Inovando Nanotecnologia com Ciência Aberta e IA

A nanotecnologia é, evidentemente, um termo muito popular, compreendendo várias aplicabilidades notáveis ​​em Ciência e Tecnologia. Neste novo artigo para Open Science e Inteligência Artificial, vamos explorar como ambos impactam a pesquisa em nanotecnologia.

Curiosidades: O termo “Open Source” foi cunhado pela futurista Christine Peterson, que é uma nanotecnologista americana e também co-fundadora do Foresight Institute, que é focada principalmente na pesquisa em nanotecnologia.

O que é nanotecnologia, de novo?

Antes de entender o que é a nanotecnologia, vamos primeiro olhar para o termo “nano” (isso pode lembrá-lo do editor de texto que é o favorito de muitos de nós linuxistas da 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 resultado é 1 nm. Então, é uma escala extremamente pequena de medição. O vídeo incluído nesta seção leva você a essa pequena escala e explica a nanotecnologia de uma maneira muito simples.

A nanotecnologia é a implementação de diferentes técnicas utilizando Ciência, Engenharia e Tecnologia para estudar fenômenos em nanoescala. Em geral, esses estudos são realizados no intervalo de 1-100 nm.

Por que a nanotecnologia é tão significativa?

A nanotecnologia é de imenso significado 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 o seu significado se falamos sobre algumas das aplicações mais notáveis ​​da nanotecnologia, como segue:

1. Cuidados de Saúde

Como já sabemos que a nanotecnologia funciona na escala Nano, isso significa que podemos trabalhar no nível molecular e subatômico. A nanomedicina, por exemplo, criou uma revolução no campo da administração 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 feito com a ajuda de nanopartículas.

É devido à nanotecnologia que a quimioterapia pode agora ser focada apenas na área afetada pela doença, garantindo que o corpo todo não precise passar pelo processo de tratamento do câncer. Assim, o sistema imunológico é salvo de ser destruído como a quimioterapia envolve o uso de substâncias químicas tóxicas para se livrar de regiões cancerosas.

2. Nanorobótica

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

Nanobots são extremamente úteis na medicina e na indústria. Eles podem ser pré-programados para executar uma tarefa específica. Por exemplo, Nanobots podem ser usados ​​para combater a poluição por óleo de uma maneira muito eficaz, ajudando assim na limpeza do meio ambiente.

AI (Inteligência Artificial) hoje capacita enormemente a Nanorobótica. Falaremos brevemente sobre isso em uma seção posterior, onde veremos como a IA e a nanotecnologia convergem de maneira tão eficaz.

3. Biomateriais

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

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

Por que precisamos da nanotecnologia de código aberto?

Crédito de imagem: AZoNano

Um artigo intitulado “Tornar a pesquisa em nanotecnologia de código aberto” na revista Nature, incentiva a adoção de uma abordagem de código aberto e explica de maneira muito simples como a inovação em nanotecnologia pode ser muito prejudicada pelo abuso de patentes.

Patentes excessivas em nanotecnologia levam a:

  • aumentos de custos
  • retarda o desenvolvimento técnico e
  • remove conhecimentos fundamentais do domínio público

Há também uma seção separada no artigo intitulado “Open Source Alternatives” 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 IP monopólios.

As taxas de licença seriam eliminadas, reduzindo assim os custos. Essa economia pode ser usada para inovar, o que é muito necessário para uma empresa sobreviver. Essa abertura também cria espaço para pequenas startups entrarem no mercado e inovarem 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 os microscópios de força atômica). Todas as três áreas podem adotar princípios de código aberto, e algumas medidas já foram tomadas nesse sentido.

Pearce, JM (2012). Tornar a pesquisa em nanotecnologia de código aberto. Nature, 491 (7425), 519-521. doi: 10.1038 / 491519a

Uma abordagem aberta da ciência para a nanotecnologia

Agora que vimos como o Open Source revoluciona a Pesquisa em Nanotecnologia, vamos discutir em detalhes três importantes iniciativas em nanotecnologia de código aberto. Se nos lembrarmos do nosso primeiro artigo da Science, o Open Science implica Open Source, Open Access, Open Data e Open Standards.

1. nanoHUB: uma iniciativa maciça de código aberto em nanotecnologia

Também mencionado no artigo que acabamos de discutir, o nanoHUB é uma iniciativa que foi inicialmente iniciada em 2002 pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA, que estabeleceu uma rede universitária chamada Rede de Nanotecnologia Computacional (NCN), para apoiar a Iniciativa Nacional de Nanotecnologia.

O nanoHUB.org tem facilitado pesquisadores, educadores e profissionais para colaborar e compartilhar recursos para 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. canoLab: 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 as 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), a 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 vários métodos para aplicativos úteis. O caNanoLab torna os estudos de nanoinformática muito mais fáceis.

3. NBI: Base de Conhecimento de Interações Nano-Biomateriais

O NBI Knowledgebase foi criado para ser usado pela indústria, academia, público em geral e agências reguladoras como uma plataforma para um entendimento imparcial de como os sistemas biológicos são afetados pela exposição a nanomateriais.

No portal, você encontrará duas seções:

Biblioteca de nanomateriais

Aqui você pode procurar uma biblioteca de Nanomateriais com parâmetros notáveis ​​como tipo de material, núcleo, química de superfície, forma, carga, tamanho e geração de dendrímeros.

Análise de Nanomateriais

Esta seção tem todos os parâmetros como na biblioteca, mas com duas opções adicionais denominadas Heatmap e Plot para exibição analítica.

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

Open Source NanoAI: Convergência Aberta da IA ​​e Nanotecnologia

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

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

  • Interpretação dos resultados obtidos em experimentos em nanoescala
  • Estimativa de múltiplos parâmetros de forma eficaz
  • Caracterização automática de propriedades nanomateriais e respostas complexas de E / S
  • 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 fonte aberta, podemos perceber claramente os benefícios elevados. Os nanotecnólogos 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 Open Source NanoAI facilita o trabalho com software livre que envolve software que implementa a Inteligência Artificial e a Nanotecnologia.

Você sabia que a IA poderia usar a nanotecnologia para criar órgãos humanos para substituir e reparar os danificados, permitindo que as pessoas vivam por mais tempo? Há mais, AI pode até ser usado para criar carne artificial a partir de células-tronco nano!

As células-tronco, como vemos, podem ser muito 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 doenças cardíacas e Parkinson.

AI é uma força motriz na nanorrobótica na aplicação de terapêuticas que envolvem o sistema imunológico. Nanobots podem fazer uso de aprendizado de máquina sem supervisão 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 da IA ​​em Nanorobótica aqui.

Pesquisa em andamento em nanotecnologia

Vamos agora olhar para algum trabalho de pesquisa interessante que vem acontecendo 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 plantações de arroz para tornar as plantas de arroz imunes a fungos, o que pode ser uma ótima notícia para agricultores e agricultores.

doi: 10.1101 / 339283

2. Fornecer remédios através de nanocarreadores via nariz a cérebro

A administração nasal de nanomedicina de superfície modificada tem sido proposta para o tratamento de várias condições do sistema nervoso central, incluindo:

  • Enxaquecas
  • 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 nas drogas tradicionais, não precisam ser preocupados, uma vez que os nanocarreadores podem ultrapassar completamente a barreira hematoencefálica através do fornecimento nasal.

doi: 10.3390 / pharmaceutics10010034

Resumo

Então, neste artigo da Open Science and AI, apresentamos como funciona a nanotecnologia e por que ela é um importante campo de estudo. Nós compartilhamos três exemplos, a saber, Healthcare, Nanorobotics e Biomaterials. Vimos então como a nanotecnologia de código aberto é uma necessidade maior para realizar tarefas e pesquisar as mesmas de maneira mais eficaz.

Além disso, vimos como uma abordagem de ciência aberta impulsiona a nanotecnologia em um ritmo rápido. Vimos três Iniciativas Científicas Abertas, a saber, nanoHUB, caNanoLab e NBI.

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

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

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