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Hoje vamos falar de uma tecnologia que já faz parte da vida das pessoas há muito tempo: a nanotecnologia. Ela está presente em inúmeros produtos e dispositivos, de computadores e smartphones até equipamentos médicos de ponta, e impulsiona grande parte da alta tecnologia atual.
Se você ainda não conhece muito sobre essa área, este artigo poderá esclarecer os principais pontos. E mesmo para quem já sabe a respeito da nanotecnologia, talvez haja novidades interessantes aqui.
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O que é a nanotecnologia?
A nanotecnologia é a ciência e tecnologia de manipular a matéria em escala atômica e molecular, em dimensões típicas de 1 a 100 nanômetros. Em outras palavras, é a capacidade de construir novos materiais, dispositivos e estruturas controlando os átomos e moléculas individualmente.
Nessa escala extremamente pequena, os materiais podem apresentar propriedades totalmente diferentes das que possuem em escalas maiores. Isso permite criar componentes inteligentes e inovadores, com aplicações que vão da eletrônica à medicina.
Para termos uma ideia, nano é um prefixo do Sistema Internacional que significa um bilionésimo. Logo, um nanômetro (nm) equivale a 0,000000001 metro. É difícil imaginar algo tão pequeno, então vale recorrer a comparações: um único fio de cabelo humano tem cerca de 80.000 a 100.000 nanômetros de espessura.
Já um átomo de ouro tem em torno de um terço de nanômetro de diâmetro. Ou seja, estamos falando de unidades menores que a espessura de moléculas e centenas de vezes menores que bactérias.
O que é um nanômetro e quão pequeno ele é?
Explicar numericamente o nanômetro é simples, é um bilionésimo de metro, mas só isso não transmite quão minúsculo ele realmente é. Para visualizar melhor: imagine se pudéssemos ampliar tudo de forma proporcional.
Se 1 nanômetro fosse ampliado até ficar do tamanho de uma bola de futebol (cerca de 22 cm de diâmetro), então um objeto de 1,7 cm (aproximadamente o diâmetro de uma moeda de 1 centavo) ficaria maior do que a Lua! Fantástico, não é mesmo? Essa comparação ilustra bem a escala: a diferença entre 1 nm e 1,7 cm é parecida com a diferença entre uma bola de futebol e a Lua.
Outra forma de entender é pensar que 1 nanômetro está para 1 metro assim como um grão de areia de 1 mm está para uma praia de 1000 km de extensão. Em qualquer caso, fica claro por que trabalhar nessa escala é tão desafiador.
Componentes no mundo dos nanômetros são invisíveis a olho nu e requerem equipamentos de altíssima precisão para serem fabricados e manipulados. É uma engenharia extremamente complexa – realizada apenas em laboratórios e indústrias especializadas – pois precisamos literalmente mexer em estruturas do tamanho de átomos.
Como surgiu a nanotecnologia?
A ideia por trás da nanotecnologia surgiu décadas antes de ela se tornar realidade prática. O primeiro a vislumbrar algo nessa direção foi o físico Richard Feynman, lá em dezembro de 1959.
Naquela época, ele não usou o termo nanotecnologia, mas lançou as bases conceituais da ideia; descrevendo, por exemplo, que poderíamos construir ferramentas cada vez menores para montar estruturas cada vez menores, até chegar à escala atômica.
Foi apenas anos depois, em 1974, que surgiu o nome nanotecnologia. O termo foi criado pelo professor japonês Norio Taniguchi, da Universidade de Ciência de Tóquio, para definir processos de fabricação com precisão na escala do nanômetro.
Taniguchi usou “nanotechnology” para descrever técnicas da indústria de semicondutores capazes de trabalhar com tolerâncias atômicas, prevendo corretamente que a miniaturização extrema seria possível nas décadas seguintes.
Entre os anos 1980 e 1990, outros cientistas expandiram essas ideias. Avanços experimentais importantes ocorreram, como a invenção do microscópio de varredura por tunelamento (STM) em 1981 e a descoberta de novas nanostruturas, como os fulerenos (moléculas esféricas de carbono) em 1985.
Por volta do ano 2000, a nanotecnologia deixou de ser apenas teoria e passou a se desenvolver rapidamente em laboratórios ao redor do mundo.
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Esse impulso marcou o início da era comercial da nanotecnologia e os primeiros produtos com nanomateriais começaram a aparecer no mercado no início dos anos 2000. Desde então, o campo só cresce, e se tornou “o centro das atenções” em várias áreas da ciência e da engenharia, como os visionários dos anos 60 já previam.
Aplicações da nanotecnologia
Atualmente, a nanotecnologia está presente em milhares de produtos e componentes do nosso cotidiano. Mas vamos nos concentrar aqui nas aplicações que mais se destacam na área de tecnologia e eletrônica, até porque este é um site voltado à tecnologia.
Os microprocessadores de computadores e celulares talvez sejam os componentes que mais se beneficiaram da miniaturização em escala nano. Para atingir altas velocidades e eficiência, os transistores dentro dos chips foram ficando cada vez menores
Não faz muito tempo, em 2007, os processadores eram fabricados com tecnologia de 45 nm. Hoje, empresas como TSMC, Samsung e Intel já produzem chips comerciais em 5 nm, e os primeiros dispositivos com 3 nm começaram a chegar ao mercado em 2023. Para se ter uma ideia, a Apple lançou em 2020 os primeiros iPhones com processador de 5 nm e, em 2024, de 3 nm.
Quanto menor a escala de fabricação, mais transistores cabem no mesmo pedaço de silício; e isso se traduz em mais potência e menor consumo de energia. Um chip topo de linha de smartphone hoje já contém em torno de dezenas de bilhões de transistores em poucos centímetros quadrados, algo impensável há uma década.
Processadores para datacenters vão além disso: por exemplo, o Apple M1 Ultra, de 2022, possui mais de cem bilhões de transistores.
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As placas de vídeo (GPUs) seguem o mesmo caminho. Cada nova geração de GPUs da NVIDIA ou da AMD vem com litografias menores – já saímos de 90 nm, passamos por 28 nm, 14 nm, e chegamos também à casa de 7 nm e 5 nm nos chips gráficos modernos.
Isso permitiu um salto enorme no poder de processamento gráfico sem aumentar demais o consumo ou o calor. Consoles de videogame de última geração, como o PlayStation 5 e o Xbox Series X, trazem chips desenvolvidos em 7 nm com desempenho gráfico de ponta.
Em quais outras áreas a nanotecnologia pode ser útil?
É claro que a nanotecnologia não se resume à informática e eletrônica. Ela foi desenvolvida para revolucionar praticamente qualquer setor em que seja possível aplicá-la.
Conheça outras áreas que usam a nanotecnologia:
- Medicina: a nanotecnologia abriu caminho para diagnósticos, tratamentos muito mais precisos e pesquisas de DNA. Por exemplo, foi graças à nanotecnologia que se viabilizaram as vacinas de RNA contra a COVID-19: o RNA mensageiro dessas vacinas é encapsulado em nanopartículas lipídicas que o protegem e entregam com sucesso o material genético dentro das células;
- Indústria química: a nanotecnologia traz catalisadores e compósitos mais eficientes. Por exemplo, nanopartículas metálicas são usadas como nanocatalisadores para acelerar reações na produção de combustíveis e químicos, tornando processos de refinarias e indústrias petroquímicas mais econômicos e limpos;
- Engenharia de materiais: a incorporação de estruturas nanométricas resulta em ligas e polímeros mais leves e resistentes. Um caso famoso é o dos nanotubos de carbono e do grafeno ; basicamente, são formas de carbono em escala atômica que possuem resistência mecânica maior que o aço e condutividade elétrica excepcionais;
- Energia: também há inovações notáveis graças à nanotecnologia. Pesquisas recentes mostram que é possível fabricar baterias com nanomateriais que duram muito mais do que as convencionais. E os painéis de energia solar fotovoltaica vêm aumentando de eficiência ao empregar camadas nanométricas e pontos quânticos que aproveitam melhor a luz;
- Setor ambiental: há filtros de água baseados em membranas nanoporosas que conseguem reter poluentes e até dessalinizar água do mar com menos gasto energético;
- Cosméticos: protetores solares modernos contêm nanopartículas de óxido de zinco ou titânio, que oferecem proteção UV mais eficaz e transparente na pele.
O futuro da nanotecnologia
Apesar de todas as conquistas até agora, ainda há muito a ser explorado no universo nano. A tendência é que a miniaturização dos componentes eletrônicos continue nos próximos anos. É claro que nos aproximamos de limites físicos, afinal, transistores de 1 nm terão dimensões de poucos átomos.
Problemas de efeitos quânticos, aquecimento e confiabilidade dos materiais surgem nessa fronteira. Mas antes que cheguemos a um ponto de estagnação completa, várias alternativas futuristas estão sendo pesquisadas.
Ou seja, a nanotecnologia não apenas continuará existindo, mas deve evoluir e se integrar cada vez mais em nossas vidas. Talvez em alguns anos falemos em computação molecular, nanomáquinas consertando células do corpo e materiais inteiramente projetados átomo por átomo para atender às nossas necessidades.
Você já conhecia a nanotecnologia? Ficou surpreso ao descobrir como ela está presente nos computadores e em outros aspectos do dia a dia? Deixe a sua opinião nas redes sociais do TecMundo. Até a próxima!
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