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É possível criar uma tecnologia biológica, totalmente sustentável?

 

Um módulo microeletrônico autodobrável (“inteligentícula”) em uma superfície que pode integrar uma variedade de funções, por ex. fonte de alimentação, atuadores, sensores e capacidades de comunicação. Ele é feito de materiais macios e integra um minúsculo chip de silício para armazenar, processar, receber e enviar dados.
[Imagem: John S. McCaskill et al. – 10.1002/adma.202306344]

 

Verdadeiras biotecnologias?

Já é evidente que os artefatos tecnológicos produzidos em massa no nosso mundo cada vez mais densamente povoado – sejam dispositivos eletrônicos, automóveis, baterias, telefones, eletrodomésticos ou robôs industriais – estão cada vez mais em conflito com os ecossistemas delimitados e sustentáveis gerados pelos organismos vivos baseados em células ao longo de milhões de anos.

As células proporcionam aos organismos interações ambientais suaves e sustentáveis, com reciclagem completa dos componentes materiais, exceto em alguns casos notáveis, como a criação de oxigênio na atmosfera e das reservas de combustíveis fósseis de petróleo e carvão (como resultado da falta de biocatalisadores).

No entanto, o fantástico conteúdo de informação das células biológicas (gigabits de informação apenas no DNA) e as complexidades da bioquímica das proteínas para o metabolismo parecem colocar uma abordagem celular muito além das capacidades atuais da tecnologia, e impedem o desenvolvimento de tecnologias intrinsecamente sustentáveis.

 

 

Esquema de uma inteligentícula autodobrável, que pode deslanchar uma tecnologia mais parecida com o mundo biológico.

[Imagem: John S. McCaskill et al. – 10.1002/adma.202306344]

 

Inteligentículas

Mas há esperança. Uma revisão recente da literatura científica mostrou como uma nova forma de “tecnologia viva” de elevado conteúdo informacional já está ao nosso alcance, baseada em módulos eletrônicos microrrobóticos que em breve serão capazes de se automontarem em organismos artificiais complexos.

Esses módulos estão sendo chamados de smartlets, pequenas partículas dotadas de inteligência – ou inteligentículas – e são os equivalentes tecnológicos das células biológicas.

A pesquisa pertence ao novo campo da Morfogênese Microeletrônica, a criação de forma sob controle microeletrônico, e baseia-se em trabalhos nos anos recentes para construir módulos eletrônicos de película fina autodobráveis e autolocomotores, agora carregando minúsculos chips de silício entre as dobras, para um aumento maciço nas capacidades de processamento de informações.

Informações suficientes podem agora ser armazenadas em cada módulo para codificar não apenas funções complexas, mas também receitas de fabricação (genomas eletrônicos) para salas limpas, para permitir que os módulos sejam copiados e evoluídos como células, mas com segurança devido ao controle de reprodução através de salas limpas operadas por humanos.

 

Organismos complexos formados por células tecnológicas.

[Imagem: John S. McCaskill et al. – 10.1002/adma.202306344]

 

Autoconsciência elétrica durante a automontagem

Os minúsculos chips podem fornecer recursos de aprendizagem neuromórfica, permitindo-lhes melhorar o próprio desempenho durante a operação. Uma outra característica fundamental da automontagem específica desses módulos, baseada na correspondência de códigos de barras físicos, é que torna-se possível produzir conexões elétricas e fluídicas entre os módulos.

Essas conexões podem então ser empregadas para tornar os chips eletrônicos a bordo “conscientes” do estado de montagem e de possíveis erros, permitindo-lhes direcionar o reparo, corrigir a montagem incorreta, induzir a desmontagem e formar funções coletivas abrangendo muitos módulos. Essas funções incluem comunicação estendida (antenas), captação e redistribuição de energia, sensoriamento remoto, redistribuição de materiais etc.

Se as inteligentículas forem montadas em grande número de acordo com um plano de construção eletrônica, cria-se um organismo artificial – neste caso, um rotífero (filo de animais aquáticos microscópicos) com corpo oco e um anel de cílios altamente flexíveis. Ambos os organismos consistem em cerca de 1.000 “células”.

[Imagem: John S. McCaskill et al. – 10.1002/adma.202306344]

 

Tecnologia vital para a sustentabilidade

A descrição digital completa da fábrica de módulos – apenas um número limitado de tipos é necessário mesmo para montar organismos complexos – permite que seu conteúdo material, originador responsável e exposição ambientalmente relevante estejam disponíveis e acessíveis nos próprios módulos, um nível de rastreamento impensável com as tecnologias tradicionais.

“Esta documentação refinada de responsabilidade intrínseca às escalas microscópicas será uma virada de jogo ao permitir a atribuição legal de responsabilidade ambiental e social para nossos artefatos técnicos,” disse a professora Dagmar Nuissl-Gesmann, da Universidade de Tecnologia de Chemnitz, na Alemanha, que lidera uma das equipes mais avançadas no campo da Morfogênese Microeletrônica.

Além disso, as capacidades de autolocomoção e automontagem-desmontagem permitem que os módulos sejam autoclassificados para reciclagem. Os módulos podem ser recuperados, reutilizados, reconfigurados e reimplantados em diferentes organismos artificiais. Se estiverem danificados, então os seus tipos limitados e documentados facilitam a reciclagem personalizada eficiente dos materiais com protocolos estabelecidos e otimizados para estas entidades classificadas e agora idênticas.

Estas capacidades complementam outras vantagens mais óbvias em termos de desenvolvimento de projeto e reutilização neste novo meio reconfigurável. “Mesmo com grandes volumes de implantação, essas propriedades poderiam fornecer a esta tecnologia um nível de sustentabilidade até então sem precedentes, o que estabeleceria o padrão para tecnologias futuras compartilharem nosso planeta conosco de forma segura,” disse a professora Marlen Arnold, membro da equipe.

 

Bibliografia:

Artigo: Bio-Inspired Dynamically Morphing Microelectronics towards High-Density Energy Applications and Intelligent Biomedical Implants
Autores: Leandro Merces, Letícia Mariê Minatogau Ferro, Aleena Thomas, Dmitriy D. Karnaushenko, Yumin Luo, Aleksandr I. Egunov, Wenlan Zhang, Vineeth K. Bandari, Yeji Lee, John S. McCaskill, Minshen Zhu, Oliver G. Schmidt, Daniil Karnaushenko
Revista: Advanced Materials
Vol.: 2313327
DOI: 10.1002/adma.202313327

Artigo: Microelectronic Morphogenesis: Smart Materials with Electronics Assembling into Artificial Organisms
Autores: John S. McCaskill, Daniil Karnaushenko, Minshen Zhu, Oliver G. Schmidt
Revista: Advanced Materials
Vol.: 35, Issue 51 2306344
DOI: 10.1002/adma.202306344