Gli importanti progressi della tecnologia spesso emergono quando numerose discipline consolidate vengono unite a una o più tecnologie innovative. Quando una nuova tecnologia riesce a risolvere vecchi problemi è possibile ottenere funzionalità di livello superiore. Un esempio di ciò è il motore a combustione interna, che unisce ingegneria chimica e meccanica, dinamica dei fluidi e la relativamente nuova ingegneria elettronica per creare un motore a benzina affidabile che ha cambiato la società.
È interessante notare che questi importanti progressi tecnologici precedono alcune esigenze imprescindibili e/o scongiurano diversi eventi catastrofici. Da più generazioni, era stato prospettato che sarebbe stato impossibile sostenere la popolazione a rischio, ma i traguardi raggiunti nel settore energetico, della produzione alimentare, delle infrastrutture civiche, dei servizi e farmaceutico hanno consentito di rispettare e superare gli attuali livelli di sostenibilità.
Le nuove tecnologie combinate con quelle consolidate ci consentiranno ancora una volta di andare oltre le possibilità. I sistemi di gestione dei microfluidi che utilizzano i sistemi MEM (Micro-Electro Mechanical) sono una tecnologia relativamente nuova, che ha dimostrato di poter garantire una produzione di massa di minuscoli motori elettromeccanici, leve, ingranaggi, cerniere e sensori (Figura 1). Analogamente ai primi circuiti integrati, la prima generazione di queste funzioni non era avanzata e le densità erano relativamente basse, poiché la tecnologia avanzava lentamente. Non è raro vedere funzioni MEM discrete, quali dissolutori microscopici, miscelatori, dispersori, valvole e multiplexer di percorsi, utilizzate attualmente in applicazioni relativamente semplici.
Ma come avviene per gran parte dei dispositivi elettronici, le funzioni e le densità di prima generazione migliorano spesso rapidamente. I processi e i percorsi dei fluidi non sono affatto validi, finché un campione non viene preparato correttamente ed è pronto per essere sottoposto alla fase di test. Quindi, per l'uomo diventa praticamente impossibile raggiungere la massima accuratezza su nanoscala; risultato invece facilmente ottenibile con le micro macchine.
Questa nuova generazione di funzioni è stata prodotta e collaudata, ed è pronta per essere impiegata. Denominate Media Mills, queste funzioni vengono realizzate dalle micro macchine e sono in grado di preparare, affilare, tagliare, miscelare, filtrare e disperdere i campioni, nonché di creare handler di nanoparticelle per prodotti farmaceutici, biotecnologici e nutraceutici di nuova generazione (alimenti contenenti additivi a scopo medico).
Ciò offre diverse nuove opportunità che possono e saranno impiegate in una serie di campi e discipline. Macchine economiche, ad alto risparmio energetico e dalle dimensioni estremamente ridotte (quanto un francobollo) possono essere utilizzate ad esempio, per determinare i livelli di zucchero nel sangue ed essere impiegate assieme alle pompe da infusione per creare controlli in tempo reale per i diabetici. Questo è solo uno degli esempi possibili quando le tecnologie impiantabili che rilevano squilibri chimici specifici vengono combinate alle moderne tecnologie basate su microcontroller (e DSP) con segnale misto e basso consumo energetico.
Questi dispositivi possono essere impiantati nelle persone che hanno bisogno di farmaci antipsicotici. È stato dimostrato che molti crimini tragici ed evitabili si sono verificati quando persone che avevano bisogno di farmaci hanno dimenticato di prenderli. Con questa tecnologia è possibile iniettare in orario tutti i farmaci quotidiani direttamente nel sangue, senza necessità di pillole o iniezioni.
Altri settori in cui possono essere utilizzati questi dispositivi sono le comunicazioni wireless e la raccolta di energia. In questo caso, i dispositivi medicali impiantabili consentono di fornire relazioni sulle condizioni dei pazienti e di registrare i dati, con la possibilità di essere regolate in remoto (forse anche dall'altra parte del mondo) da un medico che può utilizzare un'infrastruttura basata sul cloud per monitorare lo stato di salute del paziente e apportare le modifiche necessarie.
Poiché questa tecnologia relativamente nuova si aggiunge agli strumenti che i ricercatori già utilizzano, il risultato è una combinazione rapida con altre tecnologie relativamente nuove e consolidate, che migliorano costantemente. Ad esempio, le tecniche di microlavorazione sono in competizione con le tecniche di deposizione come valida alternativa per la fabbricazione
Appena in tempo
Combinata con altre nuove tecnologie cruciali, questa tecnologia può risultare tempestiva. Ad esempio, la possibilità relativamente nuova di fabbricare laser e LED ultravioletti di silicio ha consentito di creare processori genetici che accettano campioni contenenti DNA e li rendono fluorescenti per rivelare le loro strutture interne. Ciò consente di utilizzare sistemi di identificazione genetica che possono usare le cellule epiteliali esfolianti per verificare l'identità di una persona. Di contro, se si firma l'estratto conto della carta di credito (che può essere facilmente falsificato) o si immettono inutili informazioni facilmente ottenibili (come un CAP), un sistema di verifica reale e difficile da ingannare può contribuire a identificare ed eliminare le frodi.
Inoltre, le ramificazioni per le autorità preposte all'applicazione della legge sono potenzialmente enormi. Gli investigatori possono utilizzare laboratori tascabili per elaborare i campioni, creare codici di indicizzazione per marcatori genetici (utilizzabili per la ricerca in un database) e fornire informazioni cruciali che spesso richiedono giorni per essere identificate. Ciò consentirebbe alle autorità preposte all'applicazione della legge di accelerare l'identificazione dei sospetti.
Questa tecnologia potrebbe essere utilizzata soprattutto per i dispositivi medicali impiantabili in tempo reale. In un mondo in cui siamo a costante contatto con migliaia di sostanze e agenti "probabilmente cancerogeni", l'identificazione in tempo reale e la neutralizzazione basata sulla tecnologia delle cellule cancerogene potrebbe diventare realtà nel prossimo futuro.
Istituzioni federali sanitarie, quali CDC, NIH, AMA e così via hanno già previsto che entro 20 anni i casi di tumore aumenteranno del 20%. Con migliaia di composti non testati ai quali siamo esposti ogni giorno per ingerimento, inalazione e contatto, tutti siamo entrati a contatto diretto con sostanze cancerogene note e "probabili". Ad esempio, gli antiossidanti identificati in tempo reale possono essere rilasciati a livelli superiori quando uno specifico marcatore viene rilevato nel flusso sanguigno, bloccando lo sviluppo di un contagio letale. Per una diagnosi precoce è già disponibile il kit CTC (Circulating Tumor Cell). Per citare alcuni esempi, ciò incrementa il tasso di sopravvivenza per i tumori a seno, prostata e colon-retto.
Ovviamente, ogni tecnologia può essere usata per scopi positivi o negativi, e questa non fa eccezione. Ad esempio, nel settore dello sviluppo dei potenziamenti cibernetici, i processori impiantabili potrebbero innalzare i livelli di adrenalina in modo da aumentare la forza. Altri composti e medicinali possono aumentare la soglia di attenzione e percezione dei soldati. Un'iniezione automatica di antidolorifici potrebbe consentire ai soldati di continuare a combattere anche se feriti.
Altri problemi riguardano l'hacking remoto dei dispositivi medicali impiantati che rilasciano farmaci ad alta concentrazione. La crittografia e la sicurezza sono obbligatori per ogni livello o punto di comunicazione. Anche se la maggior parte delle persone non ha le competenze per hackerare dispositivi medicali impiantati nel corpo umano, c'è chi è in grado di farlo. Infatti, con questo tipo di tecnologia, è possibile persino compiere omicidi in remoto.
Questo potrebbe essere considerato uno scenario fantascientifico futuristico, ma è molto più realistico di quanto si possa credere. Dieci anni fa, grazie a una sovvenzione ottenuta dalla DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), è stato sviluppato un singolo chip (o dispositivo basato su substrato), che accetta un campione genetico, lo rende fluorescente, lo analizza e fornisce i marcatori genetici principali.
I fondamenti di questa tecnologia sono disponibili pubblicamente per chiunque voglia sperimentarli. Esaminiamo la piattaforma dimostrativa e lo sviluppo on-chip di STMicroelectronics Lab per questa tecnologia. A*STAR (Agency for Science Technology and Research) e Veredus Laboratories hanno collaborato con ST per realizzare il primo biochip del settore diagnostico molecolare che consente di identificare 13 differenti malattie tropicali da un unico campione di sangue.
Come dimostrano epidemie come il virus Ebola, l'identificazione rapida e l'arresto della diffusione sono le strategie migliori. Ma la medicina non è l'unico campo in cui può essere e verrà impiegata questa tecnologia. La stampa a getto d'inchiostro può beneficiare di efficienza e risoluzioni superiori.