Origine e definizione

Stando a quanto afferma Wikipedia: “La nanotecnologia è un ramo della scienza applicata e della tecnologia che si occupa del controllo della materia su scala dimensionale inferiore al nanometro (ovvero un miliardesimo di metro), e della progettazione e realizzazione di materiali, oggetti o dispositivi di tale scala.”

La nanotecnologia opera mediante dispositivi di dimensioni atomiche o molecolari, alla manipolazione della materia, coinvolgendo discipline come la chimica, la biochimica e la genetica molecolare. Le nanomacchine possono muoversi in direzioni precise mediante precisi stimoli fisici o chimici.

Il primo utilizzo dei termini distintivi di nanotecnologia è stato in There’s Plenty of Room at the Bottom, durante una conferenza tenuta dal fisico Richard Feynman nel 1959.

Nel 1985, il chimico americano Richard E. Smalley scoprì che, in particolari situazioni, gli atomi di carbonio formano delle strutture ordinate di forma sferica o allungata (i nanotubi). Il primo nanotubo fu realizzato nel 1991 dal ricercatore giapponese Sumio Iijima e mostrò proprietà elettriche (necessarie per la locomozione) e una resistenza alla trazione pari a cento volte in più rispetto all’acciaio.

Nel 1986, il ricercatore del Massachusetts Institute of Technology Kim Eric Drexler, coniò il termine “nanomacchina” nell’opera Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology; nel quarto capitolo, citando l’autoreplicazione cellulare, Drexler associa la creazione di copie cellulari alla replicazione dei nanorobot, i quali, aumentando di numero, non solo ridurrebbero i propri costi di realizzazione, ma potrebbero costruire (o ricostruire) oggetti specifici e complessi all’interno del corpo che li ospita. I materiali utilizzati per la costruzione sarebbero gli atomi.

Nel 2005, in Israele, è stato realizzato un nanorobot capace di muoversi più velocemente dei batteri e in distanze relativamente lunghe. Scopo del progetto era la realizzazione di nanomacchine di dimensioni tali da poter risentire della meccanica quantistica.

Nel 2011, Ben Feringa ideò una nanomacchina a quattro ruote, in grado di muoversi in una sola direzione, l’invenzione fu menzionata sulla rivista Nature.

La realizzazione di nanomacchine non ha il solo scopo di unire discipline scientifiche i cui ambiti appaiono distanti, ma di poter realizzare l’impensabile: basti citare le infinite capacità che i nanorobot potrebbero avere in ambito medico, come la guarigione (o la ricostruzione) di organi compromessi da gravi ferite o malattie degenerative, il monitoraggio dei tessuti organici, la somministrazione di farmaci e l’eventuale rigenerazione di parti mancanti in un organismo.

Nano robot 3D render. Medical concept future.

Letteratura

L’universo della fantascienza è costellato da speculazioni sulle nanomacchine.

Nel 1881 lo scrittore russo Nikolaj Leskov scrisse Levsha, un’opera in cui si citano gli omonimi artigiani russi in grado di scrivere un testo che poteva essere visto solo attraverso un microscopio che ingrandisce 5.000.000 volte. Tali dispositivi sono tuttora utilizzati in nanotecnologia.

Nel 1956, il racconto I prossimi inquilini (The Next Tenants) di Arthur C. Clarke descrive delle macchine che operano su scala micrometrica (milionesimi di metro). Nonostante queste macchine non siano tecnicamente nanometriche (miliardesimi di metro), sono comunque il primo esempio immaginario di concetti adesso associati alle nanotecnologie.

Il racconto di Robert Silverberg del 1969, “Com’era quando il passato volò via” (How It Was when the Past Went Away) descrive la nanotecnologia usata per la costruzione di altoparlanti stereo, con un migliaio di altoparlanti per pollice.

Il romanzo di Michael Crichton Prey (2002), è stato uno dei primi libri il cui tema gira principalmente attorno alla nanotecnologia per raggiungere un pubblico tradizionale; è una storia di avvertimento per quanto concerne i possibili rischi di uno sviluppo nanotecnologico. In Prey, uno sciame di molecole di dimensioni nanorobotiche sviluppa l’intelligenza diventando una minaccia su larga scala.

Il romanzo di Robert Ludlum Lazarus Vendetta (2004) cita la nanotecnologia in virtù delle sue capacità di curare malattie mortali come il cancro.

Nell’universo di Star Trek, da Star Trek: The Next Generation in poi, la tecnologia delle nanomacchine autoreplicanti (dette “naniti”) è utilizzata in modo estensivo per numerose applicazioni, a partire dalla medicina.  Alcuni degli episodi della serie televisiva sono incentrati sui naniti, che in un caso, in seguito a un esperimento didattico di Wesley Crusher andato fuori controllo, diventano una nuova forma di vita senziente. I Borg, nemici della Federazione, a loro volta usano nanomacchine, dette nanosonde, per assimilare forzatamente gli individui catturati nel proprio Collettivo.

La nanotecnologia appare diverse volte nelle serie televisive Stargate SG-1 e Stargate Atlantis, sotto forma rispettivamente di replicanti e Asuriani. In Stargate Atlantis un nanovirus terrorizza con visioni le sue vittime prima di ucciderle.

Il sequel della serie televisiva Supercar, Knight Rider, si cita la nanotecnologia nelle “Tremila industrie del Cavaliere” (KITT, Knight Industries Three Thousand), permettendo così di cambiare il colore e forma, oltre a fornire funzioni come l’autoriparazione.

Nel 2008 il film Ultimatum alla Terra, il robot alieno “GORT” disintegra uno sciame di nanorobot auto-replicanti a forma d’insetto che ricoprono la Terra distruggendo ogni forma di vita.

Nel 2009 il fil G.I. Joe – La nascita dei Cobra, la trama principale è quella di salvare il mondo da una testata contenente nanorobot chiamati “nanomiti” che se fatta esplodere sulla città avrebbe potuta divorarla in un paio d’ore. I nanomiti appaiono anche nella trama reintegrata di Devil’s Due GI Joe.

Nel 2018, il film Avengers: Infinity War si vede la nuova armatura di Iron Man, realizzata con un materiale intelligente polimorfo denominato “Utility Fog” che consiste in una moltitudine di nanorobot disposti in un agglomerato informe.

Nella light novel fantascientifica (in seguito adattata in manga e serie animata) Trinity Blood di Sunao Yoshida si cita una nanomacchina aliena trovata su Marte, presente nel corpo del protagonista. Queste nanomacchine sono conosciute come Crusnik e si nutrono di cellule di vampiri.

Nel manga cyberpunk Battle Angel Alita di Yukito Kishiro, la nanotecnologia è un elemento essenziale e si illustra come robot di dimensioni molecolari, se iniettati in quantitativo sufficiente all’interno di un organismo, ne prendano dimora e possano rigenerare arti mutilati.

Applicazioni pratiche

Fino a pochi decenni fa sembrava impossibile, eppure la nanotecnologia consente di creare e modificare qualsiasi tipo di materiale: non esistono solo nanorobot per scopi medici, ma sono stati concepiti chip RFID (Radio-frequency identification, etichette a radio frequenza) in grado di tracciare lo spostamento di qualsiasi tipo di materia, organica o inorganica.

La nanotecnologia è diventata così importante da assumere il ruolo di piattaforma strategica per il controllo globale di settore.

Si citano alcune tra le principali applicazioni

  • commerciali: materiali che integrano particelle capaci di potenziarne le caratteristiche (tessuti impermeabili ad acqua e macchie, parabrezza in grado di filtrare i raggi solari, racchette da tennis super resistenti).
  • elettroniche e informatiche: dispositivi miniaturizzati dotati di capacità di calcolo superiori (transistor e circuiti costituiti da molecole organiche).
  • medicina: nanorobot, in grado di spostarsi attraverso i vasi sanguigni per curare lesioni o tumori.
  • ambientali:
    • per rendere più efficienti sistemi di depurazione delle acque;
    • rilevare contaminazioni chimiche e biologiche per l’ambiente;
    • sviluppare processi di produzione più rispettosi dell’ambiente (utilizzo per l’energia solare tramite cellule fotovoltaiche).