Resumen
En el presente documento se ha logrado realizar un
estudio del arte acerca de la nanorobótica,
definiéndola como la rama de la nanotecnología que
estudia el desarrollo de nuevos objetos de tamaño
nanométrico, sin embargo el estudio de la
nanorobótica comprende un campo muy amplio por lo cual nos
enfocaremos a los nanorobots y sus aplicaciones en la medicina,
para tratar enfermedades como el cáncer, el aneurisma
cerebral, la diabetes, y en la odontología, no sin antes
revisar los conceptos básicos de la nanorobótica,
su origen y principales aplicaciones.
Palabras clave: Términos
índice— nanotecnología, nonorobótica,
nanorobots.
Introducción
La nanotegnologia, un término mencionado por
primera vez en 1959 por Richard Feman, es una tecnología
que estudia lo pequeño, lo diminuto pues hace referencia a
las ciencias y técnicas a nivel atómico y
molecular, es decir trabaja a escalar nanométricas,
entendiendo por nanométricas a una milésima
millonésima de metro, aproximadamente 1/80000 del
diámetro de un cabello humano.
La nanorobótica es un campo multidisciplinario
pues involucra la química, la informática,
ingeniería, biología y otras ciencias afines, para
lograr controlar o modificar las propiedades, forma,
tamaño de los nano-objetos y nano estructuras, de
ahí su amplia gama de aplicación, sin embargo la
medicina es el campo que recibe más atención ,
puesto que día a día se intenta mejorar nuevos
procedimientos mediante los cuales las personas puedan combatir
las enfermedades, como el cáncer, el aneurisma cerebral,
la diabetes, etc.
Entonces conociendo la importancia del desarrollo de
esta tecnología, en el siguiente documento se
elaboró un estado del arte acerca de la
nanorobótica, enfocando su estudio a los nanorobots
médicos los cuales prometen ser el futuro de la medicina
permitiendo el diagnóstico y tratamiento eficaz y exacto
de enfermedades, siendo incluso capaces de manipular incluso
nuestro material genético. [1], [6], [7], [13]
Nanorobótica
La nanorobótica es el campo de la
nanotecnológica encargada de estudiar la robótica a
una escala nanométrica; siendo un nanómetro
milmillonésima parte de un metro, pero no solo estudia los
robots cuyas dimensiones son nanometricas, también a los
robots grandes que son capaces de manipular objetos de
dimensiones manométricas, La nanorobótica es un
campo multidisciplinario puesto que involucra la química,
la informática, ingeniería, biología y otras
ciencias afines, para lograr controlar o modificar las
propiedades o forma tamaño los nanoobjetos y
nanoestructuras. [5], [17]
Tiene varias aplicaciones en áreas como la
ingeniería espacial, la biología, la industria
manufacturera, la medicina, esta última es de especial
importancia debido a que se enfoca al desarrollo de nanorobots,
nanosensores, maquinas moleculares que servirán para el
diagnóstico y tratamiento de enfermedades como el
cáncer o la diabetes, gracias a la nanomanipulación
sin contacto de los materiales biológicos como las
células, los virus, proteínas, ADN y ARN,
utilizando técnicas como la fuerza magnética,
pinzas ópticas, nano-pinas, etc. [2],[13],[17]
Figura 1 Recombinación de ADN
(Propuesto para hacer una máquina de ADN)
[2]
Nanorobots
Los nanorobots son sistemas inteligentes de dimensiones
nanométricas en un rango entre 1 a 100nm, son construidos
para realizar tareas específicas. [3]
Historia del origen de los
nanorobots
Fue en 1959 cuando Richard Feynman menciono en su
discurso, "Hay espacio de sobra aquí adentro", por primera
vez el termino de nanotecnología, sosteniendo que no
existe ley física alguna por la cual el hombre no sea
capaz de diseñar, controlar y por ende construir objetos a
escala microscópica, sin embargo mencionó
también que existen limitaciones que se deben considerar
para realizar objetos en miniatura puesto que estos serían
fruto de manipulación y arreglo de los átomos. [4],
[17], [19]
Luego del precedente de Feynman en 1974 el profesor
Norio Taniguchi Taniguchi define a la nanotecnología como
"El proceso de separación, consolidación y
deformación de materiales de átomo por átomo
o moléculas por molécula". [2]
Sin embargo los nanorobots fueron introducidos al mundo
tecnológico gracias al Dr. Eric Drexler en su libro
"Ingeniería de creación: la era de la
nanotecnología" en el año de 1986 [2].
Con el pasar del tiempo esta nueva tecnología se
convirtió en tema de interés para muchos
científicos quienes pusieron en práctica sus
conocimientos a nivel atómico para poder desarrollarla. Es
así que en 1991 se inventa el microscopio de fuerza
atómica (AFM) usado para las nano-manipulaciones de
átomos y moléculas. [2], [4], [17]
La siguiente imagen se muestra la
manipulación de los átomos de xenón formando
la palabra IBM.
Figura 2Manipulación de
átomos de zenon [2]
Luego en el año 2000 se funda "United States
National Nanotechnology Initiative" creada para coordinar la
investigación y desarrollo de la nanotecnología, en
ese mismo año nace "The company Nanofactory Collaboration"
cuya investigación se enfoca en el desarrollo de
nanorobots para uso médico, siendo este campo uno de los
más trascendentales de estudio. [2], [17]
Aplicaciones de
los nanorobots
Los nanorobots tienen muchas aplicaciones pero las que
más se buscan desarrollar sin el de la medicina y la
ingeniería espacial.
En el campo de la
medicina
Los nanorobots se buscan desarrollar con el
propósito de que sean capaces de diagnosticar, monitorear
y tratar enfermedades en partes especificas del cuerpo.
Además que puedan realizar tareas predefinidas en algunos
procedimientos médicos. [15], [14]
En el campo de la ingeniería
espacial
Los nanorobots se pueden utilizar en el campo de la
ingeniería espacial para realizar tareas como el mapero y
detección de grandes terrenos con los denominados
"Networked TerraXplorers" (NTXp) los cuales serían
lanzados en grandes cantidades para que interactúen con el
terreno de manera que detecten la presencia de agua u otros
minerales, además serían capaces de recolectar
información de presión, temperatura,
radiación entre otros. [10]
Nanorobots
médicos
Los nanorobots médicos son dispositivos de
dimensiones nanométricas desarrollados para ser utilizados
en diversas ramas de la medicina, están formados por
nano-componentes, diseñados para permitir nuevas
metodologías en el diagnóstico, tratamientos
médicos y cirugía mínimamente invasiva.
[12], [14]
Elementos para fabricar
nanorobots
Los elementos para fabricar los nanorobots son
nanomateriales los cuales se puden dividir en nanocapas,
nanopartículas y nanocompuestos.
El carbón es elemento más utilizado para
construir un nano robot médico, especialmente en forma de
diamante o compuestos de diamondoid/fullerene, debido a su fuerza
e inercia química del diamante, esta propiedad hace
referencia a la poca tendencia que un material posee para
reaccionar químicamente con otro.[18], [21]
Figura 3 Estructura de nanomaterial
creada a base de carbón [2]
Para realizar los engranes u otros componentes a
nanoescala se pueden utilizar materiales como el silicio,
oxigeno, azufre, entre otros. Con estos elementos a su vez se
pueden crear nuevas combinaciones sintéticas para elaborar
nanorobots, así tenemos la combinación de silicio y
oxígeno, el cual posee alta estabilidad en condiciones
oxidantes, alta resistencia y estabilidad termina, además
de un fuerte enlace bidireccional covalente. [18],
[21]
Nanorobots en
odontología
La nanorobótica aplicada al campo de la
odontología da origen a la denominada
nano-odontología en donde los nanorobots ayudaran a la
administración de anestesia en donde se podrían
colocar varias partículas con anestesia sobre la
encía del paciente en lugares específicos y
estrictamente necesarios. Además se podrían usar
para el tratamiento de ortodoncia en donde los permitirán
podrán manipular directamente los tejidos periodontales
que ayuden a un movimiento rápido de diente en unos
cuantos minutos u horas. [3], [13]
Nanorobots en la detección y
tratamiento del cáncer
Los nanorobots estarían encargados de ayudar al
diagnóstico y dosificación de medicamento para los
pacientes que sufren de cáncer
Esto sería posible gracias a que los nanorobots
tendrían la capacidad de navegar a través del
torrente sanguíneo y mediante los biosensores que poseen
detectar las células tumorales, en cuanto a la
dosificación los nanorobots podrían llevar las
cantidades de medicamente correcta y exacta hacia las zonas del
cuerpo específicas para tratar la enfermedad. [14],
[20]
Figura 4 Nanorobots con biosensores
navegando [2]
Nanorobots para diagnóstico y tratamiento de
diabetes
Conocer la cantidad de glucosa en contenida en la sangre
de un paciente con diabetes para mantener un nivel correcto es de
vital importancia para su diagnóstico y tratamiento,
existe un prototipo de nano robot simulado para realizar el
diagnostico, este no es atacado por las células blancas
por ende puede navegar libremente y tomar información
mediante un sensor químico que monitorea la actividad de
la proteína hSGLT3 en la sangre. [3], [7]
Cabe destacar que algunos de los nanorobots ya son una
realidad, en la Universidad de Illinois en Chicago un
investigador ha desarrollado una capsula que mide 7
nanómetros, la cual posee pequeños poros por donde
libera insulina para combatir la diabetes. [3], [7]
Nanorobots en la terapia de
genes
Los nanorobots pueden ser capaces de tratar las
enfermedades de carácter genéticos puesto que
interactúan directamente son las estructura moleculares de
ADN y proteínas que se encuentran en las
células.
Así por ejemplo en la terapia de reemplazo
cromosómico, para tratar enfermedades como virales,
diabetes o cáncer, el nano robot tendrá brazos que
estiren la cadena del ADN y recolectar información, la
cual luego podrá ser comparada con una base de datos de un
nanorobot fuera del núcleo de la célula, lo cual
dará como resultado un diagnóstico de las
irregularidades encontradas para un posterior tratamiento. [13],
[14]
Nanorobots para el aneurisma
cerebral
En nano robot sede ser capaz de realizar un seguimiento
de la lesión endotelial(zona interna de los vasos
sanguíneos) , detectando los cambios de
concentración química mediante un biosensor los
cuales serán activados ante la presencia altas
concentraciones intracraneales (NOS), en el caso de que el
biosensor detecte una actividad normal es decir inferior a 50nA
el nano robot la ignora, sin embargo si nota una
alteración es decir mayor a este nivel de
concentración entonces el nano robot entra en
acción recopilando información sobre el lugar y
dimensión de las altas concentraciones de
proteínas, esta información servirá para
pronosticar un posible aneurisma cerebral. [13], [14]
6.7 Nanorobots para la estimación
de la velocidad de la sangre
Generalmente la velocidad de la sangre es definida
mediante estimaciones o se presume que es conocido, la
importancia de conocer la velocidad de la sangre para medir
perturbaciones periódicas fisiológicas, para ellos
es necesario agregar un nanorobot para que navegue en los vasos
sanguíneos, en donde la fuerza de arrastre depende de la
velocidad de la sangre. [15]
En la siguiente figura se muestra
nanorobots agregados en los vasos sanguíneos.
[15]
Figura 5 Nanorobots con biosensores
navegando [15]
Nanorobots para
cirugía
Los nanorobots pueden ayudar a realizar procedimientos
quirúrgicos complejos puesto que están elaborados
para realizar tareas predefinidas, las cuales deben ser
ejecutadas con precisión, para la cual el procesamiento de
datos y transmisión de dato debe usarse técnicas
derivadas de la nanotecnología y de los sistemas de
integración a gran escala (Very Large System Integration)
que consiste en elaborar un circuito integrado con la
combinación de miles de transistores en un solo chip
miniatura. Así por ejemplo un chip CMOS con diseño
VLSI usando litografía ultravioleta profunda
(tecnología usada para fabricar chips) es capaz de
proporcionar una alternativa para elaboración de los
nanorobots. [9]
Nanorobot con inteligencia
artificial
En un futuro se espera combinar la nanotecnología
y la inteligencia artificial de manera que se puedan elaborar
nanorobots para tratar cualquier patología, que naveguen
por nuestro cuerpo y mediante la recolección de
información, se adapten al tratamiento de cualquier
enfermedad a tratar, además estos deberían ser
dependientes de ningún organismo externo al momento de
tomar decisiones, gracias a que estarán dotados de
sistemas informáticos de gran memoria con una suficiente
capacidad informativa. [1], [21]
Una muestra de esta tecnología es el cerebro
artificial elaborado por la compañía Genobyte, el
cual cuenta con unas 37.7 millones de neuronas además de
un simulador que permite recrear los procesos de sinapsis y la
comunicación entre ellas, aunque aún no es capaz de
realizar todas las actividades que realiza un cerebro real. [1],
[21]
Conclusiones
Luego de realizar el estado del arte acerca de la
nanorobótica se pudo comprender que esta tecnología
no solo tiene que ver con el desarrollo de objetos a escala
nanométrica sino también con robots de escalas
más grandes que son capaces de manipular objetos de
dimensiones nanométricas.
En cuanto a los nanorobots médicos se notó
que a pesar de ser una idea futurista no es muy lejana sin
embargo comprende grandes desafíos para su
construcción, pero brindarían grandes beneficios
para el tratamiento de enfermedades gracias a que trabajan a
nivel atómico, tratando el problema desde la célula
o en lugares específicos del cuerpo estarían
básicamente diseñados para para reconocer
patógenos utilizando sus nano-sensores para recolectar
información por ende ayudarían al
diagnóstico de las enfermedades, además
podrían suministrar fármacos de manera muy precisa
lo cual ayudaría al tratamiento de las diferentes
enfermedades, los nanorobots podrían ser introducidos en
nuestro cuerpo a través del sistema vascular u otros
cavidades y viajar libremente en el cuerpo humano, el alcance de
esta tecnológica podría llegar al punto en el cual
los nanorobots posean la capacidad de tomar decisiones propias
sin la necesidad de ningún elemento externo, por ende
adaptarse y tratar cualquier problema de salud de las
personas.
Referencias
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http://web.mit.edu/cortiz/www/3.052/3.052CourseReader/3_EnginesofCreation.pdf
Enviado y Adaptado por:
Iván Pesantez,
(A"1994, M"9, D"25) Nació en Cuenca en la
provincia del Azuay en Ecuador, el 25 de septiembre de 1994. Se
graduó de primaria en la unidad educativa bilingüe
Interamericana. Para su educación segundaria y por su
habilidad con las materias técnicas se graduó de
bachiller técnico industrial en Mecatrónica en el
colegio Técnico Superior Salesiano, actualmente se
encuentra cursando el 5to ciclo de ingeniería
electrónica en la Universidad Politécnica Salesiana
sede Cuenca.