VISÕES DE FICÇÃO CIENTÍFICA
Impressoras 3D biológicas poderiam reparar lesões na medula espinhal e nos conduzir para a era pós-computador.
É o material da ficção científica cyberpunk - tatuagens adornadas com luzes brilhantes e circuitos sofisticados. Eles monitoram nossos sinais vitais, nos dizem, e nos fornecem conselhos personalizados de saúde em tempo real. Eles vão ligar nossa biologia para a web, e colocar a internet das coisas na - na, na - os nossos dedos. Eles vão melhorar nossos cinco sentidos e talvez até nos dar novos.
Este tipo de aumento humano é representado em Circuits , o primeiro episódio de Glimpse , uma nova série de ficção científica original da Futurism Studios (uma divisão da Futurism LLC) e DUST. Assista o primeiro episódio abaixo.
Graças aos recentes desenvolvimentos em materiais avançados e engenharia biomédica, eletrônicos vestíveis para fazer todas essas coisas podem estar quase aqui. Já temos materiais biocompatíveisque permitem que a eletrônica se funda perfeitamente com o corpo. Nós já desenvolvemos e-tatuagens que podem controlar um smartphone.
Agora, é apenas uma questão de refinar e melhorar essas tecnologias.
Em abril, Michael McAlpine , professor de engenharia mecânica na Universidade de Minnesota, publicou um estudo na revista Advanced Materials, no qual demonstrou uma maneira de imprimir eletrônicos diretamente na pele. O dispositivo - barato, acessível e compacto - já oferece aplicativos inovadores para os militares e para a medicina. No futuro, isso poderia mudar completamente como interagimos com o mundo ao nosso redor.
O futurismo falou recentemente com Alpine sobre sua pesquisa e o futuro da eletrônica e das tatuagens eletrônicas.
Poeira / Futurismo do Copyright, 2018
Esta entrevista foi ligeiramente editada para maior clareza e brevidade.
Futurismo: quero começar falando sobre a tecnologia de impressão 3D no centro deste estudo. O que há de tão especial nisso?
Michael McAlpine: Como um todo, nosso grupo de pesquisa desenvolve impressoras que podem imprimir além dos plásticos duros usados pela maioria das impressoras 3D. Plástico duro tem valor limitado. Poucas pessoas estão saindo e comprando essas impressoras, porque ninguém em casa realmente tem necessidade de imprimir objetos plásticos duros. Portanto, estamos expandindo os recursos da impressão 3D para além do plástico rígido e em direção ao que chamamos de "materiais funcionais". Isso significa imprimir materiais com algum uso prático - materiais eletrônicos, polímeros macios e até materiais biológicos como células - tudo isso plataforma única.
Também estamos integrando digitalização e visão computacional em impressão 3D. A digitalização 3D nos permite digitalizar a superfície que está sendo impressa, como um órgão ou um nervo. Isso nos permite imprimir dispositivos biomédicos anatomicamente específicos. A visão computacional nos permite imprimir em superfícies móveis, como uma mão. Neste estudo mais recente, imprimimos um dispositivo eletrônico diretamente na pele. Isso nunca foi feito antes. A impressora está compensando tanto a topologia da mão quanto o movimento da mão. Então você tem multifuncionalidade, tem rastreamento, superfícies complexas e combinações de dispositivos anatomicamente precisas. Isso é o que o torna único.
F: O estudo menciona especificamente as aplicações militares para essa tecnologia. Conte-nos mais sobre isso.
MM: O principal insight que recebemos ao falar com os militares é que eles estão interessados nesse conceito chamado 'autonomia', ou seja, sistemas que são desconectados da rede, mas ainda têm algum tipo de funcionalidade. Neste caso particular, você pode pensar na ferramenta de impressão 3D como um canivete suíço para funcionalidade. Um soldado poderia carregá-lo em sua mochila, retirá-lo no campo e imprimir qualquer tipo de dispositivo usando apenas matérias-primas colocadas na impressora.
Então, é autônomo porque você não precisa de nada além da própria impressora para criar um dispositivo. Você pode começar a pensar em imprimir dispositivos salva-vidas no corpo, como um painel solar no pulso ou um sensor de guerra química ou biológica em um braço. A impressora que usamos custa menos de US $ 400, é bem leve e compacta, então cabe em uma mochila. No futuro, talvez possa até ser dobrado.
F: Como essa tecnologia será usada na medicina?
MM: Há enormes implicações para a medicina e, particularmente, para atendentes de emergência. Agora, se houver um acidente, o paciente tem que esperar no local do acidente para a ambulância aparecer. Então, a ambulância tem que levá-los até o hospital. Assim, pode ser meia hora ou mais antes que qualquer tratamento real ocorra. Mas se você pudesse levar a impressora ao paciente e imprimir um dispositivo biomédico diretamente no paciente no local do acidente, isso seria um gamechanger.
Para o nosso artigo mais recente, além da impressão eletrônica no verso da mão, também imprimimos células na ferida de um mouse. Nós colaboramos com o reitor da faculdade de medicina daqui, Jajub Tolar , que trabalha em uma rara doença de pele onde a camada epidérmica se desprende como resultado de uma doença genética. Fomos capazes de imprimir células regenerativas na ferida do rato enquanto o rato se movia.
F: Vamos para aplicativos civis. Imagine um mundo daqui a cinco ou dez anos, onde impressoras como essas são mais onipresentes, mais acessíveis e mais capazes. Como eles poderiam ser usados na vida cotidiana?
MM: Eu dei uma palestra recentemente em uma feira de ciências que teve um monte de crianças e pais na plateia. A primeira pergunta que fiz foi: "Quantos de vocês sabem o que é impressão 3D?" E praticamente todos na sala levantaram a mão. Agora, a segunda pergunta que fiz foi: "Quantos de vocês já usaram uma impressora 3D antes?" Todos os pais colocaram as mãos para baixo, mas as crianças ainda estavam com as mãos para cima. Então eu perguntei: "É porque você usa na sua classe?" E todos eles disseram que sim. Então eu perguntei: "Quantos de vocês realmente possuem uma impressora 3D?" E praticamente todo mundo coloca a mão para baixo.
Mesmo que essas coisas sejam acessíveis e acessíveis, ninguém as compra, porque ninguém quer imprimir plástico duro. Não há uso para isso. Mesmo as crianças não se importam muito. Eles podem imprimir um brinquedo que não faz absolutamente nada. Então perguntei: “E se você pudesse imprimir eletrônicos em sua pele? E se você pudesse imprimir seu próximo iphone ou seu próximo smartwatch diretamente no seu pulso? Quantos de vocês iriam comprar uma impressora? ”E então todas as crianças levantaram as mãos. É o sonho de toda criança imprimir todos os tipos de luzes e dispositivos eletrônicos em sua pele. É uma idéia meio estranha, ter tatuagens eletrônicas em toda a sua pele, mas as crianças vão fazer isso. E os adultos também farão isso.
F: Eu quero olhar um pouco mais abaixo na estrada. Onde esse tipo de tecnologia nos levará a longo prazo?
MM: Todas essas tecnologias que estamos desenvolvendo levarão à era pós-computador. Você está basicamente indo de 2D para 3D [microchips para circuitos integrados], que é essencialmente o que a biologia é. Então, é aí que a fusão de eletrônica e biologia vai acontecer. Qualquer privacidade ou questões éticas que surjam disso não serão muito diferentes daquelas que temos com a eletrônica atual.
F: Qual é o próximo grande problema ou oportunidade que você deseja abordar neste campo?
MM: Estamos particularmente empolgados com a ideia do reparo do nervo [renovar ou recuperar o tecido danificado para restaurar a função do sistema nervoso]. Nós já publicamos pesquisas sobre o reparo de nervos periféricos.
Também estamos trabalhando agora no reparo do nervo central, ou reparo da medula espinhal. Neste momento, existem todos os tipos de abordagens diferentes para o tratamento de lesões na medula espinhal, desde a inserção de suportes e células-tronco até a introdução de moléculas bioquímicas e gradientes para promover a regeneração. Nossa ferramenta de impressão oferece uma solução completa, porque você pode imprimir um andaime e pode imprimir células dentro desse andaime. Você também pode imprimir sinais bioquímicos e eletrônicos dentro do andaime para estimulação. E então, é claro, você pode adaptar o andaime de modo que seja anatomicamente específico e anatomicamente preciso para o paciente. Ter uma ferramenta completa que combine todas as tecnologias existentes usadas para tratar essas lesões poderia ter enormes implicações para os pacientes.
F: É engraçado, nós falamos muito sobre tecnologia substituindo a biologia no futuro. Mas eu realmente gosto da ideia de tecnologia criando biologia.
MM: Ou aumentando isso. Com a nossa ferramenta de impressão 3D, você pode integrar eletrônicos a órgãos para fazer coisas que órgãos comuns não podem fazer. O primeiro artigo publicado no espaço de impressão 3D foi chamado de “ Orelhas Bionic impressas em 3D ”. Nele, mostramos que você pode realmente mesclar células com componentes eletrônicos. Foi muito grosseiro - essa foi a nossa primeira impressora, e foi há cinco anos atrás -, mas provamos que poderíamos fazer um órgão biônico que fosse funcional e que pudesse “ouvir música que estivesse além da faixa normal de freqüência da audição”.
Isso abriu muito espaço para nós. Recentemente , concluímos um projeto semelhante com modelos de órgão, no qual criamos modelos de órgãos naturais que foram impressos em 3D, mas pareciam o próprio órgão. Eles foram feitos de um polímero macio. Então, imagine alguém que sofreu recentemente uma insuficiência hepática. Com esse tipo de tecnologia, em vez de substituir o fígado por uma versão celular, talvez não seja necessário ter células ou biologia. Talvez possa ser puramente sintético e talvez funcione melhor do que um fígado normal jamais poderia - um órgão aumentado.
Esta entrevista foi ligeiramente editada para maior clareza e brevidade.
Futurismo: quero começar falando sobre a tecnologia de impressão 3D no centro deste estudo. O que há de tão especial nisso?
Michael McAlpine: Como um todo, nosso grupo de pesquisa desenvolve impressoras que podem imprimir além dos plásticos duros usados pela maioria das impressoras 3D. Plástico duro tem valor limitado. Poucas pessoas estão saindo e comprando essas impressoras, porque ninguém em casa realmente tem necessidade de imprimir objetos plásticos duros. Portanto, estamos expandindo os recursos da impressão 3D para além do plástico rígido e em direção ao que chamamos de "materiais funcionais". Isso significa imprimir materiais com algum uso prático - materiais eletrônicos, polímeros macios e até materiais biológicos como células - tudo isso plataforma única.
Também estamos integrando digitalização e visão computacional em impressão 3D. A digitalização 3D nos permite digitalizar a superfície que está sendo impressa, como um órgão ou um nervo. Isso nos permite imprimir dispositivos biomédicos anatomicamente específicos. A visão computacional nos permite imprimir em superfícies móveis, como uma mão. Neste estudo mais recente, imprimimos um dispositivo eletrônico diretamente na pele. Isso nunca foi feito antes. A impressora está compensando tanto a topologia da mão quanto o movimento da mão. Então você tem multifuncionalidade, tem rastreamento, superfícies complexas e combinações de dispositivos anatomicamente precisas. Isso é o que o torna único.
F: O estudo menciona especificamente as aplicações militares para essa tecnologia. Conte-nos mais sobre isso.
MM: O principal insight que recebemos ao falar com os militares é que eles estão interessados nesse conceito chamado 'autonomia', ou seja, sistemas que são desconectados da rede, mas ainda têm algum tipo de funcionalidade. Neste caso particular, você pode pensar na ferramenta de impressão 3D como um canivete suíço para funcionalidade. Um soldado poderia carregá-lo em sua mochila, retirá-lo no campo e imprimir qualquer tipo de dispositivo usando apenas matérias-primas colocadas na impressora.
Então, é autônomo porque você não precisa de nada além da própria impressora para criar um dispositivo. Você pode começar a pensar em imprimir dispositivos salva-vidas no corpo, como um painel solar no pulso ou um sensor de guerra química ou biológica em um braço. A impressora que usamos custa menos de US $ 400, é bem leve e compacta, então cabe em uma mochila. No futuro, talvez possa até ser dobrado.
F: Como essa tecnologia será usada na medicina?
MM: Há enormes implicações para a medicina e, particularmente, para atendentes de emergência. Agora, se houver um acidente, o paciente tem que esperar no local do acidente para a ambulância aparecer. Então, a ambulância tem que levá-los até o hospital. Assim, pode ser meia hora ou mais antes que qualquer tratamento real ocorra. Mas se você pudesse levar a impressora ao paciente e imprimir um dispositivo biomédico diretamente no paciente no local do acidente, isso seria um gamechanger.
Para o nosso artigo mais recente, além da impressão eletrônica no verso da mão, também imprimimos células na ferida de um mouse. Nós colaboramos com o reitor da faculdade de medicina daqui, Jajub Tolar , que trabalha em uma rara doença de pele onde a camada epidérmica se desprende como resultado de uma doença genética. Fomos capazes de imprimir células regenerativas na ferida do rato enquanto o rato se movia.
F: Vamos para aplicativos civis. Imagine um mundo daqui a cinco ou dez anos, onde impressoras como essas são mais onipresentes, mais acessíveis e mais capazes. Como eles poderiam ser usados na vida cotidiana?
MM: Eu dei uma palestra recentemente em uma feira de ciências que teve um monte de crianças e pais na plateia. A primeira pergunta que fiz foi: "Quantos de vocês sabem o que é impressão 3D?" E praticamente todos na sala levantaram a mão. Agora, a segunda pergunta que fiz foi: "Quantos de vocês já usaram uma impressora 3D antes?" Todos os pais colocaram as mãos para baixo, mas as crianças ainda estavam com as mãos para cima. Então eu perguntei: "É porque você usa na sua classe?" E todos eles disseram que sim. Então eu perguntei: "Quantos de vocês realmente possuem uma impressora 3D?" E praticamente todo mundo coloca a mão para baixo.
Mesmo que essas coisas sejam acessíveis e acessíveis, ninguém as compra, porque ninguém quer imprimir plástico duro. Não há uso para isso. Mesmo as crianças não se importam muito. Eles podem imprimir um brinquedo que não faz absolutamente nada. Então perguntei: “E se você pudesse imprimir eletrônicos em sua pele? E se você pudesse imprimir seu próximo iphone ou seu próximo smartwatch diretamente no seu pulso? Quantos de vocês iriam comprar uma impressora? ”E então todas as crianças levantaram as mãos. É o sonho de toda criança imprimir todos os tipos de luzes e dispositivos eletrônicos em sua pele. É uma idéia meio estranha, ter tatuagens eletrônicas em toda a sua pele, mas as crianças vão fazer isso. E os adultos também farão isso.
F: Eu quero olhar um pouco mais abaixo na estrada. Onde esse tipo de tecnologia nos levará a longo prazo?
MM: Todas essas tecnologias que estamos desenvolvendo levarão à era pós-computador. Você está basicamente indo de 2D para 3D [microchips para circuitos integrados], que é essencialmente o que a biologia é. Então, é aí que a fusão de eletrônica e biologia vai acontecer. Qualquer privacidade ou questões éticas que surjam disso não serão muito diferentes daquelas que temos com a eletrônica atual.
F: Qual é o próximo grande problema ou oportunidade que você deseja abordar neste campo?
MM: Estamos particularmente empolgados com a ideia do reparo do nervo [renovar ou recuperar o tecido danificado para restaurar a função do sistema nervoso]. Nós já publicamos pesquisas sobre o reparo de nervos periféricos.
Também estamos trabalhando agora no reparo do nervo central, ou reparo da medula espinhal. Neste momento, existem todos os tipos de abordagens diferentes para o tratamento de lesões na medula espinhal, desde a inserção de suportes e células-tronco até a introdução de moléculas bioquímicas e gradientes para promover a regeneração. Nossa ferramenta de impressão oferece uma solução completa, porque você pode imprimir um andaime e pode imprimir células dentro desse andaime. Você também pode imprimir sinais bioquímicos e eletrônicos dentro do andaime para estimulação. E então, é claro, você pode adaptar o andaime de modo que seja anatomicamente específico e anatomicamente preciso para o paciente. Ter uma ferramenta completa que combine todas as tecnologias existentes usadas para tratar essas lesões poderia ter enormes implicações para os pacientes.
F: É engraçado, nós falamos muito sobre tecnologia substituindo a biologia no futuro. Mas eu realmente gosto da ideia de tecnologia criando biologia.
MM: Ou aumentando isso. Com a nossa ferramenta de impressão 3D, você pode integrar eletrônicos a órgãos para fazer coisas que órgãos comuns não podem fazer. O primeiro artigo publicado no espaço de impressão 3D foi chamado de “ Orelhas Bionic impressas em 3D ”. Nele, mostramos que você pode realmente mesclar células com componentes eletrônicos. Foi muito grosseiro - essa foi a nossa primeira impressora, e foi há cinco anos atrás -, mas provamos que poderíamos fazer um órgão biônico que fosse funcional e que pudesse “ouvir música que estivesse além da faixa normal de freqüência da audição”.
Isso abriu muito espaço para nós. Recentemente , concluímos um projeto semelhante com modelos de órgão, no qual criamos modelos de órgãos naturais que foram impressos em 3D, mas pareciam o próprio órgão. Eles foram feitos de um polímero macio. Então, imagine alguém que sofreu recentemente uma insuficiência hepática. Com esse tipo de tecnologia, em vez de substituir o fígado por uma versão celular, talvez não seja necessário ter células ou biologia. Talvez possa ser puramente sintético e talvez funcione melhor do que um fígado normal jamais poderia - um órgão aumentado.
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