INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL E NANOTECNOLOGIA

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1 FACULDADE DE TECNOLOGIA DE GUARATINGUETÁ INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL E NANOTECNOLOGIA Abel Vieira, José Rocca, Cleber Lopes, Marco Moura, Pedro Lemes. Seminário da Disciplina Fundamentos de Inteligência Artificial apresentado à Faculdade de Tecnologia de Guaratinguetá, para o Curso Superior de Tecnologia em Informática. Guaratinguetá - SP 2011

2 FACULDADE DE TECNOLOGIA DE GUARATINGUETÁ INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL E NANOTECNOLOGIA Abel Vieira, José Rocca, Cleber Lopes, Marco Moura, Pedro Lemes. Seminário da Disciplina Fundamentos de Inteligência Artificial apresentado à Faculdade de Tecnologia de Guaratinguetá, para o Curso Superior de Tecnologia em Informática. Guaratinguetá - SP 2011

3 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO E HISTÓRIA DA NANOTECNOLOGIA CONCEITO EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DOS CONCEITOS NANOTECNOLÓGICOS Cozinha inteligente Chips de 14 nanômetros Invisibilidade VANTAGENS DESVANTAGENS RELAÇÕES ENTRE NANOTECNOLOGIA E INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL CONCLUSÃO BIBLIOGRAFIA...13

4 1. INTRODUÇÃO E HISTÓRIA DA NANOTECNOLOGIA O homem no decorrer de sua história vem descobrindo e aprendendo inúmeras técnicas e ferramentas que facilitam a realização de suas tarefas e atividades no seu dia a dia. Este desenvolvimento humano nos trouxe a revolução industrial e com esta, hoje inúmeros são os benefícios proporcionados pelo uso da tecnologia em nossas vidas. Estes benefícios transformaram a vida do homem no mundo e hoje praticamente as novas gerações não imaginam o que seria da vida sem a energia elétrica por exemplo. Basta que ela falte por algumas horas, e a vida se transforma, tudo fica diferente, até o tempo parece que passa mais devagar. Isto porque já não sabemos mais como era a vida antes da revolução industrial e tecnológica alimentada pela força da energia elétrica, e todos os benefícios provenientes do uso desta. E é neste cenário do que temos hoje para o que será o depois de amanhã, que se anuncia a Revolução Nanotecnológica. O que sabemos e vivemos hoje é primitivo diante do que é a promessa anunciada para o amanhã. Mas como? É para responder estas e outras perguntas que vamos procurar com este trabalho responder algumas perguntas, de um amanhã que promete e até assusta, porque ainda é desconhecido para a grande maioria da humanidade. Em 1959, em uma palestra intitulada Há muito espaço lá embaixo, ministrada no Instituto de Tecnologia da Califórnia, o físico Richard Feynman sugeriu que no futuro engenheiros poderiam manipular átomos como quisessem na construção de novos materiais, desde que respeitadas às leis básicas do universo. Esta palestra de Feynman foi considerada o marco inicial da nanotecnologia, cuja ideia era que não precisamos aceitar os materiais em sua natureza, mas podemos construir novos materiais. Uma das provas de que Feynman estava certo, são os materiais empregados na construção dos lasers dos toca-discos atuais, que não ocorrem naturalmente, mas são fabricados pelo homem, camada atômica sobre camada atômica.

5 O termo Nanotechnology foi criado em 1974, na Universidade de Ciências de Tókio pelo então professor Norio Taniguchi para descrever a manufatura precisa de materiais com tolerâncias nanométricas. Na década de 80 o termo Nanotecnologia foi reinventado e teve sua definição expandida pelo professor K. Erick Dexler do Massachussetts Institute of Technology MIT em seu livro Engines of Creation The Coming Era of Nanotechnology, de Em 1992 sua tese de doutorado Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing and Computation reacendeu o interesse no meio científico mundial. Países desenvolvidos investem grandes quantias em dinheiro no desenvolvimento de nanotecnologia, que segundo proposto por Feynman, tem como objetivo criar novos materiais e desenvolver novos produtos e processos baseados na crescente capacidade tecnológica moderna de manipulação atômica e molecular. Diversas são as aplicações possíveis, como aumentar espetacularmente a capacidade de armazenamento e processamento de dados dos computadores, criar novos mecanismos para entrega de medicamentos, mais seguros e menos prejudiciais ao paciente dos que os disponíveis hoje, criar materiais mais leves e mais resistentes do que metais e plásticos e muitas outras inovações em desenvolvimento. Economia de energia, proteção ao meio ambiente, menor uso de matérias primas escassas, são possibilidades muito concretas dos desenvolvimentos em nanotecnologia que estão ocorrendo hoje e podem ser antevistos. Segundo tendências de mercado, dividem-se em três grandes áreas as oportunidades de negócios nos próximos anos, sendo elas a biotecnologia, semicondutores e novos materiais. Há muito destaque para a família de produtos criada a partir de nanotubos de carbono. Segundo o artigo Towards a definition of a inorganic nanoparticles from na environmental, health and safety perspective publicado por Mark Wiesner e outros na Nature Nanotecnology, diversos estudos ainda devem ser feitos quanto à nanotecnologia e os riscos que esta pode trazer à saúde e ao meio ambiente. Tendo em vista que são infinitos os tipos de nanopartículas que o Homem pode

6 desenvolver, é imprescindível segundo eles, olhar com mais atenção a determinados tipos de partículas (principalmente as partículs menores que 30 nanômetros). Como são diversas as áreas (médica, química, computacional, etc.) de aplicação atualmente, existe a preocupação quanto ao impacto que estas partículas podem causar devido à forma com que seus átomos interagem com o ambiente. Estes estudos tendem a delimitar ou nortear o futuro do uso e das pesquisas em nanotecnologia. 2. CONCEITO "Os princípios da física, pelo que eu posso perceber, não falam contra a possibilidade de manipular as coisas átomo por átomo. Não seria uma violação da lei; é algo que, teoricamente, pode ser feito mas que, na prática, nunca foi levado a cabo porque somos grandes demais" - Richard Feynman. A Nanociência é uma nova área de conhecimento. Tem total relação com modelos e técnicas de disciplinas como Física, Química, Biologia e Computação, chamada inclusive como supra-ciência. Essa relação existe pelo fato de que as soluções nanológicas auxiliam estas áreas a resolver problemas que não teriam resolução sem elementos nanotecnológicos. A aplicação da Nanociência é conhecida como Nanotecnologia, que aliada a Engenharia de Materiais, procura obter técnicas de manipulação a nível atômico e molecular, com o deslocamento, introdução ou mesmo retirada de átomos de uma estrutura, a fim de se obter novos produtos de acordo com a necessidade. A Nanotecnologia é assim denominada porque seus objetos são medidos em nanômetros. De origem grega, nano é um prefixo que significa anão. Um nanômetro (abreviado como nm) equivale a um bilionésimo de metro(m). Ou seja, 1 nm é igual a 10-9 m. A manipulação atômica através de elementos nanotecnológicos traz a possibilidade de construção de estruturas átomo a átomo, o que possibilita a criação de materiais com estruturas químicas novas. Este rearranjo destas estruturas traz

7 mudanças às características físico-químicas, tais como resistência mecânica ou pontos de fusão e condução de calor e eletricidade, variáveis muito importantes para as áreas citadas no início deste tópico. 3. EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DOS CONCEITOS NANOTECNOLÓGICOS 3.1. Cozinha inteligente O francês Michaël Harboun desenvolveu uma tecnologia que permite controlar uma cozinha através do smartphone. Este smartphone envia instruções para nanorobôs localizados pela cozinha, possibilitando a modificação da posição dos objetos que se encontrarem na cozinha. Esta tecnologia traria facilidade para limpeza e diminuiria o risco de acidentes, já que toda a movimentação necessária seria realizada por estes nanorobôs Chips de 14 nanômetros A Intel, líder mundial na produção de processadores para computadores, anunciou que em 2013 iniciará a produção em larga escala de processadores de 14 nanômetros. A notícia foi dada juntamente com a inauguração de uam nova fábrica no estado de Oregon, Estados Unidos. Chips de menor tamanho são perfeitos para aplicações mobile, tornando possível a produção de aparelhos cada vez menores e com menor consumo de energia. Mas isso também trará uma maior agilidade ao ciclo de vida dos produtos, tornando a obsolência das tecnologias mais acelerada Invisibilidade Um novo material produzido, chamado metaflex, cria uma distorção da luz quando disposto em camadas. Essa distorção faz com que o olho humano não consiga reconhecer o que estiver por baixo do material, criando o efeito de invisibilidade. Esse material só é possível de ser produzido através de artefatos nanotecnológicos utilizados no processo de fabricação.

8 4. VANTAGENS Uma das vantagens da nanoteconologia está também em reduzir os custos da produção, ao eliminar defeitos de fabricação, utilizar melhor os recursos eliminar o desperdicio de matéria-prima. No que diz respeito às técnicas de manufaturas, a nanotecnologia permite uma melhora, sem precedentes, na qualidade de fabricação. Sendo os átomos colocados de modo preciso, desaparecem quase que completamente os problemas ligados às impurezas e aos defeitos nos materiais. Assim, é possível fabricar materiais mais compactos, utilizando-se muito menos matéria. Seria extraordinariamente reduzido o custo de produção dos objetos, dado que a fabricação consumiria bem menos energia e matéria-prima que no presente [...]. Além do mais, sendo a produção inteiramente automatizada, os custos com mão-de-obra seriam praticamente nulos. (BASTOS, 2006, P. 8) Uma alternativa para combater os problemas ambientais que a humanidade enfrenta, seria através de nanotecnologia. [ ] a nanotecnologia permitirá não somente a reciclagem completa dos resíduos (lixo), quando da fabricação, mas ainda a limpeza do lixo até hoje acumulado. Assim, seria possível "limpar" o planeta. Diminuir, se fosse preciso, a quantidade de CO2 na atmosfera e amenizar, por assim dizer, alguns problemas ecológicos que o homem criou. (BASTOS, 2006, P. 11) No campo da informática teremos capacidade de armazenamento praticamente ilimitada.

9 [...] é possível a construção de memórias com uma densidade de terabits por centímetro cúbico. Com uma memória assim, por exemplo, um ipod conseguiria armazenar músicas MP3 suficientes para tocar durante anos, sem repetições. (BASTOS, 2006, P. 12) 5. DESVANTAGENS Dentre as desvantagens encontradas na tecnologia, a principal é em relação ao desenvolvimento da técnica para se produzir. Alguns cientistas afirmam que isto pode gerar o aumento da desigualdade entre as nações ricas e pobres devido à detenção da tecnologia utilizada. Cientistas da Universidade de Toronto [...] afirmam que pode acontecer um aumento das desigualdades entre as nações ricas e pobres, visto que devido aos altos investimentos necessários, as aplicações da nanotecnologia beneficiariam apenas as regiões ricas. (BASTOS, 2006, P. 17) Há ainda o risco de a Nanotecnologia causar problemas ambientais e de saúde. [ ] é preciso tomar cuidado para que o uso irresponsável da técnica não acabe ofuscando os benefícios que ela pode trazer. Pesquisas da Universidade de Rice em Houston identificaram propriedades tóxicas em alguns nanocompósitos. (BASTOS, 2006, P. 17) E também há o risco de se utilizar a tecnologia para armamento e em guerras. [ ] inovações de grande impacto nas ultimas décadas, como a microeletrônica, tiveram grandes aplicações no campo militar. (BASTOS, 2006, P. 18)

10 6. RELAÇÕES ENTRE NANOTECNOLOGIA E INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL Podemos dizer de certa maneira que a Nanotecnologia auxilia a empregar todo o potencial desenvolvido pela Inteligência Artificial nas áreas do conhecimento humano, como computação, medicina e biologia (como por exemplo, o crescente interesse na relação entre Inteligência Artificial e biomimetismo). Porém há uma diferença básica entre as duas: a Inteligência Artificial busca a simulação do pensamento e do raciocínio dos seres vivos através de máquinas, enquanto a nanotecnologia busca reconstruir novos materiais e elementos, simulando estruturas muito similares às estruturas atômicas e até mesmo modificar as existentes, sendo algo que até podemos chamar de fabricação celular. O que acontece muitas das vezes é que ambas são utilizadas em conjunto. Um grande exemplo de integração entre ambas as áreas é a criação da Embrapa, a língua eletrônica. Trata-se de um elemento nanotecnológico que busca simular as reações ocorridas em nossa língua para executar a diferenciação de sabores. À primeira vista parece que se trata de um experimento na área de Inteligência Artificial, mas também há a introdução de Nanotecnologia: a língua consegue distinguir os sabores através de uma série de reações químicas feitas de camada em camada, graças a elementos nanotecnológicos que interpretam e coordenam as reações químicas responsáveis pela transmissão da sensação de sabor e demais características, até o ponto de que o aparato consegue mensurar a qualidade da água. Outro exemplo de completa interação entre Inteligência Artificial e Nanotecnologia são os respirócitos. Os respirócitos são estruturas neurológicas inteligentes que possuem a habilidade de levar oxigênio às células do corpo. Estas estruturas são introduzidas no corpo da pessoa, onde, de acordo com a programação que possuírem, levam moléculas de oxigênio para garantir a oxigenação do corpo.

11 Um invento como esse poderia ser utilizado por mergulhadores, por exemplo, que mergulhariam sem precisar de tanques de oxigênio, ou até mesmo astronautas em missões extraplanetárias, ou mais ainda, para salvarem a vida de alguém que estivesse tendo uma complicação respiratória. O mesmo conceito existe para nossos glóbulos brancos. Essas estruturas seriam introduzidas na corrente sanguínea para rastrear determinados tipos de células (como as do câncer) ou organismos estranhos na corrente sanguínea da pessoa e destruí-los antes de desenvolverem uma complicação no organismo da pessoa, atuando como uma guarda municipal. Atualizações da programação poderiam ser feitas através da internet, fazendo com que os glóbulos brancos artificiais reconhecessem outras estruturas danosas para o ser humano. Há também o exemplo do carro biônico, um carro que não necessita de motorista. Através de minúsculos sensores e algoritmos complexos, o carro consegue com sucesso desviar de obstáculos, mais especificamente cones. O experimento foi apresentado na CEBit de 2008 realizada em Hannover, Alemanha (um dos maiores eventos na área), o que mostra que as áreas de Nanotecnologia e Inteligência Artificial vêm demonstrando interessantes resultados há algum tempo. Apesar de distintas, nota-se uma clara relação entre ambas as áreas, devido ao complemento exigido pelas aplicações às quais as tecnologias citadas são destinadas.

12 7. CONCLUSÃO Mesmo completamente desacreditada no início e até sendo considerada ficção científica, a Nanotecnologia mostrou que realmente tinha muito a oferecer não somente para si própria, mas para quase todas as áreas do conhecimento humano. São inúmeras as aplicabilidades que a Nanotecnologia oferece para áreas como Química, Biologia, Física, Engenharias e Computação. Também é importante salientar a diferença entre Inteligência Artificial e Nanotecnologia. A Inteligência Artificial é uma área de conhecimento computacional aplicada e utilizada na Nanociência e Nanotecnologia, sendo áreas com objetos de estudo completamente diferentes. Muito ainda deve ser estudado na Nanotecnologia a respeito dos impactos ou possíveis impactos que a modificação atômica de materiais pode causar no ser humano e meio ambiente, porém, fica bem claro que esta é uma área rentável e com um crescimento muito grande adiante. Sendo uma tecnologia muito nova e fechada, cujo ritmo da evolução se dará em relação ao surgimento de novas ferramentas que a auxiliem, fica difícil antever os limites que esta ciência ou supra-ciência pode alcançar. De qualquer forma, é um marco tecnologico na história da humanidade e com certeza, uma fonte inigualável de conhecimento, estudo e oportunidades.

13 8. BIBLIOGRAFIA BASTOS, Ricardo Martins de Paiva. Nanotecnologia: uma revolução no desenvolvimento de novos produtos. TCC. Juiz de fora, MG: UFJF, LEVY, F., Introdução a Nanotecnologia Molecular, Academie Interdisciplinaire des Sciences de Paris (AISP), Paris, INOVAÇÃO TECNOLÓGICA, < Acesso em: 12 Abril de Euroresidentes. O que é a nanotecnologia? Por qué é preciso um uso responsável? Disponivel em: < ntroducao_nanotecnologia.htm>. Acesso em: 12 Abril PERCÍLIA, Eliene. Nanotecnologia < Acesso em: 12 Abril REBOUÇAS, Fernando. Nanotecnologia < Acesso em: 12 Abril 2011.

14 SILVA, Cylon Gonçalves da. O que é nanotecnologia? < Acessado em: 12 Abril Agência FAPESP. Ser ou não ser nano. < Acesso em: 12 Abril Videolog. Carro Robô com Inteligência Artificial e Nanotecnologia na CeBIT < Acesso em: 12 Abril INÁCIO, Juarez. O que é Nanotecnologia? < Acesso em: 12 Abril ARAÚJO, Samir. Introdução à Inteligência Artificial Genérica. < Acesso em: 12 Abril GUGELMIN,Felipe. Por que em 2015 os processadores gráficos vão melhorar absurdamente? < Acesso em: 12 Abril 2011.

15 HECKE, Caroline. Intel: chips de 14 nanômetros devem chegar em < Acesso em: 12 Abril KARASINSKI, Eduardo. Conheça a tecnologia que torna os objetos invisíveis < Acesso em: 12 Abril SAMPAIO, Luciano De, Living Kitchen - uma cozinha baseada inteiramente em nanotecnologia < Acesso em: 12 Abril Nanotecnologia: o que é isso? < Acesso em: 12 Abril Água do Mar dessalinizada por nanotecnologia - H2ocean ou Aquamare < Acesso em: 12 Abril 2011.