Nanotecnologias Inovações para o mundo de amanhã

NANOTECNOLOGIAS E NANOCIÊNCIAS, MATERIAIS MULTIFUNCIONAIS BASEADOS NO CONHECIMENTO E NOVOS

PROCESSOS E DISPOSITIVOS DE PRODUÇÃO

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Comissão EuropeiaDirecção-Geral da InvestigaçãoUnidade de Informação e ComunicaçãoB-1049 Bruxelles Fax (32-2) 29-58220E-mail: research@cec.eu.int Internet: http://europa.eu.int/comm/research/rtdinfo/index_fr.html

Editor: COMISSÃO EUROPEIA

Direcção-Geral da InvestigaçãoDirecção G — Tecnologias IndustriaisUnidade G.4 — Nanociências e nanotecnologias

Contactos: Dr. Renzo Tomellini, Dra. Angela Hullmann

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COMISSÃO EUROPEIA

Nanotecnologias

Inovações para o mundo de amanhã

A presente brochura tem origem num projecto financiado peloMinistério Alemão Federal de Educação e Investigação (BMBF)concretizado pelo Centro de Tecnologia da Associação Alemã deEngenheiros (VDI-TZ). A Comissão Europeia agradece ao BMBF aautorização de tradução desta publicação e sua divulgação aopúblico europeu. À Dra. Rosita Cottone (BMBF) e ao Dr. WolfgangLuther (VDI-TZ), é devido um especial apreço pela sua assistência nacoordenação.

A versão original alemã pode ser consultada no sítio Internethttp://www.bmbf.de/de/nanotechnologie.php.

Publicação: Comissão Europeia, DG Investigação

Produção: Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF, Berlin

Coordenação: VDI (Divisão de Tecnologias do Futuro), Technologiezentrum GmbH, Düsseldorf

Autor: Dr. Mathias Schulenburg, Köln

Configuração: Suzy Coppens, BergerhofStudios, Köln

Direcção-Geral de Investigação2004 « Nanociências e nanotecnologias » EUR 21151PT

Europe Direct (Europa em Directo) é um serviço que o ajuda a encontrar resposta às suas perguntas sobre a União Europeia

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AVISO NOS TERMOS DA LEI

A Comissão Europeia ou qualquer pessoa agindo em seu nome declinam responsibilidade pela eventual utilização dainformação que se segue.

Os pontos de vista expressos na presente publicação são da exclusiva responsibilidade do autor e não reflectemnecessariamente o ponto de vista da Comissão Europeia.

Pode ser obtida informação adicional sobre a União Europeia no servidor Europa da Internet (http://europa.eu.int).

Os dados de catalogação figuram no final da publicação.

Luxemburgo: Serviço das Publicações Oficiais das Comunidades Europeias, 2004

ISBN 92-894-8890-5

© Comunidades Europeias, 2004Reprodução autorizada mediante indicação da fonte.

Printed in BELGIUM

IMPRESSO EM PAPEL BRANCO ISENTO DE CLORO

Prefácio

Ananotecnologia é uma nova técnica relativa ao estudo e ao controlo das propriedades da matéria àescala nanométrica: um nanómetro (milésima milionésima parte do metro) é o comprimento deuma pequena molécula. A esse nível, a matéria exibe propriedades diferentes muitas vezes

surpreendentes, desvanecendo-se as fronteiras entre as areas técnico-científicas estabelecidas – resultandono carácter fortemente interdisciplinar associado às nanotecnologias.

As nanotecnologias caracterizam-se, muitas vezes , como potencialmente “disruptivas” ou “revolucionárias”,em termos do seu possível impacto no domínio da produção industrial. As nanotecnologias oferecemsoluções possíveis para muitos problemas actuais, por meio de materiais, componentes e sistemas menores,mais leves, mais rápidos e mais eficazes, abrindo deste modo novas oportunidades para criar riqueza eemprego. Prevê-se também que as nanotecnologias dêem alguns contributos essenciais para a resolução deproblemas do mundo e do ambiente mediante a criação de produtos e processos mais adaptados àutilização final, possibilitando a economia de recursos e a redução de resíduos e emissões.

Registam-se neste momento enormes progressos na corrida mundial às nanotecnologias. A Europa foi dosprimeiros investidores, com numerosos programas de nanociência iniciados entre meados e finais dadécada de 1990. Subsequentemente, criou uma forte base de conhecimento, cujos benefícios devem agoraassegurar à indústria e à sociedade europeias o desenvolvimento de novos produtos e processos.

As nanotecnologias são o tema de uma recente comunicação da Comissão (‘Para uma Estratégia Europeiasobre Nanotecnologias’), na qual se propõe, não só o incentivo à investigação em nanociências enanotecnologias, mas também a consideração de várias outras dinâmicas interdependentes:

• Melhor coordenação dos programas e investimentos nacionais em investigação, de modo a proverigualmente a Europa de equipas e infra-estruturas (“pólos de excelência”) capazes de competir a nívelinternacional. Em paralelo, é essencial a colaboração entre organismos de investigação nos sectorespúblico e privado de toda a Europa, para alcançar uma massa crítica suficiente.

• Outros factores de competitividade não devem ser negligenciados, como sendo a metrologia, regulamentaçãoe direitos de propriedade intelectual adequados, de modo a preparar o caminho para a inovação industrial eobter vantagens concorrenciais, quer para as grandes quer para as pequenas e médias empresas.

• As actividades relacionadas com ensino e formação são de grande importância. Na Europa, hánomeadamente, margem para melhorar o carácter empresarial dos investigadores, bem como paramodificar a atitude positiva dos técnicos de produção. A concretização de uma verdadeira investigaçãointerdisciplinar em nanotecnologias pode igualmente exigir novas estratégias de ensino e formaçãopara a investigação e a indústria.

• Os aspectos sociais (como informação e comunicação ao público, questões de saúde e ambiente eavaliação de riscos) são outros factores fundamentais para assegurar um desenvolvimento responsáveldas nanotecnologias e resposta às expectativas que os cidadãos nelas depositam. A confiança do públicoe dos investidores nas nanotecnologias será crucial para o seu desenvolvimento e a sua aplicaçãofrutuosa a longo prazo.

A presente brochura visa demonstrar o que a nanotecnologia é e o que pode oferecer aos cidadãos europeus.

Ezio AndretaDirector da Direcção “Tecnologias Industriais”

Direcção-Geral da InvestigaçãoComissão Europeia

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3 Prefácio

4-5 Sumário

6-7 O átomo: ideias antigas e a nova realidade

8-13 Nanotecnologias na Natureza

14-15 Olhos para o nanocosmos

16-17 Material gráfico

18-19 Impulsos para a ciência

20-21 Concepção de materiais à escala nanométrica

Sumário

Viagem ao nanocosmos

Instrumentos e processos

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Nanotechnologiaspara a sociedade

22-27 O mundo interligado: nanoelectrónica

28-29 Nanotecnologias no quotidiano futuro

22-27 O mundo interligado: nanoelectrónica

28-29 Nanotecnologias no quotidiano futuro

30-33 Mobilidade

34-37 Saúde

38-41 Energia e Ambiente

42-43 Nanotecnologia para desporto e lazer

44-45 Visões

46-47 Oportunidades e riscos

Outras informações

48 Como posso tornar-me nanoengenheiro?

49 Contactos, links Internet, bibliografia

50-51 Glossário

52 Origem das figuras

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Viagem ao nanocosmos

O átomo: ideias antigas e nova realidadeO nosso mundo material é composto de átomos. Já há cerca de2400 anos, o filósofo grego Demócrito defendia esta ideia.Reconhecida, a Grécia moderna gravou a sua efígie na moeda dedez dracmas que, embora abundante, não se compara aos átomos:uma gota de chuva contém 1.000.000.000.000.000.000.000 deles,pois os átomos são minúsculos, com um décimo de nanómetrode comprimento (e o nanómetro, que representamos por nm, éa milionésima parte do milímetro).

Amedeo Avogadro (1776-1856), professor de

Física em Turim, queanalisou cientificamente a

gota de chuva.

A proporção entre osdiâmetros de um átomo demagnésio e de uma bola deténis é a mesma que entre o

diâmetro da bola e o daTerra. Pensemos nisto

quando tomarmos umapílula de magnésio!

O espírito de Demócrito paira sobre o mundonanométrico, um oceano de possibilidades infinitas.

Lucrécio, poeta romano, escreveu, algunsséculos mais tarde, as seguintes palavras: OUniverso é um espaço sem limite formado por um

número infindo de partículas indivisíveis, os átomos, cujavariedade é porém finita. ... Somente em forma, tamanhoe peso se diferenciam. Impenetráveis, imutáveis, fronteirada divisibilidade física… Como especulação pura, nãoestava mal. Depois, durante muito tempo, não sepensou em tais coisas.

No Século XVII, o famoso astrónomo JohannesKepler teceu acerca dos flocos de neve as seguintesconsiderações, que divulgou em 1611: aregularidade da forma só pode realmente dever-se apeças constitutivas simples e uniformes. A ideia doátomo ganhava novo alento.

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Os instrumentos modernos de análise conseguemjá tornar visíveis esses componentes altamentecomplexos da matéria viva, à escala nanométrica.

Por fim, na década de 1980, conseguiu-se com omicroscópio de túnel de varrimento uminstrumento por meio do qual podemos ver osátomos individuais de um cristal (houve muitagente que considerou fraudulentas as primeirasimagens) e inclusivamente manipulá-los.

Estava preparado o cenário para um passoimportantíssimo: a nanotecnologia.

O Professor Berndtrepresentou o logotipo daUniversidade Christian-Albrecht, de Kiel, comátomos de manganês.

Os sábios que estudavam os minerais e cristaistomavam os átomos cada vez mais a sério. Todavia,só em 1912 se conseguiu, na Universidade deMunique, uma prova directa da sua existência: umcristal de sulfato de cobre dispersava os raios X (ouraios Röntgen) do mesmo modo que o tecido de umguarda-chuva dispersa a luz deum candeeiro. Ocristal devia sercomposto de átomos,ordenados em séries,como os fios doguarda- chuva – oucomo pilhas de laranjasno mercado.

A razão por que os átomos sedispõem tão regularmenteno cristal é simples: amatéria procura aforma maiscómoda possível, eessa é a disposiçãoordenada. Agitandonozes ou avelãs dentro deuma tigela, elas formam padrões regulares. Para osátomos, o processo é ainda mais fácil.

No entanto, os padrões simples nem sempre são osmais reproductiveis. Guiada pelas forças de auto-ordenamento, a matéria, ao longo de biliões deanos, foi assumindo na Terra formasextraordinariamente complexas e, por fim, vivas.

Biomecanismos nanométricoscomo os ribossomas sãodescodificadoscristalograficamente pelaProf. Ada Yonath, no centroDESY.

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Nanotecnologias na Natureza

Os especialistas em nanotecnologias nutrem especial carinho pelanatureza viva, que, em quatro mil milhões de anos de existência, temencontrado soluções assombrosas para os seus problemas. É típica aseguinte situação: a matéria das estruturas vivas está defenida até aonível mais depurado, até ao nível atómico. E é isso o que tambémpretendem os especialistas em nanotecnologias.

Átomo: uma palavra que em geral não suscitasimpatia. Sugere explosões violentas,radiações perigosas. Mas isso tem a ver com

tecnologias associadas ao núcleo do átomo. A escalaa que as nanotecnologias intervêm é a da orla.

Para eliminar dúvidas de que os átomos sãoefectivamente triviais e podem até ter bom paladar,escolhemos, para iniciar a descida ao nanocosmos,um queijo.

O mimolette é fabricado na Flandres. A superfíciecoberta de buraquinhos denuncia que o queijo estáhabitado. E o produtor não se importa, pois aactividade dos acarídeos beneficia o aroma domimolette. Os acarídeos são bichinhos com umdécimo de milímetro de comprimento. O ESEM, ummicroscópio electrónico especial, por varrimento,consegue observá-los mesmo em vida. Tal comotoda a matéria viva, o organismo de um acarídeo éformado por células, cuja escala é o micrómetro.Uma célula possui uma maquinaria altamentecomplexa, em que os ribossomas, um doselementos principais, produzem todas as moléculasproteicas possíveis por intermédio do idioplasmaDNA (ordem de grandeza do ribossoma: 20 nm).Partes da estrutura dos ribossomas foram jáanalisadas até ao nível de átomos individuais.Como primeiros resultados deste tipo denanobiotecnologia, novos medicamentos quebloqueiam os ribossomas das bactérias.

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Efeito lótus & C.ª

Gotículas de água numafolha de chagas,

ampliadas por ummicroscópio electrónico

especial (ESEM) daUniversidade de Basileia.

Chagas é o nome de uma planta que mantémas suas folhas limpas por intermédio dochamado “efeito lótus”. O microscópio

electrónico por varrimento (ESEM) mostra como asgotas de água são repelidas da superfície da folha.Tudo resulta da sua estrutura, que permite à águaescorrer mais rapidamente e, desse modo, removera sujidade. O “efeito lótus” – investigado com particularminúcia pela equipa do Professor Barthlott naUniversidade de Bona – é já aproveitado numa sériede produtos, como tintas para revestimento defachadas, em que a água remove a sujidade porarrastamento. Outro exemplo é a cerâmicasanitária com estrutura “lótus”, muito fácil delimpar.

Há mais nanotecnologias nas folhas das plantas. Oseu teor em água é frequentemente regulado pelosforissomas, músculos microscópicos que abremcanais no sistema capilar da planta ou, se ela fordanificada por algum motivo, os fecham. Trêsinstitutos Fraunhofer e a Universidade de Giessenprocuram neste momento dar utilidade técnica aosmúsculos das plantas, eventualmente para motoreslineares microscópicos ou para o Lab-on-a-Chip(laboratório num chip).

A técnica mais apurada à escala atómica é afotossíntese, que capta energia para a vida na Terra.Tem a ver com cada átomo, individualmente. Quema conseguir copiar à escala nanotecnológica teráenergia para a eternidade.

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O lótus limpa as suas pétalasrecorrendo ao efeito que recebeu oseu nome, o “efeito lótus”.

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Caminhar pelo tecto com nanotecnologia: a osga

As osgas trepam qualquer parede, percorrem otecto de cabeça para baixo, ficam suspensasde uma só pata. Fazem-no – naturalmente –

por nanotecnologia. As suas patas são revestidas depêlos finíssimos, tão adaptáveis que podemaproximar-se a poucos nanómetros de uma base deapoio, sobre grandes extensões. Intervém então achamada “ligação Van-der-Waals”, bastante fraca naverdade mas concretizada através de milhões depontos de aderência. As ligações desfazem-se por“exfoliação”, como quando arrancamos fita adesiva.E é assim que a osga consegue correr pelo tecto. Osinvestigadores de mecânica dos materiais rejubilamjá com uma “osgalina” sintética.

Aderir à vida

Avida existe porque os seus constituintes sãomantidos unidos mediante um refinadoprocesso à escala nanométrica.

Consideremos as picadas de insectos: no ponto dapicada, a pele torna-se vermelha, devido à expansãode vasos sanguíneos minúsculos, através dos quaisafluem nuvens de leucócitos (ou glóbulos brancos).Determinadas células segregam uma feromona, emfunção de cuja concentração os revestimentosinternos das células dos vasos e os leucócitos

libertam moléculas deaderência destinadas atravar a passagem dosleucócitos pelos vasos.A uma concentraçãomáxima da feromona,os leucócitosaglutinam-se

firmemente. Outras moléculas de aderênciaempurram-nos então através das paredes dos vasos,até ao ponto dapicada, onde eles selançam sobreeventuais intrusos –um processo deaglutinação porexcelência. Estão a serinvestigadas imitaçõesnanotecnológicas sob a designação de “bonding oncommand” – aglutinação por comando.

Mexilhão – um mestre na arte da aderência

Ovulgar mexilhão que podemos comer emqualquer restaurante é um mestre nananotecnologia da aderência. Quando quer

colar-se a uma rocha ou outro apoio qualquer, abreas valvas, estica o pé até tocar no apoio, arqueia-oem ventosa e, através de pequenas cânulas, lançasobre o apoio, na zona de baixa pressão, um fluxode pequenas esferas de agente colante, as micelas.Forma-se assim, de imediato, uma pequenaalmofada de espuma, com forte aderênciasubaquática. É a este amortecedor que o mexilhãose prende, com filamentos elásticos de sedamarinha, de modo que nem o mar mais agitadoconsegue arrancá-lo.

Escaravelhos, moscas,aranhas, osgas,

desvendam os seussegredos no Instituto

Max-Planck deInvestigação dos Metais,

em Estugarda. A suacapacidade de aderência

deve-se a pêlosminúsculos que formam

uma ligação Van-der-Waals com a base deapoio. Quanto mais

pesado o animal, maisfinos e numerosos os

pêlos.

Extremidade de pata de mosca,com grande ampliação.

Nanotecnologias na Natureza

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Mexilhão, vendo-se fios de seda e o pé.

O Instituto Fraunhofer IFAM, de Bremen,estuda formas modificadas do agente colantedo mexilhão, tendo em vista uma porcelanacapaz de resistir à máquina de lavar. O grupode trabalho “Novas Matérias-Primas eBiomateriais”, em Rostock e Greifswald, temtambém os mexilhões debaixo de olho.

Biomineralização

Mas há mais coisas que os mexilhõesconseguem fazer. A madrepérola quereveste o interior das valvas é constituída

por uma quantidade enorme de minúsculoscristais de carbonato de cálcio, na forma dearagonite. Isolados, estes cristais seriam muitofrágeis. No mexilhão, contudo, estão soldados unsaos outros por proteínas em forma de parafuso ealtamente elásticas. Bastam 3%, em peso, deproteína para tornar a casca do mexilhão três milvezes mais tenaz do que um cristal de calcite. Pararesistir às ondas, os ouriços-do-mar reforçam dessemodo os seus espinhos, que chegam a atingir 30cm de comprimento.

A biomineralização produz também criaçõesextremamente delicadas. Numa pequena zonaperto das Ilhas Filipinas, vive, no fundo do mar,uma esponja, conhecida como “cesto-de-flores-de-Vénus”. Tem o corpo curvo como a bainha de umaadaga turca, mas com secção transversal circular.Deve o nome à estrutura doesqueleto interno do seuinvólucro, uma rede definas agulhas de sílica,como o entrançado deverga do espaldar deuma cadeira. Oentrelaçamento é emângulo recto e emdiagonal. O cesto-de-flores-de-Vénus éuma obra-prima

Biomineralização técnica: nanopartículas que reparam os dentes.

Quando os dentes se tornam muito sensíveis aofrio ou aos ácidos, a responsabilidade é depequenos canais no esmalte, os túbulos de

dentina. A empresa SusTech utilizananopartículas de fosfato de cálcio (apatite) e

de proteína para obturar estes canais, dez vezesmais rapidamente do que com os preparados

de apatite clássicos. A camada remineralizadacomporta-se exactamente como material

próprio do dente.

O entrançadobiomineraltridimensional noesmalte de um molarde rato-de-água protegea superfície contrafracturas.

da biomineralização: pequenos blocos elementaresde sílica (dióxido de silício), com 3 nm dediâmetro, ligam as células da esponja em camadasfiníssimas, que em seguida se enrolam de modo aformar as agulhas, elemento de base também parao entrançado, capaz então de suportar grandesvariações de pressão.

Cesto-de-flores-de-Vénus, uma esponjados fundos marinhosque está a ser estudadacomo modelo biológicopara fibras ópticas.

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A estrela-do-mar Ophiocoma wendtii está equipada com um sistemaperfeito de microlentes para a visão óptica. Em cima: aspecto diurno; embaixo: aspecto nocturno.

A biomineralização das diatomáceas teve outrorauma franca importância estratégica. Estas algasmicroscópicas protegem-se com um invólucro deácido silícico, cujo principal componente é a sílica,anidrido silícico ou dióxido de silício (SiO2). Talcomo o vidro de sílica, que também consiste emdióxido de silício, os invólucros das diatomáceassão bastante resistentes à acção corrosiva de muitosácidos e bases, razão pela qual os especialistas osencaram como possíveis vasos de reacção paracristais à escala nanométrica. Um truque para obternanopartículas através de reacções químicasconsiste em limitar o volume da reacção. Quando omaterial da reacção é consumido, os cristaisresultantes mantêm-se pequenos. Ora, nosinvólucros das diatomáceas há muitos nanoporos,ou seja, nanoreactores.

E como é que, por sua vez, se formam os invólucrosde ácido silícico das diatomáceas, muitas vezesbastante vistosos? Já há respostas. Investigadores daUniversidade de Regensburg descobriram que,numa solução de ácido silícico correctamentedoseada, variantes de um conhecido grupo deproteínas, as “poliaminas”, podem produzir esferasminúsculas (nanosferas) com diâmetros ajustáveis,entre 50 e 900 nm. Espontaneamente, sob o impulsodas forças de auto-ordenamento. Os invólucros dasdiatomáceas devem originar-se de modoidenticamente espontâneo, segundo modelossimples de crescimento.

Nanotecnologias na Natureza: a Ophiocoma wendtii,uma estrela-do-mar do tamanho da palma de umamão, foi durante muito tempo um enigma. Esteanimal, de cujo corpo em forma de disco eprotegido por um invólucro partem cinco braços,esconde-se rapidamente à aproximação deeventuais inimigos, embora não pareça possuirolhos para os reconhecer. Por fim, foramencontrados órgãos de visão no invólucro calcáriodo disco central, o qual possui varias microlentesperfeitas, o que torna o corpo da estrelanumcomplexo ocular único. Qual ananotecnologia? Cada uma das lentes é cristalizada,de modo que a característica do calcário de criarfantasmas (imagens duplas) fica neutralizada –controlo da cristalização a nível nanométrico. Pormeio de subtis aportes de magnésio, as lentes sãotambém corrigidas em relação à “aberraçãoesférica”, evitando franjas cromáticas indesejáveis.A Ophiocoma domina, pois, especializaçõesnanotecnológicas que já proporcionaram glória àcélebre firma de artigos ópticos Carl Zeiss.

As diatomáceas – emcima, o aspecto

“esponja Menger” (v. tb.p. 21) – têm, graças à

sua forma óptima, umaestabilidade máxima

com um peso mínimo e,verosimilmente,

sistemas de captaçãoda luz para os seus

aparelhos defotossíntese, os

cloroplastos.

Escamas blindadas emicrolentes, num sócomplexo.

Por que tiveram outrora as diatomáceas“importância estratégica”? Em 1867, o suecoAlfred Nobel descobriu que o pó das rochasresultantes da fossilização destas algas absor-via a nitroglicerina, desse modo atenuando atendência deste explosivo para a detonaçãoespontânea. Nobel deu à mistura o nome de“dinamite”, um produto cujo sucesso comer-cial lançou as bases da fundação que hojefinancia os Prémios Nobel.

Nanotecnologias na Natureza

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Limites da Natureza, vantagens do artificial

Ananotecnologia é, pois, puramente natural.No entanto, as possibilidades da naturezaviva são limitadas: ao contrário da cerâmica,

não pode funcionar a temperaturas elevadas, nemcom condutores metálicos. Em compensação, atécnica moderna dispõe de condições altamenteartificiais – graus extremos de pureza, frio, vácuo –sob as quais a matéria adquire propriedadesextraordinárias. Importa, além disso, contar com osespecialíssimos efeitos quânticos, que parecemcontrariar fortemente as leis do mundo comum. Aspartículas do nanocosmos comportam-se ao mesmotempo como partículas e como ondas. Por exemplo,

um átomo, que é um corpúsculo,pode passar simultaneamentepor duas fissuras, como umaonda, para em seguida voltar acomportar-se como umapartícula.

A dimensão da ordem donanómetro, as partículasadquirem propriedadesinteiramente novas: os metaistornam-se semi-condutores ouisolantes; substânciasinverosímeis, como o telureto decádmio (CdTe), fluorescem nonanocosmos em todas as coresdo arco-íris; outras transformamluz em electricidade.

Quando as partículas se tornamnanoscópicas, a quantidade deátomos da sua superfícieaumenta acentuadamente. Osátomos superficiais têm amiúdepropriedades distintas das do

O Institut für Neue Materialien(INM – Instituto de NovosMateriais), de Saarbrücken,desenvolveu métodos comnanopartículas, para aplicarem peças de metal hologramasresistentes à falsificação e aodesgaste.

A Natureza não consegue fazer isto:aplicar negro de fumo nanoscópicoa cerâmica, para isqueirosresistentes à corrosão, como os dosesquentadores a gás. Acondutividade ajustável dacerâmica evita o recurso atransformadores.

Nanopartículas de magnetiteem óleo. O fluido pode sermoldado magneticamente.

Partículas fluorescentesde telureto de cádmio.As cores dependemapenas do tamanho daspartículas.

Magnetotacticum bavaricum.“Magnetotacticumbavaricum”. Asmagnetobactérias podemsintetizar cadeias denanomagnetites e utilizá-lascomo agulhas de bússola.

interior da partícula: na sua maioria, são favoráveisàs reacções. À escala nanométrica, o ouro, porexemplo, torna-se um bom catalisador para célulasde combustível (v. tb. “Mobilidade”). Como asnanopartículas podem igualmente serenvolvidas por outras substâncias, osmateriais formados por essescompósitos apresentam umacombinação de diversas propriedades.Exemplo: nanopartículas de cerâmicacom um invólucro orgânico, ummaterial que diminui a tensãosuperficial da água e se utiliza,portanto, para revestir espelhos de casa-de-banho resistentes ao embaciamento.

Partículas nanométricas do óxido deferro magnetite, embebidas em óleo,formam um líquido magnéticomaleável, um ferrofluido. Osferrofluidos servem uma variedadecrescente de utilizações: vedantes parajuntas rotativas de reservatórios de vácuoe para invólucros de discos rígidos;material para os amortecedores ajustáveisde vibrações em máquinas e automóveis.

Ninguém deve assustar-se com a complexidade dananotecnologia. Também uma maçã é complexa –tem células, ribossomas, DNA –, o que nunca lhediminuiu os atractivos. Porque as maçãs estão aoalcance de todos – tal como as boasnanotecnologias.

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Instrumentos e processos

Oque tem o “Newton”, o telescópio europeude raios X, a ver com nanotecnologias?Capta a radiação X (ou radiação Röntgen) de

objectos distantes, com 58 reflectores do tamanhode cestos de papéis, encaixados uns nos outroscomo escamas de cebola e revestidos a vapor deouro. A rugosidade média da superfície é de apenas0,4 nm – um prodígio, para o qual a firma CarlZeiss AG contribuiu de modo determinante.

Os reflectores de precisão para espectroscopia emicroscopia de raios X são compostos por váriascentenas de camadas de dois elementos pesados.Aplicam-se-lhes especificações ainda mais extremas:no centro, o desvio das camadas em relação aoideal não pode exceder uma fracção do diâmetro deum átomo. Esta técnica é estudada no Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (InstitutoFraunhofer de Técnica de Materiais e Radiações),em Dresden.

A Natureza descobriu também o truque doreflector de camadas para o domínio da luzvisível: por meio de pequenos reflectores deproteína reflectina, o choco Euprymna scolopes,um cefalópode de actividade nocturna, orienta

para baixo a luz de bactérias luminescentes,enganando com a ilusão de um céu estrelado osinimigos que nadam por baixo de si. Este exemplode nanotecnologia biológica foi descoberto hápouco tempo pela Universidade do Hawaii.

Sondas de varrimento

Embora não pareçam espectaculares, assondas de varrimento, são como olhos para onanocosmos . O desenvolvimento do

microscópio de túnel de varrimento, pai destassondas, valeu um Prémio Nobel. Nas sondas devarrimento, uma cabeça de exploração é guiada porpiezocristais passando, leve mas repetidamente,

Nanotecnologia noespaço: os reflectores do

“Newton”, o telescópioeuropeu de raios X

(nesta imagem,orientado para a

radiação X da GaláxiaAndrómeda), têm umpolimento tal que, no

centro, a rugosidade nãoexcede 0,4 nm.

“Quantum Corral”, de Don Eigler, da firma IBM. As ondas interioresreflectem a probabilidade de encontrar um electrão.

Uma sensação científica: feixede raios gama inflamando

anéis numa galáxia do tiponuvem de poeira.

Olhos para o nanocosmos

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sobre o objecto de a analisar (campos atómicos,por exemplo). Movimentos diminutos: a distância entre a cabeçae o campo atómico é normalmente inferior aodiâmetro de um átomo. Acontece então que ora seproduz uma corrente, ora se detectam camposmagnéticos ínfimos. As medições sãointerpretadas por computadores, que elaboramgráficos com rigor ao nível do átomo, se não maisexactos, consoante o princípio da medição.

Particularmente apurado é o microscópio de forçade varrimento, capaz de detectar as minúsculasforças que os átomos do campo atómico exercemsobre o átomo mais próximo na cabeça de

Aspecto esquemático dacabeça clássica de ummicroscópio de túnel devarrimento.

As comutações podem serreproduzidas em microchapas

(“chips”) por meio de sondas“capacitivas”.

Cristal de brometo de potássio comterraços de átomos. O sal com quetemperamos a comida tem o mesmoaspecto.

Anéis de densidade de electrões desilício, com grande ampliação, nomicroscópio de força de varrimento.

Exactamente como diz a teoria, o átomofrontal da cabeça de exploração emite

duas nuvens de electrões orbitais.

Reflector de camadas curvaspara análise de elevadaresolução por raios X.

O choco “Euprymna scolopes” engana os inimigos recorrendo areflectores de camadas de proteína reflectina. A luz é emitidapor bactérias luminescentes.

Microscópio de força de varrimento: odesvio da agulha de exploração étransmitido por um raio laser a umacélula fotoemissora.

15

exploração. O processo pode chegar até aos anéis deelectrões dos átomos – uma revelação de segredosao nível mais profundo da matéria. A Universidadede Augsburg detém o recorde mundial deresolução.

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Os chips modernos têm circuitos menores do que ocomprimento de onda da luz litográfica, pelo que seutiliza laser de fluoreto de crípton com umcomprimento de onda de 193 nm para realizarcircuitos de 130 e, em breve, 90 nm, o que é possívelmediante uma série de truques ópticos subtis, como“optical proximity correction” e “phase-shifting”.Estão neste momento a ser lançadas as bases dalitografia de ultravioleta extremo (litografia EUV),que utiliza luz com comprimento de onda de 13 nme que deverá produzir no silício circuitos de apenas35 nm de largura. As especificações aplicáveis aomaterial de máscara são extremas: se a temperaturade uma placa de 10 cm de comprimento subir 1oC,só lhe é permitido dilatar-se umas décimas denanómetro, ou seja, poucas vezes o diâmetro de umátomo. Esta exigência situa-se na fronteira do que,em princípio, é realizável.

Litografia

No mundo da informática, a litografia é atécnica de estruturação dos chips (oumicrochapas) dos computadores, com a

ajuda da luz. Para o efeito, recorre-se a um discoaltamente polido de material semicondutor (silício),revestido a verniz fotossensível, sobre o qual éprojectada a imagem de um circuito. A revelação doverniz mostra zonas expostas e não expostas nodisco, as quais adquirem então as propriedadeseléctricas pretendidas mediante processos deprodução de circuitos, como decapagem,implantação de átomos alheios e deposição. Arepetição do processo com sucessivos circuitos epadrões (ou máscaras) dá por fim origem às criaçõesmais complexas que o homem já produziu: circuitosaltamente integrados, chips. Entretanto, ostransístores tornaram-se tão compactos que, naponta de um lápis, caberia meio milhão ou mais.

Processo litográfico: um chip é uma estrutura tridimensional, cujoselementos de comutação se ordenam segundo planos individuais. Numchip moderno de elevada resolução, são utilizados 25 a 30 dessesplanos, cada um dos quais com a sua própria máscara litográfica. As estruturas da máscara são projectadas no disco por meio de luz edo sistema de lentes do alinhador, tal como num projector dediapositivos. Cada nova máscara de um conjunto acrescenta novasfuncionalidades ao chip e aumenta a sua complexidade.

Material gráficoIn

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A criação do centro de electrónica de Dresden é uma histó-ria de sucesso da investigação alemã. Existem na zona cercade 16.000 postos de trabalho com elevado potencial de inova-ção para toda a economia alemã. Mediante projectos apoia-dos pelo Ministério da Investigação, 44 parceiros da indús-tria e de institutos estatais de investigação, entre os quais 21 empresas de média dimensão, criaram o padrão para afutura utilização de discos de cristal de silício de 300 mmna produção de circuitos integrados altamente complexos. O centro de tecnologia de máscaras de Dresden, onde sãopreparados os meios de estruturação dos futuros chips nano-electrónicos, detém, pois, uma posição-chave.

Nanogravações para as empresasmédias

Ananoelectrónica sugere em geral infra-estruturas de investimento avultadíssimomas que, devido à sua grande produção,

lançam no mercado produtos acessíveis. Ora, hátambém vias para o nanocosmos acessíveis àsempresas médias. À primeira vista, os métodospodem parecer arcaicos: por exemplo, na “UV-nano-imprint” (nanoimpressão por raios ultravioletas), osnanocomponentes são gravados – mecanicamente –no verniz de revestimento de um materialelectrónico, como o silício. O molde que contém osdelicadíssimos nanocomponentes é de vidro desílica, uma substância transparente à luzultravioleta. Quando o molde penetra no verniz,este, que é fotossensível, polimeriza-se, ou seja,endurece, sob um impulso de luz ultravioleta.Retira-se o molde e reduz-se o relevo no verniz. Osilício exposto pode então ser manipulado àvontade. Repetindo o processo sucessivamente comoutros moldes, vai-se compondo a estrutura

Moldes no nanocosmos: no Institut für Halbleitertechnik (Instituto deTecnologia de Semicondutores – IHT), em Aachen, são já realizáveis, pormétodos mecano-ópticos, componentes de apenas 80 nm de espessurapara chips. Aplicações: pequenas séries de circuitos altamente complexos.

Protótipo da instalaçãode um alinhador EUVpara a produção dasfuturas gerações dechips.

Zerodur para máscarasde litografia: estacerâmica especialmantém-se estávelmesmo à escalananométrica.

complexa de um chip com transístores, pistas decircuito impresso, etc. Em laboratório,conseguiram-se componentes ínfimos de 10nanómetros. Além de abrir caminho para o Lab-on-a-Chip, este finíssimo processo não se restringe acomponentes electrónicos: podem também serestruturados metais e plásticos. Os custos de umamáquina de nanoimpressão-UV calculam-se hoje emmenos de um milhão de euros, uma fracção doscorrespondentes ao equipamento de uma modernafábrica convencional de chips. Contudo, ananoimpressão-UV não vai gerar produtos maisbaratos, porque o caudal de produção é muitomenor. Para mini-séries especiais (“mini” à escaladas grandes produções em série de processadores),a nanoimpressão-UV poderá tornar-se a opçãotecnológica.

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O laser XFEL de raios X – luz forte paraa nanotecnologia

Se tudo correr como previsto, alguns milharesde milhão de electrões passarão em 2012 poruma experiência assaz emocionante. Com

início no centro DESY, em Hamburg-Bahrenfeld,serão estimulados a altíssima energia por umacelerador de electrões supercondutor, desviando-sesistematicamente em linhas oscilantes, sob a acçãode magnetes, à distância de 3,3 km. Assim seorigina uma radiação X de onda curta de tipointeiramente novo: a radiação laser, a mais preciosaque os cientistas alguma vez obtiveram. Com uma

única operação, será determinada aestrutura de uma só (!) biomolécula,

quando as fontes de radiação Xactualmente disponíveis exigem

cristais bem constituídos dabiomolécula, o que amiúde não

é possível.

Os raios X são tão curtosque se podem filmar

correctamente asdiversas fases do

movimento de

Efeitos quânticos

Na Universidade Ludwig-Maximilian, emMunique, a matéria é rotineiramentemanipulada em condições nanotecnológicas

extremas, sob as quais adquire propriedadesbizarras. Quando, por exemplo, uma nuvem decentenas de milhar de átomos de rubídio éarrefecida até um milionésimo de grau acima dozero absoluto (-273 °C) e sujeita a um campomagnético, os átomos associam-se num“condensado de Bose-Einstein”, formando umaunidade, como um regimento em marcha. Ostécnicos de óptica quântica deMunique conseguem levar umcondensado desses a formar umentrançado tridimensional de ondaslaser estáticas, tornando, porexemplo, a luz tão forte que a unidadedo bloco se rompe, originando um“condensado Mott”. O feito mereceu jáum prémio, porque a investigação destetipo dá vida à teoria quântica, e é esta quedetém a última palavra no nanocosmos.Quem a compreender na perfeiçãoconseguirá, inclusive, desenvolver medidas detempo mais rigorosas. Relógios mais precisospoderão, por sua vez, ajudar a acelerar o fluxode dados na Internet – uma investigaçãoaparentemente esotérica mas bem rentável.

“Condensado Mott” - matéria exótica paramedição cronológica ultraprecisa.

Elementos supercondutores paraaceleração de electrões.

Impulsos para a ciência

Espectrómetro comum para a análise estrutural por raios X. A estesinstrumentos deve a ciência uma grande parte do seu conhecimentosobre o nanocosmos.

Pista subterrânea para electrões rápidos.

Inst

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A radiação X laser, com a duração de um femtossegundo, permiteacompanhar e compreender com exactidão o processo de uma reacçãoquímica – reacções que encontram a sua aplicação, por exemplo, emoptoelectrónica, células fotovoltaicas, células de combustível ou célulassolares – nanotecnologia ao nível mais apurado.

O laser de electrões livres emconstrução.

Aspecto previsível da pistasubterrânea de aceleraçãode electrões.

uma molécula. O que por outros métodos seapresenta como um turbilhão impreciso, assumecom o laser de raios X um aspecto reconhecível.

Os segredos do atrito poderão ser desvendados. Oque provoca a fricção, e como, será determinado porilhas nanométricas de poucas centenas de átomos.

As propriedades de grupúsculos individuais compoucas centenas de átomos (clusters) são maisfacilmente estudadas pelo XFEL do que porqualquer outro instrumento. Em suma: a ciência e

a técnica receberão um poderoso impulso com omaior projecto europeu no domínio dananotecnologia. Os custos totais estimados em 684milhões de euros (valores de 2003) serão, segundotodas as previsões, mais do que compensados. E demaneira nenhuma com conhecimento puro apenas,mas sim com metal sonante.

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Processos sol/gel para novos materiais

Omolho béarnaise tem este nome em honrade Henrique IV, rei de França, que eraoriginário da região de Béarn. Trata-se de

um bom (e saborosíssimo) exemplo de sistemacoloidal. Falamos em colóide quando muitas gotasde uma substância se encontram em suspensãoestável numa outra substância. No molhobéarnaise, há gotículas de vinagre dispersas emgordura de manteiga. Os cremes e tintas são

Tecnologia sol/gel para Sua Majestade: o molho béarnaise, em honra de

Henrique IV de França.

Concepção de materiais à escala nanométricaIn

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também colóides. Com a tecnologia sol/gel, oscolóides conduzem-nos directamente à altatecnologia.

Nesta tecnologia, é produzido um sol – isto é, umasolução – normalmente coloidal, de compostos deum elemento (por exemplo, silício): gotículascontendo o elemento (silício) flutuam num líquidode base. Aspergindo o sol sobre uma placaaquecida, o líquido de base reduz-se e as gotas desilício gelificam, constituindo uma rede que, porfim, forma uma película dura de cerâmica. E aplaca fica assim protegida contra a corrosão e aabrasão.

A tecnologia sol/gel apresenta múltiplas variantespara numerosas substâncias. Os soles gelificadospodem também ser divididos em estrias que, a altatemperatura, se transformam em fibra cerâmica. A partir de soles, pode ser produzido pónanométrico que, muito mais facilmente do que omaterial pulverulento comum e a temperaturasinferiores, se transforma em partículas decerâmica, resistentes às mais altas pressões etemperaturas.

A tecnologia sol/gel serve para a produção decomponentes altamente complexos, como fibrasópticas, duplicadores de frequência, campos demicrolentes, etc. Este tipo de nanotecnologiapromete nada menos do que uma revolução natecnologia de materiais.

Em determinadas circunstâncias, o solvente do gelpode ser removido sem se alterar o volume externo, o que produz um material extremamente poroso ede baixa densidade – um aerogel.

Nanotecnologia ao nívelmais refinado: o reactor

de partículas sol/gel.

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Aerogeles

Os aerogeles abundam na vida quotidiana.Tomemos, por exemplo, o produto a que emconfeitaria se chama “merengue”: claras de

ovos batidas com açúcar e cozidas no forno. Aotoque, tem-se imediatamente uma sensação decalor. A razão é que, no merengue, há milhões debolhas microscópicas que, aprisionando o ar, não odeixam circular e efectuar trocas de calor. Omerengue é um isolante térmico, como opoliestireno. Os aerogeles obtidos de modo idênticocom espuma de vidro são isolantes térmicos deprimeira.

Embora a clara de ovo seja incolor, o merengue ébranco. A razão deve-se à formação das bolhasmicrométricas na espuma. Acontece que, emestruturas micrométricas, a luz refracta-se em todasas cores do arco-íris, cuja síntese é o branco. Osporos de dimensão nanométrica já não refractam aluz. Uma espuma de material vitroso com porosnanométricos é quase tão transparente como ovidro das janelas. Vidraças duplas forradas com talespuma isolam optimamente o calor.

Como estas espumas contêm quase exclusivamentear, dá-se-lhes o nome de aerogeles. A designação de“gel” deve-se ao processo de produção: à soluçãoaquosa de um material adequado, aplica-se umcatalisador, o que origina cavidades minúsculas ede paredes muito finas, que se associam em cadeiase, por fim, em séries, formando o gel. Por secagem,obtém-se um levíssimo aerogel.

O aerogel mais “viajado” encontra-se no analisadorde poeiras CIDA da empresa Hoerner & SulgerGmbH, que, em Janeiro de 2004, ao cabo de umaviagem de 3,22 mil milhões de km durante cincoanos, recolheu poeira do cometa “Wild 2”.

Um material impregnado de bolhas tem grandesuperfície interna. A maior superfície possível,infinita, corresponde à esponja Menger, cujovolume é, portanto, nulo. Trata-se de um meroconceito matemático. Todavia, a superfície internareal dos aerogeles é suficientemente grande paraproduzir efeitos surpreendentes. Um aerogel decarbono do tamanho de um cubo de açúcar tem2.000 m2 de superfície interna. Esta e outraspropriedades garantem aos aerogeles de carbonoum lugar seguro na tecnologia energética dofuturo. Com eles, podem fabricar-se condensadoresaté 2500 farad, que armazenam energia paraatender a picos de procura (por exemplo, nosautomóveis eléctricos). A genial espumapossibilitará também melhores baterias de lítio,pilhas a combustível de tipo inovador, etc.Raramente se tem patenteado um tal potencial.Típico da nanotecnologia.

Com vidraças duplas forradas a aerogel limitam-se as perdas de calor.

Um aerogel que caçapoeiras cientificamente. As partículas errantes sãoaprisionadas numa massafundida de aerogel.

O cometa “Wild 2” foivisitado por um aerogel.

Os matemáticos utilizama esponja Menger como“curva universal”. Égerada pela repetiçãoinfinita do procedimentoaqui ilustrado.

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Nanotecnologias para a sociedadeO mundo interligado: nanoelectrónica

Do computador no estúdio ao estúdio no computador – estado da técnica

curvas de intensidade sonora. E então, tal como em17 de Dezembro de 1903, Orville Wright, com ardecidido, conduz o Flyer One sobre os Kill Devil,enquanto se ouve a rebentação e o sussuro daservas – no computador. (Em 1901, o alemão GustavWeißkopf, outro pioneiro da aviação, tinha-seelevado nos ares, mas não conseguiu tornarpraticável o seu feito.)

Há apenas vinte anos, esta acção seria impensávelpara uma única pessoa e exigiria equipamentocaríssimo. Hoje, basta um computador, umapequena secretária e poucas horas de trabalho.A enciclopédia foi metida num DVD, que substitui30 pesados tomos e que, para uma pesquisa rápida,é incomparavelmente mais cómodo do que a suacongénere de papel. O programa de som estágravado, de forma totalmente imaterial, no discoduro e, por uma série de cremalheiras virtuais,debita efeitos ilimitados. O desenvolvimento docomputador moderno despoletou uma onda dedesmaterialização, que irá também reduzir oconsumo de energia. Por outro lado, a descida dospreços de equipamentos e suportes lógicos colocoumeios de produção maravilhosos ao alcance daspessoas dotadas de grande criatividade.

No futuro, a biblioteca de pulso deixará de serincomum, tal como a comunicação móvelinteractiva.

Incumbência: quatro minutos e meio deemissão radiofónica sobre o primeiro voo amotor dos irmãos Wright, com atmosfera

sonora condizente. Como procede umapresentador diligente? Primeiro,analisa o local da ocorrência. Oglobo virtual mostra o Kitty Hawksobre uma faixa de poucosquilómetros de largura no AtlânticoNorte, com os montes Kill Devil aolado. Portanto, os Wright devem terouvido o murmúrio da rebentação.Está tudo na fonoteca, inclusive aforte brisa do primeiro voo,

agitando a vegetação das dunas, conforme refere aEncyclopaedia Britannica. O motor gira a 1.200rotações por minuto: segundo a fonoteca, trata-sede um Chrysler-Oldtimer, que zumbeprofundamente. O espectroscópio do programa desom indica frequências plausíveis, pelo que tudoparece correr bem. O voo durou doze segundos.Selecciona-se uma passagem ao fim da qual,devido ao efeito Doppler, o tom decresce. É tudoregistado em diversas faixas do programa de som.A aeronave executa um voo da esquerda para adireita, regulável por curvas panorâmicas. O ruídodo motor sobe e desce, igualmente regulável por

Em frente com a nano! O futuro próximo

Atécnica de transístores utilizada actualmentenos processadores dos computadoresdesigna-se CMOS (de Complementary Metal Oxide

Semiconductor, ou seja, “semicondutor de óxidometálico complementar”). Foi desenvolvida, entreoutros fins, para os primeiros relógios electrónicosde pulso, pois consumia muito menos energia doque as predecessoras. Desde a década de 1970, osespecialistas têm reiteradamente previsto que estatécnica atingirá os seus limites dentro de 10 a 15anos. Desta vez, a indústria da electrónica tem umarazão premente para admitir uma descontinuidadena tradicional miniaturização dos seuscomponentes: no caminho para o microcosmos, vai-se paulatinamente tornando visível o âmago damatéria, os seus constituintes atómicos. Porém, osanéis de electrões dos átomos são os menorescomponentes que, em condições normais, podemser reunidos em estruturas técnicas estáveis.Patenteia-se, pois, um limite de base. Uma pistacondutora não pode ser mais delgada do que umátomo.

A tecnologia CMOS está há muito sujeita a limitesque, por vezes, funcionam de modo assaz curioso. É o caso das pistas condutoras que interligam ostransístores de um chip, actualmente de uma talpequenez que tornaria instáveis átomos de alumínio:no fluxo de electrões a que tecnologicamente sechama “electromigração”, os átomos de alumínioseriam arrastados como seixos num rio. Resolve-se oproblema com pistas de cobre, um condutor aindamelhor, e que acelera o fluxo de sinais no chip.

Entretanto, as pistas condutoras estão tãoestreitamente encostadas umas às outras que se gerauma capacidade manifesta, tal como numcondensador. Se este efeito de concepção não fossetido em conta, o chip poderia dessincronizar-se.

Alguns componentes dos transístores de chips têmsido gradualmente reduzidos a menos de 20 nm.Chega-se assim ao domínio da teoria quântica, ecomeça a produzir-se o efeito de túnel: geram-secorrentes onde, nos transístores maiores, não as teriam– o sistema de comportas electrónicas apresenta fugas.Embora ínfimas, as correntes de milhões detransístores adicionam-se em perdas importantes, e oprocessador aquece. Além disso, as cargas errantescausam erros lógicos, que podem ser fatais.

Em estruturas muito delicadas, a naturezaondulatória do electrão começa por fim amanifestar-se – tal como prevê a teoria quântica.Contudo, esta circunstância é encarada por muitoscientistas como oportunidade para um tipointeiramente novo de electrónica, que poderá darorigem ao computador quântico e, com ele, facultaruniversos matemáticos inéditos.

Estúdio de televisão do tamanho de umaunha: chip multimedia com controladorde alta resolução para a visualização,com o consumo energético de umalanterna de bolso.

Processador de 64 bits daempresa AMD paraaplicações emcomputadores pessoaiscom 106 milhões detransístores, utilizandotecnologia de 130 nm.

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A Lei de Moore no limite

Em 1965, Gordon Moore,co-fundador da firmaIntel, descobriu que a

capacidade dos microchipsduplica ao cabo deaproximadamente 18 meses. A esta “lei” opõe-se agora umproblema muito humano.Enquanto o número detransístores dos chips cresciade facto cerca de 50% ao ano,a produtividade na concepçãodos chips, queixam-se osanalistas, crescia somente20%. A indústria foiresolvendo o problemaengrossando as equipas deconcepção – que hoje chegamaos 250 a 300 indivíduos, um número impossível degerir.

A um crescimento incessante opõe-se também asegunda lei de Moore, nos termos da qual aminiaturização dos componentes implica oencarecimento das linhas de montagem. Enquantotodas estas limitações prejudicarempersistentemente o desenvolvimento, ananotecnologia terá uma importância cada vezmaior na nanoelectrónica. As actuais CPU(unidades centrais de processamento) têm jácomponentes com menos de 100 nm e mais de

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100 milhões de transístores. A acreditar naindústria de semicondutores, cujas previsõesradicam essencialmente no desenvolvimentotécnico real, dentro de poucos anos (2010)poderemos contar com componentes de 45 nm, quenos oferecerão mais de mil milhões de transístorespor chip. Nascem assim possibilidades de aplicaçãocom as quais hoje podemos apenas sonhar.

Átomos de manganês sobreprata, na UniversidadeChristian-Albrecht, de Kiel.Cercados pelos átomos demanganês, os electrõesformam padrões dedispersão, dependentes datensão eléctrica aplicada.Efeitos como este terãoimportância para aelectrónica do futuro.

O mundo interligado: nanoelectrónica

Um pequenonódulo de silício

num cristaldissolve-se

lentamente a 450 graus. O

conhecimentodeste fenómeno é

importante para aqualidade de

camadasdelgadas.

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Unidade de mudança de fase (Phase Change RAM)

As actuais unidades de memória baseiam-seem diversas tecnologias, com as respectivasvantagens e inconvenientes. O disco duro

magneto-mecânico tem uma elevadíssimacapacidade de gravação, registando dados mesmosem alimentação eléctrica permanente, mas émuito lento. A DRAM (memória viva dinâmica) érápida, mas, sem um contínuo “refresh” sob aforma de impulsos de corrente, perde os dados. Asmemórias “flash”, que se encontram, por exemplo,em leitores MP3, telemóveis e câmaras fotográficasdigitais, conservam os dados mesmo semalimentação eléctrica, mas não são tão rápidascomo as DRAM e só podem ser gravadas cerca de 1milhão de vezes. As unidades nanotecnológicas dofuturo, que em substância apenas prometem asvantagens supramencionadas (elevada capacidadede gravação, rapidez, longevidade e conservaçãodos dados sem alimentação eléctrica), são, naperspectiva actual, a MRAM (“Magnetic RandomAccess Memory”, ou memória magnética de acessoaleatório) e a “Phase Change RAM” (unidade demudança de fase), a seguir descrita.

As substâncias sólidas podem apresentar duastexturas extremas: cristalina, em que os átomosestão rigorosamente ordenados como as árvoresnum pomar; ou amorfa, em que os átomos sedispõem de forma irregular. Substâncias sólidasamorfas muito comuns são os vidros, como, porexemplo, a sílica. Esta mesma substância (dióxidode silício ou anidrido silícico) existe também sobforma cristalina no comércio de minerais (cristal derocha). Cristalina/amorfa: destas duas texturas damatéria ouvir-se-á falar bastante, pois vãoprovavelmente determinar as memórias de massa

(ou de grande capacidade) do futuro. Algunssólidos podem ser levados mais ou menosfacilmente da textura amorfa à cristalina e vice-versa. Tal mudança de fase, conseguida sobretudopor efeito térmico, encontrou ampla aplicação emsuportes ópticos de memória. Quando, porexemplo, se reescreve ou regrava um DVD (que opossa ser, obviamente), um revestimento especialsobre o DVD passa localmente da fase “cristalina” à“amorfa” por meio do choque térmico de umimpulso laser, e altera consequentemente as suaspropriedades de reflexão, de modo que pode serescrito um padrão legível de bits. Uma acção lasermais prolongada e forte torna as zonas amorfasnovamente cristalinas, de modo que o DVD podeser reescrito sucessivamente.

Os materiais passíveis de mudar de fase têm perantesi uma carreira promissora, em memórias electrónicas,unidades de mudança de fase ou “Phase ChangeRAM”. A mudança de fase não se processa, nestecaso, por via óptica, mas sim electrónica: impulsoseléctricos curtos tornam o material amorfo, comelevada resistência eléctrica; impulsos mais longosdevolvem-no à fase cristalina, com resistênciaeléctrica ínfima. Para a leitura da informação, éinquirida a resistência dos elementos da unidade.

Com a Phase Change RAM, deverão ser conseguidasdensidades de gravação que permitirão gravar umterabit em superfícies do tamanho de selos postais– dez horas de vídeo não-comprimido, portantoqualidade máxima. O computador que dispuserdesta técnica retomará a actividade simplesmentea partir do ponto em que o utilizador a suspendeu– deixará de ser necessário reinicializar o sistema.

Direita: com impulsoseléctricos e consequentesimpulsos térmicos devariadas durações, ascamadas de mudança defase (PC-layers) podemalternar entre as fasesamorfa e cristalina paraa memorização de bits. O modelo aquipatenteado (IHT,Universidade Técnica deAachen) possibilitaunidades rápidas comconsumos de energiaínfimos.

Esquerda: funcionamentoconcreto de uma unidadede mudança de fase.

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Rumo ao 3D – os chips crescem em altura

Perante a escassez de terreno em Manhattan,os arranha-céus foram a solução económicaescolhida quando se impôs arranjar espaço

para escritórios e habitações. Naturalmente,também os projectistas de chips pensaram, desdecedo, na terceira dimensão, mas as tentativasforam-se deparando com uma série de adversidades.

A empresa Infineon AG, de Munique, poderá terentrado no caminho da terceira dimensão.Conseguiu desenvolver tubos nanométricos decarbono (CNT – “carbon nanotubes”) em lamelas –placas polidas de silício, sobre as quais se instalamos chips dos computadores. Os CNT são condutoreseléctricos de primeira classe, pelo que produzempoucas perdas térmicas e, como ligações quesuportam esforços mecânicos (VIA), podem serinstalados entre os diversos planos de cablagem deum chip. A longo prazo, os investigadores daInfineon consideram possível alcançar com os CNTuma verdadeira tecnologia 3D para chips,porquanto os CNT, como excelentes condutorestérmicos que são, poderão dissipar o calor dointerior de um chip 3D.

O mundo interligado: nanoelectrónica

Arte moderna: estruturasexperimentais paraunidades spintrónicas.

Crescimento objectivadode tubos nanométricos decarbono sobre pontos pré-definidos de uma lamela

de silício, por um processomicroelectronicamente

compatível.

10 µm

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Spintrónica – fazer contas com electrões em rotação

Uma autêntica revolução, projectando a Leide Moore bem para o futuro, poderá seroperada pelos componentes spintrónicos,

que, além das propriedades eléctricas do electrão,utilizam as suas propriedades magnéticas, o spin. Ospin do electrão manifesta-se como momentomagnético ínfimo, que reage de uma formacomplexa com outros fenómenos magnéticos e, porisso, pode ser utilizado para funções electrónicas.Está já activa uma aplicação desta spintrónica oumagnetoelectrónica: os novos discos duros dispõemde cabeças de leitura de película fina com “spinvalve”, que – baseados na enorme resistênciamagnética – descobrem domínios magnéticosmuito pequenos, desse modo permitindodensidades de memória elevadíssimas.

Nas MRAM, chips magnéticos de memória, a

informação é gravada no spin das camadas

magnéticas. Esta descoberta, interessante para

memórias centrais não-voláteis, poderá, a longo prazo,

conduzir à substituição dos discos duros movidos

mecanicamente.

A spintrónica está também a ser estudada como

tecnologia para um computador quântico (na

Universidade de Würzburg, por exemplo).

Tão complexa como umacidade – imagem de umarede de circuitos de cobregravada num chip (IBM),ao microscópio electrónicode varrimento. Os chipsmodernos chegam a ter 9 níveis de circuitos.

Exercícios de destrezapara o computador quân-tico: o “interferómetroAharonov-Bohm”, estrutu-rado na Universidade doRuhr, em Bochum, pormeio de um microscópiode força de varrimento.

Circuitos quânticos liga-dos por túneis – os elec-trões atravessam passa-gens que, segundo ateoria clássica, seriamvedadas. As experiênciasnanotecnológicas come-çam a acompanhar ateoria.

Moléculas orgânicas dispersassobre silício – imagem ao microscó-pio electrónico de varrimento(Universidade do Ruhr, Bochum).

Novos efeitos para discosduros potentes: a cabeçade leitura utiliza a enormeresistência magnética, comum elemento semicondutorde mais de vinte camadasnanométricas.

A sonda magnética de um microscópio electrónicode varrimento com spin polarizado analisa aspropriedades magnéticas de átomos individuais.

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Nanotecnologias no quotidiano futuro

Quando a nanotecnologia entrar noquotidiano, nada de extraordinário teráde mudar externamente. Continuaremos

a frequentar cafés ao ar livre, e talvezaté com mais prazer do que hoje, pois o roncodos motores a explosão terá sido substituído porum discreto zunido, como o que se ouve ao fechardas portas na nave espacial Enterprise. O cheirode combustível queimado cedeu lugar ao odor,ocasional e quase imperceptível, do metanol quealimenta as pilhas de combustível. O serviço émuito expedito: ao teclarmos na ementa o quedesejamos, a electrónica chega à cozinha. Parapagar, toca-se com o cartão de crédito ou débitono símbolo do euro a um canto da ementa. Asmoedas, cujo tilintar é tão agradável, continuama existir para a gorjeta, mas são higienicamenterevestidas com nanopartículas antibacterianas. Asjanelas dos cafés tornaram-se caríssimas, poisdesempenham uma porção de funções – o que,em consequência, as embaratece: resistem àsujidade e aos golpes, escurecem quando há

excesso de luminosidade, convertem luz emelectricidade e, se se quiser, iluminam-se comoecrãs gigantes: será um prazer acompanhar oCampeonato do Mundo com os amigos naesplanada ou no interior do café.

Com o amadurecimento da nanoelectrónica,serão concebíveis aparelhos de uma elegânciafascinante, como a PDA (“Personal DigitalAssistant”, a agenda digital) no formato de umcartão de crédito (seria possível reduzi-la aindamais, mas o ser humano exige instrumentosmanuseáveis). Num monolito negro opaco, semestruturas reconhecíveis, a cor negra capta a luzsolar e converte-a em electricidade. Coberto comuma finíssima camada de diamante que oprotege contra a abrasão, tendo por baixo umafina camada de piezocerâmica que converte somem electricidade e vice-versa, permitecomunicações orais. Naturalmente, pode tambémexecutar transferências de dados pela luz e pelarádio. Tem capacidade visual, através de uma

Vidro termocrómico pararegular a entrada da luz

Pintura com nanopartículascontra a corrosão

Capacete em contactopermanente com o portador

Vestuário inteligente paramedir o pulso e a respiração

Quadro em tubo Bucky,ultraleve mas estável

Articulação artificial feita demateriais biocompatíveis

Piezotapetes contra vibraçõesincómodas

Células de combustível que fornecem energiaao telemóvel e ao carro

Camadas magnéticas para as unidades de memória

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Teclado virtual: o toquede uma tecla éreconhecido pelo sistemae interpretado comopressão da tecla.

“Vidro fotocrómico”: detransparênciaelectronicamentecontrolável, servirá paraa climatização dosescritórios de amanhã.

Nanopartículas de nanossoluções,embora invisíveis à luz normal,fluorescem em luz ultravioleta.

Finamente dispersas em meios líquidos,podem ser manuseadas pela técnica do

jacto de tinta sob pressão, sem alterar odesign ou a função do objecto marcado.

Os nanopigmentos servem, pois, comoóptimo meio contra falsificações.

Tecido com revestimentoanti-nódoas

Películas fotovoltaicas queconvertem luz emelectricidade

OLED (díodos orgânicosfotoemissores) nos ecrãs

Ementa de cartãoelectrónico

Placas resistentes à abrasão, com efeito lótus

LED (díodos fotoemissores)que fazem concorrência àslâmpadas de incandescência

Nanotubos nos ecrãsdos novoscomputadores

objectiva plana e de um chip de alta resoluçãopara conversão de imagens. Acende-se como ecrã,transformando-se em banda magnética, câmarafotográfica, videogravador, televisor, telemóvel esistema de posicionamento global (GPS), tudonum só aparelho. Pode ler, traduzir e explicar aementa num Café de Paris, transmiti-la emfrancês polido e pagar a conta.

Obviamente, reconhece a voz e a impressãodigital do utilizador autorizado, protegendo-seassim contra abusos.

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Mobilidade

Nanotecnologia no automóvel

Opára-brisas pode ser tornado mais resistentecom revestimentos fabricados portecnologia sol/gel, contendo partículas

nanométricas duras. A transparência é total, pois asnanopartículas, pequeníssimas, não dispersam aluz. O princípio funciona já para os vidros dosóculos, embora ainda imperfeitamente. A pinturado automóvel poderá ser guarnecida com umaestrutura em pétala de lótus, que repele a sujidade.

Na climatização do automóvel, o pára-brisas poderá ser guarnecido comcomponentes nanométricos, quereflectem electronicamente, comintensidade variável, a luz e a radiaçãotérmica. Aplicada aos espaços deescritórios, esta técnica permitirápoupar muita energia.

A luz de que o automóvel necessita é já hoje, emgrande parte, produzida nanotecnologicamente: osLED (díodos fotoemissores) das luzes de travagemde alta qualidade têm – como todos os LED –sistemas de revestimento refinados, à escalananométrica, que convertem electricidade em luz,muito mais eficazmente. Uma outra vantagem: osLED transformam quase de imediato a electricidadeem luz detectável pela vista humana, ao passo queas luzes de travagem com lâmpadas deincandescência demoram mais. A diferença podevaler alguns metros de distância de travagem.Entretanto, a intensidade luminosa dos LED tornou-se tão elevada que conjuntos deles podem servirpara a luz de cruzamento dos faróis dianteiros.

Tal como noutras máquinas, tambémno automóvel a nanotecnologia substi-tuirá a quantidade pela qualidade. Avantagem é poder dispensar matéria.A técnica reconcilia-se com a Natureza.

Aplicados a semáforos, os LED poupam em manutenção eenergia. O período de amortização é de apenas um ano.

Pequenas estruturas ,grandes perspectivas:

por meio destasestruturas

microscópicas, evitam-seos incómodos reflexos

luminosos nos visores ejanelas dos automóveis.

O modelo é o olho daborboleta nocturna, que

precisa de ver o maispossível na escuridão

sem ser vista.

Nan

ote

cno

logi

asp

ara

a so

cied

ade

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A pintura poderá também ser aplicada pornanotecnologia para servir como célula fotovoltaicaou solar (uma opção ainda não concretizada). A suaenergia recarregará a bateria durante oestacionamento – o que já é possível com célulasfotovoltaicas convencionais – ou refrigerará acabina com uma bomba de extracção de calor. Por

O ABS (sistema de travagem antibloqueamento) e o ESP(programa electrónico de estabilidade) intervêm emsituações críticas. Os sistemas futuros evitarão o perigoautomaticamente.

Órgão de equilíbrio em silício: sensor de rotação para a estabilização do veículo.

Electrónica ao serviço da segurançainstantânea: sensor de aceleraçãopara um airbag dianteiro.

Injector para motor diesel. Os sistemas dofuturo terão camadas de protecção contra odesgaste, de tipo diamante e com poucasdezenas de nanómetros de espessura.

sua vez, esta última poderá também consistir numsistema nanotecnológico de camadassemicondutoras sem partes móveis. Quando,inversamente, a considerável perda térmica de ummotor de explosão é canalizada por um talsemicondutor, obtém-se de novo energia eléctrica(ver igualmente “Termoeléctrica”, em “Energia eAmbiente”).

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Os LED brancosadquiriram talintensidade luminosaque poderão servir nofuturo para produziras luzes dianteiras decruzamento.

As células de combustível (v. p. 33)proporcionarão uma condução não-poluente. Se o combustível hidrogénioprovier também de fontes renováveis,o sistema será garantidamente amigodo ambiente.

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Catalisadores de ouro

Ananotecnologia pode também proporcionarao ouro uma nova carreira. Embora o ouro“comum” fique muito aquém da platina

como catalisador, nanopartículas de ouro sobre umsuporte poroso proporcionam um catalisadorprático que, num arranque a frio, decompõe osóxidos de azoto e o monóxido de carbono emsubstâncias inócuas. As nanopartículas de ouro são também um novo e promissor candidato acatalisador para as células de combustível.

Naturalmente, todos estes avanços beneficiarãooutros meios de transporte que nada têm a ver como automóvel. O velocípede, por exemplo, entender-se-á excelentemente com a nanotecnologia (célulasde combustível e células solares, sobretudo),criando a máquina do “movimento perpétuo”, quese move silenciosamente e só por luz, ar e água,com peso ultraleve graças a um esqueleto denanofibras de carbono, iluminação por LED eoutras aplicações.

Ouro contra odores

Os catalisadores com nanopartículas de ouroestão simultaneamente a ser testados naremoção de odores. Em pequenos sistemas

de climatização como os dos automóveis, podemeliminar os odores incómodos causados porbactérias. No Japão, são já utilizados nas casas-de-banho.

Nanotecnologia nas áreas de serviço

Os automobilistas podem já encontrartecnologia de microssistemas nas áreas deserviço. Os urinóis mais modernos contêm

sensores que anunciam a menor subida detemperatura aos instrumentos electrónicosassociados, o que desencadeia a descarga de água. A energia eléctrica é fornecida por umaminiturbina hidráulica movida pela descarga deágua. Ao contrário dos sistemas com sensoresinfravermelhos, este não pode ser bloqueado poruma simples pastilha elástica.

Em comparação, os urinóis nanotecnológicosfuncionam de um modo simultaneamente maissimples e refinado: pelo efeito lótus nas paredes, oslíquidos são repelidos, escorrem por uma películalíquida que elimina odores e somem-se sem deixarvestígios. A realidade terá de demonstrar a verdadede tudo isto. Estas tecnologias são também,obviamente, próprias para uso privado.

Tratamento do couro comcápsulas nanométricas de

perfume.

Nanopartículas de ouro para novos catalisadores.

Urinol de área de serviçocom tecnologia de

microssistemas à provade vandalismo.Revestimentos

nanométricos com “efeitolótus” tornarão mais fácil

a limpeza e amanutenção.

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Célula de combustível – um geradorpara mil e uma utilizações

As células de combustível sãosemelhantes às pilhas e baterias:fornecem electricidade. Porém,

enquanto o conteúdo químico de umabateria acaba por se consumir, àcélula de combustível écontinuamente fornecida umasubstância rica em energia. Essasubstância pode ser hidrogéniopuro ou um fluido quecontenha hidrogénio, comogás natural ou óleo decolza. Nos dois últimoscasos, o hidrogénio temportanto que serextraído num “reformer” parapoder agir na célula decombustível. Quando ohidrogénio e o oxigénio secombinam, há migração deelectrões do primeiro para osegundo. Na célula decombustível, estes electrões sãoempurrados para um circuitoexterno, capaz de accionar ummotor ou aparelho similar.Como produto final da reacção, água pura.

As células de combustível têm um elevadorendimento, dependente do tipo mas bastanteindependente do tamanho. São produzidas emdiversas variantes. A nanotecnologia podecontribuir para esta técnica com películascerâmicas, superfícies nanostruturadas enanopartículas catalíticas.

Nos últimos anos, foram injectados, anível mundial, 6-8 mil milhões dedólares na tecnologia das células decombustível, e não é razoável duvidarde que algo resultará. Estessilenciosos geradores de electricidadevariam entre o tamanho de um selopostal e o de um contentor naval, ede modo nenhum servirão apenaspara automóveis. Para pequenosconsumidores, a fonte de

hidrogénio poderá seruma mistura não-inflamável metanol-água, com“reabastecimento” no

supermercado.

A célula de combustível ajudaráo motor eléctrico a recuperar olugar na escadaria da glóriacomo o melhor dos motores (em1881, foi conduzido em Paris o

primeiro automóvel eléctrico). Só o motoreléctrico pode produzir um rendimentosuperior a 90%, e só ele pode funcionarcomo gerador e, simultaneamente, comoreconversor da energia cinética emenergia eléctrica (na travagem do veículo,por exemplo). A matéria-prima magnética dos novosmotores e geradores eléctricos,extremamente boa, é também,naturalmente, de nanocristais.

Com a suananoporosidade, os“nanocubos” metálicos daBASF podem armazenargrandes quantidades dehidrogénio.

As células decombustível podemtambém ter utilizaçãodoméstica, fornecendosimultaneamenteelectricidade e calor.

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O creme de dia (também já hoje disponível) contémnanosferas de óxido de zinco contra os malefíciosdos raios ultravioletas. As esferas são obviamenteinvisíveis, pelo que o creme não é branco, mastotalmente incolor.

Espiões na ponta dos dedos

Com nanotecnologia, nanoelectrónica, técnicade microssistemas, etc., tornam-se possíveisaparelhos de análise complexos, igualmente

ao alcance do uso doméstico. No futuro, bastaráuma pequena picada no dedo para a análise dosangue. Valores do colesterol correctos? Nível deaçúcar dentro do normal? As medições podem serenviadas, via Internet, ao nanocentro médico maispróximo, onde, conforme necessário, é requeridauma análise rigorosa ou é composto emmicrorreactores, por nanobiotecnologia, ummedicamento específico. No organismo, os medicamentos transportamnanopartículas com um revestimento de protecçãoque só lhes permite agirem no foco daenfermidade. “Drug delivery” – ministração doagente medicamentoso com precisão máxima. Osmédicos mantêm-se atentos a esta evolução.

Ou, fora, um sensor que, pela transpiraçãodos dedos, analisa a carência de cálcio eoutras deficiências, corrigíveis por meio da

“alimentação funcional”. Talvez um vulgar queijode cabra: a etiqueta de OLED (díodo orgânicofotoemissor) recomendará o mais adequado.

O espelho da casa-de-banho, equipado comnanoelectrónica, não reflecte apenas – informa também,se necessário. E até manifesta reservas quanto ao sumode laranja, pois este contém açúcar, uma substânciapropícia ao aparecimento de cáries. Um outro papel dananotecnologia: pasta dentífrica (já hoje disponível) comesferas nanodimensionais de apatite e proteína,componentes naturais que ajudam a reconstituir osdentes (ver igualmente “Biomineralização”).

Um pequeno-almoço avançado, em 2020:

Ainda há café? Claro, e sumo de laranja? Naturalmente, mas a embala-gem poderá conter, dentro, algo especial, como uma “língua electró-nica”, que prova o sumo para detectar a sua eventual deterioração.

Em cima, à esquerda:películas com

nanopartículas conservamos alimentos frescos

durante mais tempo.

Em cima, à direita:embalagem inteligente

com chip emissor-respondedor de base

polimérica.

Equipamentointeligente: o espelho

com meiosnanoelectrónicos orienta

o escovar dos dentes.

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Cápsulas medicamentosas supramoleculares

Os medicamentos administrados poderão, porsua vez, sofrer um aperfeiçoamentoextraordinário. São encerrados em

moléculas vazias supramoleculares (em fase deinvestigação), que funcionam como transportadoresnanométricos providos de antenas às quais se fixamanticorpos de proteínas sensoriais semelhantes.Entrando em contacto com as estruturas típicas doagente patológico – paredes de células cancerosas,bactérias, etc. –, as proteínas fixam-se-lhes e enviamum sinal à molécula, que, acto contínuo, se abre eliberta o conteúdo. Com tal nanotecnologia, podemser levadas altas doses medicamentosas até ao focoda enfermidade sem agredir o resto do organismo.

Partículas magnéticas para a terapia do cancro

Com um artifício semelhante, podem tambémser conduzidas até um foco cancerosonanopartículas magnéticas que, por acção de

um campo electromagnético, aquecem, minando otumor. Nanopartículas atravessam igualmente arede de filtragem conhecida como “barreirahemato-encefálica”, podendo desse modoaproximar-se de um tumor encefálico. É a chamada

“hipertermia magneto-líquida”, que está a serdesenvolvida pelo grupo de trabalho do biólogoAndreas Jordan. Os ensaios clínicos começaram já.

Diagnóstico do futuro.Métodos cada vez maisonerosos manter-se-ãoacessíveis graças ananotecnologias.

Células cancerosas deum glioblastoma (tumorencefálico), “saturadas”,até às bordas do tecidosão, com nanopartículasde magnetite providasde um revestimentoespecial. Se as partículasforem aquecidas por umcampoelectromagnético, o tumor tornar-se-ásensível a tratamentoscomplementares. Aaprovação clínica destatécnica acontecerá já em2005.

Torniquetes num chip

Atécnica de microssistemas e ananotecnologia (sectores não claramentedistintos um do outro) só triunfarão no

domínio clínico na medida em queminiaturizarem e embaratecerem técnicasconhecidas, eventualmente na ordem das centenasde milhar de vezes ou mais. Uma das aplicaçõesserão as máquinas altamente avançadas queanalisarão e seleccionarão, relativamente acaracterísticas específicas, milhões de células(sanguíneas, por exemplo), à razão de milhares porsegundo. O processo poderá ser o seguinte: Adicionam-se ao sangue anticorpos capazes de se

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Pequeno mas refinado – o“Lab-on-a-chip”, um

laboratório na ponta deum dedo.

Com poeiras nanométricas,podem ser queimados

(sinterizados) corpos decerâmica certeiros e fiáveis,

para implantes, por exemplo.

fixarem às células que interessam – e só a elas. Ao mesmo tempo, transportam um corante que seilumina ou fluoresce em presença de luz laser. Noseleccionador, as células, aglomeradas emgotículas, são dirigidas para essa luz. Detectando-seum sinal fluorescente, campos eléctricos conduzema gotícula – e, portanto, a célula – para um vasocolector.Esta técnica foi parcialmente copiada das

impressoras de jacto de tinta. Os seleccionadores decélulas são aparelhos extremamente complexos,nos quais se combinam micromecânica, óptica e aelectrónica mais refinada. São, pois, muito caros. A nanotecnologia reduzirá estes aparelhos dotamanho de torniquetes às dimensões de um selopostal, transformando-os inclusive em produtosdescartáveis, o que acelerará consideravelmente oprogresso da medicina.

Uma nanotecnologia ainda mais avançada é a queestá prevista para o Lab-on-a-Chip (laboratório numchip). Segundo investigadores eminentes, num Lab-on-a-Chip funcionarão coordenadamente milhõesde nanoaparelhos. Com poucos centímetrosquadrados de área, os chips serão enormes, acomparar com os aparelhos neles contidos, o que sedeve ao facto de, no seu interior, terem de circularfluidos que no nanocosmos são viscosos como mele, por isso, necessitam de espaço. Se, com onanolaboratório, se conseguirem acompanharcélulas individuais passo a passo, os Labs-on-a-Chiprevolucionarão a biologia. Em última instância,poderá construir-se uma espécie de vídeo, um vídeoda vida. E não nos contentaremos com a observaçãoda célula – interferiremos com ela, olhá-la-emos,veremos como reage, e assim desvendaremos osenigmas da vida.

Neuroprotética

Está neste momento a ser ensaiada umaaplicação extremamente exigente para atécnica de microssistemas e a nanotecnologia

– o implante de retina adaptativo (ou seja, capaz deaprender). Visa devolver parcialmente a visão apessoas que cegaram devido à retinitis pigmentosa.Consiste numa pequena câmara fotográfica

Implante de retina.

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Vestuário inteligente:meios electrónicosintegrados, para ouvirmúsica MP3, circular pelacidade e vigiar o pulso –um valor acrescentado,em cima da pele.

Robôs com sensibilidade,produzidos pelaUniversidade de Oxford.São já aptos a guardarpatos, mas, comoprestadores automáticosde cuidados, asperspectivas são maiores.

À esquerda: acoplamentode células nervosas acontactos eléctricos.

À direita: chips delgadosde silício sobre suporteflexível, para, porexemplo, etiquetasinteligentes que podemser integradas nasembalagens de produtosalimentares ou novestuário.

montada em armações de óculos, que conduz asimagens do meio circundante para um processadorde sinais capaz de aprender. O processadortransfere os dados das imagens, sem fios, para ointerior do olho afectado, onde se encontra umafolha flexível com eléctrodos miniaturizados que,em contacto com a retina, a estimulam. Se osensaios derem bons resultados, tratar-se-á daprimeira “interface homem-máquina”, a nívelmundial, para a visão. Muitos deficientes auditivosbeneficiam há bastante tempo de implantes dacóclea. Com a nanotecnologia, estas prótesescontinuarão a ser aperfeiçoadas.

Cuidados domiciliários

Amelhoria da nutrição e uma medicina cadavez mais eficaz têm permitido aumentar aesperança de vida de um número crescente

de pessoas. Este progresso, incontestavelmentedesejável, tem o inconveniente natural de havermais pessoas a necessitar de assistência. Esta podeser prestada, em parte, pela nanoelectrónica. Pensa-se, por exemplo, na incorporação de sensores efunções informáticas no vestuário, permitindo

acompanhar permanentemente o estado de saúde –pulso, respiração, metabolismo – dos idosos. Seocorrerem problemas, o serviço de assistênciainforma automaticamente o médico de família ouos parentes. O local da ocorrência é assinalado porum GPS incorporado também no vestuário – ou porum módulo do sistema Galileu (futura varianteeuropeia do GPS).

Enfermeiros automáticos

A“velha Europa” tem ainda uma atitude dereserva em relação às máquinas prestadorasde cuidados. No Japão, os robôs móveis

aproximam-se da fase de produção industrial emmassa. É bem possível que possam também sercriados prestadores de cuidados para o dia-a-dia.Em todo o caso, trabalha-se nesse sentido. Arobótica poderá enfrentar, facilmente e emquantidade, o crescimento incessante dascapacidades da nanoelectrónica.

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Na Europa, a iluminação absorve cerca de10% da electricidade gerada. Os LED, díodosemissores de luz, produzem já luz branca,

pelo que podem substituir a técnica tradicional. A substituição trará como consequência poupançasconsideráveis, pois, para produzir a mesmaquantidade de luz, os LED necessitam apenas deuns 50% da potência exigida pela comum lâmpada

de incandescência. Na Alemanha, por exemplo, oserviço de Ambiente calculou um potencial depoupança de 77% no sector da iluminação.

Nos lares europeus, milhões de televisores à base detubos de raios catódicos aguardam substituição poraparelhos de LCD (visor de cristal líquido) ou, amais longo prazo, de OLED (díodos orgânicosfotoemissores). Ambas estas técnicas têm potencialpara reduzir em 90% o consumo de energia. LED eOLED são fabricados por nanotecnologia. Semilhões de agregados familiares pouparem algunskilowatts, chegar-se-á aos gigawatts – a capacidadede várias centrais eléctricas de grande dimensão.

A eficiência das células de combustível é facilmenteregulável. Estão já a ser fornecidos a consumidoresprivados os primeiros aquecedores a gás naturalprovidos de células de combustível, para produçãode calor ou electricidade. Se milhões de agregadosfamiliares forem equipados com estes aparelhos,eles poderão ser interligados através da redeeléctrica e da Internet, formando grandes centraiseléctricas virtuais – com uma capacidade máxima

Contrariamente ao que até hoje aconteceu na história dastecnologiastécnica, as nanotecnologias podem associar o cres-cimento económico a uma redução no consumo de materiais.

A economia na era nano: mais conforto com menos custosmateriais.

Revolução na eficiência por meiode LED (díodos fotoemissores).

Prognóstico da Shell AG:a nanotecnologia é o

meio de eleição para asenergias renováveis.

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teórica de 100 GW. A longo prazo, o gás naturalpoderá ser substituído por hidrogénio de fontesrenováveis. As nanotecnologias estão a postos, comnovos materiais e catalisadores.

As membranas cerâmicas com poros nanoscópicosganham importância cada vez maior no tratamentode líquidos e no abastecimento de água potável,pois filtram facilmente bactérias e vírus.

A nanotecnologia tornará lucrativa a energia solar.Semicondutores de liga de índio, gálio e azotoindicam serem possíveis células solares com maisde 50% de eficiência. Porém, a eficiência é só umdos critérios: a nanotecnologia permitiráigualmente um embaratecimento drástico doscolectores de luz, quer pela técnica de películasfinas quer pela de partículas. Amostraslaboratoriais de películas de células solares,fabricadas por técnicas de revestimento idênticas àsdos LED e OLED, geram uma potência eléctrica de 100 W com 30 g de substância – uma reduçãoradical de material na produção de energia,conseguida em Leipzig pela empresa Solarion.

Os investigadores da Siemens reclamam umaeficiência de 5% para as mais recentes célulassolares orgânicas, que podem ser impressas empelículas de plástico e embaratecerãoextraordinariamente. A camada fotoactiva tem umaespessura de pouco mais de 100 nm e o tempo devida é hoje de milhares de horas de luz solar. Osprimeiros produtos com esta técnica estão previstospara 2005.

Amplo espectro: fachadade vidro do Hotel Weggis,no Lago Lucerna,iluminada em todas ascores do arco-íris por84.000 LED da Osram.

Em muitos ecrãs, serãoinstalados OLED (LEDorgânicos).

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Há uma série de efeitos físicos notáveis,conhecidos há muito mas ignorados pelopúblico e com pouca expressão em nichos

de mercado. Caso, por exemplo, do saco frigorífico,que se liga ao circuito eléctrico do automóvel. Noseu interior, funciona, invisível, o legado de Jean-Charles-Athanase Peltier, sábio francês que em 1834

descobriu o seguinte efeito, hoje com o seu nome:uma corrente eléctrica através do ponto decontacto de dois metais diferentes produz calornuma extremidade, frio na outra. Treze anos antes,o alemão Thomas Johann Seebeck descobrira oefeito inverso: um fluxo de calor através do pontode contacto de dois metais diferentes produz

electricidade. A nanotecnologia vaidevolver a glória a estes dois senhores,pois permite fabricar novos materiais,que – finalmente – fornecem ambos osefeitos, com um rendimento excelente.

Na produção destes materiais, estão,uma vez mais, máquinas como as quefabricam os LED. Estas máquinasdepositam, por exemplo, uma camadade 5 nm de telureto de antimónio sobreuma película de telureto de bismutocom 1 nm de espessura, repetindo oprocesso até se obter uma folhacompósita semicondutora que teria

A nanotecnologia insufla nova vida em muitas ideiasantigas, que a ineficiência dos materiais de então levavaao malogro. É o caso da produção termoeléctrica deenergia:

Electricidade a partir de calor, calor a partir de electrici-dade – termoelectricidade

Técnica de micro-reacçõesquímicas para fabrico

eficiente das substânciasmais exóticas.

Módulo termoeléctricoconvencional: um fluxotérmico é convertidoem corrente eléctricapor blocossemicondutores.Nanoestruturasconferem a esta técnicaíndices elevados derendimento, dessemodo franqueandonovos mercados.

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Reactores Aixtron para a investigação (esquerda) e para aprodução, com precisão atómica, de películas finas desemicondutores compósitos (direita).

encantado os senhores Peltier e Seebeck:atravessada por uma corrente eléctrica, uma dassuas faces aquece, a outra arrefece. A folha pode serfinamente estruturada, servindo, por exemplo, paraum arrefecimento rigoroso de chips ou paraexecutar, num Lab-on-a-Chip, os pequeníssimosvasos de reacção nos quais, mediante mudançasrápidas de temperatura, se faz multiplicar o DNA. Écrível que os elementos Peltier, com uma eficiênciaque está a crescer drasticamente, se tornem o meiode excelência para toda a indústria do frio. Poroutro lado, quem dispuser de fontes de calor poucoonerosas, como as geotérmicas, poderá produzirelectricidade a baixo preço pelo método dascamadas termoeléctricas. A Islândia tornar-se-ia o Creso da energia, com aprodução de hidrogénio por via electrolítica.

Na indústria química, técnicas como estatransformarão em electricidade quantidadesenormes de calor residual – de um modo silencioso,discreto, eficiente. Nanotecnologia pura.

Energia termofotovoltaica

Atermoelectricidade não é o único meioelegante de reconverter calor residual emelectricidade. As células termofotovoltaicas,

por exemplo, utilizam a radiação térmica ou radia-ção infravermelha (invisível) de objectos quentes. Ananotecnologia residenas estruturas dosemissores que adap-tam o espectro dafonte de calor à sensi-bilidade espectral dascélulas termofotovol-taicas.

A luz da vela é suficientepara as célulastermofotovoltaicasaccionarem um aparelhode rádio.

Emissores de volfrâmiocom superfícienanostruturada, paraadaptação do espectroinfravermelho.

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No dia 12 de Junho de 1979, Bryan Allenelevou-se nos ares, sobre o Canal daMancha, com o Gossamer Albatros, movido

unicamente a pedais, ganhando as 100.000 libras doPrémio Kremer. A construção da levíssima aeronavepor Paul MacCready fora possível graças a novosmateriais. Já em 1981 tivera êxito um voo maislongo por meio de energia solar, mas a aeronave, oSolar Challenger, era extremamente frágil.

Em princípios dos anos 90, o município alemão deUlm lançou um concurso em memória do azaradopioneiro da aviação Albrecht Ludwig Berblinger (“o alfaiate de Ulm”), para concepção de umaaeronave solar viável. Em Julho de 1996, o planadormotorizado Icaré II, da Universidade de Estugarda,consagrava-se como vencedor supremo.

O avião experimental solar HELIOS, da NASA, foiprojectado como substituto de satélites,funcionando, de dia, a energia solar e, de noite, pormeio de uma pilha “recarregável” de células decombustível. Altitude alcançada: quase 30.000metros.

Em 2003, reuniram-se na Suíça peritos emtermodinâmica, aerodinâmica, sistemas eléctricos,materiais compósitos, energia fotovoltaica,conversão de energia e simulação informática (ananotecnologia está presente em quase todos estesdomínios), a fim de discutirem um projecto quedeverá dar asas a novas tecnologias, para um futurocompatível com o ambiente. Dar asas na acepçãoliteral: graças a este ambicioso projecto, BertrandPiccard e Brian Jones, que em 1999 deram a voltaao mundo em balão, deverão repetir a proeza porvolta de 2009 – desta vez numa aeronave movidaexclusivamente a energia solar, e sem escalas!

O aperfeiçoamento incessante da tecnologia,agora também à escala nanométrica, ressus-cita constantemente velhos sonhos, outrorainviáveis. Entre eles, a ideia de voar por meioda luz solar.

Icaré II, um planadorsolar capaz de resistir

aos mesmos esforçosque qualquer planador

e arrancar por meiospróprios.

Em cima: conclusão deum voo recorde não-oficial de Estugarda

para Jena.

Nanotecnologia para desporto e lazerN

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O projecto poderá facultar às novas tecnologias orespeito que merecem e dar origem a toda umafrota de novos veículos, como aeronaves solaresguiadas por computadores, por sensores ou peloGALILEU, nas quais até gente inexperiente poderáviajar – silenciosamente e sem gases de escape.Acima das nuvens, a liberdade não conhecerálimites. Nos lagos, deslizarão catamarãs solares. Ospedelecs, bicicletas movidas a electricidade,

Iate à vela com células decombustível, da empresa MTU, deFriedrichshafen, no LagoConstança. A nanotecnologiapode conferir a estas máquinasuma extrema elegância, graças àsvelas com células solares de têxtilflexível (que por isso são escuras).

O “Luftwurm” (‘verme aéreo’) da Universidade deEstugarda, previsto como estação de ligação (relais)de radiotelefonia.

Catamarã solar da empresa Kopf Solardesign GmbH, para transportes fluviais em Hamburgo.

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auxiliarão em terra os idosos que,de outro modo, teriamdificuldades. Em muitos locais,estão a ser incentivadospequenos veículos eléctricos,para que, nas zonas em rápidaindustrialização, as cidadesnão se afundem em nuvensde gases poluentes.

Estudo da empresaFuseproject: trotinetaimpelida silenciosamentepor uma célula decombustível.

Nanotubos de carbono para o elevador orbital

Areceita veio do espaço: na orla externa develhas estrelas, como Betelgeuse, umagigante vermelha, pulula uma série de

elementos que, ao reagirem quimicamente uns comos outros, geram, entre outros produtos,nanocristais de carboneto de silício, óxido desilício, corindo e até diamante. Este fenómeno éconhecido através da análise de meteoritosformados por essas poeiras. Para saberem mais, oscientistas reconstituíram em laboratório ascondições das orlas estelares – e, em 1985,encontraram vestígios de uma substânciatotalmente desconhecida, que se revelou ser umanova estruturação do carbono: uma molécula oca,com o aspecto de bola de futebol e que observaçõesespaciais recentes revelaram existir também nasorlas externas das estrelas.

Visões

A estrada dos dedos

Com as nanotecnologias, são tambéminteiramente concebíveis sistemas detransporte tidos por utópicos, como a

“estrada dos dedos”. Se um dia existirem músculosartificiais funcionais (e trabalha-se nesse sentido),poderemos imaginar uma estrada guarnecida deelementos sinaléticos (dedos), para o transporte,por movimentos oscilatórios, de objectos colocadossobre ela – como os flagelos ou cílios celulares que,

numa agitação permanente, removem detritosou microrganismos dos pulmões. A ideia tem

pano para muito requinte: são de qualquermodo alvo de uma séria consideraçãomotores lineares minúsculos, baseadosneste princípio, que funcionam commúsculos vegetais (“forissomas”). Outros

candidatos a músculos artificiais são ostecidos constituídos por nanotubos de

fulereno, ideia muito menos fantástica do que oelevador planetário, que a NASA estuda seriamente

e que foi primeiro pensado por um pioneiro russoda astronáutica, Konstantín EduárdovitchTsiolkóvski.

Nanotubos e Betelgeuse, uma estrelagigante, em cuja atmosfera aparecemfulerenos.

Fulerenos, redes ocas de átomos de carbono, uma esperança na pesquisade materiais exóticos.

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Konstantín Eduárdovitch Tsiolkóvsky

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Visão:o elevador

interplanetário.

Conhecem-se hoje muitas variantes de redesatómicas de carbono, entre as quais os nanotuboscom que podem ser criados materiaisextremamente compactos e cuja produção emmassa é, em princípio, uma questão tecnicamenteresolvida.

A essas texturas de nanotubos são entretantoatribuídas resiliências e resistências à tracçãoastronómicas. A NASA estuda neste momento, comtoda a seriedade, um projecto que – recorrendo aum truque do tipo corda indiana encantada –procura criar um “elevador para as estrelas”. Numcenário, é estirada no espaço, por tecnologia convencionalde foguetões e satélites, uma faixa de materiaiscompósitos de nanotubos, com um metro delargura e espessura inferior à de uma folha depapel. Um dos extremos encontrar-se-á a cerca de100.000 km de altitude, o outro ancorado a umponto próximo do Equador, no Pacífico. A acçãoconjugada da força gravitacional e da força“terrífuga” manterá a faixa em equilíbrio. Sobreela, poderão mover-se cargas de várias toneladasnuma órbita terrestre e até em circuitos entreVénus e o anel de asteróides. Subprodutosaproveitáveis de tais visões: materiaisextremamente resistentes, para construir arranha-céus, pontes – e elevadores, naturalmente.

Robert Curl, com os dedos manchadosde fulerenos, que lhe mereceram um

Prémio Nobel.

Moléculasgigantes que

funcionam comocomputadores-

mestres: osnanotubos

poderão tornar-se a base de

chipspotentíssimos.

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46

Oportunidades e riscos

Opotencial das nanotecnologias para o bem –ou, pelo menos, para o rentável – évisivelmente grande. As inovações em

inúmeros domínios de aplicação vão conferir àsnanotecnologias um potencial económicoconsiderável. Na Europa, há já centenas deempresas dedicadas a aplicações comerciais denanotecnologia, dando emprego e sustento adezenas de milhar de pessoas, na sua maioriaaltamente qualificadas. A este respeito, cientistas eempresários são unânimes: a nanotecnologia émuito mais do que uma modernice.

Bom de mais para ser verdade? Na literatura, surgiujá uma supercolónia, aparentemente possível pelomenos em teoria: segundo um romance que se temvendido bem – “Prey” (“Presa”), de Michael Crichton–, enxames de nanopartículas inteligentesassociam-se, constituindo seres de inteligênciarelativamente avançada que atacam os seus

próprios criadores,a fim de neles seanicharem. Numaoutra visão sombriado nanoprofetaamericano EricDrexler, o mundo éameaçado pelachamada “GrayGoo” (manchacinzenta), umanuvem denanorrobôsdesnaturados. EricDrexler considera

uma possibilidade real fabricar robôs nanoscópicos,com milionésimos de milímetro de tamanho,dirigidos por programas e capazes de construircoisas grandes e inovadoras a partir de matérias-primas pré-preparadas. E, se o processo sedescontrolar, aparecerá, em vez de coisas grandes einovadoras, a própria mancha cinzenta, comeventual contágio e perigo para os seres humanos eoutras máquinas.

O conceito não é tomado a sério pela maioria dosprofissionais. Richard Smalley, por exemplo, PrémioNobel da Química em 1996, argumenta com as

propriedades da ligação química: nem todos osátomos, nem todas as moléculas, se ligam uns aosoutros. Assim se inviabilizaria a própria ideia deum nanobô, um robô nanoscópico, um “assembler”(montador). Se um tal “assembler” organizassematéria átomo a átomo, teria de o fazer com“dedos”, que, por sua vez, seriam compostos deátomos, portanto necessariamente com uma certaespessura mínima. E não haveria só que agarrar oátomo escolhido – o montador teria de controlartodos os átomos de um nanómetro cúbico, e aí

O cenário da “Gray-Goo”,de Eric Drexler, é tão

inverosímil como asuposição de que ananotecnologia vai

transformar o mundo emursinhos de geleia. Os

dedos, demasiado grossos,impedi-lo-iam.

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Richard Smalley, Prémio Nobelda Química, considera – talcomo a maioria dos cientistas– que os riscos dananotecnologia podem serdominados.

apareceriam automaticamente os dedos aatrapalhar. É o problema dos dedos grossos. Ehaveria também o problema dos dedospeganhentos: dependendo do respectivo tipo, os átomos não poderiam ser agarrados e soltos abel-prazer; sofreriam ligações (um fenómeno bemconhecido: não é fácil largar das mãos uma bolapegajosa). E estes são obstáculos de princípio, quenão há modo de contornar. Portanto, os nanobôsmecânicos são uma impossibilidade. RichardSmalley deve ter razão: é infundado o medo de quehordas de nanomáquinas desnaturadas se lancemsobre o mundo, transformando-o numa manchacinzenta.

Já mais fundado é o receio de que asnanopartículas possam ter também efeitosindesejados sobre os seres humanos e o ambiente:efeitos a nível da saúde, por exemplo, já que a suapequenez lhes permite, precisamente, penetrar nascélulas e até vencer barreiras biológicas (como ahemato-encefálica). Uma vez que se trata desubstâncias passíveis de acarretar efeitossecundários desconhecidos – tal como, aliás, outraspoeiras ultrafinas, entre as quais a fuligem degasóleo, nos gases de escape dos automóveis –, ainvestigação científica deve, antes de mais, aclarara sua inocuidade. De momento, há apenas umapercepção vaga quanto à segurança das

nanopartículas, pelo que as perguntas em abertodevem ser respondidas o mais urgentementepossível mediante os trabalhos pertinentes de nano-investigadores e toxicólogos. Todavia, o risco parececontrolável, porque, quando em liberdade, asnanopartículas são extremamente “pegajosas”.Aglomeram-se muito rapidamente em corpúsculosmaiores, que o organismo elimina sem dificuldade.Sabemos já que algumas não prejudicam a saúde.São incorporadas no creme solar como factor deprotecção da luz ou ligadas a outros materiais deuma forma tal que o utilizador não entra emcontacto com nanopartículas individuais. Alémdisso, a indústria, através de medidas de segurançaadequadas, procura igualmente suprimir aomáximo quaisquer riscos sanitários, não só para osclientes como para os empregados.

Se bem que as visões de nanobôs sejam hipotéticas,parecem bastante reais as promessas dosespecialistas em materiais à escala nanoscópica. Osprimeiros produtos estão já aí, como as cabeçasultra-sensíveis de leitura de discos duros, comcamadas de vinte e poucos nanómetros deespessura. A nanoelectrónica entra em todos osnovos computadores portáteis. Como tecnologiapotente que é, a nanotecnologia terá também,naturalmente, efeitos colaterais, tornandosupérfluas muitas acções simples. Mas serãocriados muitos domínios de actividade. Aaprendizagem permanente (ou ao longo da vida)adquire importância crescente, mas isso poderá sertambém um prazer – com nanotecnologia.

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Outras informações

Como posso tornar-me nanoengenheiro?

Quem visita um instituto de investigaçãodedicado intensivamente àsnanotecnologias vê literalmente, lado a

lado, todas as disciplinas de ciências naturais:biólogos, químicos, engenheiros dos mais diversosramos, cristalógrafos, mineralogistas, físicos – odenominador comum é o nível atómico, e umaparte da linguagem comum é a Matemática.Embora todos os cursos clássicos de ciênciasnaturais possam, pois, conduzir à nanotecnologia,esta começa entretanto a estabelecer-se comodisciplina independente – caso, por exemplo, daUniversidade de Würzburg, onde Alfred Forchel,catedrático de Física, opina que quem se dedicar àsnanotecnologias não deve recear perseguir umatendência passageira (excerto de “abi 10/2003”, daUniversidade de Würzburg):

…porque a tendência para a miniaturização não é efémera –tem já muito trabalho atrás de si. É patente que, em muitosdomínios, as aplicações diminuem progressivamente deescala, descendo, por assim dizer, do micro ao nano, naTecnologia da Informação como na Química. Não sãoprecisos dotes de vidente para constatar que tudo está areduzir-se – e a reduzir-se o mais possível (são exemplo oscomponentes).

Qualquer físico, químico ou outro especialista deciências naturais pode sustentar, com razão, ter-sejá dedicado a nanotecnologias. Os temas da FísicaAtómica clássica, as moléculas de que falam osquímicos, pertencem ao nanocosmos. Com aspossibilidades de experimentação hoje ao nossoalcance (estruturação, com precisão atómica, declusters, camadas ou chips, fornecimento desubstâncias do mais elevado grau de pureza,exploração das mais finas estruturas biológicas),abriu-se uma cornucópia de possibilidadesinteiramente novas, úteis também para aEngenharia aplicada. Alfred Forchel entende que háperspectivas profissionais verdadeiramenteauspiciosas para os nanoengenheiros:

No nosso ramo, as hipóteses de colocação dependem também,naturalmente, da conjuntura. Mas coisas relativamenteinsignificantes marcam, muitas vezes, a diferença: quandonas empresas dão entrada pilhas de candidaturas, é difícil aalguém sobressair. Graças aos nossos cursos de formaçãoprática na indústria, pelo menos uma firma acaba porconhecer os estudantes de perto. Os nossos estudantes podemtambém preparar as suas teses na indústria, um passo maisperto para a colocação. Além disso, concluem pelo menosuma formação opcional não-técnica, como Gestão e EconomiaEmpresarial, dispondo, por conseguinte, de importantesbases suplementares para a vida profissional.

Todavia, os nanoengenheiros, em Würzburg ouonde quer que seja, não podem fugir a uma sólidaformação em ciências naturais (Matemáticaincluída):

Não basta sonhar com a criação de um submarinocapaz de navegar pelas veias. Antes disso, é precisoinvestir em tempo e trabalho. Temos de aprender arepresentar as coisas matematicamente, a dominara Física e a Química, ou seja, os alicerces maisdifíceis. Não há motivo para desânimo: asnanofantasias podem até dar uma ajuda.

A história do submarino navegando nos vasossanguíneos era apenas cinema. Nanotecnologia é outra coisa, mas igualmente bastante rentável.

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Contactos, links Internet, bibliografia

Estudos sobre nanotecnologias:Studiengang Nanostrukturtechnik in WürzburgUniversität WürzburgWebsite: http://www.physik.uni-wuerzburg.de/nano/Contacto: ossau@physik.uni-wuerzburg.de

Bio- und Nanotechnologien in IserlohnFachhochschule SüdwestfalenWebsite: http://www2.fh-swf.de/fb-in/studium.bnt/bnt.htmContacto: Werner@fh-swf.de

Molecular Science in ErlangenUniversität Erlangen-NürnbergWebsite: http://www.chemie.uni-erlangen.de/Molecular-ScienceContacto: hirsch@chemie.uni-erlangen.de

Masterstudiengang Mikro- und Nanotechnik in MünchenFachhochschule MünchenWebsite: http://www.fh-muenchen.de/home/fb/fb06/studiengaenge/mikro_nano/home.htmContacto: sotier@physik.fh-muenchen.de

Nanomolecular Science in BremenInternational University BremenWebsite: http://www.faculty.iu-bremen.de/plathe/nanomolContacto: f.mueller-plathe@iu-bremen.de

Nanostrukturwissenschaft - Nanostructure and MolecularSciences in KasselUniversität KasselWebsite: http://www.cinsat.uni-kassel.de/studiengang/studiengang.htmlContacto: masseli@physik.uni-kassel.de

Experimenteller Bachelor-Studiengang mit dem AbschlussBachelor of Science in Biophysik oder Nanowissenschaftenin BielefeldUniversität BielefeldWebsite: http://www.physik.uni-bielefeld.de/nano.htmlContacto: dario.anselmetti@Physik.Uni-Bielefeld.de

Diplom-Studiengang „Mikro- und Nanostrukturen“ inSaarbrückenUniversität des SaarlandesWebsite: http://www.uni-saarland.de/fak7/physik/NanoMikro/InfoMikroNano.htmContacto: wz@lusi.uni-sb.de

Referências bibliográficas:BMBF-Programm IT-Forschung 2006 – FörderkonzeptNanoelektronikHrsg.: Bundesministerium für Bildung und Forschung;Bonn, März, 2002.

Vom Transístor zum Maskenzentrum Dresden,Nanoelektronik für den MenschenHrsg.: Bundesministerium für Bildung und Forschung;Bonn, Oktober, 2002.

Nanotechnologie erobert Märkte- DeutscheZukunftsoffensive für NanotechnologieHrsg.: Bundesministerium für Bildung und Forschung;Bonn, März 2004.

Bachmann, G.:Innovationsschub aus dem Nanokosmos: Analyse &Bewertung Zukünftiger Technologien (Band 28)Hrsg.: VDI-Technologiezentrum im Auftrag des BMBF; 1998.

Luther, W.:Anwendungen der Nanotechnologie inRaumfahrtentwicklungen und –systemenTechnologieanalyse (Band 43)Hrsg.: VDI-Technologiezentrum im Auftrag des DLR; 2003

Wagner, V; Wechsler, D.:Nanobiotechnologie II: Anwendungen in der Medizin undPharmazieTechnologiefrüherkennung (Band 38)Hrsg.: VDI-Technologiezentrum im Auftrag des BMBF; 2004.

Hartmann, U.:Nanobiotechnologie – Eine Basistechnologie des21.JahrhundertsZPT, Saarbrücken, 2001.

Rubahn, H.-G.:Nanophysik und NanotechnologieTeubner Verlag 2002

Werkstoffinnovationen für Industrie und Gesellschaft-WINGHrsg.: Bundesministerium für Bildung und Forschung;Bonn, Oktober 2003.

Links Internet:Investigação sobre nanotecnologias na UEwww.cordis.lu/nanotechnology

Portal europeu sobre nanotecnologiawww.nanoforum.org

Nanotruck – Viagem ao nanocosmoswww.nanotruck.net

Viagem pela Internet para além da vírgula decimalwww.nanoreisen.de

Fóruns de notícias e debate sobre nanotecnologiaswww.nano-invests.de

Apoio do BMBF no domínio das nanotecnologiashttp://www.bmbf.de/de/nanotechnologie.php

Portal do VDI-TZ sobre nanotecnologiawww.nanonet.de

De notar que a presente brochura tem origem no Ministério Alemão Federal de Educação e Investigação (BMBF). Foi, pois, escrita inicialmente para o públicoalemão. Para acesso a cursos, bibliografia e websites europeus, para além dos alemães, consultar o portal Internet da Comissão Europeia sobre nanotecnologia(www.cordis.lu/nanotechnology).

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Glossário

Ou

tras

info

rmaç

ões Célula de combustível: Aparelho no qual se

combinam, sem inflamação, oxigénio(maioritariamente atmosférico) e hidrogénio,produzindo água e libertando, com elevadorendimento, energia eléctrica.

Cluster: Pequeno agregado de partículas muitopequenas, neste caso átomos. Os clusters exibemquase sempre propriedades distintas das dos sólidosmacroscópicos do mesmo material, porque, entreoutras razões, contêm muitos átomos superficiais.

CNT: Tubos nanométricos de carbono

Computador quântico: Aproveita as regrassingulares da mecânica quântica para atacarproblemas, como a codificação de informação, cujaresolução é praticamente impossível comcomputadores convencionais. Não é ainda umarealidade.

Corrente de túnel: Corrente que, em absoluto, nãopoderia produzir-se, pois transpõe um espaçoisolante, mas que é possível no nanocosmos,embora dependa em extremo das dimensões doespaço isolante. Foi este efeito que possibilitou omicroscópio de túnel de varrimento.

Diatomáceas: Algas unicelulares, de água doce ousalgada, com um invólucro complexo de ácidosilícico (dióxido de silício combinado com água).Possuem estruturas sensíveis à luz, para afotossíntese.

DNA: Iniciais da expressão inglesa“deoxyribonucleic acid”, ou seja, ácidodesoxirribonucleico (ADN, em português). Grandemolécula em forma de hélice dupla, que contéminformação para a construção de um organismo epara uma infinidade de proteínas.

Duplicador de frequência: Material que duplica afrequência da luz, transformando, por exemplo, ainfravermelha em verde.

ESEM: “Environmental Scanning ElectronMicroscope” – microscópio electrónico especial, porvarrimento, que admite ar e humidade no seu

porta-amostras. Os objectos não têm de sofrerpreparação especial (por exemplo, com vapor deouro).

Fase: Nesta acepção, textura da matéria, a saber:ordenada/irregular ou cristalina/amorfa

Fibras ópticas: Transmitem a luz através dematerial extremamente transparente a longasdistâncias e servem sobretudo para transporte dedados, mas também de energia.

Forissomas: Proteínas vegetais cujo nome deriva deuma palavra latina que significa “folha de porta”.Estão a ser estudadas para a produção de músculosartificiais nanométricos.

Fotossíntese: Processo pelo qual as plantas verdes,as algas e as cianobactérias (algas azuis) obtêmenergia: com auxílio da luz solar, transformamanidrido carbónico e água em açúcar e oxigénio. Afotossíntese processa-se com um espantosorendimento energético primário de mais de 80%.

Lab-on-a-Chip: Em português, laboratório num chip:trata-se de chips altamente complexos, em fasefinal de desenvolvimento, que, por meio demicromecânica, microfluidos, nanossensores enanoelectrónica, podem efectuar, em células,investigações complexas para as quais hoje sãoainda necessárias as infra-estruturas de uminstituto. O nome é também utilizado para lâminasde microscópio relativamente simples e impressasmicroscopicamente.

Laser de electrões livres: Gerador de luz laser pormeio de um feixe acelerado de electrões que semovem num tubo de vácuo.

Leucócitos: Glóbulos brancos do sangue. Protegem o organismo, incorporando em si corpos estranhostransportados pela corrente sanguínea, como vírus e bactérias, mas também detritos celulares, célulascancerígenas, etc. Os linfócitos são leucócitosprodutores de anticorpos (moléculas de aderênciamuito específicas).

Ligação Van-der-Waals: Ligação química fraca

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intermolecular, cuja causa profunda são aspropriedades do vácuo. As ligações Van-der-Waalsdeterminam também as propriedades da água e,portanto, todos os processos vitais.

Litografia: Nesta acepção, técnica de produção deestruturas microscópicas, normalmente por meiode um revestimento fotorresistente que é marcadocom feixes de luz ou de electrões e em seguidarevelado. Por fim, conforme se pretenda, orevestimento oculta ou evidencia partes dosubstrato, para decapagem e outros processos.

Máscara: Espécie de película onde são inscritas asestruturas de um chip de computador, transferidasem seguida para um disco por processofotolitográfico.

Micelas: Pequenas estruturas esferóides, utilizadaspela Natureza – neste caso, pelo mexilhão – comoveículos de transporte.

Microlentes: Elementos microópticos, importantes,entre outros motivos, para a transmissão deinformações pela luz.

Piezocristais: Os piezoelementos geramelectricidade quando traccionados ou comprimidos,como as faíscas de ignição dos isqueiros“electrónicos”. Reciprocamente, por meio de umacorrente eléctrica, um cristal piezoeléctrico podeser reduzido a fragmentos com o diâmetro de umátomo.

Proteínas: Grandes moléculas, compostas porribossomas de aminoácidos, que agem nas células,em parte, como instrumentos nanométicos e, emparte, como agentes para a constituição dos tecidos,do cristalino até às unhas. A descodificação doproteoma (somatório de todas as proteínas e suasinteracções nas células) está ainda no início.

Raios ultravioletas: Radiação de ondas curtas, quepossibilita a produção de estruturas de chip muitodelicadas.

Raios X ou radiação Röntgen: Radiaçãoelectromagnética de ondas curtas que, entre outros

fins, serve para determinar o aspecto nanoscópicode moléculas na análise de cristais.

Reflectinas: Proteínas especiais utilizadas poralguns organismos para criar estruturas reflectorasda luz.

Ribossomas: Nanomáquinas que, controladas poruma fita molecular com informações doidioplasma DNA, podem produzir uma infinidadede proteínas.

Seda marinha: Filamentos de uma substânciaaltamente eficaz, por meio dos quais o mexilhão sefixa a um suporte. Numa das extremidades sãoelásticos como borracha, na outra tenazes comonylon.

Semicondutor: Material cujas propriedades

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Origem das figuras

P. 4, cima: Kompetenzzentrum Nanoanalytik, Universidade de HamburgoP. 4, baixo: Lambda Physik AG, GöttingenP. 5, cima: Infineon Tecnologias AG, MuniqueP. 5, baixo: BergerhofStudios, ColóniaP. 6, cima esquerda: Chemical Heritage FoundationP. 6, cima e baixo direita, baixo esquerda: BergerhofStudios, ColóniaP. 7, cima esquerda: NASA/ESAP. 7, cima direita: DESY, HamburgoP. 7, centro esquerda: BergerhofStudios, ColóniaP. 7, baixo direita: Institut für Experimentelle und Angewandte Physik,

Universidade de KielP. 8, cima esquerda: REM-Labor, Universidade de BasileiaP. 8, sequência a partir de cima: BergerhofStudios, Colónia; idem; idem; REM-

Labor, Universidade de Basileia; Comité Nobel Estocolmo (edição); DESY,Hamburgo

P. 9, cima esquerda: Botanisches Institut, Universidade de BonnP. 9, cima direita: REM-Labor, Universidade de BasileiaP. 9, sequência a partir de cima: BergerhofStudios, Colónia; idem; Fraunhofer

Gesellschaft; Botanisches Institut Universidade de Bona; idem; TU Berlim,FU Berlim

P. 9, Hintergrundbild: BASF AGP. 10, cima esquerda e direita: MPI für Metallforschung, EstugardaP. 10, centro direita: ESAP. 10, baixo esquerda: MPI für Metallforschung, EstugardaP. 11, cima esquerda: Ostseelabor Flensburg, a seguir: BergerhofStudios,

ColóniaP. 11, cima direita: Universidade de Florença, ItáliaP. 11, centro direita: Paläonthologisches Institut, Universidade de BonaP. 11, baixo esquerda: BergerhofStudios, ColóniaP. 11, baixo direita: SusTech, DarmstadtP. 12, cima, centro, baixo direita: Bell Laboratories, EUAP. 12 esquerda: Lehrstuhl für Biochemie, Universidade de RegensburgP. 13, cima: Institut für Neue Materialien, SaarbrückenP. 13, centro direita: Degussa AG Advanced NanomaterialsP. 13, baixo direita: Institut für Geophysik, Universidade de MuniqueP. 13, baixo: Institut für Physikalische Chemie, Universidade de HamburgoP. 14, cima e baixo esquerda: AEEP. 14, baixo direita: IBM CorporationP. 15, cima e centro esquerda: Physik IV, Universidade de AugsburgP. 15, centro direita e Mitte: Kompetenzzentrum Nanoanalytik, Universidade

de HamburgoP. 15, gráfico baixo direita: BergerhofStudios, ColóniaP. 15, baixo: Universidade do Hawaii, HonoluluP. 16, esquerda: Carl Zeiss SMT AG, OberkochenP. 17, cima direita: Carl Zeiss SMT AG, OberkochenP. 17, baixo esquerda: IHT RWTH AachenP. 17, baixo direita: Schott AG, MainzP. 18, cima esquerda: Bayer AG, LeverkusenP. 18, baixo esquerda: MPI für Quantenoptik, GarchingP. 19, alle Bilder: DESY, HamburgoP. 20, cima esquerda: BergerhofStudios, ColóniaP. 20, baixo direita: Institut für Neue Materialien, SaarbrückenP. 21, cima esquerda: HILIT, EU Joule III-ProgrammP. 21, cima direita: NASA/AEEP. 21, baixo direita: Universidade de EstugardaP. 22, todas as figuras: BergerhofStudios, ColóniaP. 23, cima esquerda: National Semiconductor, FeldafingP. 23, baixo direita: Advanced Micro Devices, DresdenP. 24, cima direita: gráfico: BergerhofStudios, ColóniaP. 24, centro esquerda: Experimentalphysik IV RUB, BochumP. 24, baixo: Institut für Experimentelle und Angewandte Physik,

Universidade de Kiel

P. 25, cima direita: gráfico: BergerhofStudios, ColóniaP. 25, baixo: IHT RWTH AachenP. 26, cima direita: IBM CorporationP. 26, baixo esquerda: Infineon Tecnologias AG, MuniqueP. 26, baixo direita: IBM/Infineon, MRAM Developement AllianceP. 27, cima: Experimentalphysik IV RUB BochumP. 27, centro: Kompetenzzentrum Nanoanalytik, Universidade de HamburgoP. 27, direita: Lehrstuhl für Nanoelektronik, RUB BochumP. 27, baixo: IBM Speichersysteme Deutschland GmbH, MainzP. 28, Siemens AG, MuniqueP. 29, cima direita: Nanosolutions GmbH, HamburgoP. 29, centro: Institut für Neue Materialien, SaarbrückenP. 30, baixo: Siemens AG, MuniqueP. 30, cima: DaimlerChrysler AGP. 30, baixo esquerda: Fraunhofer Allianz Optisch-funktionale OberflächenP. 30, baixo direita: Universidade de Wisconsin-MadisonP. 31, cima: Robert-Bosch GmbH, EstugardaP. 31, centro: Audi/Volkswagen AGP. 31, baixo esquerda: VW PressearchivP. 31, baixo direita: Robert-Bosch GmbH, EstugardaP. 32, cima esquerda: Bayer AG, LeverkusenP. 32, cima direita: Institut für Neue Materialien, SaarbrückenP. 32, baixo esquerda: Keramag AG, RatingenP. 33, cima: BASF AG, LudwigshafenP. 33, centro: MTU FriedrichshafenP. 33, baixo direita: Siemens AG, MuniqueP. 34, cima esquerda: Bayer AG, LeverkusenP. 34, cima direita: Siemens AG, MuniqueP. 34, baixo: Infineon Tecnologias AG, MuniqueP. 35, cima esquerda: Siemens AG, MuniqueP. 35, cima direita: Siemens AG, MuniqueP. 35, centro: Charité Berlim/Institut für Neue Materialien, SaarbrückenP. 36, cima direita: BergerhofStudios, ColóniaP. 36, esquerda: Infineon Tecnologias AG, MuniqueP. 36, direita: IIP Tecnologias, BonaP. 37, cima esquerda: Siemens AG, MuniqueP. 37, cima direita: Fraunhofer ISITP. 37, centro direita: Universidade de OxfordP. 37, baixo esquerda, direita: Infineon Tecnologias AG, MuniqueP. 38, cima esquerda: OSRAM Opto Semiconductors GmbH, RegensburgP. 38, baixo: gráfico: BergerhofStudios, ColóniaP. 39, cima: Park Hotel Weggis, SuíçaP. 39, baixo: Siemens AG, MuniqueP. 40, cima esquerda: BergerhofStudios, ColóniaP. 40, baixo esquerda: Bayer AG, LeverkusenP. 41, cima: AIXTRON GmbH, AachenP. 41, direita: Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme, FreiburgP. 42, Institut für Flugzeugbau, Universidade de EstugardaP. 43, cima esquerda, direita: MTU FriedrichshafenP. 43, centro esquerda: Institut für Luft- und Raumfahrt-Konstruktionen,

Universidade de EstugardaP. 43, centro direita: FuseprojectP. 43, baixo: Kopf Solardesign GmbH, HamburgoP. 44, cima esquerda: Kollage: BergerhofStudios, ColóniaP. 44, baixo direita: RWTH AachenP. 45, cima esquerda: Siemens AG, MuniqueP. 45, cima direita: Infineon Tecnologias AG, MuniqueP. 45, baixo: NASAP. 46, centro: BergerhofStudios, ColóniaP. 47, IBM Corporation, Insert: Siemens AG, Munique

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Comissão Europeia

EUR 21151 — Nanotecnologias – Inovações para o mundo de amanhã

Luxemburgo: Serviço das Publicações Oficiais das Comunidades Europeias

2004 — 56 pp. — 21,0 x 29,7 cm

ISBN 92-894-8890-5

A nanotecnologia é considerada a tecnologia basilar do século 21. Oferece soluções para muitosproblemas actuais, por meio de materiais, componentes e sistemas menores, mais leves, mais rápi-dos e mais eficazes. A nanotecnologia faculta novas oportunidades de mercado e pode igualmentedar alguns contributos essenciais para a protecção do ambiente e da saúde.

A presente brochura visa mostrar ao público o que é a nanotecnologia e, desse modo, estimular odebate. Ao descrever o fundamento científico, os progressos tecnológicos, os domínios de aplicaçãoe os potenciais avanços do futuro, apresenta uma imagem complexa e exaustiva da nanotecnologiatal como hoje a encaramos.

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I-59-04-968-PT-C