JORGE RODRIGUES SIMAO

As novas formas da matéria (II) - Academia.edu - 27.08.2021 Versions: Portuguese, English and Chinese

“Incurable diseases will eventually force mankind to justify disruptive nanotech and genetic engineering.”

Betelgeuse Incident: Insiden Bait Al-Jauza

Toba Beta

Quase duas décadas após a revolução tecnológica moderna, é difícil mantermo-nos a par das muitas áreas onde os nanomateriais estão a influenciar o comércio. Os nanotratamentos que alteram o comportamento da superfície tornam muitos objectos do quotidiano, repelentes à água, anti-reflexo, filtragem ultravioleta, anti-embaciante e antimicrobiana. Tacos de golfe, óculos de sol, toldos, suplementos alimentares, electrodomésticos e brinquedos para crianças podem conter nanomateriais. Os tecidos revestidos com nanopartículas podem ser resistentes a manchas de vinho e molhos. Nanopartículas de prata inseridas nas axilas das camisas tornam as pessoas com menor mau cheiro, matando as bactérias responsáveis pelos maus odores. As embalagens de alimentos contendo nano-prata podem resistir aos micróbios nocivos e prolongar a vida dos produtos.

As nanoestruturas incorporadas nas embalagens podem também preservar melhor características desejáveis, tais como a carbonatação em bebidas carbonatadas. Os frigoríficos e congeladores tratados com nanotecnologias são mantidos mais limpos. As nanopartículas nos cosméticos desempenham funções que vão desde o aumento da penetração dos produtos na pele até ao aumento da uniformidade da aplicação da loção. As ferramentas de corte podem ser muito mais duradouras se a lâmina incorporar materiais nanométricos. A nanotecnologia provou o seu valor na área das tecnologias da informação ao nível da interface do utilizador. Ecrãs de smartphones que utilizam polímeros nanoestruturados produzem imagens mais nítidas com menos reflexos. Os ecrãs dobráveis são a promessa de dispositivos móveis que poderemos colocar no bolso de trás das nossas calças sem medo de os destruir quando nos sentarmos.

Estes desenvolvimentos são apenas os menores. Na verdade, a nanoescala promete tornar o processamento de informação digital mais rápido e isto tem um potencial ainda maior. Como a teorização de Feynman em 1959, as pequenas dimensões sugerem possibilidades incríveis de armazenamento e processamento de informação. Nos computadores actuais, estas funções são executadas por transístores feitos de materiais semicondutores, como o silício. Os transístores contêm normalmente dois terminais, entre os quais uma corrente pode ser ligada ou desligada aplicando uma tensão a um terceiro terminal conhecido como portal. Como o tamanho destes transístores diminuiu, as pequenas distâncias entre terminais significaram que a tecnologia não só é tremendamente cara, mas também está a atingir um ponto em que um estranho fenómeno chamado túnel quântico ocorre.

A infeliz consequência da construção de túneis quânticos é que os electrões podem passar acidentalmente entre o portal e o canal que separa os outros dois terminais, mesmo quando este espaço está isolado. Devido a esta e outras fugas de electrões, é gerado calor indesejado, a eficiência é reduzida e os 0's e 1's necessários para representar a informação digital não são garantidos. Uma solução possível para este problema é a substituição de transístores convencionais por transístores feitos de nanofios. Devido à estrutura e tamanho dos canais feitos de nanofios, a corrente que flui através deles pode ser controlada de forma fiável com um mínimo de fuga de electrões. Uma abordagem mais radical elimina completamente os transístores, utilizando em vez disso a natureza binária do spin dos átomos e electrões.

Os investigadores começam a compreender como inverter estas rotações quase instantaneamente. Uma terceira possibilidade agora explorada por cientistas holandeses utiliza as posições dos átomos para representar 0's e 1's. Estes investigadores encontraram uma forma de armazenar informação com uma densidade duas ou três ordens de magnitude superior ao que é possível com a tecnologia actual, movendo átomos individuais de cloro para posições diferentes numa placa de cobre. A capacidade computacional possível com o processamento de dados a esta escala é espantosa. Os processadores poderiam ser muito mais pequenos e muito mais eficientes em termos energéticos do que qualquer processador existente. Este aumento da capacidade computacional permitiria o desenvolvimento de características de fácil utilização hoje impossíveis, incluindo a capacidade de armazenar dados quase instantaneamente no caso de uma falha do sistema.

Desde a abertura da porta a métodos de processamento de dados extremamente eficientes e à conveniência trivial de um saco de compras feito de material resistente a manchas, a nanotecnologia está a provar ser uma tecnologia transformadora em muitas áreas da vida moderna. Rodeados pelo entusiasmo gerado pelo seu enorme potencial, deve-se fazer uma pausa por um momento para reflectir sobre o quão radical é uma fase da nanotecnologia. Esta nova tecnologia toma alguns dos parâmetros fundamentais do mundo material em que os seres humanos evoluíram e recalibra-os. As formas ordinárias de matéria oferecidas pela Terra podem agora ser consideravelmente reestruturadas. Graças à redução do tamanho à escala nanométrica, os nanomateriais fabricados podem fornecer novos componentes elementares com novas características que a natureza, na sua maioria, tinha mantido ocultas.

Os véus que ocultavam o comportamento útil são levantados. Estas novas formas de velhos tipos de matéria podem servir-nos de formas que as encarnações anteriores do Homo faber não poderiam sequer ter imaginado. Ao entrar no domínio da nanoescala, a humanidade está a desvendar um mundo que até então a história tinha protegido do seu olhar, quase completamente desconhecido e nunca utilizado pelas gerações anteriores. A nanotecnologia promete um nível de intervenção na natureza que é mais profundo do que tudo o que a precedeu, e desta forma a tecnologia recalibra subtilmente a relação entre os seres humanos e os componentes físicos do mundo. Não somos obrigados a estar satisfeitos com as propriedades e formas existentes dos materiais que encontramos, nem com as estruturas habituais dos elementos que identificámos. A nanotecnologia permite-nos descobrir novas propriedades através de pequenas alterações na disposição dos átomos e moléculas.

Os limites das formas de matéria conhecidas são quebrados. A nanotecnologia torna efectivamente disponível para toda uma nova dimensão do mundo material. Muitos ambientalistas misturaram decididamente sentimentos sobre a ideia de manipular a matéria ao nível dos átomos e das moléculas. Alguns pensam que é um passo demasiado longe. Parece haver uma razão para que as propriedades invulgares reveladas na nanoescala tenham permanecido na sua maioria escondidas da vista. A forte reactividade que veio à luz é desconhecida e alarmante. O facto de estas propriedades extraordinárias não estarem normalmente à nossa disposição diz algo importante. Para alguns pode parecer que investigar o mundo nanoscópico é como provocar uma cobra adormecida que seria melhor deixar em paz.

Embora esta hesitação seja compreensível, aqueles que estão conscientes dos problemas ecológicos e estão cépticos em relação à nanotecnologia devem admitir que esta pode dar enormes contribuições para a sustentabilidade ambiental. No sector da energia, as nanoestruturas concebidas pelas suas propriedades termoeléctricas podem captar calor residual de qualquer fonte e convertê-lo de novo em electricidade. Alguns desenvolvimentos em nanotecnologia já estão a contribuir para tecnologias solares mais eficientes que podem alimentar baterias recarregáveis mais potentes e mais rápidas. A nanotecnologia está a criar a possibilidade de painéis fotovoltaicos flexíveis e até pintáveis que poderiam cobrir qualquer coisa exposta ao sol como carros, portas de garagem e mobiliário de jardim.

Utilizados como catalisadores, os nanomateriais podem tornar a combustão mais eficiente e ajudar a decompor os materiais vegetais lenhosos em biocombustíveis. As propriedades ópticas especiais permitem a utilização de nanopartículas como indicadores de poluentes ambientais. As nanotecnologias que aumentam a reactividade podem ajudar a extrair estes poluentes do lixo ou da água e a limpar os locais saturados com poluentes difíceis de remover. Está a ser desenvolvido um tipo de nanoestrutura de ouro que pode extrair dióxido de carbono da atmosfera utilizando apenas energia solar. As folhas de grafeno actuando como filtros poderiam separar o hidrogénio do ar da mesma forma que uma rede separa o salmão da água do oceano; o hidrogénio poderia então ser queimado como combustível limpo, deixando a água como o único subproduto. Outro ambiente para o qual a nanotecnologia poderia revelar-se útil é o corpo humano.

Tal como promete grandes benefícios para o ambiente, a nanotecnologia também está a começar a ter uma gama formidável de aplicações nos cuidados de saúde. As propriedades quânticas exibidas por certos nanocristais oferecem enormes vantagens para a imagem, tais como uma fluorescência mais duradoura de materiais injectados com um espectro de luz mais amplo do que qualquer outro anteriormente disponível. Quando inseridos no corpo, estes chamados pontos quânticos tendem a interferir menos com o comportamento de qualquer material celular que esteja a ser examinado. Estão a ser concebidos nanosensores que podem detectar alterações moleculares nas células, tornando possível detectar tumores malignos muito mais cedo do que as tecnologias actuais permitem. Foi também demonstrado que certos nanomateriais são capazes de estimular o crescimento de nervos ópticos e espinais, oferecendo assim a possibilidade de uma melhor recuperação de lesões incapacitantes.

As nanoestruturas desempenham um papel nos implantes ósseos e dentários, fornecendo superfícies mais adequadas para uma melhor integração dos materiais protéticos com o maxilar do paciente. É possível direccionar partículas lipídicas de tamanho nanométrico, ligadas a drogas tóxicas para tumores, que depois, estimuladas por um ligeiro calor, libertam a droga no local desejado sem danificar as células vizinhas. A comunidade médica rotulou estes "nanogrâmicos térmicos" em desenvolvimento como "o Santo Graal da nanomedicina". A lista de desejos que parece ser oferecida à escala nanométrica é um enorme estímulo para a criatividade dos engenheiros e inventores. Quer entregar carga no espaço de forma económica? Que tal um elevador espacial? Este seria um dispositivo que utiliza um cabo muito longo do solo até uma plataforma em órbita para mover rapidamente uma carga da superfície da Terra para escapar à gravidade. Está preocupado em criar um cabo que seja suficientemente forte mas leve para ir tão longe? Não há problema pois pode ser feito a partir de nanotubos de carbono ligados. A nanotecnologia torna possíveis cenários impossíveis como este.

O elevador espacial é apenas uma das possibilidades mais futuristas de um enorme iceberg nanotecnológico. Depois de ter somado tudo o que os seus proponentes prometem e examinado todo o pacote com calma e ponderação, poderá começar a perguntar-se se a nanotecnologia não parece um pouco boa demais para ser verdade. As possibilidades são sem dúvida muito excitantes, mas como é frequentemente o caso de uma poderosa tecnologia emergente que os seus apaixonados proponentes prometem transformar as nossas vidas e torná-las infinitamente melhores, a poderosa arma nanotecnológica do Homo faber poderia ser uma espada de dois gumes. Há boas razões para hesitar na ideia de novas formas altamente reactivas de matéria serem deliberadamente introduzidas em muitas áreas da vida quotidiana, incluindo alimentação, vestuário e o nosso próprio corpo.

A nanotecnologia tem potencial económico precisamente porque as propriedades em exposição são novas. Isto significa que, durante a maior parte do tempo, a nossa espécie não evoluiu ao lado destes materiais e não temos ideia das consequências a longo prazo, quer para nós quer para o ambiente. Embora nem todos concordem que os nanomateriais são 'não naturais' afinal, pequenas quantidades de nano substâncias sempre foram escondidas em todo o mundo natural. Os seres humanos não estão habituados a encontrá-los frequente e intimamente na vida quotidiana. Numa campanha que apresenta algumas semelhanças com o debate sobre os organismos geneticamente modificados, algumas organizações de defesa do consumidor argumentam que a incerteza sobre os efeitos destas novas estruturas na saúde das pessoas e no ambiente é tal que os rótulos nos produtos comerciais devem indicar claramente a presença de nanomateriais.

Hoje, a maioria dos países não o exigem. Em resposta a esta falta de informação, vários inventários on-line esforçam-se por acompanhar o fluxo constante de novos nanoprodutos que entram no mercado. Uma das mais completas destas listas foi compilada pelo Projecto sobre Nanotecnologias Emergentes (Pen) nos Estados Unidos. Dado que o desenvolvimento de produtos de consumo contendo nanomateriais tem tido lugar tão rapidamente, a lista Pen não pretende ser completa. No entanto, consiste actualmente em quase dois mil produtos compráveis que se acredita conterem alguma forma de nanomaterial.

Os autores da lista confiaram nos fabricantes para detectar a presença de um nanomaterial. Por vezes, a declaração do fabricante é apresentada na embalagem do produto como um benefício para o comprador. Outras vezes, talvez antecipando uma possível reacção pública negativa, a presença de nanomateriais está mais ou menos escondida. Diferentes países demonstraram sensibilidades diferentes em relação à publicidade relativa aos nanomateriais. Banana Boat, por exemplo, preocupado com os receios dos consumidores em relação ao seu protector solar, emitiu a declaração na Austrália em 2012 de que "Nenhum protector solar Banana Boat fabricado e vendido na Austrália contém nanopartículas (partículas inferiores a 100 nanómetros)". A página web da empresa nos Estados Unidos, no entanto, é omissa quanto a esta questão. Em muitos casos, os compiladores da base de dados Pen admitem que não é possível corroborar de forma independente as reivindicações de um fabricante.

A base de dados Pen contém informações sobre possíveis vias de exposição a nanomateriais para um utilizador de produtos. Os três principais são o contacto, inalação e ingestão, uma vez que vários nanoprodutos são concebidos para serem seguros na mão, inalados ou consumidos. Um estudo recente revelou que as nanopartículas de prata inaladas nos pulmões podem entrar na corrente sanguínea e acumular-se em vários locais vulneráveis com algumas consequências incertas sobre o sistema vascular. Respondendo às preocupações dos consumidores, as leis europeias exigem que todos os cosméticos, alimentos e suplementos alimentares vendidos na União Europeia que contenham nanoprodutos sejam rotulados como tal. Nos Estados Unidos, não existe tal requisito pois na sua maioria, os nanomateriais estão sujeitos aos mesmos regimes regulamentares que os materiais macroscópicos de onde provêm.

 O sistema regulador dos Estados Unidos tem até agora assumido que uma estrutura atómica pode-se lidar com ela à escala nanométrica ou a dimensões maiores. Esta lógica ignora o facto de que o que torna os nanomateriais interessantes são precisamente as diferenças de propriedades que emergem à escala nanométrica. Os novos requisitos de informação sobre nanomateriais estabelecidos pela Agência Federal de Protecção Ambiental dos Estados Unidos (EPA), em Janeiro de 2017, exigiam inicialmente que os fabricantes e processadores de nanomateriais, mas não as empresas que vendem nanoprodutos aos consumidores finais fornecessem alguma informação essencial sobre o que produzem e processam. O objectivo declarado da regra é ajudar a EPA a avaliar se é necessária uma maior regulamentação dos nanomateriais e a criar um censo de tudo o que está actualmente a ser produzido.

Numa posição reconfortante a favor de interesses comerciais, a regra final sublinha que nenhum dos requisitos se baseia no pressuposto de que "a classe dos nanomateriais ou utilizações específicas destes causam necessariamente ou provavelmente danos às pessoas ou ao ambiente". Oferecendo mais garantias, a regra declara que o novo requisito seria uma medida de rastreio útil, mas "não aborda os riscos ambientais para a saúde ou segurança". Para ser justo, a novidade da tecnologia e a falta de investigação conclusiva a longo prazo conduzida até à data significa que em muitos casos as consequências sanitárias e ambientais dos nanomateriais permanecem incertas. Este é um território complexo, e no debate sobre como regular os nanomateriais encontra-se um dilema que surge com muitas das tecnologias do Plastoceno que é a distinção entre natural e artificial pode ainda ser um guia fiável no alvorecer da era sintética?

Tradicionalmente, tem havido uma tendência para associar o natural ao que é normal, ecológico e seguro. Sintético ou artificial, por outro lado, tem sido associado ao que não é natural, adaptado a usos humanos e (muitas vezes) potencialmente suspeito. Sempre foi considerado legítimo investigar a segurança dos produtos sintéticos. Esta generalização grosseira nunca foi fiável. Muitas substâncias encontradas na natureza (tais como arsénico e veneno de cobra) são mortíferas, enquanto muitos produtos artificiais (tais como insulina sintética ou unidades de cuidados intensivos neonatais) podem literalmente salvar vidas. No entanto, como regra geral essencial, esta generalização manteve a sua popularidade porque parece assentar num pressuposto cultural profundamente enraizado de que o que é natural tem algo de profundamente tranquilizador, como atestam os rótulos dos produtos que enchem as prateleiras das lojas de produtos alimentares saudáveis.

Estes pressupostos foram reforçados juntamente com o movimento ambiental moderno. Os nanomateriais podem realmente causar estragos nestas regras tradicionais, uma vez que em muitos casos são derivados de substâncias comuns que são em grande parte consideradas perfeitamente seguras. Todos os outros estão regulamentados nos Estados Unidos pela Lei de Controlo de Substâncias Tóxicas de 1976. De acordo com a Associação das Indústrias de Nanotecnologia, 85 por cento do peso de todos os nanomateriais produzidos actualmente provém do carbono ou do silício, dois elementos cuja toxicidade não faz soar nenhum alarme. Mas isto não é, de forma alguma, uma garantia. Se o mundo da nanoescala não gerasse novas propriedades espantosas, não seria de grande interesse para investigadores e empresários, e é pouco provável que os nossos corpos se adaptassem a estas propriedades espantosas se elas tiverem sido extremamente raras ao longo da história humana.

Os interesses comerciais não podem ter o seu bolo e comê-lo também. Se uma determinada forma de um material mostrar um comportamento radicalmente diferente da norma, provavelmente deveria ser examinado um pouco mais de perto. A história está cheia de promessas tecnológicas que se revelaram muito úteis para uma minoria e para prestar pouca atenção ao público insuspeito a quem foram impostas. Estes exemplos a evitar merecem ser tidos em conta durante esta primeira fase da revolução nanotecnológica. Novas formas de matéria que são manchadas na pele, entram nos pulmões e passam através do cólon apresentam riscos. Seria insensato não estudar estes riscos antes de aceitar estes materiais em tantas áreas das nossas vidas.

Os nanomateriais não são a única encarnação de um dilema recorrente nesta nova era sintética. Obviamente, há enormes benefícios para a saúde e o ambiente a serem obtidos com uma tecnologia que pode tão radicalmente remodelar o nosso mundo. Igualmente óbvio, este nível de manipulação do nosso ambiente é tal que se aconselha cautela. Para além destas preocupações práticas de saúde e segurança, uma questão mais filosófica não deve escapar à atenção. Com o advento da nanotecnologia, algo está a mudar na nossa relação com o mundo em que vivemos. A nanotecnologia permite que a nossa espécie se insira na própria natureza da matéria como nunca antes, tentando uma reestruturação sem precedentes dos materiais oferecidos pela natureza.

A nanotecnologia é nova não só empiricamente, pois produz formas de matéria largamente desconhecidas para a ciência, mas também conceptualmente, pois leva-nos mais longe no caminho da remodelação do mundo do que a nossa espécie alguma vez se aventurou antes. Em jogo estão não só questões de riscos e benefícios, mas também questões profundas de significado e valor. Embarcar num futuro nanotecnológico exige perguntar até onde a humanidade deve ir na investigação da ordem natural. Esta tecnologia precisa de ser cuidadosamente examinada não só por investigadores científicos e avaliadores de risco, mas também por filósofos, futurologistas, pessoas muito para além dos seus anos, e guardiões do conhecimento tradicional em todo o mundo. Estas não são decisões meramente comerciais. São decisões importantes sobre quem queremos ser. É por isso que a justiça exige que sejam tão plenamente democráticas quanto possível. Isto tem a aparência de ser uma das exigências mais fundamentais da era sintética.

Jorge Rodrigues Simao, 26.08.2021in “Academia.edu”

ENGLISH

The new forms of matter (II)

"Incurable diseases will eventually force mankind to justify disruptive nanotech and genetic engineering."

Betelgeuse Incident: Insiden Bait Al-Jauza

Toba Beta

Nearly two decades into the modern technological revolution, it's hard to keep up with the many areas where nanomaterials are influencing commerce. Nano treatments that alter surface behavior make many everyday objects water repellent, anti-reflective, ultraviolet filtering, anti-fogging, and antimicrobial. Golf clubs, sunglasses, awnings, food supplements, household appliances, and children's toys may contain nanomaterials. Fabrics coated with nanoparticles can be resistant to wine and sauce stains. Silver nanoparticles inserted into the armpits of shirts make people smell less bad by killing the bacteria responsible for bad odors. Food packaging containing nano-silver can resist harmful microbes and extend the life of products.

Nanostructures incorporated into packaging can also better preserve desirable characteristics, such as carbonation in carbonated beverages. Refrigerators and freezers treated with nanotechnology are kept cleaner. Nanoparticles in cosmetics perform functions ranging from increasing the penetration of products into the skin to increasing the uniformity of lotion application. Cutting tools can be much more durable if the blade incorporates nanometer materials. Nanotechnology has proven its worth in the area of information technology at the user interface level. Smartphone screens using nanostructured polymers produce sharper images with less reflection. Foldable screens are the promise of mobile devices that we can put in the back pocket of our pants without fear of destroying them when we sit down.

These developments are only the smallest. In fact, nanoscale promises to make digital information processing faster, and this has even greater potential. Like Feynman's theorizing in 1959, the small dimensions suggest incredible possibilities for information storage and processing. In today's computers, these functions are performed by transistors made of semiconductor materials such as silicon. Transistors typically contain two terminals, between which a current can be turned on or off by applying a voltage to a third terminal known as a gate. As the size of these transistors has decreased, the small distances between terminals has meant that the technology is not only tremendously expensive, but is also reaching a point where a strange phenomenon called quantum tunneling occurs.

The unfortunate consequence of quantum tunneling is that electrons can accidentally pass between the gate and the channel separating the other two terminals, even when this space is isolated. Due to this and other electron leakage, unwanted heat is generated, efficiency is reduced, and the 0's and 1's needed to represent digital information are not guaranteed. One possible solution to this problem is to replace conventional transistors with transistors made of nanowires. Due to the structure and size of the channels made of nanowires, the current flowing through them can be reliably controlled with minimal electron leakage. A more radical approach eliminates transistors altogether, using instead the binary spin nature of atoms and electrons.

Researchers are beginning to understand how to reverse these rotations almost instantaneously. A third possibility now being explored by Dutch scientists uses the positions of atoms to represent 0's and 1's. These researchers have found a way to store information at a density two or three orders of magnitude higher than is possible with current technology by moving individual chlorine atoms to different positions on a copper plate. The computational power possible with data processing at this scale is staggering. Processors could be much smaller and much more energy efficient than any existing processor. This increased computational capacity would allow the development of user-friendly features impossible today, including the ability to store data almost instantaneously in the event of a system failure.

From opening the door to extremely efficient data processing methods and the trivial convenience of a shopping bag made of stain-resistant material, nanotechnology is proving to be a transformative technology in many areas of modern life. Surrounded by the excitement generated by its enormous potential, one should pause for a moment to reflect on just how radical a phase nanotechnology is. This new technology takes some of the fundamental parameters of the material world in which humans have evolved and recalibrates them. The ordinary forms of matter offered by the Earth can now be considerably restructured. Thanks to size reduction to the nanometer scale, manufactured nanomaterials can provide new elemental components with new characteristics that nature had mostly kept hidden.

The veils that concealed useful behavior are lifted. These new forms of old types of matter can serve us in ways that previous incarnations of Homo faber could not have even imagined. By entering the realm of the nanoscale, humanity is unraveling a world that history had hitherto shielded from its gaze, almost completely unknown and never used by previous generations. Nanotechnology promises a level of intervention in nature that is more profound than anything that preceded it, and in this way the technology subtly recalibrates the relationship between humans and the physical components of the world. We are not required to be satisfied with the existing properties and shapes of the materials we encounter, nor with the usual structures of the elements have we identified. Nanotechnology allows us to discover new properties through small changes in the arrangement of atoms and molecules.

The limits of known forms of matter are broken. Nanotechnology effectively makes a whole new dimension of the material world available. Many environmentalists have decidedly mixed feelings about the idea of manipulating matter at the level of atoms and molecules. Some think it is a step too far. There seems to be a reason why the unusual properties revealed at the nanoscale have remained mostly hidden from view. The strong reactivity that has come to light is unknown and alarming. The fact that these extraordinary properties are not normally available to us says something important. To some it may seem that investigating the nanoscopic world is like teasing a sleeping snake that would be better left alone.

While this hesitation is understandable, those who are aware of ecological problems and are skeptical of nanotechnology must admit that it can make enormous contributions to environmental sustainability. In the energy sector, nanostructures designed for their thermoelectric properties can capture waste heat from any source and convert it back into electricity. Some developments in nanotechnology are already contributing to more efficient solar technologies that can power more powerful and faster rechargeable batteries. Nanotechnology is creating the possibility of flexible and even paintable photovoltaic panels that could cover anything exposed to the sun such as cars, garage doors and garden furniture.

Used as catalysts, nanomaterials can make combustion more efficient and help break down woody plant materials into biofuels. Special optical properties allow nanoparticles to be used as indicators of environmental pollutants. Nanotechnologies that increase reactivity can help extract these pollutants from waste or water and clean-up sites saturated with pollutants that are difficult to remove. A type of gold nanostructure is being developed that can extract carbon dioxide from the atmosphere using only solar energy. Graphene sheets acting as filters could separate hydrogen from air in the same way that a net separates salmon from ocean water; the hydrogen could then be burned as clean fuel, leaving water as the only byproduct. Another environment for which nanotechnology could prove useful is the human body.

Just as it promises great benefits for the environment, nanotechnology is also beginning to have a formidable range of applications in health care. The quantum properties exhibited by certain nanocrystals offer enormous advantages for imaging, such as longer-lasting fluorescence from injected materials with a broader spectrum of light than any previously available. When inserted into the body, these so-called quantum dots tend to interfere less with the behavior of whatever cellular material is being examined. Nanosensors are being designed that can detect molecular changes in cells, making it possible to detect malignant tumors much earlier than current technologies allow. It has also been shown that certain nanomaterials are able to stimulate the growth of optic and spinal nerves, thus offering the possibility of improved recovery from disabling injuries.

Nanostructures play a role in bone and dental implants, providing more suitable surfaces for better integration of prosthetic materials with the patient's jawbone. Nano-sized lipid particles can be targeted, bound to toxic tumor drugs, which then, stimulated by mild heat, release the drug at the desired site without damaging neighboring cells. The medical community has labeled these developing "thermal nanogrids "as" the holy grail of nanomedicine." The wish list that seems to be offered at the nanoscale is a huge stimulus for the creativity of engineers and inventors. Want to deliver cargo into space economically? How about a space elevator? This would be a device that uses a very long cable from the ground to an orbiting platform to quickly move a payload from the Earth's surface to escape gravity. Are you worried about creating a cable that is strong enough but light enough to go that far? No problem as it can be made from bonded carbon nanotubes. Nanotechnology makes impossible scenarios like this possible.

The space elevator is just one of the more futuristic possibilities in a huge nanotechnology iceberg. After you have added up all that its proponents promise and examined the whole package calmly and thoughtfully, you may begin to wonder if nanotechnology doesn't seem a little too good to be true. The possibilities are no doubt very exciting, but as is often the case with a powerful emerging technology that its passionate proponents promise will transform our lives and make them infinitely better, Homo faber's mighty nanotech weapon could be a double-edged sword. There is good reason to hesitate at the idea of new, highly reactive forms of matter being deliberately introduced into many areas of everyday life, including food, clothing, and our very bodies.

Nanotechnology has economic potential precisely because the properties on display are new. This means that for most of the time our species has not evolved alongside these materials and we have no idea of the long-term consequences, either for ourselves or for the environment. Although not everyone agrees that nanomaterials are 'unnatural' after all, small amounts of nano substances have always been hidden throughout the natural world. Humans are not used to encountering them frequently and intimately in everyday life. In a campaign that bears some similarities to the debate about genetically modified organisms, some consumer protection organizations argue that the uncertainty about the effects of these new structures on people's health and the environment is such that labels on commercial products should clearly indicate the presence of nanomaterials.

Today, most countries do not require this. In response to this lack of information, several online inventories strive to keep up with the constant stream of new nanoproducts entering the market. One of the most comprehensive of these lists has been compiled by the Project on Emerging Nanotechnologies (Pen) in the United States. Because the development of consumer products containing nanomaterials has taken place so rapidly, the Pen list does not claim to be complete. However, it currently consists of nearly two thousand purchasable products believed to contain some form of nanomaterial.

The authors of the list relied on manufacturers to detect the presence of a nanomaterial. Sometimes the manufacturer's statement is presented on the product packaging as a benefit to the buyer. Other times, perhaps in anticipation of a possible negative public reaction, the presence of nanomaterials is more or less hidden. Different countries have shown different sensitivities to advertising regarding nanomaterials. Banana Boat, for example, concerned about consumer fears about its sunscreen, issued the statement in Australia in 2012 that "No Banana Boat sunscreen manufactured and sold in Australia contains nanoparticles (particles smaller than 100 nanometers)." The company's website in the United States, however, is silent on this issue. In many cases, the compilers of the Pen database admit that it is not possible to independently corroborate a manufacturer's claims.

The Pen database contains information on possible routes of exposure to nanomaterials for a product user. The top three are contact, inhalation and ingestion, as several nanoproducts are designed to be safe in the hand, inhaled or consumed. A recent study revealed that silver nanoparticles inhaled into the lungs can enter the bloodstream and accumulate at various vulnerable sites with some uncertain consequences on the vascular system. Responding to consumer concerns, European laws require that all cosmetics, foods and food supplements sold in the European Union that contain nanoproducts be labeled as such. In the United States, there is no such requirement because for the most part, nanomaterials are subject to the same regulatory regimes as the macroscopic materials from which they come.

 The United States regulatory system has so far assumed that an atomic structure can be handled at the nanoscale or larger dimensions. This logic ignores the fact that what makes nanomaterials interesting are precisely the differences in properties that emerge at the nanoscale. The new nanomaterials reporting requirements established by the US Federal Environmental Protection Agency (EPA) in January 2017 initially required nanomaterial manufacturers and processors, but not companies that sell nanoproducts to end consumers to provide some essential information about what they produce and process. The stated purpose of the rule is to help the EPA assess whether further regulation of nanomaterials is needed and to create a census of all that is currently being produced.

In a reassuring position in favor of commercial interests, the final rule stresses that none of the requirements are based on the assumption that "the class of nanomaterials or specific uses thereof necessarily or probably cause harm to people or the environment." Offering further reassurance, the rule states that the new requirement would be a useful screening measure, but "does not address environmental health or safety risks." To be fair, the novelty of the technology and the lack of conclusive long-term research conducted to date means that in many cases the health and environmental consequences of nanomaterials remain uncertain. This is complex territory, and in the debate over how to regulate nanomaterials lies a dilemma that arises with many of the Plastocene technologies which is can the distinction between natural and artificial still be a reliable guide at the dawn of the synthetic age?

Traditionally, there has been a tendency to associate natural with what is normal, environmentally friendly and safe. Synthetic or artificial, on the other hand, has been associated with what is unnatural, adapted to human uses, and (often) potentially suspect. It has always been considered legitimate to investigate the safety of synthetic products. This gross generalization has never been reliable. Many substances found in nature (such as arsenic and snake venom) are deadly, while many man-made products (such as synthetic insulin or neonatal intensive care units) can literally save lives. As an essential rule of thumb, however, this generalization has retained its popularity because it seems to rest on a deeply rooted cultural assumption that what is natural has something deeply reassuring about it, as evidenced by the labels of the products that fill the shelves of health food stores.

These assumptions have been reinforced along with the modern environmental movement. Nanomaterials can really wreak havoc on these traditional rules, since in many cases they are derived from common substances that are largely considered perfectly safe. All others are regulated in the United States by the Toxic Substances Control Act of 1976. According to the Nanotechnology Industries Association, 85 percent of the weight of all nanomaterials produced today comes from carbon or silicon, two elements whose toxicity rings no alarm bells. But this is by no means a guarantee. If the nanoscale world did not generate amazing new properties, it would not be of much interest to researchers and entrepreneurs, and our bodies are unlikely to adapt to these amazing properties if they have been extremely rare throughout human history.

Commercial interests can't have their cake and eat it too. If a particular form of a material shows behavior that is radically different from the norm, it should probably be examined a little more closely. History is full of technological promises that turned out to be very useful for a minority and to pay little attention to the unsuspecting public on whom they were imposed. These examples to avoid deserve to be kept in mind during this first phase of the nanotechnology revolution. New forms of matter that are smeared on the skin, enter the lungs, and pass through the colon present risks. It would be foolish not to study these risks before accepting these materials into so many areas of our lives.

Nanomaterials are not the only embodiment of a recurring dilemma in this new synthetic age. Obviously, there are enormous health and environmental benefits to be gained from a technology that can so radically reshape our world. Equally obvious, this level of manipulation of our environment is such that caution is advised. Beyond these practical health and safety concerns, a more philosophical issue should not escape attention. With the advent of nanotechnology, something is changing in our relationship to the world in which we live. Nanotechnology allows our species to insert itself into the very nature of matter as never before, attempting an unprecedented restructuring of the materials offered by nature.

Nanotechnology is new not only empirically, as it produces forms of matter largely unknown to science, but also conceptually, as it takes us further down the path of reshaping the world than our species has ever ventured before. At stake are not only questions of risks and benefits, but also profound questions of meaning and value. Embarking on a nanotechnology future requires asking how far humanity should go in investigating the natural order. This technology needs to be carefully examined not only by scientific researchers and risk assessors, but also by philosophers, futurologists, people well beyond their years, and guardians of traditional knowledge around the world. These are not merely commercial decisions. They are important decisions about who we want to be. That's why fairness demands that they be as fully democratic as possible. This has the appearance of being one of the most fundamental demands of the synthetic age.

Jorge Rodrigues Simao, 26.08.2021in "Academia.edu"

CHINESE

物质的新形式（二

"无法治愈的疾病最终将迫使人类证明颠覆性的纳米技术和基因工程的合理性。"

贝特宙斯事件：Insiden Bait Al-Jauza

Toba Beta

现代技术革命已经进行了近20年，我们很难跟上纳米材料影响商业的许多领域。改变表面行为的纳米处理使许多日常用品具有防水、防反射、过滤紫外线、防雾和防微生物的功能。高尔夫球杆、太阳镜、遮阳棚、食品补充剂、家用电器和儿童玩具可能含有纳米材料。涂有纳米颗粒的织物可以抵抗葡萄酒和酱汁的污渍。插入衬衫腋下的银纳米粒子通过杀死造成异味的细菌，使人们的气味减少。含有纳米银的食品包装可以抵抗有害的微生物并延长产品的寿命。

融入包装的纳米结构还可以更好地保持理想的特性，如碳酸饮料中的碳化作用。用纳米技术处理过的冰箱和冰柜可以保持清洁。纳米粒子在化妆品中的功能包括增加产品对皮肤的渗透，以及增加乳液应用的均匀性。如果刀片采用了纳米材料，切割工具可以更加耐用。纳米技术已经在用户界面层面上证明了其在信息技术方面的价值。使用纳米结构聚合物的智能手机屏幕能产生更清晰的图像，并减少眩光。可折叠屏幕为我们带来了移动设备的希望，我们可以把它们放在裤子的后口袋里，而不用担心坐下来时毁坏。

这些发展仅仅是最小的。事实上，纳米级有望使数字信息处理更快，这具有更大的潜力。就像费曼在1959年提出的理论一样，小尺寸为存储和处理信息提供了难以置信的可能性。在今天的计算机中，这些功能由硅等半导体材料制成的晶体管执行。晶体管通常包含两个终端，通过向称为栅极的第三个终端施加电压，可以在这两个终端之间开启或关闭电流。随着这些晶体管尺寸的减小，终端之间的小距离意味着该技术不仅非常昂贵，而且还达到了一个被称为量子隧道的奇怪现象的程度。

量子隧道的不幸后果是，电子可以意外地在栅极和分隔其他两个终端的通道之间通过，即使这个空间是隔离的。由于这种情况和其他电子泄漏，产生了不必要的热量，效率降低，而且不能保证代表数字信息所需的0和1。这个问题的一个可能的解决方案是用纳米线制成的晶体管取代传统的晶体管。由于纳米线制成的通道的结构和尺寸，流经它们的电流可以得到可靠的控制，而且电子泄漏最小。一种更激进的方法完全取消了晶体管，而是利用原子和电子的二元自旋性质。

研究人员开始了解如何几乎在瞬间逆转这些旋转。荷兰科学家目前正在探索的第三种可能性是用原子的位置来代表0和1。这些研究人员已经找到了一种方法，通过将单个氯原子移动到铜板上的不同位置来存储信息，其密度比现有技术可能的密度高两到三个数量级。这种规模的数据处理所可能带来的计算能力是惊人的。处理器可以比现有的任何处理器小得多，能效也高得多。这种增加的计算能力将允许开发今天不可能实现的用户友好功能，包括在系统发生故障时几乎即时存储数据的能力。

从为极其高效的数据处理方法打开大门，到防污材料制成的购物袋的琐碎便利，纳米技术被证明是现代生活中许多领域的变革性技术。在其巨大的潜力所带来的兴奋中，人们应该暂停一下，反思一下纳米技术是一个多么激进的阶段。这项新技术采用了人类在其中进化的物质世界的一些基本参数，并对其进行了重新校准。地球所提供的普通物质形式现在可以被大大地重组。由于尺寸缩小到纳米级，人造纳米材料可以提供新的基本成分，具有自然界大多隐藏的新特性。

掩盖有用行为的面纱被揭开。这些旧类型物质的新形式可以为我们服务，其方式是以前的智人化身甚至无法想象的。通过进入纳米领域，人类正在解开一个历史上被屏蔽的世界，前人几乎完全不知道，也从未使用过。纳米技术承诺对自然的干预程度比之前的任何东西都要深刻，该技术以这种方式巧妙地重新调整了人类与世界的物理组成部分之间的关系。我们不需要满足于我们遇到的材料的现有属性和形状，也不需要满足于我们已经确定的元素的通常结构。纳米技术使我们能够通过原子和分子排列的微小变化发现新的特性。

已知物质形式的局限性被打破了。纳米技术有效地使物质世界有了一个全新的层面。许多环保主义者对在原子和分子水平上操纵物质的想法显然有不同的感受。有些人认为这一步太远了。在纳米尺度上所揭示的不寻常的特性似乎有一个原因，那就是大多数情况下仍被隐藏起来。已经曝光的强烈反应性是未知的，令人震惊。这些非同寻常的特性通常是我们无法获得的，这一事实说明了一些重要问题。对一些人来说，研究纳米世界似乎就像逗弄一条沉睡的蛇，最好不要去管。

虽然这种犹豫是可以理解的，但那些意识到生态问题并对纳米技术持怀疑态度的人必须承认，它可以为环境的可持续发展做出巨大贡献。在能源领域，为其热电特性而设计的纳米结构可以捕获来自任何来源的废热，并将其重新转化为电能。纳米技术的一些发展已经促进了更有效的太阳能技术，可以为更强大和更快的可充电电池提供动力。纳米技术正在为柔性甚至可涂抹的光伏板创造可能性，它可以覆盖任何暴露在阳光下的东西，如汽车、车库门和花园家具。

作为催化剂，纳米材料可以使燃烧更有效，并有助于将木质植物材料分解成生物燃料。特殊的光学特性使纳米粒子可以被用作环境污染物的指标。增加反应性的纳米技术可以帮助从废物或水中提取这些污染物，并清理被难以清除的污染物所饱和的场地。正在开发一种黄金纳米结构，它可以只使用太阳能从大气中提取二氧化碳。作为过滤器的石墨烯片可以从空气中分离出氢气，就像一张网将鲑鱼从海水中分离出来一样；然后氢气可以作为清洁燃料燃烧，留下水作为唯一的副产品。纳米技术可能被证明对其有用的另一个环境是人的身体。

正如它对环境的巨大好处一样，纳米技术也开始在医疗卫生领域有了强大的应用范围。某些纳米晶体所表现出的量子特性为成像提供了巨大的优势，例如注入的材料发出的荧光比以前的任何光谱都要长。当插入体内时，这些所谓的量子点往往对被检查的任何细胞材料的行为干扰较小。正在设计的纳米传感器能够检测细胞中的分子变化，从而有可能比目前的技术更早地检测出恶性肿瘤。研究还表明，某些纳米材料能够刺激视神经和脊柱神经的生长，从而为改善致残性损伤的恢复提供了可能。

纳米结构在骨和牙科植入物中发挥作用，为修复材料与病人的颌骨更好地结合提供更合适的表面。纳米大小的脂质颗粒可以成为目标，与有毒的肿瘤药物结合，然后在温和的热量刺激下，在所需的部位释放药物，而不损害邻近的细胞。医学界已将这些正在开发的 "热纳米格栅 "称为 "纳米医学的圣杯"。在纳米尺度上的愿望清单似乎是对工程师和发明家的创造力的巨大刺激。想要经济地将货物送入太空？空间升降机怎么样？这将是一个使用非常长的电缆从地面到轨道平台的装置，以迅速将有效载荷从地球表面移出，摆脱重力。你是否担心创建一个足够强大但又足够轻的电缆来走那么远？没有问题，因为它可以由粘合的碳纳米管制成。纳米技术使这样的不可能情况成为可能。

空间升降机只是巨大的纳米技术冰山中更多未来的可能性之一。一旦你把它的支持者所承诺的一切加起来，并冷静地、深思熟虑地审视整个方案，你可能会开始怀疑纳米技术是否看起来有点好得不真实。这种可能性无疑是非常令人激动的，但正如其热情的支持者所承诺的那样，强大的新兴技术将改变我们的生活，使之无限美好，Homo faber的强大纳米技术武器可能是一把双刃剑。我们有充分的理由对新的、高活性的物质形式被故意引入日常生活的许多领域，包括食物、衣服和我们的身体中的想法感到犹豫。

纳米技术具有经济潜力，正是因为所展示的属性是新的。这意味着，在大部分时间里，我们的物种没有与这些材料一起进化，我们不知道长期的后果，无论是对我们自己还是对环境。虽然不是所有人都同意纳米材料毕竟是 "非自然的"，但少量的纳米物质一直隐藏在整个自然界中。人类不习惯在日常生活中频繁而亲密地与它们相遇。一些消费者保护组织认为，这些新结构对人们的健康和环境的影响具有不确定性，因此商业产品的标签应明确说明纳米材料的存在。

今天，大多数国家都没有这样的要求。为了应对这种信息的缺乏，一些在线库存努力跟上不断进入市场的新纳米产品的流动。这些名单中最全面的一个是由美国的新兴纳米技术项目（Pen）编制的。由于含有纳米材料的消费产品的发展如此之快，笔者不认为笔者的清单是完整的。然而，它目前包括近两千种据信含有某种形式的纳米材料的可购买产品。

名单的作者依靠制造商来检测一种纳米材料的存在。有时，制造商的声明会在产品包装上呈现，作为对购买者的一种好处。其他时候，也许是预计到公众可能的负面反应，纳米材料的存在或多或少被隐藏起来。不同国家对与纳米材料有关的广告表现出不同的敏感度。例如，香蕉船公司担心消费者对其防晒霜的担忧，于2012年在澳大利亚发表声明："在澳大利亚生产和销售的香蕉船防晒霜不含纳米颗粒（颗粒小于100纳米）"。然而，该公司的美国网站对这个问题保持沉默。在许多情况下，笔者数据库的编制者承认，不可能独立证实制造商的说法。

Pen数据库包含了产品用户接触纳米材料的可能途径的信息。排在前三位的是接触、吸入和摄取，因为有几种纳米产品被设计成可以安全地拿在手里、吸入或食用。最近的一项研究显示，吸入肺部的银纳米粒子可以进入血液，并在各种脆弱部位积累，对血管系统产生一些不确定的后果。为了回应消费者的关切，欧洲法律要求所有在欧盟销售的含有纳米产品的化妆品、食品和食品补充剂都要贴上这样的标签。在美国，没有这样的要求，因为在大多数情况下，纳米材料与它们所来自的宏观材料一样，受到相同的监管制度的约束。

 迄今为止，美国的监管体系一直认为可以在纳米级或更大的范围内处理原子结构。这种逻辑忽略了这样一个事实，即纳米材料之所以有趣，正是在纳米尺度上出现的属性差异。美国联邦环境保护局（EPA）在2017年1月制定的新的纳米材料报告要求，最初要求纳米材料制造商和加工商，但不包括向终端消费者销售纳米产品的公司，提供有关他们生产和加工的一些基本信息。该规则的既定目的是帮助环保局评估是否需要进一步监管纳米材料，并对目前正在生产的所有材料进行普查。

在有利于商业利益的令人放心的立场上，最终规则强调，任何要求都不是基于 "该类纳米材料或其具体用途必然或可能对人类或环境造成伤害 "的假设。为了提供进一步的保证，该规则指出，新要求将是一个有用的筛选措施，但 "不涉及环境健康或安全风险"。公平地说，该技术的新颖性和迄今所进行的长期研究的缺乏，意味着在许多情况下，纳米材料的健康和环境后果仍不确定。这是一个复杂的领域，在关于如何监管纳米材料的辩论中，存在着一个与许多塑化技术一样的困境，即在合成时代来临之际，自然和人工之间的区别是否仍然是一个可靠的指导？

传统上，人们倾向于将自然与正常的、生态的和安全的东西联系起来。另一方面，合成或人工，一直与非自然的、适应人类使用的、（通常）有潜在嫌疑的东西相联系。调查合成产品的安全性一直被认为是合法的。这种粗暴的概括从来都不可靠。在自然界中发现的许多物质（如砷和蛇毒）是致命的，而许多人造产品（如合成胰岛素或新生儿重症监护室）实际上可以拯救生命。然而，作为一个基本的经验法则，这种概括保持了它的流行，因为它似乎建立在一个根深蒂固的文化假设上，即天然的东西有一些让人深感放心的东西，这一点从充斥在健康食品商店货架上的产品标签中可以看出。

这些假设伴随着现代环境运动得到了加强。纳米材料确实可以对这些传统规则造成破坏，因为在许多情况下，它们来自于基本上被认为是完全安全的普通物质。在美国，所有其他物质都受到1976年《有毒物质控制法》的管制。据纳米技术产业协会称，今天生产的所有纳米材料中，85%的重量来自于碳或硅，这两种元素的毒性没有敲响警钟。但这绝不是一种保证。如果纳米世界不产生惊人的新特性，就不会引起研究人员和企业家的兴趣。如果在整个人类历史上，这些惊人的特性极为罕见，我们的身体就不可能适应这些特性。

商业利益集团不能既吃蛋糕又吃它。如果一种材料的特定形式显示出与常规完全不同的行为，可能应该对它进行更仔细的检查。历史上有很多技术承诺，结果是对少数人非常有用，而对强加给他们的毫无戒心的公众却很少关注。在纳米技术革命的第一阶段，这些需要避免的例子值得我们铭记。涂抹在皮肤上、进入肺部和通过结肠的新形式物质存在风险。在接受这些材料进入我们生活的这么多领域之前，不研究这些风险是愚蠢的。

纳米材料并不是这个新合成时代反复出现的困境的唯一体现。显然，从一项可能从根本上重塑我们世界的技术中可以获得巨大的健康和环境利益。同样明显的是，对我们环境的这种操纵程度，建议大家谨慎行事。除了这些实际的健康和安全问题，一个更加哲学的问题也不应该被忽视。随着纳米技术的出现，我们与我们生活的世界的关系正在发生变化。纳米技术使我们人类能够以前所未有的方式插入物质的本质，尝试对大自然提供的材料进行前所未有的重组。

纳米技术不仅在经验上是新的，因为它产生的物质形式在很大程度上是科学所不知道的，而且在概念上也是新的，因为它使我们在重塑世界的道路上走得比我们人类以前的冒险更远。这不仅关系到风险和利益的问题，也关系到意义和价值的深刻问题。踏上纳米技术的未来，需要询问人类在研究自然秩序方面应该走多远。这项技术不仅需要由科学研究人员和风险评估人员仔细检查，而且还需要由哲学家、未来学家、远远超过他们年龄的人以及世界各地的传统知识守护者仔细检查。这些不仅仅是商业决定。它们是关于我们想成为谁的重要决定。这就是为什么公平要求他们尽可能地充分民主。这看起来是合成时代的最基本要求之一。

Jorge Rodrigues Simao, 26.08.2021in "Academia.edu"