a popularizar essa técnica, no início da década de 80. Hoje em dia, além de construir motores e computadores microscópicos, os pesquisadores estão interessados em construir máquinas molécula a molécula. Isso significa que cada molécula de uma máquina é uma estrutura de funcionamento por si próprio, mas que quando combinado com outras moléculas elas trabalham juntas para cumprir um propósito maior.
_____Essa tecnologia possui diversas aplicações, incluindo medicina, energia solar, computação, biologia, química, engenharia mecânica e diversos outros campos científicos. Imaginem um novo ônibus espacial que pesa a metade do antigo, ou seja, uma fração do combustível anteriormente utilizado para colocá-lo em órbita agora será usado. Policiais poderão usar coletes à prova de bala que pesam o mesmo que uma camiseta normal. Construções poderão se tornar bem mais resistentes. Esses exemplos são apenas algumas das muitas aplicações que a nanotecnologia poderá proporcionar.
_____À medida que a nanotecnologia for evoluindo, os consumidores verão seus diferentes propósitos e aplicações.
COMO ESTAMOS HOJE?
_____Atualmente existem as três seguintes abordagens distintas para a nanotecnologia:
- Abordagem “Top-down” (de cima para baixo) e relacionada com a construção de dispositivos por desgaste de materiais macroscópicos, que é utilizada em microeletrônica, para produção de “chips” de computadores.
- Formação espontânea de dispositivos, a partir de seus componentes moleculares, utilizando técnicas tradicionais de Química e de Ciências dos Materiais.
- “Botton-up” (de baixo para cima) que possibilita a construção de estruturas átomo por átomo ou molécula por molécula, só disponível com avanços e aperfeiçoamentos tecnológicos uma vez que necessita de controle muito rigoroso e fino da matéria.
_____Para compreender melhor o impacto desta nova ciência em nossas vidas relacionaremos algumas das aplicações que os cientistas estão desenvolvendo no ramo da nanotecnologia em seus diversos campos de atuação. Alguns exemplos são: Nanocarro, Nanomotor molecular, Nanobalança, Metais amorfos e nanomáquinas.
_____Falaremos um pouco a respeito do Nanocarro:
_____Consiste de um chassi e eixos feitos de grupos orgânicos bem definidos, com sistema de suspensão flexível e eixos que giram livremente. As rodas são "buckyballs", esferas de carbono puro contendo 60 átomos cada uma. O carro todo mede entre 3 e 4 nanômetros de comprimento, o que o torna um pouco maior do que uma molécula de DNA. Um fio de cabelo humano, por exemplo, mede em média 80.000 nanômetros de diâmetro.
_____Em 2005 cientistas da Universidade Rice, Estados Unidos construíram o menor carro do mundo, construído com moléculas que precisava ser aquecido a 200º para andar. A temperatura ambiente, o nanocarro fica totalmente grudado sobre a superfície de ouro na qual ele foi construído. Mas, a cerca de 200ºC, ele fica livre e pode andar. Para provar que o nanocarro está realmente andando, e não escorregando sobre a superfície, os cientistas fizeram imagens a cada minuto e analisaram o movimento.
_____"A síntese e teste de nanocarros e outras máquinas moleculares está oferecendo elementos críticos em nossas investigações da fabricação molecular de 'baixo-para-cima'“, explica James M. Tour, um dos coordenadores da pesquisa. "Nós eventualmente iremos querer mover objetos e trabalhar de forma controlada em escala molecular e esses veículos são excelentes balões de ensaio para isso. Eles estão nos ajudando a aprender as regras básicas”.
_____Outros pesquisadores já haviam montado moléculas no formato de carros, mas o nanocarro agora apresentado é o primeiro que realmente se movimenta como um carro, podendo andar na direção perpendicular aos seus eixos, como um carro normal.
Figura 1 – Nanocarro [1]
O PAPEL DA ENGENHARIA MECÂNICA
_____A nanotecnologia nada mais é do que tecnologia microscópica. Portanto, não é difícil imaginar a importância que engenharia mecânica tem nessa nova tecnologia. De modo semelhante, também a nanotecnologia traz grandes implicações não só para a engenharia mecânica como para diversas outras áreas.
_____Pode-se destacar, por exemplo, as seguintes áreas em que a engenharia mecânica sofre aplicação da nanotecnologia: materiais, fabricação, manutenção, além das diversas áreas correlatas que auxiliam a engenharia mecânica, como a computação, a eletrônica, dentre outros. No que diz respeito à importância da engenharia mecânica na nanotecnologia, pode-se destacar: a fabricação de componentes em nano escala (nanomáquinas), os NEMS (NanoElectroMechanical Systems), os nano robôs, entre outros.
_____Os materiais de construção mecânica sofrem grandes implicações da nanotecnologia tanto porque as regras da mecânica quântica são muito diferentes da física clássica, quanto pela possibilidade de se produzir materiais molécula a molécula. Materiais com propriedades completamente fora do comum, materiais centenas de vezes mais fortes do que o aço, superplasticidade, pneus com maior aderência, são apenas alguns exemplos do que pode ser feito a partir da nanotecnologia.
_____No que diz respeito à fabricação mecânica, desde o início da nanotecnologia já se fala no desenvolvimento de máquinas nanoscópicas, chamadas montadoras. Essas montadoras seriam capazes de manipular átomos e moléculas à vontade, podendo ser construídas praticamente quaisquer coisas com elas. Esse método de fabricação recebe o nome de bottom-up (de baixo para cima) e representaria uma alternativa aos métodos convencionais de usinagem ou outros a partir de grandes blocos. Dentre suas vantagens estaria uma menor poluição bem como uma dependência menor de determinados recursos (já que seriam montados molécula a molécula).
_____A manutenção de máquinas seria afetada pela nanotecnologia diretamente devido à sua implantação em novos materiais. Materiais mais resistentes e com propriedades plásticas acentuadas produziriam peças com maior durabilidade, o que diminuiria a necessidade de manutenções freqüentes, o que, por sua vez, diminuiria os custos.
_____Os computadores, ferramentas de trabalho dos engenheiros mecânicos, também podem sofrer um grande impacto com a nanotecnologia. Engenheiros estão tentando usar nanofios para criar microprocessadores menores e mais poderosos. Com isso, poderiam surgir máquinas capazes de efetuar cálculos mais complicados e mais rápidos, facilitando assim a vida dos engenheiros mecânicos.
_____Já quanto à presença da Engenharia mecânica na nanotecnologia, já foram feitos alguns avanços no sentido da construção das nanomáquinas. A primeira engrenagem nano já foi criada e entrará para o guiness book como a menor engrenagem já feita. Já foram criados também carros na escala nano, que apresentam sua utilidade, por enquanto, no conhecimento do comportamento quântico. Como dito acima a mecânica quântica apresenta regras muito diferentes da mecânica clássica. Para o cientista James M. Tour da Universidade Rice nos Estados Unidos_ um dos coordenadores da pesquisa_"A síntese e teste de nanocarros e outras máquinas moleculares está oferecendo elementos críticos em nossas investigações da fabricação molecular de 'baixo-para-cima', Nós eventualmente iremos querer mover objetos e trabalhar de forma controlada em escala molecular e esses veículos são excelentes balões de ensaio para isso. Eles estão nos ajudando a aprender as regras básicas." [fonte: inovacaotecnologica.com].
_____Outro grupo de pesquisa, formado por engenheiros da Espanha e da Bélgica desenvolveram recentemente uma nova técnica que usa nanotubos de carbono para a fabricação de componentes mecânicos, para serem utilizados em uma nova geração de micros e nano-máquinas. Segundo a equipe “os novos materiais nanocompósitos terão uso em várias aplicações emergentes, incluindo microturbinas, microrreatores e bioimplantes.”[fonte: inovacaotecnologica.com].
_____Ao contrário da indústria eletrônica, que tem se destacado pela miniaturização de componentes, reduzir o tamanho de componentes mecânicos tem se mostrado um problema bem maior. Isso porque moldes de fundição, fresas, extrusoras e outras técnicas convencionais em escala industrial não são úteis para criar formas em microescala. A solução encontrada pela equipe da Bélgica e França foi utilizar a eletroerosão no nitreto de silício (material cerâmico preferido para construção em nanoescala) adicionado de nanotubos de carbono. A inovação é que a eletroerosão geralmente só funciona em materiais condutores (e não em cerâmicos).
_____Esses são alguns exemplos da presença da engenharia mecânica na nanotecnologia, ou seja, na tecnologia em nano escala. Cada dia novos avanços são feitos para a incorporação cada vez maior da engenharia mecânica nessa nova área. Por outro lado, a engenharia mecânica já começa a ser fortemente afetada devido presença dos nanomateriais.
Figura 2 - Nitreto de Silício com nanotubos de carbono. Usado para produzir componentes mecânicos em escala nanométrica [2]
MERCADO ATUAL E FUTURO
_____Pode-se considerar que o mercado de trabalho para profissionais na área de nanotecnologia é pouco concorrido, devido ao fato de que é reduzido o número de trabalhadores, principalmente no Brasil, onde o curso é oferecido em pouquíssimas instituições. Entretanto, o futuro nesse ramo é muito promissor. De acordo com o Ministério da Ciência e Tecnologia, foram criados projetos para o desenvolvimento de novos produtos e processos em nanotecnologia, que quando implementados irão aumentar a competitividade da indústria brasileira, impulsionando também setores como: o da eletrônica, transporte, informação, construção civil, química e petroquímica, energia, agronegócio, biomedicina, ótica, metalurgia e produção mineral. Estima-se grandes investimentos para a base nanotecnológica no mundo, e o Brasil deve seguir essa tendência, dessa forma haverá crescimento no número de empresas em território nacional, tendo como consequência o aumento da necessidade de mão de obra especializada. A seguir, destaca-se algumas empresas que estão desenvolvendo projetos nessa área: Petrobras (Rede Temática de Nanotecnologia); Vale; FIESP; Braskem (nanocompósitos); Quattor Petroquímica (nanocompósitos); Oxiteno (química, energia e materiais); Ambriex (instrumentação científica); Suggar Eletrodomésticos (nanopartículas antibactericidas); ElectroCell (células a combustível); SupraNano (nanopartículas); Exsor (produtos óticos); Mikron (encapsulamento); Cedro cachoeira (têxtil); Contech (produtos químicos); Zelus (indústria farmacêutica); Rhodia (nanocompósitos); Santista Têxtil (tecidos inteligentes); Ponto Quântico (sensores de radiação UV); Embrapa (sensores).
_____Uma área de atuação importante existente hoje, principalmente para engenheiros mecânicos, é a parte de nanocompositos. Os nanocompósitos são uma classe de materiais formados por materiais orgânicos e inorgânicos, onde a fase inorgânica está dispersa em nível nanométrico em uma matriz polimérica. Esses nanocompósitos podem apresentar algumas características físico-químicas interessantes, como: maior resistência a esforços mecânicos; maior resistência à flexão e impacto; maior estabilidade térmica; propriedade anti-chama; maior resistência química; redução na permeabilidade a gases.
_____Nanocompósitos aumentam a resistência dos materiais produzidos com plástico, impedindo a penetração de componentes gasosos. Resinas especiais são desenvolvidas para a indústria automobilística. As aplicações ocorrem em partes estruturais. Em outras áreas, diversas novidades se anunciam; garrafas de PET e novas embalagens. A nanotecnologia possibilitará o aumento do uso do plástico.
DESAFIOS E GARGALOS
_____Apesar de parecer que a nanotecnologia não apresenta problemas é preciso tomar cuidado com o otimismo acerca do assunto, antes de tudo é necessário fazer o levantamento dos possíveis problemas que os produtos utilizados fariam ao indivíduo. Principalmente, porque não sabe ainda se as substâncias usadas possam ser tóxicas ou não. Além disso, há outros problemas no que tange a produção desses nanoobjetos, apesar de termos a capacidade de manipular nanopartículas, não somos capazes de produzir em grande escala esses objetos. Além disso, ainda não somos capazes de confeccionar nanoprocessadores utilizando nanofios, o que possibilitaria um avanço gigantesco na computação.
_____A reflexão ética sobre o assunto é um outro desafio criticado por muitos, porque da mesma forma com que o avanço da teoria quântica possibilitou a criação da bomba atômica usada na segunda guerra mundial, muitos acreditam que o desenvolvimento acelerado da nanotecnologia abriria portas para o desenvolvimento de novas armas de destruição em massa.
_____A nanopoluição é outro tema muito discutido entre os pesquisadores. É gerado por nanomateriais ou durante a cenfeccção destes. Esse tipo de poluição, formada por nanopartículas é muito perigosa, uma vez que essas nanopartículas flutuam facilmente pelo ar viajando grandes distâncias. Devido ao seu pequeno tamanho, as nanopartículas podem entrar nas células dos seres humanos, animais e plantar. Como a maioria desses nanopoluentes não existem na natureza, as células provavelmente não terão os meios apropriados de lidar com ele, causando danos ainda não conhecidos. Estes nanopoluentes poderiam se acumular na cadeia alimentar como os mesados e o DDT.
TENDÊNCIAS PARA O FUTURO
_____O futuro da nanotecnologia, tem se mostrado cada dia mais promissor, a procura por pesquisas na área cresce de forma assustadora nos últimos anos, principalmente com em relação às barreiras que a ciência tem achado. Cientistas vêem na nanotecnologia a possibilidade de contornar esses obstáculos e possibilitar a criação de coisas que hoje podem parecer impossíveis.
_____Os avanços dessa ciência trarão benefícios para diversas áreas, por ser uma ciência que abrange não só um campo de conhecimento, mas necessita da colaboração de muitas e contribuirá com muitas também segundo a cientista Marcilei Aparecida da USP : “ A biotecnologia fornece as ferramentas para quebrar a barreira entre as espécies enquanto a nanotecnologia dá possibilidade aos cientistas de manipularem átomos de maneira a construir, por exemplo, um gene ou até mesmo um neurônio”. O que se vê hoje em dia são cientistas muito entusiasmados com as possíveis aplicações da nanotecnologia que poderia trazer soluções de problemas que não existem ainda hoje, como por exemplo, a cura do câncer. A utilização de nanorrobôs para combater as células mutantes seria algo interessante, porque os atuais tratamentos combatem não só as células mutantes, mas também as células sadias do organismo. Além disso, nanorrobôs seriam capazes de realizar cirurgias muito delicadas e ter um nível de precisão muito maior, o que diminuiria a incidência de erros médicos. Isso abriria a possibilidade de realizar cirurgias sem deixar cicatrizes que uma cirurgia convencional deixaria.
_____No campo da estética, há a especulação de que nanorrobôs seriam capazes de mudar sua própria estrutura, mudando assim sua aparência, de certa forma seria possível a mudança de características físicas do indivíduo, podendo mudar a cor de seus olhos, fazer tratamentos de pele mais eficientes, alguns cientitas acham que haveria a possibilidade de nanorrobôs atrasarem o processo de envelhecimento, possibilitando uma maior expectativa de vida. . A nanotecnologia poderia ser um fator importante com as questões ambientais, pode facilmente ser utilizado por empresas exploradoras de petróleo, com a utilização de nanomáquinas para combater os derramamentos, além de se poder realizar recontruções de partes da camada de ozônio que estão bem danificadas. Há especulações de que nanomáquinas seriam capazes de produzir recursos energéticos, como por exemplo o petróleo.
_____Muitas dessas inovações levantadas podem parecer muito distantes, talvez impossíveis, pode parecer um tanto quanto utópico, mas mesmo que isto sejam apenas noções teóricas, o homem busca geralmente trabalhar com coisas além de sua compreensão, e isso é nanotecnologia , a possibilidade de criar coisas jamais imaginadas antes. Isso, certamanente trará muitas inovações e se tornarão bem úteis e práticas.
REFERÊNCIAS
BONSO, Kelvin; STRICKLAND, Jonathan. Como funciona a Nanotecnologia. Acesso em 12/Dez/2011. Disponível em:< http://ciencia.hsw.uol.com.br/nanotecnologia.htm >.
INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. Cientistas criam um nanocarro capaz de andar de verdade. Acesso em 12/Dez/2011. Disponível em: <http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010165051024>.
INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. Nanotubos viabilizam fabricação de microcomponentes mecânicos. Acesso em 12/Dez/2011. Disponível em: < http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010165051024>.
INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. Menor engrenagem do mundo vai para o guinness. Acesso em 12/Dez/2011. Disponível em: <http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=menor-engrenagem-mundo-guinness&id=010165111021>.
NANOTECHNOLOGY. Nanotechnology. Acesso em 12/Dez/2011. Disponível em: < http://nanotechnology.com/ >.
EURORESIDENTES. Introdução à Nanotecnologia. O que é Nanotecnologia?. Acesso em 12/Dez/2011. Disponível em: < http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia_responsavel/introducao_nanotecnologia.htm>.
NANO. What is nanotechnoloy?.Acesso em 12/Dez/2011. Disponível em: < http://www.nano.gov/nanotech-101/what/definition >.
AEGOES. Nanocompósitos podem viabilizar avião-Transformer. Acesso em 12/Dez/2011. Disponível em: < http://www.aegoes.com.br/aviacao/nanocompsitos-podem-viabilizar-avio-transformer >.
[2] Malek et al., Materials Today, acesso em 12/Dez/2011, disponível em: < http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/imagens/010165111122-micro-engrenagem-nanotubo.jpg >.
AUTORES
_____O presente artigo foi elaborado no âmbito da disciplina "ENM 168980 Introdução a Engenharia Mecânica" da Universidade de Brasilia, pelos seguintes alunos:
Lucas Silva Lopes, 11/0129482
Rômulo de Souza Martins, 11/0151976
Douglas Daniel de Carvalho, 11/0114833
Henrique Mesquita Araújo Filho, 11/0120931
Eduardo Herberth de Araujo, 11/0115279
Lucas Lopes Martins, 11/0150198
_____Falaremos um pouco a respeito do Nanocarro:
_____Consiste de um chassi e eixos feitos de grupos orgânicos bem definidos, com sistema de suspensão flexível e eixos que giram livremente. As rodas são "buckyballs", esferas de carbono puro contendo 60 átomos cada uma. O carro todo mede entre 3 e 4 nanômetros de comprimento, o que o torna um pouco maior do que uma molécula de DNA. Um fio de cabelo humano, por exemplo, mede em média 80.000 nanômetros de diâmetro.
_____Em 2005 cientistas da Universidade Rice, Estados Unidos construíram o menor carro do mundo, construído com moléculas que precisava ser aquecido a 200º para andar. A temperatura ambiente, o nanocarro fica totalmente grudado sobre a superfície de ouro na qual ele foi construído. Mas, a cerca de 200ºC, ele fica livre e pode andar. Para provar que o nanocarro está realmente andando, e não escorregando sobre a superfície, os cientistas fizeram imagens a cada minuto e analisaram o movimento.
_____"A síntese e teste de nanocarros e outras máquinas moleculares está oferecendo elementos críticos em nossas investigações da fabricação molecular de 'baixo-para-cima'“, explica James M. Tour, um dos coordenadores da pesquisa. "Nós eventualmente iremos querer mover objetos e trabalhar de forma controlada em escala molecular e esses veículos são excelentes balões de ensaio para isso. Eles estão nos ajudando a aprender as regras básicas”.
_____Outros pesquisadores já haviam montado moléculas no formato de carros, mas o nanocarro agora apresentado é o primeiro que realmente se movimenta como um carro, podendo andar na direção perpendicular aos seus eixos, como um carro normal.
Figura 1 – Nanocarro [1]
O PAPEL DA ENGENHARIA MECÂNICA
_____Pode-se destacar, por exemplo, as seguintes áreas em que a engenharia mecânica sofre aplicação da nanotecnologia: materiais, fabricação, manutenção, além das diversas áreas correlatas que auxiliam a engenharia mecânica, como a computação, a eletrônica, dentre outros. No que diz respeito à importância da engenharia mecânica na nanotecnologia, pode-se destacar: a fabricação de componentes em nano escala (nanomáquinas), os NEMS (NanoElectroMechanical Systems), os nano robôs, entre outros.
_____Os materiais de construção mecânica sofrem grandes implicações da nanotecnologia tanto porque as regras da mecânica quântica são muito diferentes da física clássica, quanto pela possibilidade de se produzir materiais molécula a molécula. Materiais com propriedades completamente fora do comum, materiais centenas de vezes mais fortes do que o aço, superplasticidade, pneus com maior aderência, são apenas alguns exemplos do que pode ser feito a partir da nanotecnologia.
_____No que diz respeito à fabricação mecânica, desde o início da nanotecnologia já se fala no desenvolvimento de máquinas nanoscópicas, chamadas montadoras. Essas montadoras seriam capazes de manipular átomos e moléculas à vontade, podendo ser construídas praticamente quaisquer coisas com elas. Esse método de fabricação recebe o nome de bottom-up (de baixo para cima) e representaria uma alternativa aos métodos convencionais de usinagem ou outros a partir de grandes blocos. Dentre suas vantagens estaria uma menor poluição bem como uma dependência menor de determinados recursos (já que seriam montados molécula a molécula).
_____A manutenção de máquinas seria afetada pela nanotecnologia diretamente devido à sua implantação em novos materiais. Materiais mais resistentes e com propriedades plásticas acentuadas produziriam peças com maior durabilidade, o que diminuiria a necessidade de manutenções freqüentes, o que, por sua vez, diminuiria os custos.
_____Os computadores, ferramentas de trabalho dos engenheiros mecânicos, também podem sofrer um grande impacto com a nanotecnologia. Engenheiros estão tentando usar nanofios para criar microprocessadores menores e mais poderosos. Com isso, poderiam surgir máquinas capazes de efetuar cálculos mais complicados e mais rápidos, facilitando assim a vida dos engenheiros mecânicos.
_____Já quanto à presença da Engenharia mecânica na nanotecnologia, já foram feitos alguns avanços no sentido da construção das nanomáquinas. A primeira engrenagem nano já foi criada e entrará para o guiness book como a menor engrenagem já feita. Já foram criados também carros na escala nano, que apresentam sua utilidade, por enquanto, no conhecimento do comportamento quântico. Como dito acima a mecânica quântica apresenta regras muito diferentes da mecânica clássica. Para o cientista James M. Tour da Universidade Rice nos Estados Unidos_ um dos coordenadores da pesquisa_"A síntese e teste de nanocarros e outras máquinas moleculares está oferecendo elementos críticos em nossas investigações da fabricação molecular de 'baixo-para-cima', Nós eventualmente iremos querer mover objetos e trabalhar de forma controlada em escala molecular e esses veículos são excelentes balões de ensaio para isso. Eles estão nos ajudando a aprender as regras básicas." [fonte: inovacaotecnologica.com].
_____Outro grupo de pesquisa, formado por engenheiros da Espanha e da Bélgica desenvolveram recentemente uma nova técnica que usa nanotubos de carbono para a fabricação de componentes mecânicos, para serem utilizados em uma nova geração de micros e nano-máquinas. Segundo a equipe “os novos materiais nanocompósitos terão uso em várias aplicações emergentes, incluindo microturbinas, microrreatores e bioimplantes.”[fonte: inovacaotecnologica.com].
_____Ao contrário da indústria eletrônica, que tem se destacado pela miniaturização de componentes, reduzir o tamanho de componentes mecânicos tem se mostrado um problema bem maior. Isso porque moldes de fundição, fresas, extrusoras e outras técnicas convencionais em escala industrial não são úteis para criar formas em microescala. A solução encontrada pela equipe da Bélgica e França foi utilizar a eletroerosão no nitreto de silício (material cerâmico preferido para construção em nanoescala) adicionado de nanotubos de carbono. A inovação é que a eletroerosão geralmente só funciona em materiais condutores (e não em cerâmicos).
_____Esses são alguns exemplos da presença da engenharia mecânica na nanotecnologia, ou seja, na tecnologia em nano escala. Cada dia novos avanços são feitos para a incorporação cada vez maior da engenharia mecânica nessa nova área. Por outro lado, a engenharia mecânica já começa a ser fortemente afetada devido presença dos nanomateriais.
Figura 2 - Nitreto de Silício com nanotubos de carbono. Usado para produzir componentes mecânicos em escala nanométrica [2]
MERCADO ATUAL E FUTURO
_____Pode-se considerar que o mercado de trabalho para profissionais na área de nanotecnologia é pouco concorrido, devido ao fato de que é reduzido o número de trabalhadores, principalmente no Brasil, onde o curso é oferecido em pouquíssimas instituições. Entretanto, o futuro nesse ramo é muito promissor. De acordo com o Ministério da Ciência e Tecnologia, foram criados projetos para o desenvolvimento de novos produtos e processos em nanotecnologia, que quando implementados irão aumentar a competitividade da indústria brasileira, impulsionando também setores como: o da eletrônica, transporte, informação, construção civil, química e petroquímica, energia, agronegócio, biomedicina, ótica, metalurgia e produção mineral. Estima-se grandes investimentos para a base nanotecnológica no mundo, e o Brasil deve seguir essa tendência, dessa forma haverá crescimento no número de empresas em território nacional, tendo como consequência o aumento da necessidade de mão de obra especializada. A seguir, destaca-se algumas empresas que estão desenvolvendo projetos nessa área: Petrobras (Rede Temática de Nanotecnologia); Vale; FIESP; Braskem (nanocompósitos); Quattor Petroquímica (nanocompósitos); Oxiteno (química, energia e materiais); Ambriex (instrumentação científica); Suggar Eletrodomésticos (nanopartículas antibactericidas); ElectroCell (células a combustível); SupraNano (nanopartículas); Exsor (produtos óticos); Mikron (encapsulamento); Cedro cachoeira (têxtil); Contech (produtos químicos); Zelus (indústria farmacêutica); Rhodia (nanocompósitos); Santista Têxtil (tecidos inteligentes); Ponto Quântico (sensores de radiação UV); Embrapa (sensores).
_____Uma área de atuação importante existente hoje, principalmente para engenheiros mecânicos, é a parte de nanocompositos. Os nanocompósitos são uma classe de materiais formados por materiais orgânicos e inorgânicos, onde a fase inorgânica está dispersa em nível nanométrico em uma matriz polimérica. Esses nanocompósitos podem apresentar algumas características físico-químicas interessantes, como: maior resistência a esforços mecânicos; maior resistência à flexão e impacto; maior estabilidade térmica; propriedade anti-chama; maior resistência química; redução na permeabilidade a gases.
_____Nanocompósitos aumentam a resistência dos materiais produzidos com plástico, impedindo a penetração de componentes gasosos. Resinas especiais são desenvolvidas para a indústria automobilística. As aplicações ocorrem em partes estruturais. Em outras áreas, diversas novidades se anunciam; garrafas de PET e novas embalagens. A nanotecnologia possibilitará o aumento do uso do plástico.
DESAFIOS E GARGALOS
_____Apesar de parecer que a nanotecnologia não apresenta problemas é preciso tomar cuidado com o otimismo acerca do assunto, antes de tudo é necessário fazer o levantamento dos possíveis problemas que os produtos utilizados fariam ao indivíduo. Principalmente, porque não sabe ainda se as substâncias usadas possam ser tóxicas ou não. Além disso, há outros problemas no que tange a produção desses nanoobjetos, apesar de termos a capacidade de manipular nanopartículas, não somos capazes de produzir em grande escala esses objetos. Além disso, ainda não somos capazes de confeccionar nanoprocessadores utilizando nanofios, o que possibilitaria um avanço gigantesco na computação.
_____A reflexão ética sobre o assunto é um outro desafio criticado por muitos, porque da mesma forma com que o avanço da teoria quântica possibilitou a criação da bomba atômica usada na segunda guerra mundial, muitos acreditam que o desenvolvimento acelerado da nanotecnologia abriria portas para o desenvolvimento de novas armas de destruição em massa.
_____A nanopoluição é outro tema muito discutido entre os pesquisadores. É gerado por nanomateriais ou durante a cenfeccção destes. Esse tipo de poluição, formada por nanopartículas é muito perigosa, uma vez que essas nanopartículas flutuam facilmente pelo ar viajando grandes distâncias. Devido ao seu pequeno tamanho, as nanopartículas podem entrar nas células dos seres humanos, animais e plantar. Como a maioria desses nanopoluentes não existem na natureza, as células provavelmente não terão os meios apropriados de lidar com ele, causando danos ainda não conhecidos. Estes nanopoluentes poderiam se acumular na cadeia alimentar como os mesados e o DDT.
TENDÊNCIAS PARA O FUTURO
_____O futuro da nanotecnologia, tem se mostrado cada dia mais promissor, a procura por pesquisas na área cresce de forma assustadora nos últimos anos, principalmente com em relação às barreiras que a ciência tem achado. Cientistas vêem na nanotecnologia a possibilidade de contornar esses obstáculos e possibilitar a criação de coisas que hoje podem parecer impossíveis.
_____Os avanços dessa ciência trarão benefícios para diversas áreas, por ser uma ciência que abrange não só um campo de conhecimento, mas necessita da colaboração de muitas e contribuirá com muitas também segundo a cientista Marcilei Aparecida da USP : “ A biotecnologia fornece as ferramentas para quebrar a barreira entre as espécies enquanto a nanotecnologia dá possibilidade aos cientistas de manipularem átomos de maneira a construir, por exemplo, um gene ou até mesmo um neurônio”. O que se vê hoje em dia são cientistas muito entusiasmados com as possíveis aplicações da nanotecnologia que poderia trazer soluções de problemas que não existem ainda hoje, como por exemplo, a cura do câncer. A utilização de nanorrobôs para combater as células mutantes seria algo interessante, porque os atuais tratamentos combatem não só as células mutantes, mas também as células sadias do organismo. Além disso, nanorrobôs seriam capazes de realizar cirurgias muito delicadas e ter um nível de precisão muito maior, o que diminuiria a incidência de erros médicos. Isso abriria a possibilidade de realizar cirurgias sem deixar cicatrizes que uma cirurgia convencional deixaria.
_____No campo da estética, há a especulação de que nanorrobôs seriam capazes de mudar sua própria estrutura, mudando assim sua aparência, de certa forma seria possível a mudança de características físicas do indivíduo, podendo mudar a cor de seus olhos, fazer tratamentos de pele mais eficientes, alguns cientitas acham que haveria a possibilidade de nanorrobôs atrasarem o processo de envelhecimento, possibilitando uma maior expectativa de vida. . A nanotecnologia poderia ser um fator importante com as questões ambientais, pode facilmente ser utilizado por empresas exploradoras de petróleo, com a utilização de nanomáquinas para combater os derramamentos, além de se poder realizar recontruções de partes da camada de ozônio que estão bem danificadas. Há especulações de que nanomáquinas seriam capazes de produzir recursos energéticos, como por exemplo o petróleo.
_____Muitas dessas inovações levantadas podem parecer muito distantes, talvez impossíveis, pode parecer um tanto quanto utópico, mas mesmo que isto sejam apenas noções teóricas, o homem busca geralmente trabalhar com coisas além de sua compreensão, e isso é nanotecnologia , a possibilidade de criar coisas jamais imaginadas antes. Isso, certamanente trará muitas inovações e se tornarão bem úteis e práticas.
REFERÊNCIAS
BONSO, Kelvin; STRICKLAND, Jonathan. Como funciona a Nanotecnologia. Acesso em 12/Dez/2011. Disponível em:< http://ciencia.hsw.uol.com.br/nanotecnologia.htm >.
INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. Cientistas criam um nanocarro capaz de andar de verdade. Acesso em 12/Dez/2011. Disponível em: <http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010165051024>.
INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. Nanotubos viabilizam fabricação de microcomponentes mecânicos. Acesso em 12/Dez/2011. Disponível em: < http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010165051024>.
INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. Menor engrenagem do mundo vai para o guinness. Acesso em 12/Dez/2011. Disponível em: <http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=menor-engrenagem-mundo-guinness&id=010165111021>.
NANOTECHNOLOGY. Nanotechnology. Acesso em 12/Dez/2011. Disponível em: < http://nanotechnology.com/ >.
EURORESIDENTES. Introdução à Nanotecnologia. O que é Nanotecnologia?. Acesso em 12/Dez/2011. Disponível em: < http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia_responsavel/introducao_nanotecnologia.htm>.
NANO. What is nanotechnoloy?.Acesso em 12/Dez/2011. Disponível em: < http://www.nano.gov/nanotech-101/what/definition >.
AEGOES. Nanocompósitos podem viabilizar avião-Transformer. Acesso em 12/Dez/2011. Disponível em: < http://www.aegoes.com.br/aviacao/nanocompsitos-podem-viabilizar-avio-transformer >.
[1] Y. Shira, Rice University, acesso em 12/Dez/2011, disponível em:< http://www.jmtour.com/about/photos_graphics/nanocars>.
[2] Malek et al., Materials Today, acesso em 12/Dez/2011, disponível em: < http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/imagens/010165111122-micro-engrenagem-nanotubo.jpg >.
AUTORES
_____O presente artigo foi elaborado no âmbito da disciplina "ENM 168980 Introdução a Engenharia Mecânica" da Universidade de Brasilia, pelos seguintes alunos:
Lucas Silva Lopes, 11/0129482
Rômulo de Souza Martins, 11/0151976
Douglas Daniel de Carvalho, 11/0114833
Henrique Mesquita Araújo Filho, 11/0120931
Eduardo Herberth de Araujo, 11/0115279
Lucas Lopes Martins, 11/0150198
http://www.environmentalleader.com/2011/12/02/ibm-thales-bosch-research-electronics-cooling/
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