Sobre nanoimplantes en la piel o prótesis conectadas a los nervios: una hora con el director de nanotecnología del MIT, Brian Anthony
Cuando hablamos de nanotecnología de manera informal es imposible no pensar en los nanobots de Spider-Man, Ray Palmer y El Átomo o ‘Ant-Man’. Si nos alejamos de los cómics o el cine, quizá alguien empiece a pensar en implantes o sensores que expandan nuestros sentidos.
Sobre esto último, que son algunas de las aplicaciones prácticas en las que ya se trabaja en nanotecnología, pudimos conversar con Brian Anthony, director de nanotecnología del MIT, además de ganador de un Emmy por sus innovaciones en transmisiones deportivas.
La nanotecnología es más grande de lo que parece
Xataka: Hay una frase motivacional muy común que es “piensa en grande”, aunque supongo que debe ser cuanto menos divertido aplicarla en nanotecnología. Puede que sea una pregunta estúpida, pero… ¿Cómo es trabajar con cosas que son tan pequeñas? Supongo que será todo más complejo…
Sí, pero no. Una vez que eres capaz de observar algo a esa escala puedes aplicarlo a escala humana. Además de tener instalaciones de producción y salas de imagen, también hemos instalado en el edificio del MIT, que tiene 20.000 m² dedicados a la fabricación, caracterización y trabajo con nanotecnología, lo que llamamos el “laboratorio de emergencia”. Es una sala pequeña diseñada para realidad aumentada y realidad virtual, y nos da la posibilidad de expandir esos datos nanométricos a escala humana a la hora de interactuar con las pantallas que te permiten navegar por tus datos y visualizarlos.
Sí que te tienes que preocupar por los efectos cuánticos: la forma en la que la luz interactúa con la materia… pero una vez que tienes las herramientas para saber cómo trabajar a esa escala y ser capaz de visualizar lo que está ocurriendo, no es tan diferente de las mismas cosas que puedes hacer con un microscopio y unas pinzas.
¿Y cuál es el mayor reto al que os enfrentáis?
Por un lado, lo que ya hemos comentado sobre el tamaño: el pelo humano, o el de la mayoría de los humanos [se ríe y bromea porque él es calvo], tiene un diámetro de entre 10 y 200 micrones, lo que está entre 10.000 y 200.000 nanómetros, así que estamos hablando de cosas muy, muy pequeñas.
Por otro lado, uno de los retos más grandes es sobre big data. Los equipos de imagen en la planta del sótano pueden generar 4TB de datos en 15 minutos y es una de las doce instalaciones de imagen de las que disponemos. Entender todos esos datos y aplicarlos a herramientas en producción es un reto.
Supongo que también es una apuesta interna importante. Con unas instalaciones como las que comentas y un volumen de datos así, no debe ser tampoco algo barato de mantener…
El motivo por el que MIT ha invertido 300 millones de dólares para construir estas instalaciones es que, si te fijas en los departamentos de ingeniería, más del 50% están trabajando en proyectos que incluyen partes a escala nanométrica. Eso no significa que todos los científicos lo vayan a necesitar, pero ya seas ingeniero mecánico, ingeniero eléctrico o incluso biólogo o químico, donde se está desarrollando la ingeniería moderna es a nivel nanométrico.
No se trata de nada nuevo, pero lo que sí que es nuevo son las herramientas que te permiten caracterizar cosas a escala nanométrica o manipular cosas a escala nanométrica. La escala nanométrica es la escala a la que se trabaja en biología y en química.
Brian Anthony en la sede de Global Alumni en Madrid. ¿Y por qué es tan importante la nanotecnología?
El motivo por el que puedes oler o saborear la diferencia entre un limón o una naranja es que tienes sensores nanométricos que pueden aumentar la magnitud de una molécula y puedes diferenciar el cambio molecular que te dice si es un limón o una naranja. Así que, a través de estos sensores nanométricos, se puede estudiar mucho mejor la biología, puesto que nos muestra la escala a la que se diferencian estas moléculas. Es la escala en la que normalmente trabajas en química y que ahora podemos utilizar en ingeniería.
Por ejemplo, puedes modificar moléculas a nivel individual y aplicarlo a la ingeniería mecánica, y para ello necesitas trabajar con muestras que no se vayan a mover o donde no vaya a haber cambios de temperatura o polvo que puedan contaminar las muestras. Por eso el nuevo edificio se asienta sobre un forjado de 50.000 toneladas de hormigón y es el lugar más tranquilo que te puedas encontrar en la costa oeste de EE.UU en cuanto a vibraciones, control de temperatura, control del polvo, etc.
Hemos visto que has trabajado en diferentes ámbitos de investigación como la tecnología de imagen médica o la energía y movilidad, de ahí que parezca que en la nanotecnología también existen “macrodivisiones”. ¿Cómo conectas estos diferentes ámbitos?
Es más sobre las aplicaciones y en qué ámbito se desarrollan las nanotecnologías. Se trata de materiales novedosos y de ser capaz de preparar y modificar ciertas propiedades o algunos materiales mixtos. Una vez que puedes controlar los materiales tienes a tu disposición aplicaciones biológicas, aplicaciones químicas, aplicaciones mecánicas, aplicaciones de informática… los materiales son una parte.
Otra parte son los procesos y uno de los pasos de producción que tienes que poner en práctica para, por ejemplo, poner silicio con germanio. Así que se trata de desarrollar procesos novedosos para ordenar materiales de la forma en la que quieras y luego están los sensores y los dispositivos.
Una vez que puedo manipular materiales y procesarlos, después puedo crear cosas que implican computación o hacer preguntas y aplicar la biología o la química a los procesos de producción. Así que normalmente no lo diferenciaría de la misma forma que tú, sino que más bien pienso que podemos ser muy innovadores y crear nuevos materiales que puedan afectar a todas las partes del proceso.
Nanoimplantes, sensores y nuevos sentidos
La opción de expandir nuestra percepción del mundo gracias a los nanoimplantes es una realidad desde hace unos pocos años. ¿Qué oportunidades traen estos nuevos sentidos? ¿Qué nos aportan? ¿Qué tipo de cosas podemos hacer con estos nanoimplantes?
Depende de lo que trates de implantar [risas]. Se han hecho muchas cosas. Por ejemplo, uno de los mayores retos en cuanto a wearables está en microagujas y nanoagujas para mejorar el contacto. Siempre que intentas hacer un dispositivo wearable no acaba de tener mucho contacto directo con la piel, así que, si puedes poner cosas que se conectan directamente con la piel o de forma ligeramente subcutánea, puedes buscar aplicaciones como tomar una medicación, analizar si respondes bien a esa medicación, u obtener los datos que quieres del dispositivo wearable (puede que las personas se olviden de ponérselo o de llevarlo consigo).
Así que, si puedes desarrollar tecnologías lo menos invasivas posibles que vayan dentro de la piel, te da una ventaja en la forma que se trasladan a la mente humana. Se han hecho muchas cosas en cuanto a neuroimplantes, por ejemplo, para tratar a pacientes con epilepsia para poder entender las enfermedades degenerativas y conocer mejor cómo funciona el cerebro. Lo que no quieres es tener que poner implantes de gran tamaño en el cerebro, lo mejor son implantes pequeños que no interactúen o interfieran con sus funciones naturales.
Si alguien decide implantarse en el cuerpo un sensor para desarrollar nuevos sentidos, ¿qué impacto podría tener en el cerebro? ¿El cerebro está preparado para lidiar con más estrés potencial?
Dentro de poco participaré en una conferencia que se titula “Imagínate que tienes nueve sentidos. ¿Qué tendría que hacer tu cerebro para aprovecharse de ellos?”. Por ejemplo, para poder ver corrientes termales o sentir esas cosas.
Al fin y al cabo necesitas esquematizar estas funciones sensoriales sobre los sentidos que ya tenemos. No vamos a esperar que de repente vayamos a poder ver la temperatura, pero sí que podemos aumentar ciertos sentidos, y es en parte la misión de la realidad aumentada: lo que vemos es con los sentidos que ya tenemos y se trata de establecer cómo podemos superponerlo a lo que ya podemos hacer y aplicarlo de alguna manera.
Puedo sentir algunas cosas a nivel nanométrico si puedo expandir el nivel de sensaciones de mi cuerpo, o puedo ver la temperatura si existe una forma extra de visualizar y presentarlo en la corteza visual con el rango visual de esas temperaturas.
¿Entonces se trata más bien de expandir los sentidos que de añadir unos nuevos?
Así es. Se trata de aumentar nuestra capacidad sensorial actual y ser capaces de esquematizar esa nueva funcionalidad sensorial a las cosas que ya tenemos. Puede que en un par de décadas podamos desarrollar nuevas capacidades.
Veo que también estáis trabajando en nanosensores ultrasónicos para cosas como medir la presión sanguínea. ¿En qué fase están estos proyectos?
Megan Roberts era una investigadora de mi grupo y ahora es la jefa del laboratorio de inmersión en MIT.nano y, para su doctorado, desarrolló un sensor imprimible para generar y detectar ultrasonidos. El motivo por el que desarrollamos ese sensor es que anteriormente Aaron Zakrzewski había desarrollado una serie de sensores que nos permitían hacer una estimación de la presión sanguínea a partir de ultrasonidos.
Los sistemas de ultrasonidos actuales disponibles son bastante grandes y tienes que ponerlos en el cuerpo, y solíamos utilizarlos para recopilar datos, pero el santo grial de muchos tipos de monitorización fisiológica es crear una solución para medir la presión sanguínea que sea ambulatoria y no necesite calibrado, y que sea una referencia precisa para la medición de la presión sanguínea. Y eso todavía está en fase de investigación.
Hemos desarrollado los algoritmos que nos permiten saber cómo poner ultrasonidos en el cuerpo, recoger esos sonidos y procesarlos para estimar las propiedades del tejido, las propiedades de la pared vascular y de la presión interna en la arteria. Ahora hemos desarrollado por lo menos el diseño para ese sensor wearable y tenemos un buen historial del trabajo que hemos desarrollado en cuanto a tecnología imprimibles.
Ya tenemos el diseño conceptual y hemos sido capaces de demostrar que podemos crearlo y caracterizarlo en condiciones de control. Ahora necesitamos los procesos de producción para imprimirlos y poder producirlos a gran escala.
¿Qué me puedes decir sobre el futuro de la nanotecnología y las prótesis?
¿Qué tipo de prótesis? Implantes cerebrales… hemos hecho mucho trabajo en gente que ha perdido una extremidad.
Sí, eso por ejemplo.
Las técnicas convencionales con las que un médico intenta encajar una prótesis en un paciente parten de realizar un molde plástico de los restos de la extremidad y palpar la extremidad en el paciente para saber qué cosas están duras o blandas, y se fabrica este molde de plástico para el paciente y se pide que se lo ponga… se trata de un proceso casi artesanal que no es rentable.
Así que lo que hemos hecho es intentar automatizarlo y hemos desarrollado un sistema de imagen de ultrasonidos donde el paciente sitúa el resto de la extremidad en un tanque de agua y, con todos los datos que recogemos a partir de los sensores, somos capaces de hacer dos cosas: podemos reconstruir la geometría completa de la extremidad residual. “Geometría completa” quiere decir la estructura externa, dónde acaba la piel y dónde acaba el hueso, y, por otra parte, cuáles son los tejidos y qué rigidez tienen: si es un tejido blando o de un tejido duro, si el hueso está cerca de la superficie…
Con esos datos podemos realizar una impresión en 3D de la cavidad personalizada y podemos utilizar impresión variable, lo que significa que puedes elegir los lugares donde tiene que ser tejido blando o duro y puede encajar a la perfección en el paciente. Puedes planteártelo como si fuera un zapato a medida: si caminas con un zapato incómodo sabes que te está molestando.
Si has sufrido una amputación y tienes una prótesis que es incómoda va a hacer que te sientas mal. De esta forma podemos crear una prótesis que encaje a la perfección y no se trata tanto de nanotecnología sino más bien de tecnología de imagen. Pero según otras investigaciones una opción en cuanto a sensores y nanotecnología es cómo conectar de forma electrónica la prótesis a los nervios que existen en la persona.
¿Puede la nanotecnología generar una nueva brecha social?
Foto por Oxfan America ¿Crees que la nanotecnología podría llegar a tener un precio asequible para que no genere disparidades sociales?
En realidad depende de cómo definas nanotecnología porque la nanotecnología no es inasequible ahora mismo. Si coges nanopartículas de oro o de plata, por ejemplo, y controlas su tamaño, la forma en la que interactúan con la luz hace que cambie su color. Con este proceso se pueden crear nanopartículas de oro y de plata para codificarlas con un compuesto químico que preferentemente se asociará a partículas de algunos virus como el dengue, y lo interesante es que esta partícula es de un color determinado y cambia de tamaño cuando le añades otra cosa, así que podría usar esa idea para poner esas nanopartículas de oro o de plata en un trozo de papel, y luego si expones ese trozo de papel al virus del dengue tienes un nanosensor que te alerta de la existencia del virus que apenas cuesta nada de dinero.
Así que con la nanotecnología puedes crear tanto soluciones caras como soluciones muy económicas. Una de las razones por las que existe mi trabajo en MIT.nano, o una de las razones por las que hago lo que hago, es que nos damos cuenta de que MIT.nano es un conjunto de instalaciones muy caras con equipos muy caros y es toda una joya en nuestro mundo.
Una de mis tareas es asegurarme de que estoy empoderando a la comunidad y por comunidad me refiero a la comunidad que está en Cambridge en el campus, pero también a la comunidad que trabaja en Massachusetts, la comunidad de EE.UU., la comunidad del mundo. Estamos abiertos a colaboraciones. Tenemos un modelo que siempre estamos poniéndonos en contacto con empresas para que nos digan cuáles son los problemas a los que se enfrentan y nos ayuden en nuestras investigaciones, pero estamos abiertos a todo el mundo.
Necesitamos amortizar gastos e intentamos que exista un acceso democratizado a las instalaciones. No es nada que queramos mantener en secreto bajo puerta cerrada e inaccesible. Realmente se trata de hacerlo lo más accesible posible y al mismo tiempo intentar reducir costes.
Las herramientas que tenemos… algunas de las herramientas no existían cuando realizamos el concepto del edificio… la mayoría de las herramientas de las que disponemos en las instalaciones no podías comprarlas hace 50 años simplemente porque no existían entonces. Así que el coste para crear este tipo de tecnologías va a seguir siendo cada vez más bajo de forma continuada.
¿Contáis con equipos que son únicos y que no existen en ningún otro sitio?
Sí y no. Adquirimos equipos que están disponibles en el mercado, pero lo que hacemos es que permitimos que puedas utilizarlo y realizar investigaciones.
Somos conscientes de que una forma de colaborar con las empresas que proporcionan herramientas es que puedes hacer investigación colaborativa que puede crear la nueva generación que todavía no existe y además hay gente, como yo, que están desarrollando microscopios que funcionan a una velocidad que puedes visualizar reacciones químicas a nivel de superficie.
Hay quien habla de un invierno en cuanto a realidad virtual, ¿se han creado demasiadas expectativas en cuanto a la realidad virtual?
Si acudes a alguna de mis charlas te darás cuenta de que hablo mucho del “ciclo de sobreexpectación” (hype curve): ¿Dónde estamos en cuanto a la realidad virtual en el ciclo de sobreexpectación?
El ciclo de sobreexpectación es este sistema dinámico donde algo se inventa, te emocionas mucho y luego te das cuenta de que no mola tanto y la tecnología toca techo. Creo que hay muchas expectativas en cuanto a realidad virtual y realidad aumentada, los videojuegos son la aplicación que tenemos en la cabeza, también en temas de visualización y computación.
Mucha gente se piensa que las Google Glasses fueron un fracaso a nivel de producto de consumo, pero no creo que la intención de Google fuera realmente promocionarlo como un producto de consumo y hace poco las han vuelto a sacar en un ámbito que se centra en el mundo de la salud donde hace falta una pantalla cuando miras al paciente y puedes ver el historial médico y datos superpuestos cuando observas alguna pieza del equipo o las instrucciones superpuestas.
Creo que ahí va a haber muchas oportunidades en cuanto a realidad virtual y realidad aumentada. Probablemente en cuanto a 5G y en cuanto a realidad virtual y realidad aumentada las primeras aplicaciones fuera del mundo de los videojuegos van a ser enfocadas al mundo empresarial que a los consumidores, pero probablemente acabarán llegando a los consumidores.
Mi última pregunta no tiene nada que ver con todo esto: ¿Te gustan las películas de superhéroes? ¿Sabes cuál va a ser mi próxima pregunta?
No [risas]. ¿’Star Wars’?
¿Qué te parece Ant-Man?
Ah, vale [risas]. Pensaba que ibas a preguntarme cuál es mi superhéroe favorito [risas].
La que me ha he gustado es la última… ¿cómo se llama? ‘Los Vengadores’, la última. El último episodio o algo así.
‘Infinity War’
‘Infinity War’. Esa. Me gusta mucho el Hulk moderno. Pero bueno,
¿qué pienso de Ant-Man? ¿Creo que vamos a empezar a hacer gente diminuta? Para entenderlo realmente… no me dedico a computación cuántica. Creo que hay muchos experimentos y modelos predictivos, pero realmente no sabemos del todo lo que ocurre a esa escala… no es nada intuitivo.
No tengo una respuesta para eso [risas]. Ya tenemos un Ant-Man, ahora lo que hace falta es un Nano-Man. ¿Te acuerdas de la canción Particle Man? Es una canción de They Might Be Giants [canta el estribillo de la canción].
Para acabar, ahora sí, ¿cuál es la parte más satisfactoria de tu trabajo?
La gente probablemente cuando piensa en MIT piensa en invenciones y empresas, pero nuestro principal producto es nuestra gente: los estudiantes que vienen y que dejan huella en el mundo. La idea de poder visitar España y hablar de todo esto junto a socios como Global Alumni… El motivo por el qué volví al mundo académico tras pasar muchos años en el mundo corporativo es que era demasiado joven para jubilarme [risas] y el poder de transformación que tiene MIT y poder hacer algo por los estudiantes.
Por lo menos para mí no se trata simplemente de MIT, sino de cómo podemos educar al mundo. Somos un espacio limitado y no todo el mundo puede venir a Cambridge, a Boston o a MIT, pero las cosas que hacemos y las cosas que queremos compartir están ahí.
Se trata de educar a los estudiantes que vienen a MIT, pero también a profesionales o estudiantes de todo el mundo. MIT está localizado en Cambridge, Massachusetts, pero somos una organización internacional y en cuanto logremos llegar a Marte seremos una organización universal [risas]. Ese es el impacto que queremos crear.
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La noticia
Sobre nanoimplantes en la piel o prótesis conectadas a los nervios: una hora con el director de nanotecnología del MIT, Brian Anthony
fue publicada originalmente en
Xataka
por
Cesar Muela
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