As palavras soavam como que saídas da boca de um visionário: "Náo tenho receio de considerar como questáo final se, por fim no futuro distante, nos pudermos arranjar os átomos da maneira que quisermos (...). O que aconteceria se pudéssemos arranjar os átomos, um por um, do jeito que quiséssemos?" Na época em que o físico americano e aprendiz de profeta Richard Feynman (1918-1988) devaneou diante de uma platéia incrédula, o mundo náo era lugar para pequenas idéias. Em dezembro de 1959, quando Feynman proferiu as visionárias palavras na palestra "Há muito lugar no fundo" para seus colegas da Sociedade Americana de Física, os computadores ainda eram geringonças que ocupavam metade das salas em que eram colocados. Feynman falava em mexer átomos num tempo em que ninguém sequer tinha visto um deles. Trinta anos depois, o sonho do físico ganhou forma na ciéncia do muito pequeno, a nanotecnologia, assim chamada porque seus objetos de estudo costumam ser medidos em nanômetros - 1 milháo de vezes menor que 1 milímetro.

O que aconteceria se pudéssemos mover átomos?, perguntava Feynman. Respondem os cientistas que os manipulam hoje: podem-se construir supercomputadores que caibam no bolso, gravar bibliotecas inteiras em superficies de centímetros quadrados, colocar microssondas para fazer testes sanguíneos dentro do corpo humano. Tudo isso ainda é suposiçáo, previsáo, talvez sonho. "A preocupaçáo fundamental náo é a aplicaçáo das descobertas na prática, mas a pesquisa pela pesquisa. Os resultados disso só se tomaráo visíveis dentro de uma década", O mundo futuro imaginado por Drexler, em que se construiráo aparelhos ou substáncias molécula por molécula, é ridicularizado por alguns de seus colegas cientistas da mesma forma que a maioria dos físicos presentes á palestra de Feynman acreditava que ele estava simplesmente brincando. Tentar prever o que é possível fazer ao nivel dos átomos é táo difícil quanto entender a natureza lá embaixo. A nanotecnologia só existe hoje como prática porque, há quase sessenta anos, os cientistas que estudavam a matéria derrubaram sólidos conceitos da Física clássica e criaram a Física quántica, em que as particulas como os fótons e os elétrons náo se comportam como no mundo de gente grande. O microscopio de varredura por efeito túnel (scanning tunnelling microscope, ou SIM), a ferramenta fundamental para a entrada no pequeno mundo, é filho afreto da Física quántica. Lá, ande os átomos se contam ás unidades, os elétrons sofrem de dupla personalidade comportam-se ao mesmo tempo como particulas e como ondas (mais ou menos como se fossem ao mesmo tempo balas de um revólver e onda do mar). Isso é inadmissível para a Física clássica, mas perfeitamente aceitável para a Física quántica, mesmo que náo se compreenda multo bem o porqué.

A clássica imagem do átomo como um núcleo de prótons e néutrons, em torno do núcleo, os elétrons circulam em órbitas, também foi por água abaixo. O aspecto mais importante da Física quántica para os nanocientistas é a descoberta de que os elétrons ás vezes andam por onde náo.deveriam. Normalmente, os elétrons param de se mover quando náo tém energia para transpor uma barreira á sua frente. No reino da Física quántica, no entanto, há determinadas circunstancias em que os elétrons encontram uma barreira táo fina que há probabilidade de que eles simplesmente a ignorem e sigam em frente - é o chamado efeito túnel. Seria apenas mais uma descoberta teórica se, em 1981, uma equipe do laboratorio da IBM em Zurique, na Suíça, náo tivesse transformado essa maluquice do elétron num aparelho de enxergar átomos - ele mesmo, o microscopio de efeito túnel. O invento valeu a Gerd Binnig e Heinrich Rohrer o Prémio Nobel de Física, em 1986. Esse microscopio nada mais é do que uma minúscula ponta feita de material condutor que percorre - ou varre - toda a superficie da amostra a ser analisada. A ponta e o substrato ande se deposita a amostra ficam ligadas por um circuito. Aplica-se uma tensáo elétrica no circuito e abaixa-se a ponta do microscopio até quase encostar na amostra. É um "quase" imperceptível ao olho humano, pois a distancia entre a ponta e a amostra chega a alguns nanómetros. Pois os elétrons, que só deveriam passar da amostra para a ponta se as duas estivessem encostadas, simplesmente pulam pelo ar mesmo - tunelam -, fechando o circuito entre a ponta e a amostra, e criando uma comente com uma voltagem infinitamente pequena, da ordem de al guns nanoampéres. É um grande salto para o elétron e um grande passo para a humanidade.

Com o microscopio de efeito túnel, passou-se a enxergar os átomos, antes jamais vistos, e, melhor ainda, conseguiu-se manipulá-los. certo que dizer "enxergar" átomos chega a ser uma licença poética, pois o que se vé é uma imagem simulada da variaçáo da corrente elétrica. O levantar e abaixar da ponta do microscopio é uma operaçáo que exige precisáo multo além do que qualquer máo humana ou mecánica possa alcançar. Esse trabalho é feito pelos cristais piezoelétricos, como o quartzo, que se expandem ou encolhem quando recebem tensáo elétrica (sim, mexem-se apenas alguns nanómetros). Há tres cristais: o do eixo z (que se move para cima e para baixo), o x (para a frepte e para trás) e o y (para a esquerda e para a direita). Quando a ponta do microscopio começa a varrer a amostra, movendo-se nos eixos x e y, o eixo z fica na mesma. Porém, quando a ponta encontra uma pequena montanha pela frente, ou seja, um átomo mais alto que os outros, a voltagem da corrente elétrica aumenta, pois a distancia em relaçáo á amostra diminuí. No modo de operaçáo mais comum, o de voltagem constante, o eixo z deve portanto receber um alteraçáo de tensáo, para que se contraía e suspenda a ponta do microscopio de modo a fazer a voltagem retornar ao valor prévio. A variaçáo da tensáo do cristal z resulta num gráfico, que é transformado em imagem - está pronta a fotografia dos átomos. Obviamente, o microscopio de efeito túnel só funciona com amostras de materiais condutores ou semicondutores; do contrário, náo haveria passagem de corrente elétrica. Materiais isolantes, como vidro ou células vivas, seriam invisíveis ao SIM.

Que o pequeno mundo náo se perca por isso - o mesmo Gerd Binnig deu um jeitinho e inventou uma ponta de microscopio capaz de enxergar qualquer coisa. Ele acoplou á ponta um pequeno fragmento de diamante, que contoma os átomos da amostra exercendo uma pressáo pequena o suficiente para náo destruí-la. É o microscópio de força atómica (AFM, em inglés). Conforme o fragmento de diamante se move quando encontra saliéncias, move-se também a ponta, criando-se entáo imagens como no SIM. Mais importante do que ver átomos é a possibilidade de mové-los, um a um. isso acontece quando se aplica uma tensáo,elétricamuito forte entre a ponta do microscópio e a amostra - um átomo salta e gruda na ponta. Se a polaridade da comente for invertida, o átomo volta para baixo com força, ficando encravado naquele ponto. Desde que o pesquisador americano Don g Eigler, do laboratório da IBM na Califómia, nos Estados Unidos, alinhou átomos de xenónio para escrever o logotipo da empresa sobre uma superficie de níquel, começou urna verdadeira corrida entre os cientistas para conseguir o melhor dominio da técnica de arrancar átomos de um ponto e colocá-los em outro. O homem enfim toca o coragáo da matéria e, átomo por átomo, pode chegar a construir moléculas sob medida. Dar o sonho de montar um minúsculo supercomputador - enquanto nos chips dos computadores atuais a linguagem binária do sim/náo é feita com a passagem ou náo de bilhóes de elétrons da comente elétrica, a manipulagáo atómica poderla levar á montagem de um interruptor que fosse uma única molécula. Em laboratorio, pelo menos, já se demonstrou que isso funciona, quando se verificou que a mudanga de posiçáo de um átomo de xenónio, ora sobre uma superfície de níquel, ora grudado na ponta do microscopio, causava uma variaçáo na corrente elétrica que bem poderla servir como 0 e 1 do código binário. Claro que isso é inviável como tecnologia, já que uma das partes desse interruptor molecular é o próprio microscopio.

Na hora de arrnazenar inforrnaçóes, a nanotecnologia pode encolher a níveis absurdos o tamanho do suporte para gravá-las. John Mamin, também do laboratorio da IBM na Califórnia, desenhou um mapa com átomos de ouro para demonstrar o potencial de arrnazenagem de informagóes em pouco espaço. Da mesma maneira que a superficie plana altemada com buracos num compact disc formam a linguagem binária, um simples átomo e sua auséncia construiriam a mesma linguagem numa nanoamostra. A técnica de Mamin poderla armazenar a obra completa do dramaturgo inglés William Shakespeare numa superficie menor do que 0,2 milímetros. É uma densidade de informagáo l0 000vezes maior do que o melhor disquete de computador existente. Eric Drexler pensa longe quando visualiza aonde tudo isso pode levar: "A curto prazo, acredito que a nanotecnologia será pioneira no lançamento de novos instrumentos científicos voltados para a mediçáo de escalas moleculares. Depois disso, provavelmente encontrará um campo de açáo fértil na computaçáo, primeiro na área da memoria, e em seguida nos próprios computadores. Haverá também aplicaçóes importantes nos produtos resultantes da manufaturaçáo molecular, na medicina, nos equipamentos para uso aéreo e espacial, em instrumentos de proteçáo do meio ambiente e inclusive no desenvolvimento de novos instrumentos para esse fim". Uma das idéias de Drexler neste campo é acriagáo de nanomáquinas, que seriam lançadas na estratosfera para capturar átomos de cloro e resguardar a camada de ozónio do planeta.

Embora ainda náo táo pequenos, já existem micromotores e microssondas fabricados com a mesma técnica dos chips de silicio dos computadores. Sobre finas camadas de materiais semicondutores, como arsenieto de gálio, grava-se o padráo desejado para aquela camada e corroem-se as partes restantes, que depois podem ser preenchidas com outras substáncias. Na Universidade de Michigan, construiu-se urna microssonda de apenas 4,7 milímetros de comprimento, que permite estudar com detalhes tanto o cérebro humano como os circuitos neuronais, que imitam o funcionamento do cerebro. Micromotores de diámetro menor que um fio de cabelo estáo saindo do laboratorio prontos para fazer rodar as futuras microengenhocas ou, enquanto estas náo chegam, movimentar as par tes ultra-sensiveis de equipamentos atuais, como a cabeça de leitura de discos magnéticos nos computadores. .

(Por Fátima Cardoso)

(Fotos:IBM, Philippe Playlle)