Fem måder, hvorpå nanoteknologi sikrer din fremtid

De sidste 70 år har set den måde, vi lever og arbejder på, ændret sig af to små opfindelser. Den elektroniske transistor og mikrochippen er det, der gør al moderne elektronik mulig, og siden deres udvikling i 1940'erne er de blevet mindre. I dag, en chip kan indeholde så mange som 5 milliarder transistorer. Hvis biler havde fulgt samme udviklingsvej, vi ville nu kunne køre dem ved 300, 000 mph, og de ville kun koste 3 £ stykket.

Men for at holde disse fremskridt i gang er vi nødt til at være i stand til at skabe kredsløb på de ekstremt små, nanometer skala. En nanometer (nm) er en milliardtedel af en meter, og derfor involverer denne form for teknik manipulation af individuelle atomer. Vi kan gøre det, for eksempel, ved at affyre en elektronstråle mod et materiale, eller ved at fordampe det og afsætte de resulterende gasformige atomer lag for lag på en base.

Den virkelige udfordring er at bruge sådanne teknikker pålideligt til at fremstille fungerende enheder i nanoskala. Stoffets fysiske egenskaber, såsom dets smeltepunkt, elektrisk ledningsevne og kemisk reaktivitet, blive meget anderledes på nanoskalaen, så krympning af en enhed kan påvirke dens ydeevne. Hvis vi kan mestre denne teknologi, imidlertid, så har vi mulighed for at forbedre ikke bare elektronik, men alle mulige områder af det moderne liv.

1. Læger inde i din krop

Bærbar fitnessteknologi betyder, at vi kan overvåge vores helbred ved at spænde gadgets til os selv. Der er endda prototype elektroniske tatoveringer, der kan fornemme vores vitale tegn. Men ved at nedskalere denne teknologi, vi kunne gå længere ved at implantere eller injicere små sensorer inde i vores kroppe. Dette ville indfange meget mere detaljeret information med mindre besvær for patienten, gør det muligt for læger at tilpasse deres behandling.

Mulighederne er uendelige, lige fra overvågning af betændelse og genopretning efter operation til mere eksotiske applikationer, hvor elektroniske enheder faktisk interfererer med vores krops signaler til at kontrollere organfunktionen. Selvom disse teknologier kan lyde som noget, der ligger i den fjerne fremtid, flere milliarder sundhedsvirksomheder som GlaxoSmithKline arbejder allerede på måder at udvikle såkaldte "elektroceuticals".

2. Sensorer, sensorer, overalt

Disse sensorer er afhængige af nyopfundne nanomaterialer og fremstillingsteknikker for at gøre dem mindre, mere kompleks og mere energieffektiv. For eksempel, sensorer med meget fine funktioner kan nu printes i store mængder på fleksible ruller af plast til en lav pris. Dette åbner mulighed for at placere sensorer på mange punkter over kritisk infrastruktur for hele tiden at kontrollere, at alt kører korrekt. broer, fly og endda atomkraftværker kunne drage fordel af det.

3. Selvhelbredende strukturer

Hvis der opstår revner, kan nanoteknologi spille en yderligere rolle. At ændre strukturen af ​​materialer på nanoskala kan give dem nogle fantastiske egenskaber – ved at give dem en tekstur, der afviser vand, for eksempel. I fremtiden, nanoteknologiske belægninger eller additiver vil endda have potentialet til at tillade materialer at "hele", når de er beskadiget eller slidt. For eksempel, at sprede nanopartikler gennem et materiale betyder, at de kan migrere for at udfylde eventuelle revner, der opstår. Dette kunne producere selvhelbredende materialer til alt fra flycockpits til mikroelektronik, forhindrer små brud i at blive til store, mere problematiske revner.

4. Gør big data mulig

Alle disse sensorer vil producere mere information, end vi nogensinde har haft at gøre med før – så vi skal bruge teknologien til at behandle den og opdage de mønstre, der vil advare os om problemer. Det samme vil være tilfældet, hvis vi ønsker at bruge de "store data" fra trafiksensorer til at hjælpe med at håndtere trængsel og forhindre ulykker, eller forebygge kriminalitet ved at bruge statistik til mere effektivt at allokere politiets ressourcer.

Her, nanoteknologi er med til at skabe ultra-tæt hukommelse, der vil give os mulighed for at gemme denne rigdom af data. Men det giver også inspiration til ultraeffektive algoritmer til behandling, kryptering og kommunikation af data uden at gå på kompromis med dets pålidelighed. Naturen har flere eksempler på, at big-data-processer effektivt udføres i realtid af små strukturer, såsom de dele af øjet og øret, der omdanner eksterne signaler til information til hjernen.

Computerarkitekturer inspireret af hjernen kunne også bruge energi mere effektivt og ville derfor kæmpe mindre med overskydende varme - et af de vigtigste problemer med at krympe elektroniske enheder yderligere.

5. Håndtering af klimaændringer

Kampen mod klimaændringer betyder, at vi har brug for nye måder at producere og bruge elektricitet på, og nanoteknologi spiller allerede en rolle. Det har været med til at skabe batterier, der kan lagre mere energi til elbiler og har gjort det muligt for solpaneler at omdanne mere sollys til elektricitet.

Det fælles trick i begge applikationer er at bruge nanoteksturering eller nanomaterialer (for eksempel nanotråde eller kulstofnanorør), der gør en flad overflade til en tredimensionel med et meget større overfladeareal. Det betyder, at der er mere plads til de reaktioner, der muliggør, at energilagring eller -generering kan finde sted, så enhederne fungerer mere effektivt

I fremtiden, nanoteknologi kan også gøre det muligt for objekter at høste energi fra deres miljø. Nye nanomaterialer og koncepter udvikles i øjeblikket, som viser potentiale for at producere energi fra bevægelse, lys, variationer i temperatur, glukose og andre kilder med høj omdannelseseffektivitet.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.