Il Loro Nome è Legione: Il Premio Nobel Ha Detto Se I Nanorobot Distruggeranno La Terra - Visualizzazione Alternativa

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Il Loro Nome è Legione: Il Premio Nobel Ha Detto Se I Nanorobot Distruggeranno La Terra - Visualizzazione Alternativa
Il Loro Nome è Legione: Il Premio Nobel Ha Detto Se I Nanorobot Distruggeranno La Terra - Visualizzazione Alternativa

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Anonim

Gli scienziati creano e testano da molto tempo varie nanomacchine nei laboratori. In realtà, si tratta di costrutti molecolari il cui compito è svolgere qualche funzione utile: ad esempio, somministrare farmaci a un organo malato, identificare un agente patogeno o riparare qualcosa. Quando appariranno i primi nanorobot "utili", aiuteranno a colonizzare Marte e altri pianeti?

A queste domande risponde Ben Feringa, professore all'Università di Groningen nei Paesi Bassi. Nel 2016, insieme al francese Jean-Pierre Sauvage e allo scozzese Fraser, ha vinto il Premio Nobel per la progettazione e la creazione di macchine molecolari. “Le vostre nanomacchine sono costituite da elementi molto comuni come carbonio, azoto o zolfo. Possiamo aspettarci componenti più esotici in essi, ad esempio metalli delle terre rare o sostanze radioattive?- È molto difficile rispondere a questa domanda per un semplice motivo: non sappiamo ancora cosa possono e non possono fare tali costrutti molecolari. Allo stesso tempo, nonostante le grandi differenze nella struttura dei nostri nanomotori, rotori e altri elementi, tutti noi - il mio gruppo, Stoddart, Sauvage e molti altri colleghi - lavoriamo ancora esclusivamente con molecole organiche. Naturalmente, nulla ci impedisce di immaginare che qualcosa di simile possa essere creato utilizzando esclusivamente composti inorganici. Ad esempio, per costruire una connessione complessa e farla ruotare, come i nostri motori molecolari, attorno al proprio asse. Nessuno, tuttavia, ha ancora assemblato tali nanomotori.

Il motivo è semplice. Grazie allo sviluppo dei prodotti farmaceutici e della chimica dei polimeri, abbiamo imparato a sintetizzare molto rapidamente e bene composti complessi costituiti da catene di idrocarburi. Sono sicuro che lo stesso si può fare con i composti inorganici, ma per fare questo, dobbiamo prima capire come assemblare tali molecole.

Quando si tratta di isotopi radioattivi, non credo che entreranno mai a far parte delle nanomacchine. È probabile che le loro insolite proprietà e instabilità li rendano inadatti a funzionare come parte di sistemi molecolari stabili che utilizzano la luce o l'elettricità come fonte di energia.

A questo proposito, siamo più interessati ai motori molecolari biologici, centinaia di varietà dei quali sono presenti nel corpo umano. Sono tutte macchine proteiche, molte delle quali contengono atomi di metallo.

Molto spesso, svolgono un ruolo chiave nelle reazioni che fanno muovere queste biomacchine. Pertanto, mi sembra che una combinazione di complessi metallici e composti organici che li circondano sia la più promettente.

Quest'anno celebriamo il 150 ° anniversario della tavola periodica. Potresti spiegare come questo risultato di un secolo e mezzo ti aiuta a fare scoperte oggi?

- La tavola periodica e le leggi ad essa inerenti in realtà ci aiutano sempre a valutare come si comportano i diversi tipi di atomi ad essa adiacenti ea prevedere le proprietà di alcuni composti.

Ad esempio, alcuni tipi dei nostri motori hanno atomi di ossigeno incorporati. Grazie alla tabella, capiamo che lo zolfo sarà simile ad esso nelle sue proprietà, ma allo stesso tempo ha dimensioni leggermente maggiori. Questo ci permette di controllare in modo flessibile il comportamento di tali macchine molecolari, scambiando ossigeno con zolfo e viceversa.

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Questo, ovviamente, non si esaurisce con le nostre capacità di previsione. Ci sono molte altre leggi scoperte di recente che consentono di prevedere alcune delle caratteristiche delle nanomacchine.

D'altra parte, dubito che possiamo creare qualcosa come una tavola periodica per tali nanostrutture. Qui noi, se possibile in linea di principio, non abbiamo abbastanza conoscenze.

Quindi, possiamo prevedere approssimativamente come si comporteranno motori molecolari di dimensioni diverse, simili nella struttura, ma non possiamo farlo per sistemi radicalmente diversi o progettare qualcosa da zero senza condurre esperimenti.

Recentemente hai detto che i primi nanorobot a tutti gli effetti appariranno tra circa cinquant'anni. D'altra parte, solo un anno e mezzo fa, si è svolta in Francia la prima "gara" di tali nanomacchine. Quanto siamo lontani dall'emergere di nanodispositivi autonomi?

- Dovrebbe essere chiaro che tutte le macchine molecolari esistenti oggi sono molto primitive sia nella struttura che nello scopo. Infatti sia la nostra macchina, che abbiamo assemblato nel 2011, sia queste "auto da corsa" sono nate non per risolvere problemi pratici, ma per soddisfare la curiosità.

Sia noi che i nostri colleghi stiamo sviluppando tali dispositivi per risolvere problemi molto semplici: stiamo cercando di capire come far muovere le molecole in una direzione o nell'altra, fermarsi ed eseguire altri semplici comandi. Questo è un problema interessante ma puramente accademico.

Il passo successivo è molto più difficile e serio. È importante capire se è possibile impegnarli in compiti veramente pratici: trasportare merci, assemblare in strutture più complesse e rispondere a stimoli esterni.

Ad esempio, le nanomacchine possono essere utilizzate per creare finestre intelligenti che rispondono ai livelli di illuminazione stradale e possono ripararsi da sole; antibiotici che funzionano solo quando appare un determinato segnale chimico o luminoso. Tali cose, mi sembra, appariranno molto prima di quanto pensi, nei prossimi dieci anni.

* Nanobolid * sulla pista da un substrato di rame
* Nanobolid * sulla pista da un substrato di rame

* Nanobolid * sulla pista da un substrato di rame.

La creazione di nanorobot a tutti gli effetti in grado di eseguire operazioni all'interno del corpo o risolvere problemi complessi, ovviamente, richiederà più tempo. Ma io, ancora una volta, sono sicuro che possiamo farlo anche noi. Esistono innumerevoli robot di questo tipo nel corpo umano e nulla ci impedisce di costruire le loro copie artificiali.

D'altra parte, come ho detto più di una volta, ora siamo all'incirca allo stesso livello di sviluppo dell'umanità ai tempi dei fratelli Wright. Per prima cosa, dobbiamo decidere cosa e perché creeremo, quindi pensare a come farlo.

Mi sembra che non dovresti copiare irragionevolmente ciò che la natura ha inventato. A volte i sistemi completamente artificiali, come aeroplani o chip di computer, sono molto più facili da creare rispetto agli analoghi di un'ala o di un cervello umano.

In altri casi, è più facile prendere ciò che gli organismi viventi hanno già creato, ad esempio, alcuni anticorpi, e attaccarvi un medicinale o parte di una nanomacchina. Approcci simili sono già utilizzati in medicina. Pertanto, non si può dire inequivocabilmente che nessuno di essi sarà più promettente e corretto per tutte le possibili applicazioni dei nanorobot.

Negli ultimi anni sono apparse due "classi" di nanomacchine: strutture relativamente semplici che ricevono energia dall'esterno e strutture più complesse, analoghi a tutti gli effetti dei motori, in grado di produrla in modo indipendente. Quali sono più vicini alla realtà?

- I motori chimici, in qualche modo simili agli analoghi nelle cellule viventi, iniziarono davvero ad apparire. Recentemente abbiamo creato diversi dispositivi simili nel nostro laboratorio.

Ad esempio, siamo riusciti a assemblare una nanomacchina in grado di utilizzare glucosio e perossido di idrogeno come carburante e trasportare nanotubi, nanoparticelle e altre strutture pesanti in qualsiasi direzione.

È difficile dire quanto siano promettenti: tutto dipende dai compiti da risolvere. Se abbiamo bisogno di organizzare il "trasporto" di alcune molecole, allora sono ideali per questo. Per creare finestre intelligenti o altri gadget, a sua volta, è già necessario cercare altro materiale.

Inoltre, non capiamo ancora cosa ci manca esattamente, quali analoghi delle macchine classiche possono essere creati usando le molecole e dove si muoverà la nostra intera sfera in generale. In effetti, abbiamo appena iniziato a svilupparlo. Finora, solo una cosa è chiara: le nanomacchine differiscono dalle biomacchine nelle nostre cellule e dalle loro "sorelle maggiori" nel macrocosmo.

Se parliamo di futuro lontano, è possibile utilizzare macchine molecolari in grado di copiare se stesse per risolvere problemi globali, ad esempio per conquistare Marte o altri pianeti?

- È difficile per me parlare di altri mondi, poiché questo argomento va ben oltre le mie competenze. Tuttavia, penso che sia improbabile che le nanomacchine vengano utilizzate per tali scopi in primo luogo. Quando stiamo cercando di padroneggiare un ambiente nuovo e molto difficile, abbiamo bisogno di una tecnologia molto affidabile, non qualcosa di sperimentale.

Pertanto, mi sembra che tali macchine troveranno prima applicazione sulla Terra. Possiamo dire che ciò sta già accadendo: negli ultimi anni i chimici hanno creato centinaia di strutture molto complesse di molte molecole, le cosiddette strutture supramolecolari, che possono legarsi selettivamente a determinati ioni e ignorare tutto il resto.

Ad esempio, il mio collega Francis Stoddart ha recentemente fondato una startup in cui sviluppa complessi in grado di estrarre l'oro dai rifiuti minerari e dalle discariche di roccia. In passato, la creazione di tali composti sarebbe stata considerata la fantasia degli alchimisti.

Parlare di nanomacchine il più delle volte provoca una vera paura tra il pubblico, temendo che i futuri robot microscopici distruggeranno la civiltà e tutta la vita sulla Terra. È possibile in qualche modo combatterlo?

“Questi problemi hanno molto a che fare con Creation Machines: The Coming Era of Nanotechnology, scritto da Eric Drexler nel 1986. Lo scenario della morte dell'umanità a seguito dell'autopropagazione del "muco grigio" in esso presentato è noto oggi a quasi tutti.

In effetti, non c'è niente di insolito qui: quando creiamo nuove nanomacchine, prendiamo le stesse precauzioni che usiamo quando lavoriamo con sostanze chimiche nuove e potenzialmente tossiche.

A questo proposito, i componenti dei nanorobot non differiscono nel loro potenziale distruttivo dai “mattoni” da cui vengono assemblate le molecole di nuovi farmaci, polimeri, catalizzatori e altri prodotti chimici “ordinari”.

Come ogni altro farmaco o prodotto alimentare, queste strutture molecolari dovranno superare un numero enorme di test di sicurezza che mostreranno se possono "ribellarsi" e distruggere l'umanità.

In effetti, non c'è nulla di sorprendente in tali paure: le persone sono abituate ad avere paura di qualcosa di nuovo e insolito. Ogni decennio c'è una nuova "storia dell'orrore" dal mondo della fisica, della chimica o della biologia, che sostituisce le cose a cui siamo già abituati. Ora, ad esempio, è diventato di moda temere e criticare l'editor genomico e l'intelligenza artificiale CRISPR / Cas9.

Cosa dovrebbero fare gli scienziati? Mi sembra che il nostro compito sia semplice: dobbiamo aiutare il pubblico a capire cosa è vero e cosa è finzione. È importante comprendere i vantaggi pratici di queste nuove scoperte e dove risiede il loro vero pericolo.

Ad esempio, se le persone capiscono che CRISPR / Cas9 può curarle da malattie associate a difetti genetici o aumentare la produttività delle piante, avranno meno motivi per temere questa tecnologia. Lo stesso vale per le nanomacchine del futuro.

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