Nanorrobótica
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La nanorrobótica es el campo de las tecnologías emergentes que crea máquinas o robots cuyos componentes están o son
cercanos a escala nanométrica (10−9 metros)123. De una forma más específica, la nanorrobótica se refiere a la
ingeniería nanotecnológica del diseño y construcción de nanorrobots, teniendo estos dispositivos un tamaño de alrededor de 0,1 a
10 micrómetros y están construidos con componentes de nanoescala o moleculares45. También han sido usada las
denominaciones de nanobots, nanoides, nanites, nanomáquinas o nanomites para describir a estos dispositivos que
actualmente se encuentran en fase de investigación y desarrollo67.
En su mayoría las nanomáquinas se encuentran en fase de investigación y desarrollo8, pero ya se han probado algunas máquinas
moleculares y nanomotores primitivos. Un ejemplo de esto es un sensor que tiene un interruptor de aproximadamente 1,5
nanómetros de ancho, capaz de contar moléculas específicas en una muestra química. Las primeras aplicaciones útiles de las
nanomáquinas podrían darse en la tecnología médica9, donde estos dispositivos podrían usarse para identificar y destruir células
cancerígenas1011. Otra aplicación potencial es la detección de químicos tóxicos y la medición de sus concentraciones en el
ambiente. La Universidad Rice ha demostrado un auto de una sola molécula desarrollado mediante un proceso químico y que
incluye el uso de buckyballs como ruedas. Es conducido controlando la temperatura ambiente y posicionando la punta de
un microscopio de efecto túnel.
Otra definición dice que es un robot que permite interacciones precisas con objetos de tamaño nanométrico, o puede manipular con
resolución nanométrica. Tales dispositivos están más relacionados con la microscopía o con microscopio de sonda de barrido, en
vez describir a los nanorobots como una máquina molecular. Siguiendo con la definición de microscopía incluso con grandes
aparatos como un microscopio de fuerza atómica que pueden ser considerados como instrumentos nanorrobóticos cuando son
configurados para realizar nanomanipulaciones. Desde esta perspectiva, robots de macroescala o microrrobots que se pueden
mover con precisión nanométrica también puede ser considerado como nanorrobots.
Índice
•
•
1Teoría de la nanorrobótica
2Enfoques
o
o
o
o
o
o
•
•
•
2.1Biochip
2.2Nubots
2.3Nanoensamblaje posicional
2.4Basado en bacterias
2.5Tecnología Abierta
2.6Carrera nanorrobótica
3Aplicaciones potenciales
o 3.1Nanomedicina
4Referencias
5Enlaces externos
Teoría de la nanorrobótica[editar]
De acuerdo a Richard Feynman, fue su ex estudiante graduado y colaborador Albert Hibbs quien le sugirió originalmente cerca de
1959 la idea de un uso médico para las micromáquinas teóricas de Feynman (ver nanotecnología). Hibbs sugirió que cierto tipo de
máquinas de reparación algún día podrían ser minituriarizadas al punto de que en teoría podría ser como "tragarse al doctor", tal
como lo dijo Feynman. La idea fue incorporada en el ensayo de Feynman publicado en 1959 There's Plenty of Room at the
Bottom12 (en castellano: Hay mucho espacio al fondo).
Dado que los nanorrobots serían de tamaño microscópico, probablemente sería necesario que trabajaran juntos una cantidad muy
grande de dichos aparatos para poder llevar a cabo tareas microscópicas y macroscópicas. Estos enjambres de nanorrobots, tanto
aquellos incapaces de autorreplicarse (como en una niebla útil) como aquellos capaces de autorreplicarse sin restricciones en el
ambiente natural (como en una plaga gris o más recientemente en una nube de luciérnagas y adoptando formas humanas),
aparecen en muchas historias de ciencia ficción, tales como las nanosondas de los Borg en Star Trek, en el episodio Una Nueva
Raza de la serie de televisión The Outer Limits y en Revolution (serie de televisión), donde aparecen primero como concentrados
en cápsulas con fines curativos (temporada 1) y luego como una masa omnisciente con planes propios y capacidad de adoptar
diferentes formas, entre ellas la humana (temporada 2).
Algunos partidarios de la nanorrobótica, en reacción a algunos escenarios de terror relacionados con la plaga gris que inicialmente
ellos mismos ayudaron a popularizar, sostienen el punto de vista de que los nanorrobots que son capaces de replicarse fuera de un
ambiente restringido de una fábrica no necesariamente parten de una nanotecnología con intenciones de producción, y que el
proceso de autorreplicación, si alguna vez se pudiera desarrollar, podría ser diseñado para ser inherentemente seguro. Estos
aseguran que sus planes actuales para desarrollar y usar la fabricación molecular no incluyen replicadores de libre alimentación1314.
Las discusiones teóricas más detalladas acerca de nanorrobótica, que incluyen diseños específicos en temas como sensores,
transporte de comunicación, navegación, manipulación, locomoción y computación integrada, han sido presentadas en el contexto
médico de la nanomedicina por Robert Freitas. Algunas de estas discusiones permanecen al nivel de generalidades sin posibilidad
de fabricarlas y no se aproximan al nivel de ingeniería de detalle.
Enfoques[editar]
Biochip[editar]
Artículo principal: Biochip
El uso simultáneo de la nanoelectrónica, la fotolitografía y nuevos biomateriales proporcionan una posible aproximación para
fabricar nanorrobots para aplicaciones médicas comunes, tales como para instrumentos quirúrgicos, diagnóstico y dosificación de
fármacos151617. Actualmente se utiliza este método para la fabricación de nanotecnología en la industria electrónica18 . De esta
forma, podrían integrarse nanorrobots prácticos como dispositivos nanoelectrónicos, lo que permitiría dotar de teleoperación y otras
capacidades avanzadas a los instrumentos médicos1920.
Nubots[editar]
Artículo principal: Máquina ADN
Nubot es una abreviatura para "nucleic acid robot" (en castellano: Robot de Ácido Nucleico). Los nubots son máquinas orgánicas
moleculares de tamaño nanométrico21 . La estructura del [ADN] puede proporcionar los medios para ensamblar dispositivos nano
mecánicos bi- y tridimensionales. Las máquinas basadas en ADN pueden ser activadas usando pequeñas moléculas, proteínas y
otras moléculas de ADN222324. Puertas de circuitos biológicas basadas en materiales de ADN han sido fabricadas como máquinas
moleculares que permiten insertar fármacos in-vitro para problemas específicos de salud25. Tales sistemas basados en materiales
funcionarían más semejantes a sistemas biomateriales inteligentes de dosificación de fármacos26, pero no permiten la tele
operación en vivo precisa de tales sistemas prototipos.
Nanoensamblaje posicional[editar]
La colaboración de nanofábricas27 , fundada por Robert Freitas y Ralph Merkle en el año 2000 y que involucra a 23 investigadores
pertenecientes a 10 organizaciones y 4 países, se enfoca en desarrollar una agenda práctica de investigaciones 28 específicamente
dirigida al desarrollo de la mecanosíntesis de diamantoides controlada posicionalmente, y una nanofábrica que tendría la capacidad
de fabricar nanorrobots médicos de estructura diamantoide.
Basado en bacterias[editar]
Este enfoque propone el uso de microorganismos biológicos, como la bacteria Escherichia coli29. Así, este modelo usa
un flagelo como método de propulsión, utilizándose normalmente campos electromagnéticos para controlar el movimiento de esta
clase de dispositivos biológicos integrados30.
Tecnología Abierta[editar]
Se ha enviado a la Asamblea General de las Naciones Unidas un documento con una propuesta31 para el desarrollo de
nanobiotecnología usando enfoques de tecnología abierta. De acuerdo a este documento, de la misma forma que el
movimiento Open Source ha acelerado el desarrollo, en años recientes, de los sistemas computacionales, un enfoque similar
debería beneficiar a la sociedad en su mayoría y acelerar el desarrollo de la nanorrobótica. El uso de la nanobiotecnología debería
ser declarado como patrimonio de la humanidad para las siguientes generaciones, y ser desarrollada como una tecnología abierta
basada en prácticas éticas para propósitos pacíficos. Se ha declarado que la tecnología abierta es una clave fundamental para tal
propósito.
Carrera nanorrobótica[editar]
De la misma forma en que el desarrollo tecnológico tuvo a la carrera espacial y a la carrera de armas nucleares, la nanotecnología
está teniendo una carrera nanorrobótica3233343536. Existen muchos motivos que permiten incluir los nanorrobots entre las tecnologías
emergentes37. Algunas de estas razones son: las grandes corporaciones, tales como General Electric, Hewlett-Packard y Northrop
Grumman, han estado trabajando recientemente en el desarrollo y la investigación de nanorrobots3839; los cirujanos se están
involucrando y comenzado a proponer formas de usar nanorrobots para procedimientos médicos comunes 40; las universidades e
institutos de investigación han recibido fondos de agencias gubernamentales que superan los 2000 millones de US$ para la
investigación y desarrollo de nanodispositivos médicos4142; los bancos también están realizando investigación estratégica con la
idea de adquirir con anticipación los derechos y licencias para la futura comercialización de nanorrobots43. Ya han surgido litigios y
temas relacionados con el monopolio de la tecnología de nanorrobots444546. Recientemente se ha otorgado una gran cantidad
de patentes relacionadas con la nanorrobótica, principalmente a agentes de patentes, a empresas especializadas únicamente en
construir portafolios de patentes, y a abogados. Después de una larga serie de patentes y demandas (ver por ejemplo la invención
de la radio o la guerra de las corrientes), los campos tecnológicos emergentes tienden a convertirse en monopolios, normalmente
dominados por grandes corporaciones47.
Aplicaciones potenciales[editar]
Nanomedicina[editar]
Las aplicaciones potenciales para la nanorrobótica en medicina incluyen diagnósticos preliminares y dosificación de fármacos para
atacar el cáncer484950, instrumentación biomédica51, cirugía5253, farmacocinética54, el monitoreo de la diabetes555657 y el cuidado de la
salud.
Se espera que la futura nanotecnología médica emplee nanorrobots inyectados en el paciente para que funcionen a nivel celular.
Los nanorrobots de uso médico deberían ser no replicantes, ya que la replicación aumentaría de forma indeseable su complejidad
e interferiría con su misión médica.
La nanotecnología abarca un amplio rango de nuevas tecnologías para el desarrollo de soluciones personalizadas que optimizan la
administración de productos farmacéuticos. Actualmente, los efectos colaterales dañinos de tratamientos tales como
la quimioterapia comúnmente son el resultado de métodos de administración de fármacos que no tienen precisión a la hora de
identificar las células blanco58. Investigadores en la Universidad de Harvard y el Instituto Tecnológico de Massachusetts, sin
embargo, han sido capaces de pegar hebras de ARN especiales, de un tamaño de cerca de 10 nm de diámetro, a nanopartículas
rellenadas con fármacos utilizados en quimioterapia. Estas hebras de ARN son atraídas a las células cancerígenas. Cuando la
nanopartícula encuentra una célula cancerígena, se adhiere a ella, y libera el fármaco en el interior de dicha célula59. Este método
directo de administración de fármacos tiene gran potencial para el tratamiento de pacientes de cáncer, evitando los efectos
negativos asociados comúnmente a su administración incorrecta60.
Otra aplicación útil de los nanorrobots es asistir en la reparación de células de tejido asociándolos a los glóbulos blancos61. El
reclutamiento de células inflamatorias o de glóbulos blancos (que incluyen neutrófilos, linfocitos, monocitos y mastocitos) hacia el
área afectada es la primera respuesta al daño de los tejidos62. Debido al pequeño tamaño de los nanorrobots estos se podrían
pegar a la superficie de las células blancas reclutadas, para infiltrarse a través de las paredes de los vasos sanguíneos y llegar al
sitio de la herida, donde pueden asistir al proceso de reparación del tejido, posiblemente usando ciertas substancias para acelerar
la recuperación.
La ciencia detrás de este mecanismo es bastante compleja. El paso de las células a través del endotelio, un proceso conocido
como transmigración, es un mecanismo que incluye el encuentro de los receptores en la superficie de la célula con moléculas de
adhesión, la acción de fuerza activa y la dilatación de las paredes del vaso, y una deformación física de las células migratorias. Al
adherirse a las células inflamatorias migratorias, los robots pueden "cabalgar" efectivamente a través de los vasos sanguíneos,
evitándose así la necesidad de implementar un complejo mecanismo de transmigración propio61.
Actualmente la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (en inglés: Food and Drug Administration, FDA)
regula la nanotecnología de acuerdo al tamaño63. También la FDA regula lo que actúa por medios químicos como un fármaco, y lo
que actúa por medios físicos como un dispositivo64. También pueden usarse moléculas únicas como máquinas de Turing, como sus
contrapartes más grandes de papel, capaces de funcionar como computadores de uso general y ejercer fuerzas físicas (o
químicas) como resultado de esas operaciones computacionales. Se están desarrollando sistemas de seguridad de tal forma que,
si se libera accidentalmente una carga de fármacos, o bien dicha carga sería inerte o se liberaría otro fármaco para contrarrestar el
primero. En tales circunstancias las pruebas toxicológicas serían convolucionadas con [{software]] de validación. Con los nuevos
avances de la nanotecnología estos pequeños dispositivos están siendo creados con la habilidad de autorregularse y de ser 'más
inteligentes' que las generaciones previas. A medida que la nanotecnología se vuelve más compleja entonces surge una pregunta
¿cómo las agencias reguladoras distinguirán un fármaco de un dispositivo?64 Las moléculas de los fármacos deben someterse a un
proceso de pruebas más lento y más caro que los dispositivos (por ejemplo, pruebas toxicológicas preclínicas), y los caminos
regulatorios para los dispositivos son más simples que para los fármacos. Quizá la inteligencia, si son lo suficientemente
inteligentes, algún día será la forma de clasificar un dispositivo de una nanomáquina de una sola molécula. Generalmente, los
dispositivos son aprobados más rápidamente que los fármacos, así que la clasificación de dispositivo podría ser beneficiosa para
pacientes y fabricantes.
Referencias[editar]
Notas
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funcionarán en ambientes artificiales cuidadosamente controlados ... Mientras que los sistemas
autorreplicantes son la clave a los costos bajos, no existe necesidad (y menos voluntad) para hacer que estos
sistemas funcionen en el mundo exterior. Al contrario, en ambientes artificiales y controlados ellos pueden
construir sistemas más simples y más robustos que entonces pueden ser transferidos a sus destinos finales....
El dispositivo médico resultante será más simple, más pequeño, más eficiente y más precisamente diseñado
para la tarea con la que tiene que cumplir que un dispositivo diseñado para realizar la misma tareas y
autoreplicarse.... Un dispositivo único capaz de realizar ambas funciones sería más difícil de diseñar y menos
eficiente."
↑ "Directrices Prospectivas para el Desarrollo Responsable de la Nanotecnología" (en inglés) "Los
ensambladores autorreplicantes autónomos no son necesarios para lograr capacidades de fabricación
significativas." "La forma más simple, más eficiente y segura de aproximarse a los nanosistemas productivos
es construir herramientas especializadas de tamaño nanométrico y reunirlas en fábricas lo suficientemente
grandes para fabricar lo que sea necesario.... En esta fábrica las máquinas harían trabajos similares a los que
actualmente hacen las cintas transportadoras y robots armadores en una fábrica normal. Si una saca una de
estas máquinas fuera del sistema, no provocaría ningún riesgo, y serían tan inertes como
una ampolleta sacada de su soquete de conexión."
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Smarts. J Dev Drugs 2: e121. doi:10.4172/jdd.1000e121.http://www.omicsgroup.org/journals/when-does-ananotechnology-device-become-a-drug-size-versus-smarts-2329-6631.1000e121.php?aid=14469
