Publicada em 6 de novembro 2003
Stanley Williams fala ao Senado dos EUA sobre Nanotecnologia

Depoimento do pesquisador Stanley Williams à Subcomissão de Ciência, Tecnologia e Espaço da Comissão para Comércio, Ciência e Transporte do Senado dos Estados Unidos, prestado a 17 de setembro de 2002.

"Presidente Wyden, Senador Allen, membros da subcomissão, agradeço a oportunidade de lhes falar sobre Nanotecnologia , como representante da Hewlett Packard Company.

Nos últimos anos, poucas palavras provocaram tanta celeuma e controvérsia como Nanotecnologia . De um lado, alguns entusiastas criaram uma quase-religião baseada na crença de que a Nanotecnologia gerará riqueza e longevidade infinitas para os seres humanos. De outro lado, os alarmistas temem que, de algum modo, a Nanotecnologia irá por fim à vida como a conhecemos, envenenando o meio ambiente ou liberando algum tipo de nanorobô auto-reprodutivo que domine a Terra. Nada disso é real. Essas concepções foram difundidas por pessoas, boas em comunicação, mas sem experiência relevante em Nanotecnologia .

Esta falta de conhecimento existe primeiramente porque a maior parte dos cientistas que trabalham nesse campo é incapaz de transmitir o que faz para audiências leigas, ou se acha muito ocupada para tentar fazê-lo. Preocupa-me pensar que muitos cientistas acreditam que o público em geral, e os que elaboram políticas em particular, são incapazes de entender ciência e que seu trabalho deveria ser apoiado simplesmente porque é belo e importante. Essa atitude de pretensa superioridade não tem servido aos cidadãos ou aos cientistas americanos. É bem verdade que os responsáveis pela elaboração de políticas não têm tempo para compreender todos detalhes da pesquisa em qualquer campo do empreendimento científico, da mesma forma que os cientistas não têm nenhuma pista sobre o intrincado processo legislativo. No entanto, devemos a nós mesmos, e ao público americano em geral, o engajamento em um diálogo significativo. Ambas as comunidades podem não entender os detalhes do que a outra parte faz, mas cada uma delas deveria considerar a contribuição que a outra pode dar para o benefício geral da sociedade.

Hoje, tentarei esclarecer esse ponto fazendo uma descrição em alto nível e expondo-lhes uma série de analogias que, certamente, serão imperfeitas mas que, juntas, acredito, lhes dará subsídios para utilizarem em suas deliberações. A Nanotecnologia é particularmente frustrante de ser descrita. Não é apenas uma coisa, nem todas as coisas. Especialistas em relações públicas têm me dito que preciso simplificar o assunto e oferecer um único ponto que os encarregados de elaborar as políticas possam ter como foco. No entanto, isto resultaria em grande injustiça para esse campo da ciência e acho que, a longo prazo, representaria um insulto às suas inteligências. Portanto, permitam-me tentar descrever o que a Nanotecnologia tem a oferecer, indo ao fundo de parte de sua complexidade.

Primeiramente, precisamos considerar o tamanho diminuto do nanômetro. Imaginem encolher seu corpo, nas três dimensões, por um fator de 1.000 - reduzindo-o ao tamanho de uma pequena formiga. Agora, tomemos essa formiga e vamos encolhê-la por mais um fator de 1.000 - o que a reduziria ao tamanho de um único glóbulo vermelho, que é a menor célula do corpo humano. Finalmente, vamos encolher essa célula mais uma vez por um fator de 1.000 - esse é o tamanho de um nanômetro, essencialmente a dimensão de alguns poucos átomos. Ao considerar explicitamente os átomos como bloco fundamental de construção, Richard Feynman foi clarividente quando disse que, lá, havia muito espaço.

A Nanociência , o estudo de estruturas do tamanho de uns poucos nanômetros, é o campo no qual, nos últimos dez anos, juntaram-se os avanços de centenas de anos na Física, Química e Biologia. Cada disciplina, natural e separadamente, evoluiu em direção a este objetivo comum, através de uma série de avanços intelectuais, desenvolvimentos de instrumentação e descobertas experimentais. Uma fração significativa de prêmios Nobel em Física, Química e Medicina, nestes últimos 10 anos, foram oferecidos a descobertas realizadas por pesquisas na nanoescala.

Agora que essas três disciplinas chegaram ao mesmo objetivo, cada uma percebeu que pode aprender muito com as outras, de maneira que o campo da Nanociência transcendeu os limites acadêmicos tradicionais. Engenheiros foram muito rápidos em adaptar o conhecimento adquirido em nanoescala e, em muitos casos, têm sido os líderes em reconhecer as sinergias transdisciplinares disponíveis. Ciências dos Materiais, BioEngenharia e Engenharia Elétrica, estão todas, rapidamente, tornando-se componentes de uma superdisciplina: a NanoEngenharia . No mundo das dimensões nanométricas, propriedades intrínsecas da matéria, como cor, reação química e resistência elétrica, dependem de tamanho e forma. Assim, sistemas nanoengenheirados serão aqueles em se pode desenhar a mais ampla gama de propriedades - o que, por sua vez, significa que construir qualquer coisa com controle em nível nanométrico será a maneira mais eficiente possível de produzi-la. Portanto, a Nanotecnologia poderá vir a ser aplicada a tudo o que é feito pelo ser humano - permitirá que melhoremos dramaticamente quase tudo o que fazemos atualmente e que sejam criados uma inteira gama de novos materiais, medicamentos e dispositivos que nem podemos imaginar hoje. A criatividade humana está em alta - ela vai significar produtos de alto valor agregado e alto retorno financeiro para as companhias que dominarem a Nanotecnologia .

Isto posto, temos que nos compenetrar que a Nanotecnologia é uma coleção de novas ferramentas disponíveis para um grande número de cientistas e engenheiros - não é a solução completa de todos os problemas. Nas próximas décadas, haverá raros casos em que um produto resulte apenas da Nanotecnologia mas, cada vez mais, descobriremos que o componente crucial ou possibilitador de um sistema foi engenheirado em escala nanométrica. Um exemplo atual disso é o cabeçote de leitura de magnetoresistência gigante, encontrados hoje em discos rígidos para computadores (GMR). O recente e extraordinário aumento na capacidade de armazenamento dos disk-drives se deve diretamente ao fato de os cabeçotes GMR terem componentes nano-engenheirados. O valor dos cabeçotes de leitura, por si só, é pequeno, mas resulta em uma indústria de multi-bilhões de dólares por ano. Realmente, Matthias Werner, do Deutsch Bank, estima que o valor de produtos em que intervém a Nanotecnologia chegará à cifra de US$ 116 bilhões em 2002, e aumentará extraordinariamente no futuro próximo. Assim, quando pensamos em aumentar o apoio à Iniciativa dos Estados Unidos para Nanotecnologia (National Nanotechnology Initiative, NNI), não devemos negligenciar as outras disciplinas, que vão contribuir com componentes necessários para soluções completas. Como em tudo o mais, uma abordagem equilibrada é essencial.

Avanços recentes em Nanociências e Engenharia

Tem havido tantos avanços recentes em Nanociência e Engenharia neste passado recente que eu poderia usar todo o meu tempo disponível para listá-los. Permitam-me dar apenas três exemplos que ilustram a amplitude e o alcance do que é possível no presente, no futuro próximo e a longo prazo.

Durante os últimos anos, apareceu um significativo número de nanocompósitos. Estes materiais são projetados para combinar propriedades que materiais naturais não possuem, como dureza e resistência. Materiais duros, como o diamante, fragmentam-se facilmente, enquanto materiais naturalmente resistentes, como a madeira, são fáceis de riscar ou curvar. No entanto, ao misturar materiais duros e resistentes em nanoescala, podem ser criados novos compósitos, jamais conhecidos antes, combinando as duas propriedades. Em 2002, a General Motors desenvolveu um nanocompósito de argila polimérica, usado agora por um revendedor que instala um estribo opcional em seus caminhões SUV e pickups. Esse material não só é mais duro e resistente como também é mais leve e mais facilmente reciclável do que outros plásticos reforçados, e a GM planeja usá-lo em outros componentes de seus veículos à medida que, economicamente, se tornem mais atraentes. Por esse exemplo, vemos que a Nanotecnologia pode ajudar a economia em termos de combustível, segurança, custo de manutenção e impacto ecológico de nosso sistema de transporte. No futuro, os nanocompósitos se tornarão muito mais sofisticados e realmente inteligentes, com a habilidade de se adaptar a novos ambientes e até mesmo de se auto-reparar.

Uma das mais significativas descobertas da Nanociência , dos últimos dois anos, originária de Stanford, Harvard e Universidade da Califórnia, em Los Angeles, foi saber que os nanofios, principalmente nanotubos de carbono e fios semicondutores, podem ser usados como detectores extraordinariamente sensíveis de luz e de agentes químicos e biológicos. Nestes casos, os nanofios têm um diâmetro tão pequeno que qualquer alteração em sua superfície tem um efeito incrível em sua condutividade elétrica. Já existe uma grande atividade, nos Estados Unidos e no exterior, para a fabricação de sensores baseados nesta descoberta. Esses sensores podem ser usados em diagnósticos médicos, para detectar e relatar quantidades extremamente pequenas de patógenos para a descoberta precoce de doenças como um câncer ou uma nova infecção bacteriana ou viral. O professor James Heath, da UCLA, imagina criar um laboratório de nanosensores em um chip, que ajudaria os pesquisadores a ir de um novo vírus a uma nova droga em 24 horas. No entanto, provavelmente sua aplicação mais imediata, a curto prazo, será na segurança, para detectar explosivos, agentes químicos de destruição ou ameaças biológicas. Com um adequado nível de apoio, será possível, em dois ou três anos, começar a fornecer esses sensores em áreas sensíveis. Alcançada economia de escala, seria possível num espaço de cinco a dez anos fabricar, a baixo custo, centenas de milhões a bilhões de unidades desses sensores, que iriam monitorar continuamente nossos edifícios públicos, correios, rede de transporte e outras instituições vulneráveis a ataques terroristas.

Quero mencionar também que, para um tempo um pouco mais distante, recentes descobertas e publicações na área de memória nanoeletrônica e circuitos lógicos prometem estender esses grandes melhoramentos ao desempenho de custos de uma forma como ainda não vimos nestes últimos 40 anos. Tais avanços prometem chegar a benefícios econômicos para a indústria eletrônica como jamais aconteceu nos Estados Unidos por várias décadas. Prometem também continuar aumentando a eficiência com que conduzimos nossos negócios nas atividades econômicas governamentais. Veremos uma larga variedade de novos produtos emergindo mas, mais importante que tudo, veremos nossas ferramentas eletrônicas tornarem-se muito mais fáceis e intuitivas de usar.

Qual é o significado e o potencial do desenvolvimento e da utilização da Nanotecnologia ?

Por estes exemplos, podemos ver que a Nanotecnologia tem potencial para melhorar muito as propriedades de quase tudo o que o homem faz atualmente, e irá levar à criação de novos medicamentos, materiais e dispositivos que irão, substancialmente, melhorar a saúde, riqueza e segurança dos cidadãos americanos e do restante do mundo.

O governo federal está investindo adequadamente em Nanotecnologia ?

Dado o ponto inicial da Iniciativa Nacional para Nanotecnologia no ano 2000 e as realidades orçamentárias, acho que os fundos atuais para a Nanotecnologia são apropriados. Seria um erro colocar rapidamente muito dinheiro especificamente para a Nanotecnologia na comunidade de pesquisadores, uma vez que ela não poderia ajustar-se e absorver eficientemente esses fundos. No entanto, experiências em curso mostram que o número de excelentes propostas para os fundos de pesquisa em Nanociência e Engenharia ultrapassam os fundos disponíveis e por isso, a escalada deve ser gradual, aproximadamente 30% ao ano, e sustentada por, pelo menos, cinco anos. Um Programa Nacional para Nanotecnologia permitirá um monitoramento contínuo e um retorno que assegure que as melhores idéias tenham sustentação. Também, o aumento do apoio à Nanotecnologia deve ser consistente com o aumento geral do total da ciência Física e da base de Engenharia em agências tais como a National Science Foundation, o Departamento de Energia e o Departamento de Defesa.

Como nação, na última década, negligenciamos nossos investimentos em ciências físicas e Engenharia . Esquecemos que eles foram os impulsionadores de nosso atual nível de bem estar material. A analogia é de que as ciências físicas e as engenharias foram um pomar, e que nós estivemos ativamente colhendo os frutos desse pomar durante os últimos 20 anos. No entanto, como nação, esquecemos que, se quisermos continuar a colher esses frutos, precisamos continuar a plantar novas árvores. Como fração do PIB, nossos investimentos em pesquisa básica, Ciências Físicas e Engenharias caíram cerca de 30% na última década. Este estado de coisas convenceu os jovens americanos que não há futuro para eles nessas disciplinas, apesar do potencial dessas áreas ser muito grande.

Como perito e líder neste campo, quais suas preocupações na área da Nanotecnologia ?

Minha maior preocupação é que nós, aqui nos Estados Unidos, não teremos número suficiente dos melhores pesquisadores para sermos líderes nesta área crucial. Atualmente, os Estados Unidos destinam aproximadamente 25% do financiamento federal global para a Nanotecnologia . Outros países estão empenhados em manter o mesmo passo ou em ultrapassar nossos esforços. Apesar de o Japão atravessar sérios problemas econômicos, o país assegura que sua Iniciativa em Nanotecnologia seja igual ou exceda os níveis de financiamento aprovados pelos Estados Unidos. A Comunidade Européia está fazendo o mesmo. Coréia, Singapura, Taiwan e China estão investindo uma percentagem muito grande de sua economia para pesquisa nesta área. Quando consideramos o poder aquisitivo local das moedas, a República Popular da China tem a maior iniciativa em Nanotecnologia do mundo em termos do número de pesquisadores que pretende sustentar. Outra parte significativa das iniciativas em Nanotecnologia de todas as outras nações é que elas reservaram grandes valores em fundos para recrutar pesquisadores seniors e talentosos de outros países -- e seu alvo principal são os Estados Unidos. O requisito primário do apoio federal para a pesquisa básica, do ponto de vista de uma grande corporação, é o treinamento de pessoal necessário para inventar, nos laboratórios corporativos de pesquisa e desenvolvimento, os novos produtos que vão assegurar nosso futuro. Teremos que nos tornar mais espertos e mais eficientes para irmos em frente - precisamos de cooperação entre o governo, em todos os níveis, os laboratórios nacionais e as instalações para Pesquisa e Desenvolvimento corporativos.

Tenho, também, uma preocupação secundária quanto à saúde futura do empreendimento de P&D nos Estados Unidos. Como resultado, principalmente, da falta de fundos para pesquisa, as universidades americanas tornaram-se extremamente agressivas em suas tentativas de levantar fundos junto a grandes corporações. Sérios desacordos surgiram por causa de interpretações conflitivas do Bayh-Dole Act. Grandes corporações estabelecidas nos Estados Unidos ficaram tão desencantadas e desgostosas com a situação que estão agora trabalhando com universidades estrangeiras, especialmente as instituições de elite da França, Rússia e China, que estão mais do que desejosas de oferecer acordos de propriedade intelectual extremamente favoráveis.

A situação com relação à associação entre corporações e Laboratórios Nacionais dos Estados Unidos não está muito melhor. Neste caso, políticas inconsistentes, longas linhas de tempo para negociar relacionamentos e mudança constante de prioridades governamentais geralmente tornam muito difícil para as companhias associarem-se aos Laboratórios Nacionais. De novo, há um mercado internacional. Laboratórios Nacionais, em outros países, cortejam agressivamente as companhias americanas. Talvez o principal exemplo seja o Centro de Inovação em Micro e Nano Tecnologia, ou MINATEC, de Grenoble, França, que provê acesso a seus laboratórios e uma fonte de estudantes para as companhias que instalarem laboratórios de pesquisa em seu campus.

O problema mais importante é que perdemos de vista o fato de que os fundos governamentais e corporativos gastos em pesquisa não são despesas ou luxo que podem ser cortados por capricho. São investimentos essenciais para a viabilidade a longo prazo de um empreendimento. Temos negligenciado esses investimentos há muito tempo. A prosperidade dos anos 90 foi preparada pelos investimentos feitos nos anos 60, quando o governo federal estava investindo 2% do PIB em P&D. Estes investimentos proporcionaram grande retorno durante décadas mas, como nos tornamos ricos, esquecemos que precisávamos continuar investindo para permanecermos ricos. A impaciência das diretorias corporativas e de investidores institucionais manteve uma pressão muito forte em resultados a curto prazo, com pequeno investimento a longo prazo. Um fator importante na situação econômica atual, especialmente no setor de alta tecnologia, é que não temos produtos e serviços novos e atrativos em numero suficiente para gerar demanda de consumo. A bolha da Internet foi uma experiência fracassada quanto a substituir planos de negócios inteligentes para novos produtos.

Como a colaboração entre governo e indústria pode incentivar a pesquisa e o desenvolvimento da área de Nanotecnologia ?

O Governo dos Estados Unidos tem diversos papéis a desempenhar para assegurar a liderança da América em Nanotecnologia . O primeiro é investir suficientemente em pesquisa básica, que produz os cientistas e os engenheiros que irão inventar o futuro. O segundo é agir como adotadora precoce das tecnologias novas, especialmente nas áreas onde as vantagens tecnológicas aumentam nossa segurança. Finalmente, o governo deve considerar um novo papel: aquele de mediador, unindo laboratórios de pesquisa acadêmicos, laboratórios nacionais e corporativos para que trabalhem juntos e a nação possa participar dos benefícios de suas descobertas.