Inovando Nanotecnologia com Ciência Aberta e IA

A nanotecnologia é evidentemente uma palavra da moda muito popular, abrangendo várias aplicabilidades notáveis em ciência e tecnologia. Neste novo artigo para Ciência Aberta e Inteligência Artificial, exploraremos como ambas impactam a pesquisa em Nanotecnologia.

Curiosidades: O termo Open Source foi cunhado pela futurista Christine Peterson, que é nanotecnóloga americana e também co-fundadora do Foresight Institute, que tem como foco principal a pesquisa em Nanotecnologia.

O que é nanotecnologia, de novo?

Antes de entender o que é nanotecnologia, vamos primeiro examinar o termo nano (isso pode lembrá-lo do editor de texto favorito de muitos de nós Linuxers na comunidade FOSS!). Em ambos os casos, nano simplesmente se refere a uma escala de medição. Por exemplo, se quisermos medir a distância em nanômetros (nm), um valor comparável em metros seria:

1 metro = 1.000.000.000 nanômetros;

isto é, se você pegar 1 bilionésimo de metro, o que você obtém é 1 nm. Portanto, é uma escala de medição extremamente pequena. O vídeo incluído nesta seção leva você a essa pequena escala e explica Nanotecnologia de uma maneira muito simples.

Nanotecnologia é a implementação de diferentes técnicas usando Ciência, Engenharia e Tecnologia para estudar fenômenos em nanoescala. Em geral, esses estudos são realizados na faixa de 1-100 nm.

Por que a nanotecnologia é tão significativa?

A nanotecnologia é de imensa importância devido à sua ampla variedade de aplicabilidades em diversos campos, como biologia, física, química, ciências dos materiais e muitos outros.

Seria muito mais fácil entender melhor seu significado se falarmos sobre algumas das aplicações notáveis da Nanotecnologia como segue:

1. Saúde

Como já sabemos que a Nanotecnologia funciona na escala Nano, isso significa que podemos trabalhar nos níveis molecular e subatômico. A nanomedicina, por exemplo, criou uma revolução no campo da entrega de medicamentos porque a nanotecnologia permite que a molécula terapêutica (contida no medicamento) se fixe na proteína desejada no alvo após o consumo. Isso é realizado com a ajuda de Nanopartículas.

É devido à Nanotecnologia que a quimioterapia pode agora ser focada apenas na área afetada pela doença, garantindo que todo o corpo não precise passar pelo processo de tratamento do câncer. Assim, o sistema imunológico é salvo de ser destruído, pois a quimioterapia envolve o uso de produtos químicos tóxicos para eliminar as regiões cancerosas.

2. Nanorobótica

Você já deve ter ouvido falar sobre Nanobots. Como já discutimos anteriormente sobre o termo chamado Nano, os Nanobots são máquinas inteligentes construídas na escala Nano.

Os nanobots são extremamente úteis (https://www.makeuseof.com/tag/molecular-legos-open-door-true-nanotechnology/) na medicina e na indústria. Eles podem ser pré-programados para realizar uma tarefa específica. Por exemplo, os nanobots podem ser usados para combater a poluição por óleo de uma maneira muito eficaz, ajudando assim a limpar o meio ambiente.

Hoje, a IA (Inteligência Artificial) fortalece enormemente os Nanorrobóticos. Falaremos sobre isso em uma seção posterior, onde veremos como a IA e a nanotecnologia convergem entre si de forma tão eficaz.

3. Biomateriais

Biomateriais são substâncias medicamente utilizadas para a terapia ou diagnóstico de uma doença. Eles podem incluir tecido vivo ou material criado artificialmente para uso em sistemas biológicos para reparar, substituir ou estimular uma função biológica danificada. No título do vídeo acima, Biomimética, como a palavra sugere, implica imitar o comportamento de qualquer sistema biológico específico.

Como a nanotecnologia permite precisão em nível de nanoescala, é uma bênção para o desenvolvimento de biomateriais. Por exemplo, na engenharia de tecido ósseo, cerâmicas, polímeros, metais e compostos podem ser desenvolvidos em nanoescala permitindo extrema precisão. Esses biomateriais nanofásicos são de grande importância em implantes ortopédicos.

Por que precisamos de nanotecnologia de código aberto?

Crédito da imagem: AZoNano Um artigo chamado Faça pesquisa em nanotecnologia de código aberto no jornal Nature, incentiva a adoção de um código aberto Abordar e explicar de uma maneira muito simples sobre como a inovação em Nanotecnologia pode ser muito prejudicada pelo abuso de patente.

O patenteamento excessivo em nanotecnologia leva a:

• aumentos nos custos,
• retarda o desenvolvimento técnico e
• remove o conhecimento fundamental do domínio público

Há também uma seção separada no artigo intitulada Alternativas de código aberto que destaca claramente como um modelo de código aberto permitiria às empresas de nanotecnologia usar livremente as melhores ferramentas, materiais e dispositivos disponíveis para realizar pesquisas e usar a tecnologia, sem se preocupar com monopólios de PI.

As taxas de licença seriam eliminadas, reduzindo assim os custos. Em vez disso, essa economia pode ser usada para inovar, o que é muito necessário para a sobrevivência de uma empresa. Essa abertura também abre espaço para que pequenas startups entrem no mercado e inovem na pesquisa em Nanotecnologia.

O campo da nanotecnologia é uma combinação de informações (como fórmulas químicas), software (por exemplo, ferramentas de modelagem) e hardware (como microscópios de força atômica). Todas as três áreas podem adotar princípios de código aberto e alguns passos já foram dados nesse sentido.

> Pearce, J. M. (2012). Tornar a pesquisa em nanotecnologia de código aberto. Nature, 491 (7425), 519-521. doi: 10.1038/491519a Uma abordagem de ciência aberta para nanotecnologia

Agora que vimos como o Código Aberto revoluciona a Pesquisa em Nanotecnologia, vamos discutir em detalhes sobre três iniciativas importantes em Nanotecnologia de Código Aberto. Se nos lembrarmos de nosso primeiro artigo na Science, Open Science implica código aberto, acesso aberto, dados abertos e padrões abertos.

1. nanoHUB: Uma grande iniciativa de código aberto em nanotecnologia

Também mencionado no artigo que acabamos de discutir, o nanoHUB é uma iniciativa que foi iniciada inicialmente em 2002 pela US National Science Foundation, que estabeleceu uma rede de universidades chamada Network for Computational Nanotechnology (NCN), para apoiar a National Nanotechnology Initiative.

nanoHUB.org tem facilitado pesquisadores, educadores e profissionais a colaborar e compartilhar recursos a fim de resolver problemas de nanotecnologia.

NCN tem três objetivos nobres:

• trazendo ferramentas computacionais online,
• tornando as ferramentas fáceis de usar e
• educar os usuários sobre as ferramentas e a nanociência.

Leia mais sobre isso no artigo aqui que foi escrito com uma perspectiva educacional. Você também pode ler um artigo mais recente aqui que contém algumas referências úteis sobre o nanoHUB.

2. caNanoLab: Para acelerar o uso da nanotecnologia na biomedicina

Outra iniciativa de código aberto, o caNanoLab permite o compartilhamento de dados para tornar o uso da nanotecnologia aplicada mais conveniente. O portal permite o compartilhamento de informações entre comunidades de pesquisa para acelerar e validar o uso da nanotecnologia na biomedicina.

Assim como a bioinformática (como discutimos em um artigo anterior da Open Science), Nanoinformática também surgiu como um campo de estudo. Ele lida principalmente com quaisquer dados relacionados à nanotecnologia. Depois que esses dados são coletados e validados, eles são armazenados e analisados por meio de vários métodos para aplicações úteis. O caNanoLab torna os estudos de Nanoinformática muito mais fáceis.

3. NBI: Base de Conhecimento de Interações de Nanobiomateriais

A base de conhecimento da NBI foi criada para uso pela indústria, academia, público em geral e agências regulatórias como uma plataforma para uma compreensão imparcial de como os sistemas biológicos são afetados pela exposição a nanomateriais.

No portal, você encontrará duas seções:

Biblioteca de Nanomateriais

Aqui você pode pesquisar uma biblioteca de nanomateriais com parâmetros notáveis como tipo de material, núcleo, química de superfície, forma, carga, tamanho e geração de dendrímero.

Análise de nanomateriais

Esta seção tem todos os parâmetros como na biblioteca, mas com duas opções adicionais chamadas Mapa de calor e Plot para exibição analítica.

Agora que falamos sobre três Iniciativas de Ciência Aberta em Nanotecnologia, vamos concluir esta seção deixando este link contendo alguns recursos exaustivos para pesquisa em Nanotecnologia. A página é destinada ao banco de dados eNanoMapper, que também contém links para outras iniciativas.

NanoAI de código aberto: Convergência aberta de IA e nanotecnologia

É muito óbvio que de uma forma ou de outra, IA (Inteligência Artificial) e Nanotecnologia tiveram que fazer uma convergência um dia. Isso abriu uma nova era de possibilidades incríveis.

A IA de hoje pode resolver muitos desafios enfrentados pelos nanotecnologistas. Algumas das formas estão listadas em:

• Interpretando os resultados obtidos a partir de experimentos em nanoescala
• Estimativa de vários parâmetros de forma eficaz
• Caracterização automática de propriedades de nanomateriais e respostas complexas I/O
• Otimização do sistema
• Projeto de dados e algoritmo para Nanocomputadores

Leia mais sobre Inteligência Artificial e Nanotecnologia aqui.

Se pensarmos em todas as aplicações acima da IA em Nanotecnologia com uma Perspectiva de Código Aberto, podemos perceber claramente os elevados benefícios. Os nanotecnologistas podem colaborar de forma eficaz, compartilhando informações abertas, código-fonte e conjuntos de dados que podem acelerar com eficiência a pesquisa em nanotecnologia com IA aplicada.

Portanto, o NanoAI Open Source facilita o trabalho com FOSS que envolve software que implementa Inteligência Artificial e Nanotecnologia.

Você sabia que AI poderia usar nanotecnologia para criar órgãos humanos para a substituição e reparo dos danificados, permitindo que as pessoas vivam mais? Há mais, a IA pode até ser usada para criar carne artificial a partir de células-tronco nano!

As células-tronco, como vemos, podem ser usadas para um propósito maior. Com a nanotecnologia, as células-tronco podem ser transformadas em células ósseas sob comando. O processo também pode ser usado para tratar condições mortais, como doença cardíaca e doença de Parkinson

AI é uma força motriz em Nanorobotics na aplicação de terapêuticas que envolvem o sistema imunológico. Os nanobots podem usar o aprendizado de máquina não supervisionado para identificar células humanas danificadas. Tudo isso é possível porque os programas de IA podem dizer aos Nanobots sobre a diferenciação entre células boas e ruins com a ajuda de uma vasta biblioteca incluída no sistema que consiste em todo o conhecimento sobre Nanoinformática e nosso corpo humano.

Leia mais sobre a aplicação de IA em nanorrobótica aqui.

Pesquisa em andamento em nanotecnologia

Vamos agora dar uma olhada em alguns trabalhos de pesquisa interessantes que têm acontecido no campo nos últimos tempos. Encontramos muitos e escolhemos dois:

1. Formulação de nanopartículas para promover a imunidade da cultura

Isso pode ser aplicado em lavouras de arroz para tornar as plantas de arroz imunes a fungos, o que pode ser uma ótima notícia para os agricultores e agricultores.

doi: 10.1101/339283

2. Administração de remédios por meio de nanocarreadores via nariz para cérebro

A administração nasal de nanomedicinas modificadas de superfície foi proposta para o tratamento de várias doenças do sistema nervoso central, incluindo:

• Enxaqueca

• Distúrbios do sono

• Infecções virais

• Tumores cerebrais

• Esclerose múltipla

• Esquizofrenia

• Mal de Parkinson

• Doença de Alzheimer

• Obesidade

Os benefícios desta pesquisa são que os efeitos colaterais, como nos medicamentos tradicionais, não precisam ser preocupados, já que os nanocarreadores podem contornar completamente a barreira hematoencefálica por meio de aplicação nasal.

doi: 10.3390/pharmaceutics10010034

Resumo

Portanto, neste artigo de Ciência Aberta e IA, apresentamos como funciona a Nanotecnologia e por que é um importante campo de estudo. Compartilhamos três exemplos, a saber, Saúde, Nanorobóticos e Biomateriais. Vimos então como a Nanotecnologia de Código Aberto é uma necessidade maior para realizar tarefas e pesquisas nas mesmas com mais eficácia.

Mais adiante, vimos como uma Abordagem de Ciência Aberta impulsiona a Nanotecnologia em um ritmo rápido. Vimos três Iniciativas de Ciência Aberta, a saber, nanoHUB, caNanoLab e NBI.

Também destacamos como a IA e a nanotecnologia convergem para um propósito comum e, por fim, observamos alguns trabalhos de pesquisa em andamento no campo da nanotecnologia.

Obrigado por ler. Por favor, compartilhe qualquer feedback que você gostaria de compartilhar na seção de comentários abaixo. Nosso próximo artigo será sobre impressão 3D, que também incluiria algumas discussões sobre aplicações em nanoescala interessantes.

Última atualização deste artigo: 30 de september de 2018

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