1. DE QUE ELEMENTOS QUÍMICOS SERIAM FEITOS OS NANORROBÔS MÉDICOS?

O nanodispositivo médico típico provavelmente será um robô em escala de mícron, montado em partes em nanoescala. Estas peças podem variar em tamanho de 1-100 nm (1 nm = 10 -9metros), e pode ser montada em conjunto para fazer uma máquina que funciona medindo, talvez 0,5-3 micra (1 micron = 10 -6 metros) de diâmetro. Três microns é o tamanho máximo dos nanorrobôs médicos transportados pelo sangue, devido à exigência de passagem capilar. O carbono provavelmente será o principal elemento que compreende a maior parte de um nanorrobô médico, provavelmente na forma de diamante ou nanocompósitos de diamondoide / fulereno, em grande parte devido à tremenda força e inércia química do diamante. Muitos outros elementos leves, como hidrogênio, enxofre, oxigênio, nitrogênio, súor, silício, etc., serão usados para propósitos especiais em engrenagens em nanoescala e outros componentes.

2. OS FLUIDOS CORPORAIS HUMANOS PODERIAM ENTRAR NO NANOROBÔ?

Do ponto de vista médico, faz sentido considerar o nanorobô como tendo dois espaços que devem ser considerados separadamente – seu interior e seu exterior. É verdade que o exterior do nanorobô será exposto à mistura química diversa que compõe a nossa bioquímica humana. Mas o interior do nanorobô pode ser um ambiente altamente controlado, possivelmente um vácuo, no qual líquidos externos normalmente não podem se intrometer. É claro que muitas vezes é necessário que um nanorobô importe fluidos externos de maneira controlada para análises químicas ou outros propósitos. Mas o importante é que o dispositivo seja à prova d’água e hermético. Fluidos corporais não podem entrar no interior do dispositivo, a menos que esses fluidos sejam propositadamente bombeados por algum motivo específico.

3. QUAL SERIA A APARÊNCIA FÍSICA DE UM HUMANO QUE FOI INJETADO COM NANORROBÔS MÉDICOS?

Na maioria dos casos, um paciente humano que está passando por um tratamento nanomédico vai se parecer com qualquer pessoa que esteja doente. O tratamento nanomédico típico (por exemplo, para combater uma infecção bacteriana ou viral) consistirá de uma injeção de talvez alguns centímetros cúbicos de nanorrobôs de tamanho mícron suspensos em fluido (provavelmente uma suspensão de água / soro fisiológico). A dose terapêutica típica pode incluir até 1-10 trilhões (1 trilhão = 10 12 ) de nanorrobôs individuais, embora em alguns casos o tratamento possa exigir apenas alguns milhões ou alguns bilhões de dispositivos individuais a serem injetados. Cada nanorobô será da ordem de talvez 0,5 mícrons até talvez 3 mícrons de diâmetro. (O tamanho exato depende do projeto e exatamente o que os nanorrobôs pretendem fazer.) O corpo humano adulto tem um volume de talvez 100.000 centímetros 3 e um volume de sangue de 5400 centímetros ~ 3 , de modo que a adição de um mero ~ 3 centímetros 3 dose de nanorobôs não é particularmente invasiva. Os nanorrobôs vão fazer exatamente o que o médico manda, e nada mais (exceto disfunções). Assim, a única mudança física que você verá no paciente é que ele ou ela rapidamente se tornará bem novamente. A maioria dos sintomas, como febre e prurido, tem causas bioquímicas específicas que também podem ser gerenciadas, reduzidas e eliminadas usando os nanorrobôs apropriados injetados. Erupções ou lesões maiores, como aquelas que ocorrem quando você tem sarampo, demoram um pouco mais para serem revertidas, porque nesse caso a pele quebrada também deve ser reparada.

4. COMO SERIA UM NANOROBÔ TÍPICO?

É impossível dizer exatamente como seria um nanorobô genérico. Nanorobôs destinados a percorrer a corrente sanguínea até seu alvo provavelmente serão de 500 a 3000 nanômetros (1 nanômetro = 10 a 9 metros) em dimensão característica. Os nanorrobôs que atravessam tecidos não-transgênicos podem ser tão grandes quanto 50-100 mícrons, e os nanorrobôs que viajam por via aérea ou brônquica podem ser ainda maiores ainda. Cada espécie de nanorrobô médico será projetada para realizar uma tarefa específica, e muitas formas e tamanhos são possíveis. Finalmente, e talvez o mais importante, nenhum nanorobô em funcionamento foi construído. Muitos projetos teóricos foram propostos com boa aparência no papel, mas esses projetos preliminares podem mudar significativamente após a conclusão da pesquisa, desenvolvimento e teste necessários

5. VOCÊ PODE DAR UM EXEMPLO CONCRETO DE UM NANORROBÔ MÉDICO SIMPLES?

Um nanorobô muito simples que eu projetei há alguns anos é o eritrócito artificial, que eu chamo de ” respirócito “. O respirócito mede cerca de 1 mícron de diâmetro e flutua na corrente sanguínea. É um nanorobô esférico feito de 18 bilhões de átomos. Estes átomos são principalmente átomos de carbono organizados como diamante em uma estrutura de estrutura porosa dentro da casca esférica. O respirócito é essencialmente um pequeno tanque de pressão que pode ser bombeado até 9 bilhões de oxigênio (O 2 ) e dióxido de carbono (CO 2) moléculas. Mais tarde, esses gases podem ser liberados do pequeno tanque de maneira controlada. Os gases são armazenados a bordo a pressões de até cerca de 1000 atmosferas. (Respirócitos podem ser processados completamente não inflamáveis construindo o dispositivo internamente de safira, um material à prova de fogo com propriedades químicas e mecânicas de outra forma semelhante ao diamante.) A superfície de cada respirócito é 37% coberta com 29.160 rotores de classificação molecular ( Nanosystems , página 374) que podem carregar e descarregar gases nos tanques. Existem também sensores de concentração de gás no exterior de cada dispositivo. Quando o nanorobô passa através dos capilares pulmonares, a pressão parcial de O 2 é alta e a pressão parcial de CO 2 é baixa, então o computador de bordo diz aos rotores de classificação para carregar os tanques com oxigênio e despejar o CO 2 . Quando o dispositivo encontra-se mais tarde nos tecidos periféricos com falta de oxigênio, as leituras do sensor são invertidas. Ou seja, a pressão parcial de CO 2 é relativamente alta e o O 2pressão parcial relativamente baixa, de modo que o computador de bordo comanda os rotores de separação para liberar O 2 e absorver CO 2. Respirócitos imitam a ação dos glóbulos vermelhos cheios de hemoglobina natural. Mas um respirócito pode fornecer 236 vezes mais oxigênio por unidade de volume do que uma célula vermelha natural. Este nanorobô é muito mais eficiente que a biologia, principalmente porque sua construção diamantóide permite uma pressão operacional muito maior. (A pressão de operação do glóbulo vermelho natural é equivalente a apenas 0,51 atm, dos quais apenas 0,13 atm é administrável aos tecidos.) Assim, a injeção de uma suspensão de 5 cm 3 de suspensão aquosa de 50% na corrente sanguínea pode substitua exatamente toda a capacidade de transporte de O 2 e CO 2 dos 5.400 cm 3 de sangue do paciente ! Os respirócitos terão sensores de pressão para receber sinais acústicos do médico, que usarão um dispositivo transmissor semelhante ao ultra-som para dar aos comandos dos respirócitos a modificação de seu comportamento enquanto ainda estiverem dentro do corpo do paciente. Por exemplo, o médico pode ordenar que todos os respirócitos parem de bombear e se tornem dormentes. Mais tarde, o médico pode ordenar que todos voltem a ligar. E se você adicionar 1 litro de respirócitos à corrente sanguínea, o máximo que poderia ser seguro? Você pode então prender a respiração por quase 4 horas se estiver sentado em silêncio no fundo de uma piscina. Ou se você estivesse correndo na velocidade máxima, você poderia correr por pelo menos 15 minutos antes de ter que respirar! É claro que nanodispositivos médicos muito “simples” podem ter habilidades extremamente úteis, mesmo quando aplicados em doses relativamente pequenas. Outros dispositivos mais complexos terão uma gama mais ampla de recursos. Alguns dispositivos podem ter mobilidade, a capacidade de nadar através do sangue, ou rastejar através do tecido do corpo ou ao longo das paredes das artérias. Outros terão diferentes formas, cores e texturas de superfície, dependendo das funções que devem executar. Eles terão diferentes tipos de manipuladores robóticos, matrizes de sensores diferentes e assim por diante. Cada nanorrobô médico será projetado para fazer um trabalho particular extremamente bem, e terá uma forma e comportamento únicos

6. OS “NANORROBÔS ANTIGOS” DEIXADOS NO CORPO CAUSAM PROBLEMAS QUANDO EVENTUALMENTE FRACASSAM?

Seguindo a maioria dos tratamentos simples, os nanocondutores do século XXI vão querer remover seus nanorobôs terapêuticos do corpo do paciente assim que os nanodispositivos terminarem o trabalho. Portanto, haverá pouco perigo de que “nanorrobôs antigos” quebrem ou funcionem mal, ou causem algo desagradável ao paciente depois que a doença original ou a condição traumática tiver sido tratada. Além disso, os nanorrobôs serão projetados com um alto nível de redundância para garantir desempenho operacional e à prova de falhas, reduzindo ainda mais o risco médico

7. COMO OS NANORROBÔS SERIAM RECUPERADOS DO CORPO?

Alguns nanodispositivos serão capazes de se exsudar do corpo através dos canais excretores humanos habituais; outras serão projetadas para permitir a pronta exsusão de pessoal médico usando processos semelhantes à aférese (comumente chamados de nanoferese) ou sistemas de eliminação ativos. É muito dependente do design. No caso dos respirócitos , o procedimento de remoção é bastante simples: O plasma filtrado é recombinado com componentes sólidos centrifugados e devolvido sem danos ao corpo do paciente. A taxa de separação é aumentada ainda mais pelo controle dos respirócitos para esvaziar todos os tanques, diminuindo a densidade da rede para 66% da densidade do plasma sanguíneo, ou comandando os respirócitos para queimar 5 mícrons O2 bolhas de gás às quais o dispositivo pode aderir por meio de tensão superficial, permitindo que ele suba a 45 mm / hora sob aceleração gravitacional normal.“ (Citado por Robert A. Freitas Jr., ” Projeto Exploratório em Nanotecnologia Médica: Uma Célula Vermelha Artificial Mecânica ” , Células Artificiais , Volume 26, 1998, pp. 411-430. Este trabalho é aparentemente o primeiro estudo detalhado de um projeto específico. nanodispositivo médico (do tipo geral proposto por Drexler em Nanosystems ) que foi publicado Ver descrição anterior em: Robert A. Freitas Jr., “Respirócitos: Nanocelulose Artificial de Alto Rendimento com Células Vermelhas” , Revista de Nanotecnologia , Volume 2, Outubro de 1996 pp. 1, 8-13.)

8. OS NANORROBÔS MÉDICOS NÃO SERÃO ATACADOS PELO SISTEMA IMUNOLÓGICO ASSIM QUE FOREM COLOCADOS DENTRO DO CORPO HUMANO?

A resposta do sistema imunológico é primariamente uma reação a uma superfície “estrangeira”. O tamanho do nanorrobô também é uma variável importante, juntamente com a mobilidade do dispositivo, a rugosidade da superfície, a mobilidade da superfície e outros fatores. No entanto, o problema da biocompatibilidade do nanodispositivo não é, em princípio, mais difícil do que a biocompatibilidade dos implantes médicos em geral. De certa forma, pode até ser um problema mais fácil, porque muitos nanorrobôs médicos terão apenas uma residência temporária no corpo. Mesmo hoje, a aplicação de agentes imunossupressores durante o período de tratamento permitiria que os nanorobôs não bioinfetivos de baixa engenharia realizassem seu trabalho de reparo sem problemas. O exterior de diamante passivo pode ser ideal. Vários estudos experimentais indicam que quanto mais lisa e impecável for a superfície de diamante, menos atividade de leucócitos e menos adsorção de fibrinogênio você obterá. Portanto, parece razoável esperar que, quando os revestimentos de diamante puderem ser depositados com precisão atômica quase perfeita, tornando superfícies externas de nanorobôs com suavidade quase nanométrica, que essas superfícies possam ter bioatividade muito baixa. Devido à energia superficial extremamente alta da superfície do diamante passivado e à forte hidrofobicidade da superfície do diamante, o exterior do diamante é quase completamente quimicamente inerte e, portanto, a opsonização deve ser minimizada. No entanto, mesmo que superfícies de diamantes perfeitas não sejam completamente bioativas como esperado, o gerenciamento ativo da superfície do nanorobot pode ser usado para garantir a biocompatibilidade completa do nanodispositivo. Reações alérgicas e de choque são similarmente facilmente evitadas.

9. COM QUE RAPIDEZ OS NANORROBÔS MÉDICOS PODEM SE REPLICAR DENTRO DO CORPO HUMANO?

Este é um erro muito comum. Os nanorrobôs médicos não precisam SEMPRE replicar. De fato, é improvável que o FDA (ou seu equivalente futuro) possa aprovar para uso geral um nanodispositivo médico capaz de replicação in vivo . Exceto nas circunstâncias mais incomuns, você nunca iria querer algo que pudesse se replicar para ser solto dentro de seu corpo. A replicação de bactérias é um problema suficiente! A replicação é uma capacidade básica crucial para a fabricação molecular. Mas, além das aplicações mais agressivas, simplesmente não há boas razões para se arriscar a fabricação de nanorobôs “férteis” dentro do corpo humano, quando os nanorrobôs “mulas” podem ser fabricados de maneira tão barata, conveniente e em tão grande número fora do corpo humano. Os replicadores quase certamente serão muito rigidamente regulados pelos governos em todos os lugares

10. OS NANORROBÔS MÉDICOS TERÃO INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL SEMELHANTE À HUMANA?

Este é outro erro comum. Muitos nanorrobôs médicos terão computadores muito simples a bordo de cada dispositivo. Respirócitos , por exemplo, têm apenas um computador de aproximadamente 1.000 operações por segundo a cada dispositivo – muito menos poder de computação do que um antigo Apple II. A maioria dos nanorobôs de reparação celular não vai precisar de mais de 10 6 -10 9 operações / segundo de capacidade de computação a bordo para fazer o seu trabalho. Este é um total de 4-7 ordens de magnitude abaixo (mesmo o potencial para) verdadeira computação equivalente humana em 10 tera§ops (~ 10 13 operações / seg). A capacidade de computação mais rápida simplesmente não é necessária para a maioria dos nanorrobôs médicos.

11. COMO UM NANORROBÔ MÉDICO SERIA ALIMENTADO?

Uma das primeiras propostas de Drexler, da Engines of Creation, foi a de que um nanodispositivo médico in vivo poderia metabolizar glicose e oxigênio locais em energia. Outra possibilidade é a energia acústica fornecida externamente, que provavelmente é mais apropriada em um ambiente clínico. Há literalmente dezenas de fontes de energia úteis que estão potencialmente disponíveis no corpo humano, conforme descrito no Capítulo 6 da Nanomedicina .

12. COMO VOCÊ SE COMUNICA COM AS MÁQUINAS ENQUANTO ELAS TRABALHAM?

Existem muitas maneiras diferentes de fazer isso. Uma das maneiras mais simples de enviar mensagens do tipo broadcast para o corpo, para serem recebidas por nanorrobôs in vivo , é o envio de mensagens acústicas. Um dispositivo semelhante a uma sonda de ultrassom codificaria mensagens em ondas de portadoras acústicas em frequências entre 1-10 MHz. Assim, o médico supervisor pode facilmente enviar novos comandos ou parâmetros para os nanorrobôs que já trabalham no interior do corpo. Cada nanorrobô tem sua própria fonte de alimentação, computador e sensorium, portanto, pode receber as mensagens do médico por meio de sensores acústicos, depois calcular e implementar a resposta apropriada. A outra metade do processo está levando as mensagens de volta para fora do corpo, dos nanodispositivos em funcionamento até o médico. Isso também pode ser feito acusticamente. No entanto, os requisitos de energia a bordo para geradores de ondas acústicas em escala de micro na água ditam uma faixa máxima de transmissão prática de no máximo algumas centenas de microns para cada nanorrobô individual. Portanto, é conveniente estabelecer uma rede de comunicação interna que possa coletar mensagens locais e passá-las para um local central, que o médico pode monitorar usando detectores de ultrassom sensíveis para receber as mensagens. Tal rede provavelmente pode ser implantada dentro de um paciente em menos de uma hora, pode envolver até 100 bilhões de nós de rede nanorobótica móvel, Existem muitas outras técnicas que podem ser usadas, bem como esta é a mais fácil de descrever.

13. SE NANORROBÔS MÉDICOS SÃO INFUNDIDOS NO CORPO HUMANO, POR VIA INTRAVENOSA, COMO ALGUÉM PODERIA RASTREAR SUA LOCALIZAÇÃO?

Uma rede de navegação pode ser instalada no corpo, com elementos de navegação de estação de trabalho fornecendo alta precisão posicional para todos os nanorrobôs que os interrogam, querendo saber sua localização. As posições físicas podem ser relatadas continuamente usando uma rede de comunicações in vivo . Como a dose terapêutica típica pode envolver bilhões ou trilhões de nanorrobôs (por exemplo, até alguns centímetros 3 de injeção), geralmente será impraticável tratar nanorrobôs individualmente, embora isso seja, em princípio, possível para tratamentos envolvendo apenas alguns milhões de dispositivos ou menos.

14. QUE TIPO DE SISTEMA DE DETECÇÃO OS NANORROBÔS MÉDICOS USARIAM PARA DISTINGUIR ENTRE DIFERENTES TIPOS DE CÉLULAS?

Cada tipo de célula tem seu próprio conjunto exclusivo de antígenos de superfície. Outros antígenos da superfície celular indicam o estado de saúde da célula, o tipo de órgão genitor, a espécie do animal e até mesmo a identidade do indivíduo, uma espécie de Número de Segurança Social bioquímica. Portanto, a resposta curta a essa pergunta é: Use sensores quimiotáticos (grosseiramente análogos à microscopia de força química), ligados aos antígenos específicos conhecidos nas células-alvo que você está procurando. O conhecimento desses antígenos se tornará extensivo, logo após a conclusão do Projeto Genoma Humano no início do século XXI

15. COMO OS AGENTES QUÍMICOS (POR EXEMPLO, UMA DROGA ANTICANCERÍGENA) SERIAM TRANSPORTADOS E ENTREGUES A UMA CÉLULA-ALVO?

Uma vez que você identificou um grupo de células que precisa de alguma substância química entregue a ele, você pode simplesmente liberar o agente dos tanques a bordo depois que o nanorobô chegar ao local. Uma injeção de 1 cm 3 de nanodispositivos de 1 mícron provavelmente poderia conter pelo menos 0,5 cm 3 de agente químico. Praticamente todos esses bilhões de nanites (no 1 cm 3 ) serão inteligentes o suficiente para aparecer no grupo correto de células que são alvos de destruição, portanto a eficiência de entrega é virtualmente de 100%. Os sensores a bordo podem testar os níveis ambientais do agente químico, para evitar overdose. No entanto, esta questão é um bom exemplo de uma aplicação “anacrônica” que poderia ser feita usando nanorrobôs médicos, mas na verdade provavelmente nunca seria feita dessa forma, porque em uma era de nanotecnologia avançada formas muito mais eficientes e muito menos destrutivas existem para obter o mesmo trabalho. No exemplo acima, a distribuição em massa de citotoxinas para células de tecido é completamente desnecessária se existirem meios para inverter o processo carcinomatoso ao nível celular e genético.

16. É POSSÍVEL FAZER IMAGENS DE NANOMÁQUINAS MÉDICAS IN VIVO USANDO UMA TÉCNICA DE IMAGEM, COMO A RESSONÂNCIA MAGNÉTICA, OU ALGUÉM TERIA QUE OLHAR DIRETAMENTE PARA O TECIDO?

Sim, nanodevices poderia provavelmente ser observada no local de trabalho no interior do corpo utilizando MRI, especialmente se os componentes de diamante foram fabricados usando principalmente 13 átomos de C, em vez do que o natural mais comum 12 isótopo C de carbono, desde 13 C tem um momento magnético nuclear diferente de zero. Mas na era nanomédica, tal abordagem pode voltar a ser um tanto anacrônica. Aqui está o porquê. Aplicando o modelo médico clássico a um tratamento nanomédico típico, os nanodispositivos médicos seriam primeiro injetados em um corpo humano e, então, iriam para o trabalho , digamos, em um órgão específico ou massa de tecido. O médico quer ser capaz de monitorar seu progresso e ter certeza de que os nanodispositivos chegaram à região de tratamento alvo correta. Assim, o primeiro instinto do médico contemporâneo que está contemplando um tratamento nanomédico prospectivo será insistir na capacidade de visualizar diretamente os nanorrobôs. Em outras palavras, o médico quer ser capaz de escanear uma parte do corpo, e realmente ver os nanodispositivos reunidos ordenadamente em torno de seu alvo, digamos, uma massa tumoral, de modo que ele possa ter absoluta certeza de que a terapia está seguindo como (e onde) planejado. Entretanto, se a tecnologia existe para fabricar nanorrobôs para precisão molecular, então esta mesma tecnologia permitirá que mecanismos de comunicação e navegação sejam projetados e construídos em cada nanorrobô, e também permitirá que redes de comunicação e navegação sejam implantadas dentro do corpo. Os nanodispositivos terapêuticos podem ser programados para residir num conjunto de antigénios de superfície especificado com muita precisão, povoando a superfície da massa tumoral alvo. Como um guia adicional, a navegação interna do quadro de referência com precisão milimétrica (ou melhor) pode ser usada para direcionar os nanorrobôs para a vizinhança próxima do volume de tratamento alvo. Assim, o modelo de tratamento médico correto na era nanomédica é o seguinte: Os nanorrobôs injetados e circulantes permaneceriam absolutamente inativos fora do volume alvo. Mesmo uma vez dentro do volume alvo de tratamento, os nanorrobôs ainda permaneceriam inativos até que a assinatura antigênica precisa do tecido-alvo fosse quimiotaticamente detectada pelos sensores nanorrobôs. Os nanorrobôs ainda poderiam ser programados para permanecer inativos até receberem um comando acústico do médico dizendo-lhes que estavam livres para iniciar o tratamento ativo, talvez depois que o médico recebesse confirmação através da grade de navegação de que a maioria dos aparelhos atingiu seus destinos apropriados. . O médico mantém o controle completo durante todo o processo de tratamento; Igualmente importante, os nanorobôs podem comunicar suas posições, status operacionais e o sucesso ou fracasso do tratamento à medida que o tratamento progride. Limitações de largura de banda exigirão um considerável conjunto de informações, mas isso não deve representar um problema. Neste modelo de tratamento, o médico recebe relatórios contínuos dos nanorrobôs ativos. Eles lhe dizem suas coordenadas físicas no corpo, então você sabe onde eles estão. Eles informam quantas células cancerígenas encontraram e inativaram (ou qualquer que seja a métrica apropriada para estabelecer progresso para o tratamento em particular). Eles terão sistemas redundantes múltiplos (como os cinco computadores de consenso a bordo do Ônibus Espacial), estabelecendo um projeto de falha operacional ou fail-safeAo detectar uma falha crítica do componente, o dispositivo se coloca no modo de desligamento em preparação para a exfusão. Portanto, nesse tipo de cenário, pode ser desnecessário imaginar os nanodispositivos diretamente, porque o feedback disponível ao médico supervisor por outros meios será muito mais sofisticado, confiável, útil e completo.

17. PARA MONITORAR O PROGRESSO DOS NANORROBÔS DURANTE UM TRATAMENTO, VOCÊ PODERIA FAZER A BIÓPSIA DO TECIDO E DA IMAGEM DAS MÁQUINAS USANDO MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE TRANSMISSÃO?

Sim, seria possível fazer a biópsia do tecido e, em seguida, visualizar as nanomáquinas embutidas usando microscopia eletrônica de transmissão. No entanto, a presunção normal é que seus nanorrobôs médicos estão funcionando corretamente. Por causa do design à prova de falhas, os nanodispositivos raramente devem fazer parte do problema. Pelo contrário, eles provavelmente serão uma parte importante da solução. Na situação usual de biópsia, o seu interesse primário está na condição do tecido, não na condição dos nanodispositivos incorporados nele. Mas nanodispositivos podem ser usados para examinar rapidamente um determinado pedaço de tecido, examinando suas características bioquímicas, biomecânicas e histométricas em grande detalhe. De fato, em uma era de nanomedicina proficiente, raramente seria necessário remover amostras de tecido de pacientes para testes. A maioria dos testes deve ser possível in situ , com os benefícios adicionais de redução da intromissão, maior conforto do paciente e maior fidelidade dos resultados, uma vez que o tecido-alvo pode ser examinado em seu estado ativo no ambiente real do hospedeiro.

18. O QUE PODERIA DAR ERRADO DURANTE UM PROCEDIMENTO NANOMEDICAL?

A incompetência ou negligência do pessoal médico é sempre uma preocupação potencial. No entanto, na era nanomédica, como hoje, tais ocorrências devem ser pouco freqüentes e notórias. Uma verdadeira falha virá de alguma direção que ninguém antecipou. Os problemas de biocompatibilidade são bem esperados, e os computadores de bordo com redundância múltipla devem garantir operação segura, operação correta e reprogramabilidade dos parâmetros operacionais, mesmo após os dispositivos terem sido lançados em sua missão, especialmente para permitir a desativação se algo der errado. Protocolos fail-stop podem ser particularmente apropriados em missões de alto risco, onde um grande número de nanorobôs substitutos estão prontamente disponíveis. Portanto, os problemas mais sérios podem advir da complexidade inerente de um trilhão de máquinas que, de maneira independente, tentam cooperativamente trabalhar em um problema de reparo muito complexo em um curto período de tempo. Uma classe de mau funcionamento pode envolver alguma interação emergente inesperada de máquina-máquina, o tipo de interação sutil que provavelmente não foi exaustivamente testada em sistemas completos, com antecedência. Como um exemplo simples, considere duas espécies de nanorrobôs que estão consertando conjuntamente um determinado bloco de tecido. Se a programação do nanorobô permite que a espécie A interprete o trabalho de reparo da espécie B como uma nova falha de tecido que se encontra nos parâmetros originais da missão de reparo da espécie A, e vice-versa, então seria possível que as duas espécies ficassem trancadas em uma recursiva sem fim. ciclo, como cada espécie tentou repetidamente para desfazer o trabalho do outro. Mas mesmo nesses casos, o controle sobre os dispositivos não é perdido. O médico supervisor, ao observar a falha, simplesmente desligaria uma ou outra espécie para permitir que o trabalho prosseguisse, ou desligaria ambas as espécies e as reprogramaria (enquanto ainda estão dentro do corpo) para evitar o comportamento emergente indesejado. . O médico deve sempre ser capaz de “puxar o plugue” nas nanomáquinas. Essa é uma das mais importantes restrições de projeto, uma que provavelmente se tornará um requisito regulador estrito e universal para todos os nanodispositivos médicos.

19. QUAL SERIA O MAIOR BENEFÍCIO PARA A SOCIEDADE HUMANA DA NANOMEDICINA?

A nanomedicina eliminará virtualmente todas as doenças comuns do século XX, virtualmente toda dor e sofrimento médicos, e permitirá a extensão das capacidades humanas, especialmente nossas habilidades mentais. Considere que um dispositivo de armazenamento de dados nanoestruturados medindo ~ 8.000 mícrons 3 , um volume cúbico do tamanho de uma única célula hepática humana e menor do que um neurônio típico, poderia armazenar uma quantidade de informações equivalente a toda a Biblioteca do Congresso. Se implantado em algum lugar do cérebro humano, juntamente com os mecanismos de interface apropriados, tal dispositivo poderia permitir acesso extremamente rápido a essas informações. Uma única CPU de nanocomputador, também tendo o volume de apenas uma minúscula célula humana, poderia calcular a uma taxa de 10 teraflops (10 13 operações de ponto flutuante por segundo), aproximadamente igualando (por muitas estimativas) a saída computacional de todo o cérebro humano . Tal nanocomputador pode produzir apenas cerca de 0,001 watt de calor residual, em comparação com os ~ 25 watts de calor residual para o cérebro biológico em que o nanocomputador pode ser incorporado. Mas talvez o mais importante benefício a longo prazo para a sociedade humana como um todo possa ser o alvorecer de uma nova era de paz. Poderíamos esperar que as pessoas que são independentemente bem alimentadas, bem vestidas, bem alojadas, inteligentes, bem-educadas, saudáveis e felizes terão pouca motivação para fazer a guerra. Os seres humanos que têm uma perspectiva razoável de viver muitas vidas “normais” aprenderão a paciência com a experiência, e será extremamente improvável que arrisquem essas “muitas vidas” por qualquer motivo que não seja o mais convincente.