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07:55 18 Ottobre 2019

Premio Nobel spiega se i nanorobot distruggeranno la Terra in futuro

CC0 / Pixabay
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Gli scienziati stanno da tempo creando e testando in laboratorio varie tipologie di nanomacchine. In sostanza, si tratta di una struttura molecolare il cui compito è eseguire determinate funzioni con un’utilità precisa: ad esempio, consegnare i farmaci a un organo malato, identificare un agente patogeno e colpirlo.

Una volta nati i primi nanorobot, potranno questi contribuire alla colonizzazione di Marte e di altri pianeti?

A queste domande risponde Ben Feringa, professore dell’Università di Groningen (Olanda). Nel 2016 insieme al francese Jean-Pierre Sauvage e allo scozzese J. Fraser Stoddart ha vinto il Premio Nobel per la progettazione e la sintesi di macchine molecolari.

— Le Sue nanomacchine sono composte da elementi del tutto ordinari come il carbonio, l’azoto o lo zolfo. Potrebbero anche contenere elementi più “esotici” come metalli rari o sostanze radioattive?

© AP Photo / Jeroen Van Kooten
Ben Feringa

A questa domanda è molto difficile rispondere per una semplice ragione: ad oggi non sappiamo cosa sono e non sono in grado di fare queste strutture molecolari. Nonostante i nostri nanomotori, nanorotori ed elementi simili presentino grandi differenze a livello strutturale, tutti noi (io, Stoddart, Sauvage e molti altri colleghi) al momento lavoriamo esclusivamente con molecole organiche. Chiaramente nessuno ci impedisce di pensare che sia possibile creare qualcosa di simile impiegando unicamente composti inorganici. Ad esempio, decomponendo un composto complesso e inducendolo, proprio come accade con i nostri motori molecolari, a girare attorno al proprio asse. Ma, a dir la verità, nessuno ha ancora creato nanomotori del genere.

E la ragione è semplice. Grazie allo sviluppo della farmaceutica e della chimica dei polimeri abbiamo studiato e sintetizzato bene e velocemente composti complessi a base di catene di idrogeno. Sono convinto che lo stesso possa essere fatto con i composti inorganici, ma per farlo dobbiamo prima capire come riunire queste molecole.

Se parliamo di isotopi radioattivi, non credo che diventeranno mai parte di nanomacchine. Le loro insolite proprietà e la loro instabilità li rendono inadatti a far parte di sistemi molecolari stabili che impiegano la luce o l’elettricità come fonte d’energia.

In tal senso per noi sono più interessanti motori molecolari biologici che sono presenti nel corpo umano in centinaia di varianti. Questi motori sono tutti macchine proteiche, molte delle quali contengono atomi di metalli.

Sempre più spesso svolgono un ruolo chiave in quelle reazioni che inducono le biomacchine a mettersi in moto. Per questo, a mio avviso, la combinazione di complessi di metalli e dei composti organici che li circondano rappresentano una soluzione più promettente.

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— Quest’anno celebriamo il centocinquantenario della tavola periodica di Mendeleev. Potrebbe spiegarci in che modo quest’ormai antico traguardo della scienza ci permette di fare importanti scoperte ancora oggi?

— La tavola di Mendeleev di fatto ci aiuta sempre a determinare come si comportano diverse tipologie di atomi e a prevedere le proprietà di alcuni composti.

Ad esempio, in alcune tipologie di nostri motori sono integrati atomi di ossigeno. Grazie alla tavola sappiamo che lo zolfo avrà proprietà simili all’ossigeno, ma avrà dimensioni maggiori. Questo ci permette di gestire in maniera flessibile il comportamento di queste macchine molecolari, sostituendo l’ossigeno allo zolfo e viceversa.

Chiaramente, le nostre possibilità di previsione non si limitano a questo. Esistono numerosi parametri scoperti di recente che ci permettono di prevedere alcune caratteristiche delle nanomacchine.

Tuttavia, dubito che riusciremo a creare qualcosa di simile a una tavola periodica per nanostrutture come queste. Al momento non abbiamo conoscenze a sufficienza per farlo, sempre che sia possibile.

Ad esempio, possiamo prevedere come si comporteranno motori molecolari di varie dimensioni e simili per struttura, ma non siamo in grado di farlo per sistemi fra loro molto diversi o di progettare qualcosa da zero senza condurre esperimenti.

— Di recente Lei ha detto che i primi nanorobot veri e propri nasceranno tra una cinquantina d’anni. Ma solo un anno e mezzo fa in Francia c’è stata la prima “corsa” di queste nanomacchine. Quanto ci vorrà ancora perché nascano nanostrutture autonome?

— Bisogna capire che tutte le macchine molecolari ad oggi esistenti sono molto primitive sia per strutture sia per destinazione. Di fatto anche la nostra macchina, creata nel 2011, e anche quei “bolidi da corsa” a cui accennava sono stati creati non per risolvere problemi pratici, ma per soddisfare qualche curiosità.

Sia noi sia i nostri colleghi stiamo creando strutture di questo tipo per risolvere problemi molto semplici: cerchiamo di capire come indurre le molecole a muoversi in una determinata direzione, a fermarsi o a eseguire semplici comandi. Questo è un obiettivo interessante, ma meramente accademico.

Il passo successivo sarà già più complesso e serio. Bisognerà capire se sia possibile coinvolgere queste strutture nell’esecuzione di compiti più pratici: trasportare pesi, comporre strutture più complesse, reagire a stimoli esterni.

Ad esempio, le nanomacchine possono essere utilizzate per la creazione di finestre “intelligenti” che, reagendo al livello di illuminazione presente in strada, sono in grado di oscurarsi o meno. O ancora per la sintesi di antibiotici che si attivano solo in presenza di un determinato segnale chimico o luminoso. Queste innovazioni saranno diffuse al grande pubblico molto prima di quanto pensiate, già nei prossimi 10 anni.

© Foto : Randy Wind/Martin Roelfs
Le nanomacchine

La creazione di nanorobot veri e propri, in grado di effettuare operazioni all’interno dell’organismo e di risolvere problemi complessi, richiederà chiaramente più tempo, Ma, lo ribadisco, sono convinto che questo sia alla nostra portata. Nel corpo umano vi è una quantità infinita di robot simili e nessuno ci impedisce di farne delle copie artificiali.

D’altra parte, noi, come ho già detto, a livello di sviluppo al momento ci troviamo allo stesso punto in cui si trovavano i fratelli Wright quando stavano progettando il primo aereo. Inizialmente dobbiamo capire perché e che cosa creeremo. Poi capiremo come.

A mio avviso, non è necessario copiare esattamente ciò che ci ha dato la natura. Talvolta i sistemi completamente artificiali, come gli aerei e i chip, sono molto più semplici da creare di un’ala o di un cervello umano.

In altri casi è più semplice prendere ciò che hanno già creato degli organismi vivi, come determinati anticorpi, e integrarvi un farmaco o una componente di nanomacchina.

Questi approcci vengono già applicati alla medicina. Per questo, non si può dire in maniera univoca che una di queste vie sia più giusta e promettente per tutte le tipologie di nanorobot.

— Negli ultimi anni sono comparse due categorie di nanomacchine: strutture relativamente semplici che ricevono l’energia dall’esterno e strutture invece più complesse (del tutto simili a motori) in grado di produrre energia in maniera autonoma. Quale di queste sono più vicine alla realtà?

— I motori chimici, in parte simili a quelli presenti nelle cellule, hanno cominciato a nascere davvero. Infatti, relativamente di recente abbiamo creato alcune strutture simili nel nostro laboratorio.

Siamo riusciti, ad esempio, a sintetizzare una nanomacchina in grado di utilizzare il glucosio e il perossido di idrogeno come carburante e di trasportare nanotubi, nanoparticelle e altre strutture pesanti in una precisa direzione.

È difficile dire quanto siano promettenti perché tutto dipende dai problemi a cui li si pone davanti.

Se dovessimo organizzare il trasporto di alcune molecole, potremmo tranquillamente usare queste molecole. Tuttavia, per la creazione di finestre o altri dispositivi intelligenti, dovremo utilizzare un altro materiale.

Inoltre, ancora non capiamo cosa ci manchi, quali analoghi delle macchine classiche possiamo creare utilizzando le molecole e in che direzione possa andare questo settore. In sostanza, siamo ancora agli inizi. Al momento sappiamo con certezza solo una cosa: le nanomacchine sono diverse dalle biomacchine presenti nelle nostre cellule e dalle loro “sorelle maggiori” presenti nel cosiddetto macromondo.

— In un futuro lontano sarà possibile impiegare utilizzare macchine molecolari in grado di copiarsi per risolvere problemi di portata globale come la conquista di Marte e di altri pianeti?

— È difficile parlare di altri pianeti, perché la questione esula dalle mie competenze. Tuttavia, a mio avviso, è improbabile che le nanomacchine vengano impiegate in tal senso. Quando tentiamo di conquistare un ambiente nuovo e ostile, ci servono tecnologie molto affidabili e non qualcosa di sperimentale.

Per questo ritengo che tali macchine debbano prima trovare una loro applicazione sulla Terra. Possiamo dire che questo stia già accadendo: negli ultimi anni i chimici hanno creato centinaia di strutture molto complesse composte da numerose molecole, le cosiddette strutture sopramolecolari che possono unirsi in maniera selettiva a determinati ioni e ignorarne altri.

Ad esempio il mio collega Stoddart di recente ha fondato una startup per la creazione di strutture in grado di estrarre oro dai rifiuti delle imprese minerarie. In passato, la creazione di composti simili era considerata fantascienza dagli alchimisti.

— Parlare di nanomacchine scatena spesso una paura irrazionale nel grande pubblico il quale teme che questi microscopici robot del futuro possano distruggere la civiltà umana e ogni forma di vita sulla Terra. È possibile risolvere questo problema?

— Questi problemi sono strettamente legati al libro Motori di creazione di Erik Drexler del 1986 e allo scenario della morte dell’umanità sopravvenuto in seguito all’automoltiplicazione di quella “sostanza grigia” che oggi conoscono di fatto tutti.

In realtà, non è nulla di insolito: creando nuove nanomacchine, prendiamo tutte le precauzioni che si prenderebbero nel creare nuove sostanze chimiche potenzialmente tossiche.

In tal senso i componenti dei nanorobot non si discostano per potenziale distruttivo dai “mattoncini” di cui si compongono le molecole di nuovi farmaci, polimeri, catalizzatori e altri prodotti “tradizionali” della chimica.

Come qualsiasi altro farmaco o prodotto alimentare, queste strutture molecolari devono essere sottoposte a un gran numero di test di sicurezza che dimostrino se siano o meno in grado di “insorgere” e distruggere l’umanità.

In realtà questi timori non sono di certo sorprendenti: l’uomo tende a temere ciò che è nuovo e insolito. Ogni decennio la fisica, la chimica e la biologia producono una nuova paura che sostituisce le precedenti. Adesso, ad esempio, è di moda aver paura e temere il sistema di editing genomico CRISPR/Cas9 e l’intelligenza artificiale.

Cosa dovrebbero fare gli scienziati? A mio avviso, il nostro compito è semplice: dobbiamo aiutare il grande pubblico a discernere la verità dal falso. Bisogna capire quali vantaggi pratici possono portare queste invenzioni e in cosa consiste la loro pericolosità.

Ad esempio, se la gente capisse che il CRISPR/Cas9 può curare malattie genetiche e aumentare il raccolto, avrebbe meno ragioni per temere questa tecnologia. Lo stesso vale per le nanomacchine del futuro.

Tags:
intelligenza artificiale, robot, nanotecnologia, Premio Nobel, Intervista, scienza
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