La nanotecnologia molecolare (MNT, Molecular nanotechnology) è un concetto che riguarda sistemi funzionali meccanici ingegnerizzati su scala molecolare. Una definizione equivalente potrebbe essere "macchine su scala molecolare progettate e costruite atomo per atomo", il che le rende diverse dai materiali su nanoscala. Basata sulla visione di Richard Feynman di fabbriche in miniatura che utilizzano nanomacchine per costruire prodotti complessi (comprese nanomacchine supplementari), questa forma avanzata di nanotecnologia (o di fabbricazione molecolare) farebbe uso della meccanosintesi controllata posizionalmente guidata da sistemi di macchine molecolari. La MNT coinvolgerebbe principi della fisica dimostrati dalla chimica, altre nanotecnologie e macchine molecolari della vita insieme ai principi di ingegneria dei sistemi trovati nelle attuali fabbriche che operano su macroscala.
Introduzione Mentre la chimica convenzionale utilizza processi imprecisi condotti verso un certo equilibrio per ottenere risultati inesatti e la biologia sfrutta processi inesatti per ottenere risultati definitivi, la nanotecnologia molecolare potrebbe impiegare processi originari definitivi per ottenere risultati definitivi. Il desiderio nel campo delle nanotecnologie molecolari sarebbe quello di equilibrare le reazioni molecolari in posizioni e orientamenti posizionalmente controllati per ottenere le reazioni chimiche desiderate, e dunque per costruire sistemi tramite l'ulteriore assemblaggio di prodotti scaturiti da queste reazioni.
Formulare una roadmap per lo sviluppo della MNT è ormai un obiettivo di un progetto tecnologico più esteso condotto da Battelle (il manager di diversi laboratori nazionali degli Stati Uniti) e dal Foresight Institute. Il piano d'azione era originariamente programmato per il completamento entro la fine del 2006, poi all'inizio del 2007 e, più recentemente, si è stabilito di presentarlo nell'ottobre del 2007. La Nanofactory Collaboration è uno sforzo in corso più mirato che coinvolge 23 ricercatori di 10 organizzazioni e 4 paesi che sta sviluppando un concreto programma di ricerca specificamente mirato alla meccanosintesi del diamante posizionalmente controllata e allo sviluppo di una nanoindustria di diamontoidi. Nel mese di agosto del 2005 è stata organizzata dal Centro per una Nanotecnologia Responsabile una task force composta da più di 50 esperti internazionali, provenienti da diversi settori, per studiare le implicazioni sociali dovute alla nanotecnologia molecolare. Ray Kurzweil predice che la MNT esisterà, pienamente funzionale, nel 2025.
Le applicazioni e le capacità progettate Materiali intelligenti e nanosensori Una proposta di applicazione della MNT è lo sviluppo dei cosiddetti materiali intelligenti. Questo termine si riferisce a qualsiasi tipo di materiale progettato e sviluppato su scala nanometrica per eseguire un compito specifico, e comprende una vasta gamma di possibili applicazioni commerciali. Un esempio potrebbero essere i materiali progettati per rispondere in modo diverso alle varie molecole; una tale capacità potrebbe portare, per esempio, ai farmaci artificiali che riconoscerebbero e renderebbero inerti virus specifici. Un altro esempio è l'idea di strutture di auto-guarigione, le quali riparerebbero piccole lacerazioni su una superficie in modo naturale allo stesso modo degli pneumatici auto-sigillanti o della pelle umana.
Un nanosensore creato dalla MNT dovrebbe assomigliare a un materiale intelligente, che coinvolge una piccola componente all'interno di una macchina più grande che reagirebbe al suo ambiente e ai suoi cambiamenti in alcuni modi intenzionali, fondamentali. Ecco un esempio molto semplice: una fotocellula potrebbe misurare passivamente la luce incidente scaricando la sua energia assorbita come energia elettrica quando la luce passa sopra o sotto una determinata soglia, inviando un segnale a una macchina più grande. Un tale sensore costerebbe presumibilmente meno, consumando meno energia rispetto a un sensore tradizionale, e funziona anche in modo utile in tutte le stesse applicazioni; per esempio, nell'accensione delle luci del parcheggio quando si fa buio.
Mentre i materiali intelligenti e i nanosensori semplificano entrambi le applicazioni utili della MNT, essi impallidiscono al confronto con la complessità tecnologica più comunemente associata al termine nanorobot replicanti.
Nanorobot replicanti La nano-fabbricazione per mezzo della MNT è popolarmente legata all'idea di sciami di robot che lavorano insieme coordinati su scala nanometrica, una divulgazione questa ottenuta da una iniziale proposta fatta da Drexler nella sua discussione del 1986 sulla MNT, ma già superata nel 1992. In questa proposta iniziale, i nanorobot sufficientemente capaci costruirebbero più nanorobot in un ambiente artificiale che contenga speciali componenti molecolari.
I critici hanno messo in dubbio sia la fattibilità di nanorobot autoreplicanti che la fattibilità dei controlli, qualora i nanorobot autoreplicanti venissero ad essere realizzati. Essi menzionano la possibilità di mutazioni che rimuovano qualsiasi controllo favorendo la riproduzione di variazioni mutanti patogene. I sostenitori propongono il primo dubbio, sottolineando che il primo replicatore meccanico autonomo su macroscala, fatto di blocchi Lego, è stato costruito e funzionava in via sperimentale nel 2002. Anche se ci sono vantaggi sensoriali presenti nella macroscala rispetto ad apparati sensori limitati alla nanoscala, le proposte di sistemi di fabbricazione meccanosintetici posizionalmente controllati su scala nanometrica impiegano un dead reckoning di tooltip combinati con un progetto sequenziale affidabile di reazione, onde garantire risultati attendibili; quindi un apparato sensorio limitato non è un handicap. Considerazioni analoghe valgono per l'assemblaggio posizionale di piccole nanoparti. I sostenitori affrontano il secondo dubbio, sostenendo che i batteri si sono (necessariamente) evoluti per evolversi, mentre la mutazione nanorobotica potrebbe essere attivamente impedita da comuni tecniche di correzione degli errori. Idee simili vengono sostenute dalla Foresight Guidelines on Molecular Nanotechnology, e la mappa che descrive uno spazio replicatore a 137 dimensioni, recentemente pubblicata da Freitas e Merkle, fornisce numerosi metodi proposti da replicatori che potrebbero, in linea di principio, essere tranquillamente controllati da un buon progetto.
Tuttavia, il concetto del sopprimere la mutazione pone la domanda: Come si può progettare l'evoluzione che si verifica su scala nanometrica senza un processo di mutazione casuale e una selezione deterministica? I detrattori sostengono che i sostenitori della MNT non abbiano fornito un sostituto per tale processo di evoluzione in questa arena nanometrica dove mancano i processi convenzionali di selezione basati sull'apparato sensorio. I limiti dell'apparato sensorio disponibili su scala nanometrica potrebbe rendere difficile o impossibile vagliare i successi dai fallimenti. I sostenitori affermano che l'evoluzione del progetto accadrebbe in modo deterministico e rigorosamente sotto il controllo umano, utilizzando il paradigma di ingegneria tradizionale di ideazione, progettazione, prototipazione, test, analisi e riprogettazione. L'apparato sensorio limitato non è un handicap perché, per esempio, le nanoparti del prototipo potrebbero essere fabbricate mediante il dead reckoning utilizzando posizionalmente tooltip attivi controllati chimicamente, e dunque caratterizzati da tooltip di sonda chimicamente inattivi che scansionano o di altri mezzi tecnici, con errori corretti o con modifiche al progetto implementate nella successiva iterazione di prototipazione.
In ogni caso, dal 1992 le proposte tecniche per la MNT non comprendono nanorobot autoreplicanti, e recenti indicazioni etiche emesse dai sostenitori della MNT vietano l'auto-replicazione sfrenata.
Nanorobot per la medicina Una delle applicazioni più importanti della MNT sarebbe la nanorobotica nella medicina, o meglio, nella nanomedicina, una zona esplorata da Robert Freitas in numerosi libri e documenti. La capacità di progettare, costruire e impiegare un gran numero di nanorobot in medicina sarebbe, in maniera ottimale, quella di rendere possibile la rapida eliminazione della malattia e il recupero dal trauma fisico affidabile e relativamente indolore. I nanorobot in medicina potrebbero anche rendere facile la correzione di difetti genetici e contribuire a garantire una "qualità della vita vissuta" (healthspan) notevolmente ampliata. In modo più controverso, i nanorobot in medicina potrebbero essere utilizzati per aumentare le capacità naturali dell'uomo. Tuttavia, a tali nanodispositivi meccanici non è consentito (o non ne è inclusa nel progetto la funzione), di auto-replicarsi all'interno del corpo umano, né i nanorobot avrebbero alcun bisogno di auto-replicarsi poiché verrebbero fabbricati esclusivamente in nanofabbriche attentamente regolamentate.
Nebbia utile (Utility Fog)
Un'altra applicazione proposta dalla nanotecnologia molecolare è la "nebbia utile" (utility fog) dove una nuvola di microscopici robot in rete (più semplice degli assemblatori) cambierebbe la sua forma e proprietà per formare oggetti macroscopici e strumenti in conformità ai comandi software impartiti. Invece di modificare le attuali pratiche atte a creare beni materiali di consumo in forme diverse, la nebbia utile (utility fog) li sostituirebbe semplicemente con tanti altri possibili oggetti fisici. Una descrizione dell'utility fog si trova nell'articolo di M. Elisabetta Bonafede La realtà artificiale dei foglets.
Ottica con allineamento di fase Un'altra applicazione della nanotecnologia molecolare potrebbe essere l'ottica con allineamento di fase (PAO, Phased-Array Optics). Tuttavia, questo problema sembra essere indirizzabile per mezzo della normale tecnologia su scala nanometrica. La PAO userebbe il principio della tecnologia millimetrica di allineamento di fase, ma a lunghezze d'onda ottiche. Ciò consentirebbe la duplicazione (soltanto virtuale) di ogni sorta di effetto ottico. Gli utenti potrebbero richiedere ologrammi, albe e tramonti, o laser mobili secondo l'umore. I sistemi PAO sono stati descritti in Nanotechnology: Molecular Speculations on Global Abundance, nell'articolo di Brian Wowk "Phased-Array Optics".
Potenziali impatti sociali Nonostante l'attuale stato di sviluppo precoce delle nanotecnologie e della nanotecnologia molecolare in particolare, molto più preoccupazioni circondano l'impatto previsto della MNT sull'economia e sul diritto. Alcuni ipotizzano che la MNT susciterebbe una forte reazione dell'opinione pubblica, come è avvenuto recentemente per quanto concerne le piante geneticamente modificate e la prospettiva della clonazione umana. Qualunque siano i precisi effetti, se conseguiti, la MNT avrebbe la tendenza a sconvolgere le attuali strutture economiche, riducendo la scarsità di manufatti, producendo molti più beni fabbricabili (come cibo e prodotti per la lotta contro l'AIDS).
Si ritiene generalmente che i futuri cittadini di una società nanotecnologica molecolare avrebbero ancora necessità di denaro, sotto forma di denaro digitale falsificabile o moneta metallica (specie) materiale (in speciali circostanze). Essi potrebbero utilizzare tale denaro per acquistare beni e servizi che sono unici o limitati all'interno del sistema solare, i quali potrebbero comprendere: materia, energia, informazione, immobili, servizi di progettazione, servizi di intrattenimento, servizi legali, la fama, il potere politico o l'attenzione di altre persone ai messaggi politici / religiosi / filosofici. Inoltre, i futuristi devono considerare la guerra, anche tra gli Stati prosperi, e non solo obiettivi economici.