Tecnologia

O que é Nanotecnologia, aplicações comuns e vantagens?

Entre as palavras que têm ganhado espaço e relevância nos últimos anos, uma não é mais apenas uma tendência ou uma promessa para o futuro e sim, uma realidade. Estamos falando da nanotecnologia.

Se você não sabe, a nanotecnologia já está presente em muitas áreas, como parte de soluções avançadas de problemas antigos e inclusive, muitos de nós já nos beneficiamos dela, ainda que não tenhamos consciência.

Sendo assim, se você ainda não está a par de tudo o que está por trás desse conceito que veio para ficar e que está determinando e moldando o presente e o futuro, precisa acompanhar esse bate-papo!

O que é Nanotecnologia?

Resumidamente, nanotecnologia é quando a tecnologia associada é aplicada em coisas de tamanho muitíssimo reduzido.

Embora seja uma definição bastante simples e objetiva, a compreensão ampla do seu significado, requer a análise etimológica do termo.

Nano é o prefixo usado para indicar uma dimensão extremamente pequena e que rigorosamente significa "um bilionésimo" (10^-⁹) no Sistema Internacional de Unidades (SI).

Ou seja, um nanômetro (nm), é um bilionésimo de um metro (0,000000001 metro) ou um milhão de vezes menor do que o milímetro, o que para muita gente, pode ser difícil de quantificar, afinal parece impossível dividir a menor unidade de uma régua, por um milhão, não é mesmo?

Comparativamente, em média, um fio de cabelo, tem 100 mil nanômetros. Ou seja, o que está em escala nanométrica tem dimensão tão reduzida, que é impossível de enxergar com os microscópios normalmente usados nas aulas de ciências na escola, por exemplo.

Na prática, é frequente dizermos que a nanotecnologia seja a manipulação da matéria em escala atômica e molecular, mais particularmente das estruturas com um tamanho entre 1 e 100 nanômetros.

O que diferencia a nanotecnologia?

É comum que muitos que adentram os conceitos das tecnologias em escala nanométrica, não compreendam o porquê de se estudar e manipular os materiais em escala tão reduzida.

A resposta é, quando você reduz algo que normalmente é trabalhado no campo do macrométrico (o que é visível a olho nu) para a nanoescala, todas as propriedades do material em questão, podem ser significativamente diferentes das observadas em escala macroscópica ou do material massivo, como também costumamos chamar.

Por exemplo, um elemento como o ouro, abaixo de 100 nanômetros, pode apresentar coloração roxa ou vermelha. Já a prata, que não é tóxica em escala macrométrica, quando em nanopartículas, assume características antimicrobianas, inibindo o desenvolvimento de bactérias quando aplicada em embalagens.

Ou seja, muitos materiais em nanoescala, assumem um outro universo de propriedades, que podem representar novas soluções para problemas antigos e ainda sem uma solução satisfatória.

Como surgiu a nanotecnologia?

Os primórdios da nanotecnologia remontam ao ano de 1959, quando o ganhador do prêmio Nobel e físico americano Richard Feynman, citou pela primeira vez o termo e abordou as possíveis aplicações, em uma palestra no Instituto Tecnológico da Califórnia (Caltech).

Na ocasião, Feynman considerou a possibilidade de manusear átomos e moléculas a fim de produzir materiais em escala atômica, controlando a posição de cada átomo nos arranjos, para obter propriedades e funções específicas e desejáveis.

As ideias de Feynman foram o marco inicial para o desenvolvimento da nanotecnologia, uma vez que inspirou as gerações seguintes de pesquisadores a estudarem o universo da nanoescala.

Mas um dos avanços que foi considerado decisivo para viabilizar o sonho de Richard Feynman, foi a invenção do microscópio de tunelamento, conhecido pela sigla inglesa STM (Scanning Tunneling Microscope), na década de 80, no laboratório da IBM em Zurique (Suíça), por parte dos físicos Gerd Binnig e Heinrich Rohrer.

Foi um feito tão importante, que valeu aos seus inventores o Prêmio Nobel de Física de 1986.

Graças ao STM, foi possível pela primeira vez observar que os átomos poderiam ser arranjados, um a um, resultando em uma técnica que permitiu a fabricação de dispositivos eletrônicos na escala atômica.

Desde então, inúmeras pesquisas acadêmicas, descobertas, desenvolvimentos e avanços, têm impulsionado a nanotecnologia.

Quais as aplicações práticas da nanotecnologia?

Atualmente, graças às descobertas resultantes das muitas pesquisas que vêm sendo conduzidas, encontra aplicações práticas em quase qualquer área, em muitas indústrias, na medicina e na produção de fármacos e cosméticos, na produção dos mais variados equipamentos eletrônicos e até no agronegócio.

Indústria eletrônica

A indústria eletrônica é possivelmente onde encontramos o maior número de exemplos nos quais a nanotecnologia já está presente, sendo que muitos dos gadgets que temos em casa, no escritório e carregamos conosco, só são possíveis por conta dela.

O primeiro efeito e mais nítido, é a miniaturização que a nanoescala permitiu obter. Por exemplo, a fabricante de processadores AMD, já consegue fabricar transistores (unidade básica dos processadores) de 4 nm, o que implica maior densidade ou maior quantidade de transistores que um processador de mesmo tamanho e que em termos práticos significa melhor desempenho.

Também há outros benefícios decorrentes dessa miniaturização, como o menor consumo de energia e a menor produção de calor.

No final das contas, boa parte dos eletrônicos e das características deles só é possível, por conta do desenvolvimento da nanotecnologia, como os smartphones e os muitos wearables que existem e proliferam diariamente.

Aliás, no smartphone, para além do processador ARM, os diferentes tipos de memória, a tela touch screen, as câmeras, os vários sensores, entre outros componentes, só são possíveis como os conhecemos hoje, graças a nanotecnologia.

Internet

Aqui não se trata de uma, mas de um conjunto imenso de aplicações, mas que reuniremos sob o guarda-chuva da Internet.

Sim, ainda que na Internet e nos seus protocolos não exista dependência direta das tecnologias nanométricas, boa parte da infraestrutura física atual, só existe da forma que conhecemos, por conta da miniaturização obtida, afinal é preciso lembrar que décadas atrás, um único computador ocupava uma sala inteira.

Hoje, você tem no seu bolso ou bolsa, muito mais poder de processamento e armazenamento, do que havia naquela época nos mais caros e poderosos computadores.

Assim, os data centers, que constituem um dos elos essenciais no funcionamento da Internet, não fosse pelos benefícios da escala nanométrica, muito provavelmente nem fossem viáveis, em função do tamanho e do consumo de energia necessários.

E sem Internet, também não haveria nenhuma das incontáveis facilidades online de que dispomos hoje. Já pensou se a Internet parasse?

Medicina

Na medicina e na indústria farmacêutica já há alguns usos reais, mas há também em andamento, vários estudos e pesquisas bastante promissoras de tratamentos e curas para doenças diversas.

Já existem medicamentos desenvolvidos e baseados em nanopartículas, as quais apresentam comportamentos especialmente úteis. É o caso das nanocápsulas que contém o princípio ativo, os quais só são liberados juntos aos tecidos ou células doentes, como no caso de câncer, diminuindo assim os efeitos colaterais, bem como a dosagem necessária do fármaco, além do benefício de uma melhor eficiência do tratamento.

Engenharia de materiais

Uma nova geração de bens de consumo está nascendo graças aos avanços em áreas muito importantes, como engenharia de materiais.

Essa também é uma área na qual deveremos testemunhar inúmeras inovações, sejam as disruptivas ou não.

Os estudos de novos materiais que são resultantes dos comportamentos particulares que eles têm em escala nano, tem possibilitado o surgimento de bens de consumo inovadores, como:

Tecidos que não molham e que não retém sujeira, além de regulação térmica e ajuda no controle microbiano;
Alternativas de plásticos mais resistentes, com características antimicrobianas e biodegradáveis, produzidos a partir de material orgânico e, portanto, sem uso de petróleo. Ou seja, embalagens mais duráveis, mais saudáveis e mais sustentáveis;
O grafeno é um nanomaterial que tem despertado grande interesse e aberto perspectivas animadoras em várias áreas, devido às suas propriedades únicas, como alta condutividade elétrica e térmica, elevada resistência mecânica, entre outras;
Nanotubos de carbono são outro produto da nanotecnologia, cujos possíveis usos vão da eletrônica à medicina, passando pela construção civil e indústria automotiva. Esses nanotubos, ainda contribuem ao evitar a extração de recursos, como o cobre, dada a sua ótima capacidade condutiva, por exemplo.

Agronegócio

O agro é outra área cujos benefícios dos investimentos em tecnologias nanométricas, já estão sendo alcançados.

E como em outras áreas, aqui o leque de possibilidades também é amplo. Como por exemplo, nas técnicas para usar o eucalipto como material para embalagens, para cosméticos, na indústria textil e até geração de energia elétrica.

Mas é na produção sustentável de alimentos no campo, bem como no seu armazenamento, que novas ferramentas e técnicas mais eficientes em comparação aos métodos convencionais, têm sido criados com auxílio da nanotecnologia.

Nesse sentido, os nanofertilizantes, os nanoagroquímicos e os nanopesticidas, além de outros métodos para aprimorar o crescimento das plantas e melhorar geneticamente as culturas, aos poucos estão se tornando mais comuns.

Ao usar tecnologia de formulação em nanoescala, consegue-se uma distribuição mais eficiente de fertilizantes e pesticidas, por meio do que se conhece por nanoencapsulamento. Entre as vantagens, os produtos são biodegradáveis e exigem doses menores, promovendo uma agricultura mais sustentável.

Os nanofertilizantes e nanopesticidas garantem uma liberação mais precisa, lenta e constante dos princípios ativos, além de serem menos suscetíveis aos fatores ambientais adversos, como luz solar e umidade.

Sustentabilidade

Ainda em caráter tímido, mas com perspectivas bastante empolgantes, a nanotecnologia pode dar contribuições importantes para a questão da sustentabilidade.

O que já há a respeito, está relacionado com os avanços em engenharia de materiais, uma vez que vários dos novos materiais que vem sendo desenvolvidos, têm como premissas os seguintes aspectos:

Reduzem ou dispensam por completo, o extrativismo, o que é especialmente importante para os recursos mais escassos e caros;
As características físico-químicas resultam em produtos finais mais duráveis, o que reduz o descarte de e-lixo e outros tipos de lixo;
Muitos materiais são biodegradáveis e, portanto, ainda que o descarte não seja o mais adequado, a agressão ao meio ambiente é menor.

Mas há ainda outra aplicação ainda mais interessante e importante da nanotecnologia, que é a reciclagem a nível atômico / molecular. Pelo conceito, haverá um momento no qual será possível reciclar por completo tudo que for descartado, aproveitando cada átomo, cada molécula.

Afinal, há quantidades imensas de vários recursos e materiais valiosos, como por exemplo, o ferro, o cobre, o alumínio e até o ouro e a prata, contidos nos muitos eletrônicos que vão para o lixo todos os dias.

Quais as vantagens da nanotecnologia para as empresas?

As empresas que podem instituir a tecnologias nanométricas na produção dos seus produtos, podem obter importantes vantagens competitivas em relação à concorrência, impulsionando a inovação e melhorando a eficiência em vários setores.

Eis alguns possíveis benefícios:

Qualidade dos produtos – o desenvolvimento de materiais com propriedades específicas (nanomateriais), resulta em produtos com benefícios novos e únicos, que não seriam possíveis com as tecnologias convencionais;
Produtividade – vários processos produtivos podem ser melhorados com uso de nanossensores, nanocatalisadores e nanomateriais, os quais tornam os diversos equipamentos, mais produtivos, como no caso de células solares e baterias mais eficientes;
Redução de custos – ao utilizar materiais mais duráveis, de melhor qualidade e características especiais, pode haver uma apreciável redução dos desperdícios e economia de recursos. Quando aplicado ao maquinário utilizado, há também a economia em manutenção;
Sustentabilidade – as nanotecnologias frequentemente ajudam a reduzir os impactos ambientais, em vários estágios (extração, produção, uso, descarte), promovendo uma indústria mais limpa e responsável ambientalmente. Há também importante contribuição para os negócios que adotam uma pauta ESG;
Diferencial – os nanomateriais usados no desenvolvimento de produtos, costumam resultar em produtos inovadores e que se diferenciam dos concorrentes;
Segurança – muitos nanomateriais têm características que favorecem a segurança sanitária dos consumidores, como proteção antimicrobiana, proteção física e durabilidade dos produtos.
Imagem – muitos dos benefícios acima, somados ao conceito de uma empresa na vanguarda tecnológica, acabam por melhorar a imagem da marca.

Conclusão

A nanotecnologia ou a tecnologia aplicada na escala atômica / molecular, veio para revolucionar as mais diversas áreas e até a nossa relação com o ambiente.